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アキュベリノス技術講座 シーズン1 プリント配線板について(初級編) 第8回(第8章)プリント基板の製造と検査
アキュベリノス技術講座
シーズン1 プリント配線板について(初級編)

第8回(第8章)プリント基板の製造と検査


今号のポイント
 ☆基板製造に投入される指示情報とは何か?
 ☆基板製造から検査までの工程を紹介

1:プリント基板製造に投入される指示情報

 これまでに紹介しましたが、プリント基板製造工程への指示情報は、回路設計者がアートワーク設計者へ指示した内容を基に、アートワーク設計者が作成します。大袈裟かもしれませんが、回路設計者の指示もしくはアートワーク設計者の指示が間違っていれば、間違ったプリント基板が製造されてしまうことになります。短時間で済むことですので、アートワーク設計者が作成した指示内容を回路設計者も念のために、自分の指示した内容と同じかなどを確認されることをお奨めします。物を作ってからの不具合はお互いに時間とお金の浪費になります。
 では、どの情報に確認すべき内容があるのかを、個別に解説して行きます。

1)プリント基板製造用データ

 プリント基板を製造するために必要なデータには、ドリルデータ(NCデータ)とガーバーデータの2種類があります。回路設計者が製造データそのものを確認する必要はありません。また基板工場やアートワーク設計会社では、リピート発注の有無に関係なく一定期間データ保管します。ただ自分が設計したものであり、最新版管理を社内でされるケースも増えてきておりますので、アートワーク設計者から製造データを納品させることもあります。
 ガーバーデータとは、ガーバーフォーマットと呼ばれるEIA RS-274-Dのプロットデータフォーマットで、エッチング前のフィルム描画時に使うプリント基板製造特有のデータフォーマットで、RS-274D(標準ガーバー)とRS-274X(拡張ガーバー)の2種類があります。このガーバーフォーマットは標準化されてはいるものの、ある程度の自由度が許されているので、書き出し/読み込み時の条件設定の不一致によって、正しいアートワークイメージが再現出来ない場合があります。このため相互間での正しいデータの受け渡しのためには、いくらかの予備知識が必要になります。

2)ガーバーデータリスト

 図8-1に例を示します。
 例では、上半分がガーバーデータの各ファイルの名称が列挙され、下の2行分がドリルデータのファイル名称(見本ではスルホールと素穴が別に)が列挙されています。ガーバーデータの各層というのは、パターン層だけでなく、シルクやレジストも各層の中に当然入ります。ここで自分が作りたい層構成があるのか確認できます。

 ドリルデータはガーバーデータのフォーマットではなく、穴径毎のXY座標がテキストデータで羅列されているフォームですが、ファイル名を指示するために、このリストに列挙しています。ここでは、「ちゃんとドリルデータも出力されているな」という程度の確認になります。




3)プリント基板要求仕様

 図8-2に見本を示します。
 アートワーク設計者がプリント基板工場に製造依頼するときの表紙部分になります。プリント基板工場では、これを基に工場内の作業指示書を作成していきます。表面処理については、次章で解説します。これはすべて、回路設計者も確認できる内容です。





4)外形図・穴図

 図8-3に例を示します。
 外形寸法図の中に、穴径を示す記号(見本ではアルファベット)をそれぞれに該当するXY座標の位置に示している図面です。ここでは、非スルホールや特殊な穴があれば確認の対象になります。





2:プリント基板製造から検査までの工程

 ここからはプリント基板工場内のことになります。
前述のガーバーデータは、露光工程に使うフィルムを作成するのに使用します。ただし、フィルムという素材は環境の温度と湿度によって伸び縮みしますので、寸法の補正をCAM(Computer Aided Manufacturing)ツールにて行います。
 図8-4で両面基板の製造工程の概略を示します。
 これは、大半のプリント基板工場で採用されている、パネルメッキを使ったサブトラクティブ法と呼ばれている方法です。図のように、メッキとエッチングによってパターンを形成して行きます。




 この図では省略していますが、各工程間にはメッキ液やエッチング液の中和工程、および水による洗浄工程を通りますので、プリント基板というのは極めてウェットな状況で作製されているのです。

 4層基板は、上記の工程で内層パターン(2層3層)を形成させ、その後にプリプレグ(第7章で解説)と外層(1層4層)用の銅箔を重ね、プレス工程に入ります。その後再び図8-4の穴あけ工程から同じ工程を通って外層のパターンを形成して完成されます。6層以上の高多層基板も、これらの工程を繰り返して作製されます。

 最近では、内層の品質向上の一貫として、内層パターンが形成された後に、AOI(Area Of Interest)検査を導入しているところが多くなっています。

 その後は、フライングチェッカーなどの電気検査と最終外観検査を行ってOKであれば出荷となります。
 電気検査とは、仕上がった基板の表面にあるパターンの端(主に部品挿入用スルホールランドやSMDのパッド)同志が導通しているかを、針を当て、針間同志を通電させ計測します。検査すべきパターンの端同志の情報は、ガーバーデータを使って、工場内のCAM工程で作製されます。そのデータに従って、針が目的の端子まで可動しては導通検査を繰り返すわけです。ですので、検査時間は結構かかりますしデータ量によって変化しますので、試作量程度なら良いですが、量産向きではありません。量産では全データを一度に通電検査ができる治具を作製して対応しますが、その治具作製費が必要になります。

