プリント基板の製造 ガイド： 11 製造 ヒント

電子製品は、集積技術、すなわち大規模集積（LSI）や超大規模集積（VLSI）、あるいは一般にVLSIとして知られる技術へとますます移行しつつあります。 この技術により、すでに私たちの身近なデバイスは小型化されていますが、集積技術の進展に伴い、デバイスはますます小型化が進んでおり、その主要機能はプリント基板（PCB）や筐体部品に大きく依存しています。 製品の機能を実現するすべての部品はPCBにはんだ付けされており、筐体は製品を保護するとともに外観を向上させる役割を果たしています。本記事では、Geyuan Electronicsのエンジニアおよび製造チームから得られた、PCBプロジェクトの製造に関する11の重要な教訓に焦点を当てます。.

11 プリント基板の製造 体験

その種類にかかわらず、 プリント基板の製造, 、基本的な製造プロセスは概ね変わっていません。多少の改良が加えられても、根本的な原理は変わりません。当社は、PCBおよび部品の専門メーカーとして、製品ごとに包括的なDFM（デバイス主導型製造）分析を実施しています。 したがって、以下の11項目のPCB製造経験のまとめの主な目的は、「PCB生産をより円滑に進めるにはどうすればよいか？」という点にあります。もしあなたが頻繁にPCBを購入するエンジニアであれば、あるいは プリント基板製品を製造している, 、PCB製造の品質や仕上がりが期待外れになることが少なくないことをご承知おきください。特に新しい設計の検証段階では、厄介な問題が頻繁に発生しがちです。本稿では、PCB製造において最もよく見られる問題点と改善策をまとめました。これらが、PCB生産の円滑化、不良の低減、そしてPCB基板全体の品質向上にお役立ていただければ幸いです。.

1. 製造文書および関連資料の一貫性を確保する

製造においては、バージョンの不一致を避けるために、製造業者との整合性が極めて重要です。また、ギャップ、フィーチャ寸法、フィーチャ間隔、物理設計など、必要なプロセスが確実に満たされることも不可欠です。製造業者は、信頼性の高いPCB製造を確保するために、製造文書、特に各層の銅配線およびマスクのフィーチャを精査します。 製造仕様書も極めて重要です。これは、ベアPCBを製造するために必要なその他のすべての情報を提供するものだからです。これには、コンフォーマルコーティング、表面仕上げ、使用する特定の材料（LPIソルダーマスクなど）、インピーダンス要件、層／材料仕様などが含まれ、これらはすべてPCB製造図面に定義されています。 完全かつ明確な製造仕様書は、設計が生産段階で確実に実現されることを保証するのに役立ちます。.

2. 部品表管理

部品表（BOM）の管理は、よく取り上げられるテーマです。資材の調達、部品の在庫状況、納期、生産終了状況の確認などは、すべてBOMファイルの解析を通じて行うことができます。 例えば、Caixin.comのBOM解析ツールは、BOMを直接解析し、包括的かつ明確な情報を提供します。さらに、PCB設計プロセスにおいては、可能な限り一般的な部品、特に代替品が容易に入手できる部品を選択することが極めて重要です。これによりリスクを最小限に抑えることができます。一般的な部品を使用することには、入手が容易で供給が十分であるという利点があります。.

3. スルーホール部品の数を最小限に抑える

SMT部品はピック・アンド・プレース機で容易に処理できますが、PCB上の多くの大型コンデンサは手作業での実装とはんだ付けが必要となります。スルーホール（THT）部品は一般的にSMD部品よりも高価で、手作業によるはんだ付けが必要であり、時間もかかります。 コネクタは最も一般的なTHT部品ですが、製造上の問題も発生しやすいものです。コネクタを嵌合相手となる部品に繰り返し差し込むと、容易に問題を引き起こす可能性があります。したがって、THT部品の使用は最小限に抑え、可能な限りSMT部品を使用するようにしてください。.

4. 放熱を行う

PCB上の銅の大部分は、はんだ付け中に熱を吸収するため、はんだ接合部の冷接合を引き起こす可能性があり、これは避けるべきです。 グランドや電源プレーンなどの広い銅面へのTHT接続については、十分な放熱を確保してください。部品からグランドへ流れる総電流に耐えられるよう、スポークの太さを十分に確保してください。パッドの周囲に小さな隙間を設けることで放熱を図ってください。パッドから伸びる配線は、そこに流れる電流に耐えられるようにする必要があります。.