 最終外観検査では、目視によるチェック方法がほとんどですが、その時に使われる判定基準が限度見本と呼ばれるものです。その見本を図8-5に示します。




 今回はここまでとします。次回は第9回(第9章)「取り数・シートと価格について」を予定しています。

第8回(第8章)プリント基板の製造と検査 終わり
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(本書は、株式会社アキュベリノスの著作物です。許可なく掲載、転載等を行うことを禁止します。)


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アキュベリノス技術講座 シーズン1 プリント配線板について(初級編) 第7回(第7章)プリント基板の主要な構造と材料
アキュベリノス技術講座
シーズン1 プリント配線板について(初級編)

第7回(第7章)プリント基板の主要な構造と材料


今号のポイント
  ☆プリント基板の構造や材料にはどんなものがあるのか?
  ☆電子回路設計時に注意しておくことはどんなことか?

第7章から第9章にかけては、プリント基板の構造から製造までを説明します。

1:プリント基板材料の種類





 基材の一般的な呼称ではFR(Flame retardant)グレードで呼ばれることが多いです。紙フェノールは安価で加工し易く、家電製品での片面基板や両面基板で使用されます。最近の片面・両面基板ではCEM-3という紙フェノールより耐熱・耐湿性に優れ、FR-4より安価なものが多用されています。
 上記の基材に銅箔を張ったものを銅張積層板と呼び、材料メーカーから販売され、基板工場はそれを仕入れてプリント基板に加工して行きます。図7-1に銅張積層板の例を示します。





 最近はこの他に、両面基板では「CEM (Composite epoxy material)-3」と呼ばれるエポキシ樹脂を含浸させたガラス織布とガラス不織布を重ねたコンポジット材が、家電製品を中心に非常に多く使われています。FR-4に比べて価格が安く、切削性に優れているために丸穴・角穴・外形を金型加工し易いのが特徴です。ただし、寸法安定性、機械強度はFR-4よりも劣るため、多層板には不向きです。

2:構造

 ここではガラスエポキシ系の材料を使用した多層基板を例に話を進めます。
多層基板は図7-1の銅張積層板と接着剤の役目をするプリプレグというシートを重ねた構造になっています。プリプレグは、基材と同じくガラス繊維布にエポキシ樹脂を含浸させた材料で作られていますが、異なるのはエポキシ樹脂が完全には硬化していないBステージと呼ばれる状態のものであるという点です。このBステージとは、熱硬化性樹脂が半硬化状態のもので、温度を上げると一旦溶けますが、その後冷えると完全に硬化(Cステージと呼びます)して、次に温度を加えても溶けません。

 図7-2には4層基板の構造を示します。プリント基板の製造工程では、このように積み重ねてからプレス工程で高温高圧にしてプリプレグを一旦溶かして銅張積層板同士を接着させています。プレス後の状態を図7-3に示します。









3:回路設計時に注意しておく点

 回路設計者はプリント基板の層構成も指示すべきであるということです。個別に見て行きましょう。

1)銅箔間の層間距離は案外短いということ

 図7-1や図7-2でわかるように、樹脂部分の厚みは様々な厚みがあり、薄いものでは50μm〜60μm程度の時もあるということです。層間距離が短いということは、層間での電磁的影響があるということです。つまり、どの層で信号を扱い、どの層で電源GNDを入れるかを考慮する必要があります。敏感な信号やノイズ源は隣(横方向)のパターンだけでなく、隣接層(縦方向)にも気を配ることです。

2)インピーダンスコントロールでは

 インピーダンスコントロールの詳細については別途説明しますが、特性インピーダンス値に最も影響があるのは、層間距離です。しかし厄介なことに、多層基板の層間には前述したプリプレグが使用されている層があります。なぜ厄介かというとプレス工程で一旦溶けてしまい、一部が外形の外に流れ出します。その後冷えて固まる訳ですが、樹脂厚が外形全体で均一なのか?ということです。これはプリント基板が大きなサイズになればなるほど気に掛かる点です。
 各基板工場では、様々な製造ファクターを変化させながら均一化の努力をしているところがあります。特性インピーダンス値は、B5サイズのプリント基板であれば、通常はだいたい±10%内には収まります。しかし、特性インピーダンス値にさらなる精度を必要とされる際には、テストクーポンを何箇所かに入れて実測されることをお奨めします。
 プリント基板要求仕様の部分でも書きましたが、特性インピーダンスの有無と該当層は必ず指示して下さい。

 今回はここまでとします。次回は第8回(第8章)「プリント基板の製造と検査」を予定しています。

第7回(第7章)プリント基板の主要な構造と材料 終わり
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アキュベリノス技術講座 シーズン1 プリント配線板について(初級編) 第6回(第6章)良きパートナー作りを
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 シーズン1 プリント配線板について(初級編)

 第6回(第6章)良きパートナー作りを



★今号のポイント
 後工程の協力会社を探すときのポイントは?
 見つけた後工程の協力会社に対して、どういう点に気をつけたら良いか?

1:後工程の協力会社を探すときのポイント

 第3章で、アートワーク設計者の選ぶポイントを述べましたが、ハードウェア開発の後工程というのは、その後にプリント基板製造、部品実装などがあります。できればこれらの窓口も一つであるに越したことはないでしょう。しかも、その窓口はアートワーク設計を主力にされている会社の方が、作業指示の流れに則した工程フローの前段階であるために、指示系統がスムーズに運ぶことが多いようです。
 では、そのアートワーク設計会社はアートワーク設計能力以外にどのような点を持っているところが良いでしょうか。いくつかのポイントを以下に列挙してみます。

 (1)基板製造、部品実装との取引が定常的に何社あるか?毎月の取引はどれぐらいか?
 (2) アートワーク設計会社に各取引工場の特徴を明確に説明できるか?
 (3) 各取引工場の標準製造仕様を手に入れているか?
 (4)これまでの実績を見せてもらえるか?
 (5) 各取引工場への見学は可能か?

 一口に基板製造・部品実装・筐体設計製造といっても開発物の特徴(以下に記載)によって得手不得手があります。「マルチで対応できる」工場は非常に限られています。自分の開発するものが特徴にあったものを手掛けている工場と定常的に取引していて欲しいものです。また、同じ特徴であっても処理能力や万が一の倒産へのリスクヘッジのために複数の会社と取引しているものです。
 また、業界として小規模な会社も多く、腕は確かなところもありますが、「勘」に頼っている場合も少なくありません。
アートワーク設計会社も、その取引工場に対しても、真剣に取引を考えているならば、是非、現場にまで出掛けて自分の目で確かめることは必ずして下さい。
 社員全員が丁寧に挨拶をするか?ラインや資料などが整理整頓されているか?トイレの清掃は行き届いているか?など、技術的な知識がなくても確認できるところはいくらでもあります。『ものづくり』は人が行うものです。

2:後工程の協力会社との取引で考慮する点

 後工程の協力会社の方には、回路設計者に代わって後工程の現場を仕切ってもらう必要がありますから、回路設計者の開発物に対する思いやイメージを正確に伝達する必要があります。お互いに信頼が生まれるまでにはある程度時間が必要でしょう。ではそれまではどのような点に注意すれば良いでしょうか?

1)最終製品の完成イメージの共有

 「製品は動けばそれで良い」という考えを持つ人もいるかも知れませんが、お互いにより良いものを目指して作るという考えや思いは共有したいものです。そのためには、様々な情報を共有することから始まります。開発する製品は、いつどんなところでどんな人がどのように使うのかというところから共有できれば、後工程の方からも提案してもらえる可能性も増えます。というかそのような関係が必要なのです。
 そのためには、金を出す方側だとか、客だという意識を捨て、一緒に『ものづくり』をする専門知識を持つ仲間であるという考えが必要を持ち、回路設計者側から積極的に情報を出すようにして下さい。現場には、人生経験が豊富な大ベテランの方も大勢いらっしゃいます。学べることはたくさんあると思います。

2)理由も説明する

 アートワーク設計者は回路設計者ではありません。しかし、少しでも理解しようと日々努力しています。例えば、設計されたアートワークに、回路上に問題が発見された場合には、その修正案だけではなく、何故、修正が必要なのか、どうしてこの修正案になるのかを、説明して下さい。

3)後工程の協力会社から別の工程に提出される指示書には目を通す

 これはたいていがお任せ状態となって回路設計者が目を通すことはされていません。しかし時間がないとか、回路設計者の範疇ではないという理由で済むでしょうか。この目的は、情報を共有できて、回路設計者の思うものが正確に作られて戻ってきて欲しいからです。
またこのことを通して、お互いの専門分野のことをさらに理解しあえることができれば、もっと良いものづくりができると思います。

4)納期、価格についても忌憚無く相談し合える環境を作る

 後工程からすると、回路設計者の希望は、ほぼ絶対に近いものです。仕事が減少している昨今ではなおさらです。ですので、納期や価格は無理をしてもやってしまいます。そういうものです。ですが、ここで作業状況(負荷)は聞くようにして下さい。無理は長続きするものではありません。
 バランスを取るのは難しいかもしれませんが、自分の利益だけでなく、相手の利益と世間の利益も考えつつ、関係を深めることを是非心がけて欲しいものです。

5)感謝の返事

 後工程の方々は、回路設計者により最終的にどのような製品になり、それがどのような評価されているのかをほとんど知ることはありません。彼らに連絡がある時は、ほとんどがクレームです。ですので、できる限り、回路設計者にとっての完成後の状態を知らせてあげて下さい。必ず、次に繋がって行きます。


 今回はここまでとします。次回は第7回(第7章)「プリント基板の主要な構造と材料」を予定しています。

第6回(第6章) 良きパートナー作りを 終わり
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アキュベリノス技術講座 シーズン1 プリント配線板について(初級編) 第5回(第5章)工程指示情報 基板製造・実装編
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 第5回(第5章)工程指示情報 基板製造・実装編



★今回のポイント
 アートワーク承認はどうやって行うのか?
 基板製造工程への指示はどうやって行われるのか?
 実装工程への指示はどうやって行われるのか?