5. PCBの誤った取り付けを防ぐ

キー付きコネクタを使用し、挿入方向が1通りになるようにしてください。以下のコネクタを使用する場合、基板を逆さまに挿入してしまう可能性がある点に注意してください。特にリボンケーブル用のコネクタの場合、取り付け穴の位置がずれてしまう可能性があり、基板を1つの位置でしか取り付けることができないため、このような誤挿入が起こりやすくなります。 シルクスクリーン印刷でダイオードの向きが明確に示され、1つのピンがICに接続されていることを確認してください。製造業者との取引経験がある方なら、組み立て上の問題の多くが、向きを示すマークの欠落や誤りから生じていることをご存知でしょう。.

6. 十分なスペースを確保してください

PCB基板上には十分なスペースを確保する必要があります。PCB上に部品を過密に配置すると、短絡やその他の組み立てミスを招き、コスト増につながります。基板の端への配線は避けてください。 配線は基板の端の内側に収め、部品は基板の端から離して配置してください。基板の端に近い部品は、パネルを取り外す際に破損したり損傷したりする可能性があります。また、必要な部品を配置した後、直ちにバイパスコンデンサを配置・配線することも推奨されます。バイパスコンデンサは対応するICの近くに配置し、ICへの電源供給はコンデンサの後に続くようにしてください。.

7. シルクスクリーン

シルクスクリーン印刷のグラフィックはパッドから離して配置し、メーカーが定める最小フォントサイズおよび線幅のガイドラインに従ってください。.

8. PCBのトゥームストーニングの防止

トゥームストーニングとは、リフローはんだ付けの際にSMDデバイスのはんだパッドが浮き上がる現象のことです。これは、配線がパッドから均一に離れていないために、パッドの加熱が不均一になることが原因で発生します。パッドが均一に加熱されるようにすることで、位置ずれやトゥームストーニングを防ぐことができます。.

9. メーカーの能力を把握する

これは極めて重要なポイントです。もし製造業者がこの工程を行う能力を持っていないのであれば、それを依頼するのは賢明ではありません。 もちろん、製造業者にその能力があったとしても、しっかりとコミュニケーションを取り、確認を行う必要があります。例えば、微細な穴や配線が必要かどうか、それらがコスト高になるかどうか、また、必要であれば外層が損傷しやすくなるかどうかなどです。製造業者について十分に理解することで、コスト削減につながります。要件を満たしつつ、可能な限り部品をPCB上に配置しないように心がけてください。 PCBの表裏両面に部品を配置すると、組立工程が追加され、組立ミスが発生する可能性が高まります。.

10. DFM解析を実施する

PCB製造における問題点としては、酸の滞留、銅の破片、シルクスクリーンの間隔や向きなどが挙げられます。したがって、生産前に製造適性設計（DFM）解析を行うことが極めて重要です。 優れたDFMツールを活用すれば、PCB製造前にこれらの問題を未然に防ぐことができます。部品とパッド間の間隔が不十分だと、はんだ付けの際に問題が生じる可能性があります。ウェーブはんだ付けでは、大きな部品が小さな部品を遮ってしまうことがあり、その結果、小さな部品のはんだ接合不良につながる恐れがあります。また、PCBの修正作業や検査の難易度も大幅に高まります。.

11. 設計・製造 適切な PCB 添付資料

PCBに適した筐体を用意することで、損傷を防ぐことができます。現在お使いのPCB用に筐体部品の製造をご希望の場合は、弊社までお問い合わせください。弊社では、PCBおよびPCBAの製造サービスだけでなく、カスタム部品の製造サービスも提供しております。筐体部品にご要望の素材が何であれ、対応可能です。弊社の製造プロセスには、CNC加工、, 射出成形, 、ダイカスト、, 板金加工, 、および金属射出成形。.

製造適性（DFM）を考慮したPCB設計の解析は、よくある問題を回避するのに役立ちます。.