1:アートワーク承認

 アートワーク承認の前には検図を行いますが、ここで確実に確認をして行わなければなりません。以下に検図のポイントを列挙します

1)検図はビュワーとpdf図面で行うのが一般的

 ビュワーはアートワ−ク設計者が使うCADのメーカーが無償で提供している場合が多く、階層的になっている図面の透視や寸法測定ができるので、チェック作業に便利です。また、pdfは各層毎の図面ですが、絵柄に書込みができるので情報伝達に便利で、アートワーク設計者へのフィードバックとして使用します。ビュワー用のデータとpdfデータは、アートワーク設計者に提出物として要求して下さい。

2)アートワークのチェックポイント

 アートワーク設計者が配線を始める前のタイミングでチェックすることが大切です。

(1)部品の配置
 コネクタの向き、発熱部品周り、ノイズ発生部品周り、パスコンの位置、信号の流れに即しているかなどをチェックして下さい。
高さ制限や部品・パターンの禁止領域など制限事項についても、確実にチェックして下さい。チェックピン周りなどデバッグがしやすい配置になっているか? なども大切です。

(2)アートワーク設計指示書の内容 
 特に、次の項目は重要です。
自分の指示内容が守られているか?
等長(等遅延)配線には、配線長リストを要求してチェックして下さい。
ピンスワップ結果を要求してチェックして下さい。
有極性部品の接続が正しいか?ダイオード、トランジタ、可変抵抗など。アートワーク設計者がライブラリ登録を間違えていないかもチェックして下さい。

(3)層構成 
 信号層と電源GND層がどのように隣接しているか?
 電源とGNDが隣接しかつ重複面積が広く取られているか?
 信号層が隣接している場合、平行配線が長くないか?
 などを、確実にチェックして下さい。

(4)ベタ面 
 アートワーク用CADで自動発生させる場合が多く、アートワーク設計者は修正するはずですが、たまに浮き島(何処にも接続されていない)や、不要なところにベタ面がある場合、アンテナなどになっている場合があるので注意が必要です。

(5)信号線の接続
 ネットリストを支給している場合は不要です。未支給の場合はアートワーク設計者作成ネットリストと回路図との照合チェックを行うことになります。
 同一ネット内でも接続順番が必要な場合はpdfなどでチェック。例えば電源IC付近のパスコンやダイオードの配線順番やパターン幅などです。

3)チェックするポイント(基板製造・実装関係編)

 実装関係編で列挙することは、本来はアートワーク設計者が網羅すべきところですが、万一間違いを起こして配線を進めてしますと大きく開発工期へ影響しかねないので、回路設計者も気を使うことをお奨めします。
 電子回路に直接関係なくとも最終製品状態まで気にかけるのが『ものづくり』の基本です。

(1)基板製造に関して
 インピーダンス測定を希望している場合はテストクーポンがあるか?
 外形部分の加工は、Vカットかミシン目か金型か?
 ビス穴周りはナットやワッシャーを考慮したパターンやレジストの逃げがあるか?
 最小ライン/最小スペースや最小スルホールの値は基板製造標準仕様書に準拠しているか?
 などです。

b)部品実装に関して
 実装方向(ディップ方向)を考慮した配置になっているか?(はんだショート防止)
 (部品実装標準仕様書には方向と部品間Min距離が定義されています)
 Vカットやミシン目で折る場合、部品が近すぎてパッド剥離を起こさないか?
 (部品実装標準仕様書にはMin距離が定義されています)
 はんだ面のSMDパッドサイズはリフローパッド用かフローパッド用か?
 などです。

 これらの検図結果をアートワーク設計者にフィードバックして修正させ、正しくなった時点でアートワーク承認を出して、プリント基板製造工程に進むことを指示します。


2:プリント基板製造工程への指示

 アートワーク設計会社にプリント基板の製造も依頼する場合は、回路設計者としては特段行う作業はありません。しかし、回路設計者が手配する場合もありますので、以下に基板製造工程への最低限の指示内容を列挙します。

1)プリント基板製造用ガーバーデータとガーバーリスト

 ガーバーデータとは、ガーバーフォーマットと呼ばれるEIA(Electronic Industries Alliance:米国電子工業会)規格のプロットデータフォーマットで、エッチング前のフィルム描画時に使うプリント基板製造特有のデータフォーマットです。通常、アートワークCADから出力されます。ガーバーフォーマットには、アパーチャ・サイズ定義を含まない標準ガーバー(RS-274D)と、含んで定義されている拡張ガーバー(RS-274X)の2種類があり、最近は拡張ガーバーの使用が多くなっています。
 ガーバーデータは、プリント基板の内側の各層のデータ以外に外形(またはシート外形)のみのデータも含まれます。シート外形図とは、取り数を考慮した結果の丁付け、および実装工程で必要な捨て板などを入力した外形図のことで、アートワーク設計者が作成します。
ガーバーリストには、フォーマット定義と各ファイル名の説明と標準ガーバーの場合にはアパーチャー・サイズのリスト(Dコード表とも呼びます)も含まれます。

2)ドリル(NC)データ

 ガーバーデータと同じくアートワークCADから出力される、スルホール形成用のドリルのXY座標とドリル径を指定したデータです。その情報を図面化した穴図も出力されます。

3)フィルム描画イメージデータ

 これは基板工場でガーバーデータを読み込んだ際に正しく読み込めているかを見比べるフィルムイメージの絵柄のことで、pdf形式で提供されることが多いです。これもアートワークCADから出力されます。

4)層構成指示書

 層毎に信号またはベタ、銅箔厚が定義され、各層間の絶縁厚や板厚が記載されており、インピーダンス制御基板には必須の情報です。層毎の信号またはベタの構成とインピーダンス制御を行層はアートワーク設計者が指示し、各層の銅箔厚や絶縁厚は、在庫状況やプレス条件が関係するために、基板工場が決める場合が多いです。

5)プリント基板製造仕様

 記載内容例を以下に列挙します。この仕様と共にに必要枚数と希望納期を連絡します。
  シート外形サイズ、単品外形サイズ
  層数、板厚、銅箔厚
  最小ライン/スペース
  シルク面と色、レジスト面と色
  表面処理方法


3:実装工程への指示

1)実装図、シート外形図

 実装図とは、部品の位置や向きがリファレンス番号とともに図示されているもので、アートワークCADから出力されます。回路設計者はこれを基に後述の実装指示書を作成する場合があります。実装工程ではこれを使って工場独自で実装作業者への指示書を作成し指示します。シート外形図は、支給されるプリント基板との外観確認とマウンタ(自動実装機)への座標設定時の確認として使用されます。

2)部品リスト

 アートワーク設計工程の依頼時に支給するものですが、アートワーク設計時に指示した変更内容(部品の増減や定数変更など)も網羅した最終の部品リストがここで必要です。また、プリント基板上ではパッドなどを設けてありますが、実際には実装しない部品もあったりしますので、その場合もこの部品リストの該当部品欄に「未実装」と明記しておく必要があります。実装工程は最終工程でもあり工期が厳格に決められていますので、小さいミスが工期延長につながりかねません。指示内容の正確さと最新版管理には特に注意が必要です。

3)部品座標データ、メタルマスクデータ

 これらはアートワークCADから出力されるものです。
 部品座標データには、リファレンス番号、XY座標、回転確度、実装面の情報があるテキストデータです。原点は実装工場から指定されることもありますが、多くは部品面から見た外形の左下角になります。
 メタルマスクデータは、ガーバーフォーマットで出力されます。

4)実装指示書

 これは基本的には回路設計者が作成するものですが、アートワーク設計指示書の中で、実装に関する項目を指示した場合は、アートワーク設計者が受け継いで作成する場合もあります。指示項目の例を以下に列挙します。

(1)未実装部品:前述の部品リストで指示する場合が多いです。
(2)共用パッド部:同一部品で異なるピッチのSOPなどを、プリント基板上ではどちらでも実装可能な状態にして、実際実装する際には明確に指示します。部品リストに明記する必要があります。
(3)ジャンパー線:プリント基板上では配線領域が無い場合やガーバー出力後の配線変更時など、ジャンパー線で対処が必要な場合には、接続個所とジャンパー線の太さや材料、引回し方、束ね方を指示します。
(4)ヒートシンク部:放熱シートやシリコングリスの有無やビスの材料を指示します。
(5)リード加工:アキシャル部品やラジアル部品でリードを直角に曲げて実装させたいときなどに指示します。
(6)クリンチの有無:リード部品ではクリンチする方がきれいに固定されますが、後日デバッグなどでリワークの可能性がある場合は取り外し難いので、クリンチしないほうが良い場合もあります。
(7)フラックス洗浄の有無
(8)銅箔厚が70μm以上の場合は、見積依頼段階からの確認が必要です。はんだ付けの際に熱が逃げやすいので、通常のはんだ付け方法では不可能になってくるためで、工数も掛かります。

4:電子部品

 実装する部品を実装工場に持ち込む訳ですが、実装工場では何をどれだけ持ち込まれたかをまず検品しますので、持ち込んだ部品のリストも付けることが大切です。その際にリスト上では、SMD、アキシャル、ラジアル、手挿入部品を分けて記載しておくと、実装工程でのロスが減ります。

 今回はここまでとします。次回は第6回(第6章)「良きパートナー作りを」を予定しています。

第5回(第5章)工程指示情報 基板製造・実装編 終わり
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アキュベリノス技術講座 シーズン1 プリント配線板について(初級編) 第4回(第4章)工程指示情報 アートワーク設計編
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 第4回(第4章)工程指示情報 アートワーク設計編

 ★今回のポイント
  アートワーク設計以降の作業に必要な情報にどんなものがあるのか?
  電子回路設計者が指示すべきことは何か?

 今回は、アートワーク設計以降の各工程に必要な情報を示し、その内容と、指示のポイントを示して行きます。列挙します。なお、提供者については標準的な場合の想定ですので、現場での調整は必ず行って下さい。
表4-1に必要とする資料、データなどをまとめています。なお、電子回路設計者が部品調達を行うものと想定した場合です。



 電子回路設計者がアートワーク設計者に提供すべき情報から順次説明と注意事項を説明します。

1)回路図とネットリスト

 回路図にぜひ記載して欲しい内容を以下に列挙します。

  (1)有極性部品のピンアサイン
  (2)特定のパターンの太さもしくは定常電流値(分岐による変化含め)
  (3)特定の部品同士の接近距離(近づける場合も離す場合も)
  (4)特定のパターン間あるいはブロック間の沿面距離
  (5)信号のジャンプ先のページ番号