PCB設計における製造適性（DFM）の基本原則を習得すれば、設計から生産への移行段階で発生しがちな90%の一般的な品質不良や遅延を容易に軽減することができます。以下に、業界で実証済みの一般的なPCB製造に関する知見をまとめました。

レイアウトと間隔の制御	安全なエッジを確保する：基板のクリーニング中に銅が露出したり短絡が発生したりするのを防ぐため、銅配線や導体を基板の端から少なくとも0.3mm～0.5mm離して配置してください。.
	適切な間隔を設定してください。製造時のブリッジ現象を防ぐため、ライン間の間隔およびラインとパッド間の間隔は、4mil～6mil以上確保してください。.
	部品密度：はんだ付け時のシャドウイングやはんだブリッジの発生を防ぐため、表面実装部品間に十分な間隔を確保してください。.
穴とパッドの設計	穴径の制限：機械加工による穴あけの仕上げ穴径は、0.2mm～0.3mmを下回ってはならない。穴径が小さすぎると、ドリルビットが破損し、コストが増加する。.
	十分なパッド幅：穴の周囲の銅リングは、穴の位置ずれや破損を防ぐため、各辺で3mil～4mil以上確保する必要があります。.
	穴の上へのパッド配置を避ける：BGAの下やピンが密集している箇所に、むやみに穴を開けないでください。やむを得ず穴を開ける必要がある場合は、その穴を塞いでください（樹脂充填）。.
トレースおよび銅の最適化	配線には鋭角を避けてください：配線には45°または丸みを帯びた接続部を使用し、酸の蓄積や過度な腐食を防ぐため、直角（90°）や鋭角は避けてください。.
	銅の孤立を防ぐ：静電吸着や生産中のマイクロ波干渉を防ぐため、断線した銅や電気的接続のない孤立した銅を取り除いてください。.
	格子模様を施した大面積の銅クラッド：大面積の銅クラッドには、はんだ付け時の熱ムラによる基板の反りや膨れを防ぐため、可能な限り格子（ハッチング）模様を採用する必要があります。.
表示および工程に関する文書	はんだパッドへのシルクスクリーン印刷は避けてください：シルクスクリーンで印刷された文字をはんだパッドや鋼板に押し付けないでください。そうしないと、はんだ付けの強度に影響を及ぼします。.
	製造用ドキュメントの確認：ガーバーデータを出力する前に、ソルダーマスクとステンシルの開口部を慎重に確認し、極性、シルクスクリーンの方向、およびパネルマーキング（マークポイント）が正確であることを確認してください。.

カスタムPCBおよび筐体製造プロジェクトにおいて、Geyuan Electronicsとの協業を選択する

カスタムPCBおよび筐体の製造は極めて複雑なプロセスであり、初期設計から最終試験に至るまでのあらゆる段階で、細部に至るまで細心の注意を払う必要があります。PCBおよび筐体製造プロセスの各ステップを理解することで、十分な情報に基づいた意思決定を行い、製造性を向上させるために設計を最適化し、プロジェクトの目標に合致する製造業者を選定することが可能になります。 経験豊富で信頼できるカスタム製造業者と提携することで、電子機器の品質、性能、そして市場での成功を大幅に向上させることができます。Geyuan Electronicsは、迅速な試作や小ロット生産から大規模製造、製品の一貫組立に至るまで、包括的なサービスを提供しており、革新的な電子機器の創出において、お客様の信頼できるパートナーとなることをお約束します。 当社は、卓越性、迅速な対応、コスト効率の追求に尽力しており、お客様が最も重要なこと、すなわちビジネスの成長と顧客のニーズへの対応に集中できるよう支援します。 当社のエンドツーエンドのPCB製造ソリューションが、お客様の製品開発ニーズをどのようにサポートし、市場での競争優位性の獲得にどのように貢献できるかについて、ぜひ今すぐお問い合わせください。お客様の設計を、自信を持って効率的に、高品質で市場投入可能な製品へと変えるお手伝いをさせていただきます。.

要約する

上記の内容では、主にGeyuan ElectronicsチームによるPCB製造に関する11の経験談を紹介しています。これらは、標準的なPCB製造プロセスにおいて発生しうる一般的な問題に過ぎないという点にご留意ください。一般的なPCB製造プロセスは一貫していますが、特定の特殊製品においては大きな違いが生じる場合があります。 とはいえ、PCB製造における一般的な問題を回避することは、企業にとって大きな経済的利益をもたらす可能性があります。貴社で新たなPCBプロジェクトやカスタム部品プロジェクトを開始される際は、お気軽に弊社までご相談ください。.