 回路図面の出力形式としては、pdfが一般的です。しかも文字検索ができる状態のpdfの方が、回路図のページ数が多い程アートワーク設計者の効率は上がります。
 ここで最も注意すべき点は、有極性部品のライブラリ上のピンアサインが数字の場合です。これはアートワーク設計者にしっかりと伝達しないと大事故に繋がりかねません。アートワークCADにおいてもライブラリ登録を行ってから設計するからです。つまり、『1』だけと表記されたピンの極性が『+』なのか『-』なのかを判断できなからです。
 また、回路設計CADか抽出されるネットリストを必ず支給して下さい。ネットリストを支給できない場合は、アートワーク設計者が手でキーインするという原始的な手法を取らざるを得ないケースもありますが、正確さと開発期間に問題があります。
 フリーソフトの回路設計CADを使用されるケースもありますが、バグによる回復時間やアートワークCADへのフォーマット変換に手間取る工数などを考えて、可能な限り一般に使われているCADの使用をお奨めします。

2)部品リスト

 Excelデータでの支給が、後々加工もし易くて一番です。回路図上のリファレンス番号も必ず記載して下さい。通常の回路設計CADならばリファレンス番号を含んだ出力が可能です。もし、支給後に回路変更が生じた場合は、部品リストも出力して、常に最新状態を指示して下さい。
 また、部品の入手が電子回路設計者側であれば、部品のパッケージまで明確になる部品名称(末尾の文字まで)が必要です。同じ機能のLSIでもSOPやSSOPなどパッケージが色々だからです。
 もし、実装が不要な部品があれば、この部品リストに記載して下さい。部品リストは実装工程への指示書にも使用します。

3)部品データシート

 電子回路設計者は設計時に必ず入手しますが、それをアートワーク設計者にも支給して下さい。特にアナログICやDC-DCコンバータ類などでは、メーカーのパターンの引き回し指示などについて、アートワーク注意事項が記載されている場合がありますので、アートワーク設計者への注意喚起を忘れないことが重要です。
 また、アートワーク設計者はこのデータシートの部品パッケージ寸法を見て、CADへライブラリ登録をしますので、極めて重要です。

4)アートワーク設計指示書

 この指示書の内容如何で、出来上がりが良いものかそうでないかが決まると言っても過言ではありません。ここは電子回路設計者として出来上がりを表現するところです。内容的には、基板の仕様や筐体寸法なども一緒に記載されることが多いです。
 以下に、アートワーク設計者から見て記載して欲しい項目を列挙します。基板や実装関連の項目で、未定の場合はアートワーク設計者と相談して決めても良いです。

(1)基板仕様
 プリント基板サイズ、層数、板厚、シート外形サイズ、必要枚数、表面処理方法、シルク必要面と色、レジスト必要面の色、層構成、特性インピーダンスの有無と該当層

(2)単体外形寸法図
 取付け穴位置、部品高さ制限領域、配線制限領域

(3)シート寸法図
 Vカットやミシン目、外形加工方法(ルーターまたは金型)、捨て板、実装用基準穴、DIP方向、繊維方向

(4)アートワーク設計仕様
 部品の配置面や方向・隣接間距離指定、発熱部品指示、配線面の指定、配線長指定、引き回し指定、沿面距離指定、GNDガード指定、ピンスワップの許可/不許可、ヒートシンク下などのベタ処理指定、余白部分のベタ処理指定、1点アースの希望位置、シルク文字の大きさと向き、個別のシルク文字やマークの指示

(5)実装時の指示
 ヒートシンクの放熱シートやシリコングリスの有無、ビスの材質、ビス部のワッシャー種類や個数指示、ジャンパー接続指示、ホットメルト個所の指示

 上記の中からいくつかをピックアップして説明を補足します。

【シート外形サイズ】
 複数の別基板との集合あるいは同基板のコピーをして、コストパフォーマンスを稼ぐために1シートで作製することが良くあります。なぜコストパフォーマンスを稼げるのかなどは別の章でプリント基板の取り数もまじえて説明します。

【表面処理方法】
 プリント基板の銅箔が露出した部分(パッドやランド)をどのように処理するかの指示です。詳しくは、別の章にて説明します。

【層構成】
 多層板の場合、信号層や電源層、GND層をそれぞれ第何層にするかを指示することになり、任意の場合はアートワーク設計者が基板製造の都合だけで決定する場合があります。しかし、インピーダンス制御が必要な場合は、その信号名もしくは該当する層をできる限り指定することが望ましいです。では、どのような理由で、どのように指定するかは、別の章で説明します。

【ピンスワップ】
 FPGAや抵抗アレー、DIPスイッチなどはピンスワップ可能な場合があります。アートワーク設計者の配線の都合でピンスワップしても良い場合は指示しておくと、回り込み配線が軽減されるメリットがあります。しかし、スワップ情報は必ず電子回路設計者にフィードバックさせて回路設計CADに反映(バックアノテーションと言います)させておかなければならないので、このバックアノテーションが回路設計CAD上で自動で可能かどうかは回路設計CADメーカーに確認をしておいて下さい。1000ピンを超えるようなFPGAのバックアノテーションを手動で行おうとすると、数日掛る場合があります。

 今回はここまでとします。次回は第5回(第5章)「工程指示情報 基板製造・実装編」を予定しています。

第4回(第4章)工程指示情報 アートワーク設計編 終わり
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アキュベリノス技術講座 シーズン1 プリント配線板について(初級編) 第3回(第3章)アートワーク設計者のスキルを知る
アキュベリノス技術講座
 シーズン1 プリント配線板について(初級編)

 第3回(第3章)アートワーク設計者のスキルを知る


 ★今回のポイント
  アートワーク設計の中身は?
  どんなスキルを持ったアートワーク設計者なら任せられるか?

1:アートワーク設計とは何か?

 みなさんは電子回路設計の技術者です。では、アートワーク設計、および、その設計者はどのような業務を行っているのでしょうか?ここでは、アートワーク設計の実務の流れに沿って説明します。また、その時に、回路設計者としてのポイントも説明します。

 (1)打ち合わせ
 (2)基板製造・実装情報
 (3)ライブラリ登録
 (4)基板外形入力
 (5)接続情報の読込み
 (6)部品配置
 (7)パターン配線
 (8)DRC(Design Rule Check)
 (9)シルク編集
 (10)全体チェック
 (11)顧客承認完了
 (12)基板製造用ガーバー出力
 (13)実装用データ出力

 以上が、アートワーク設計の大きな流れですが、その中で特に重要と思われる作業項目の内容と、その時の回路設計者としての注意点などを説明します。

(1)打ち合わせ
 詳細は次章で説明しますが、ここは回路設計者がアートワーク設計者にどんな基板をデザインして欲しいかを伝える重要な工程です。設計指示書を提出し、丁寧に指示をすることが大切です。指示の内容については、次章以降で説明します様々な技術要素が含まれます。

(2)製造実装情報
 プリント基板製造や部品の自動実装に必要な情報になります。
通常は回路設計者が直接指示する必要はありませんが、アートワーク設計会社や部品実装会社が持っている標準的な仕様とは異なる場合は指示が必要です。
 また、依頼する製造数量(試作なのか量産までの想定なのか)によってプリント基板製造や部品実装では各設定諸数値が異なってくることは理解しておくべきです。
 つまり、今は試作でも数ヵ月先に必要な量産数量をあらかじめ伝えておくことで、最初から量産スペックを想定してデザインする方が、費用的に助かるのです。もちろん量産数量と言っても様々ですので、試作と変わらない量産数量の場合もありますので依頼先と相談して下さい。
 どのような値が、どう違うのかをすぐに回答できるアートワーク設計者はかなり経験があります。
おおよそ次のような項目です。

【プリント基板製造用情報】
 ・対プリント基板端からの銅箔・スルホール・レジスト・部品外形・キリ穴間の各最短距離(プリント基板基板端には、ルーター加工・Vカット・ミシン目・金型の4種類それぞれがあります)
 ・最小の導体幅(L)/導体間隔(S)
 ・スルホール径に対するランド径とレジスト径基準(スルホール径はドリル寸法と仕上がり寸法別に記載されます)
 ・最小のスルホール間距離
 ・スルホール/パターン/SMDパッド それぞれの最小間隔
 ・SMDパッド/レジスト間の最小距離
 ・ミシン目の形状・ピッチ・幅
 ・ステ板部のベタパターン形状(ソリ防止)
 ・製造密番形状
 ・金型ガイド形状
 ・ULマーク種類と形状
 ・広面積ベタのスリット基準(安全規格対策)
 ・最小シルク文字寸法
 ・レジストとシルクのズレ幅基準
 ・角穴・長穴基準(工場によっては角穴不可もあります)

【部品実装用情報】
 ・SMDパッド寸法(フロー用、リフロー用)
 ・チップ部品座標データ内容
 ・マウント用認識マーク形状と位置(対基板と対SOP, QFP, BGA)
 ・捨て板とディップフローの方向
 ・ディップフロー時のはんだ溜まり形状基準(QFP, SOP, 狭ピッチリード部品など)
 ・マシン毎の板厚と外形サイズの適応およびデッドスペース基準
 ・各部品間の最小距離基準
 ・ベタ内ランドのサーマル形状
 ・リード部品(アキシャル・ラジアル別)のクリンチ方向とアンビル寸法および隣接パターン禁止範囲
 ・リード径に対するスルホール径の基準

(3)ライブラリ登録
 ここからは、アートワーク設計会社が中心となる作業です。
各部品のデータシートを基に、CAD上の部品を作成する工程です。過ちを低減するために自分が使ったデータシートを支給して下さい。
 アートワーク設計上、もっとも過ちが発生しやすい工程です。依頼先に過ちに対してどのような防止策を取っているかも確認して下さい。
 押えるポイントは、大きくは以下の2つです。

 A)回路図のピンアサインとCAD部品のピンアサインの一致(有極性部品、コネクタなど)
 B)実装できるパッドサイズかどうか? つまり実装仕様に合致しているか?

 両方ともアートワーク設計者で完璧にしておくべきものですが、特に(A)はライブラリに過ちがあると開発期間に重大な影響を及ぼすことになり兼ねないので、念を押して下さい。
 データシートを支給した時に、上記のような物理的サイズ以外に、アートワークに関する注意事項が記載している場合もありますので、アートワーク設計者が気付くかどうかを確認するのも、アートワーク設計者のレベルを知るのに役立ちます。

(4)基板外形入力
 凹凸の多い外形などは、もしあらかじめAutoCadなどの図形CADで入力されたものがあれば提出して下さい。
 複数枚のプリント基板を注文するなら、コストが最小になる取り数を計算してもらい、シート付け状態に加工してもらった方が良いです。取り数の計算については、プリント基板製造のところでお話します。

(5)接続情報の読込み
 いわゆる回路図入力ツールから出力したネット情報(回路設計者からアートワークへ支給)をアートワークCADへ読込む作業です。どんな形式のデータなら読込み可能か事前に確認しておいて下さい。
 この際に明らかに論理的におかしい個所はエラーとして出力されます。論理エラーではないものは当然発見できません。その一例はライブラリ登録時のポイントの(A)で、有極性部品のピンアサインの違いです。

(6)部品配置
 この作業は、アートワーク設計者任せにせず、回路設計者自ら積極的に指示や相談をして下さい。回路図には表れませんが、性能(放熱、ノイズ対策など)、使い勝手(デバッグのし易さなど)や、部品実装の難易度などに大きく影響をします。特に注意すべきポイントを以下に示します。

 A)実操作時の使い勝手。デバッグ時の使い勝手
 B)コネクタの方向や位置
 C)接近させたい部品、遠ざけたい部品の位置
 D)パスコンの数と位置
 E)制限や条件をつけた個所が思うようになっているか
 (この段階でもアートワーク設計者のレベルが分かります。)

(7)パターン配線
 ライブラリ登録時のピンアサインが完璧で、かつネット支給をしていれば、パターンを一本一本追わなくても、接続は必ず回路図通りになります。
ただし、アートワーク設計者の能力により、性能や納期に影響が出ます。特に、インピーダンス、等長配線、差動配線、ガードリング、パスコンへの配線などは、設計指示書で指示して下さい。また、そのパターンの信号の周波数は伝えて下さい。
また、上述の項目以外では、以下の項目について検討されているかも確認して下さい。

 (A)パターン幅:プリント基板の銅箔厚が35μm、幅1mmで1Aの電流容量が目安ですと言われますが、できればその2倍〜3倍ぐらいにする方が良いと思います。
 (B)パターン長:FR-4材で無負荷の場合、1nsで150〜160mmの伝播速度です。負荷によりますが、通常1nsで80〜100mmが目安のようです。
 (C)パターン間隔(S):デジタル信号:S=L
    クロック〜信号:S=3L(L=パターン幅)
 (D)その他:トランスやフォトカプラの1次−2次間
DC-DCコンバータ内コイル直下の内外層のくり抜き(内外層の銅箔間距離が短いことを案外見逃しやすい)


2:任せられるアートワーク設計者とは?

1)使用するLSIのアートワーク設計上の注意点を知っているか?

 できるアートワーク設計者を探すポイントは、アートワーク設計して欲しい回路の中で、中心となる部品(特にLSIなど)のアートワーク設計経験の有無を聞いた方が実際的だと思います。そのLSIの名称を言って、アートワーク設計上注意すべき点を知っているかを尋ねます。1回でも経験していれば経験があると言えますが、注意点を覚えているほど経験していれば大丈夫と言えるのではないでしょうか。逆に回路設計者の方が初めて使うLSIであっても、最近はデータシートにアートワーク上での注意点が記載されていることが多いかと思いますので、それを質問するだけも良いと思います。

2)アートワーク指示書や資料の間違いを指摘してくれるか?

 こちらから提出するアートワーク指示書に、仮に過ちがあったとしても、残念ながら普通のアートワーク設計者は、「言われたことを正確にやる」という人が多いので、これも悪意なく気付かず作業を進行させてしまうことがあります。
 見積資料を渡した時や事前の打ち合わせなどで、質問が多いアートワーク設計者は、良いアートワーク設計者の場合が多いので、手間と思わす対応した方が良いと思います。その中でお互いににパートナー意識が濃くなって行くものです。

3)改善提案はあるか?

 回路設計者が用意するアートワーク指示書や資料、データの形式など、お互いに出力し易いものや受け易い形があるものです。作業し易いということは、効率アップにつながります。このようなことをどんどん提案してくれるところが助かります。
 もちろん、アートワーク設計そのものの提案もどんどんしてくれるところが良いパートナーと言えます。

 今回はここまでとします。次回は第4回(第4章)「工程指示情報 アートワーク設計編」を予定しています。

第3回(第3章)アートワーク設計者のスキルを知る 終わり
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アキュベリノス技術講座シーズン1 プリント配線板について(初級編) 第2回(第2章)アートワーク設計から部品実装までの概要
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 シーズン1 プリント配線板について(初級編)


 第2回(第2章)アートワーク設計から部品実装までの概要

 今回のポイント
  回路設計後の工程の概要
  回路設計後の工程に対する電子回路設計者としての主な注意点

1:後工程の概要と主な注意点

 プリント基板を使ったハードウェア開発の『ものづくり』の概略作業フローを以下に記します。本編は電子回路設計者の読者を想定していますので、構想設計から回路設計部分は除き、それ以後のアートワーク設計〜検査(部品実装済プリント基板の検査)の概略を順次説明します。




1−1)アートワーク設計

 電子回路設計者が設計した回路図をもとにして、実際の寸法(搭載する電子部品やプリント基板そのものなど)に合わせて、デザインして行く作業を指します。
回路図は2次元(平面)で表現されていますが、実寸法で扱うアートワーク設計では、それを3次元(立体)に変換(電子部品の高さの考慮、プリント基板を階層構造として考慮、VIAホールを使ってパターンを層別に考慮するなど)して表現します。

 またアートワーク設計する上で、製品の良い悪しが決まるのは、まずは搭載部品の配置です。もちろんある程度の配線量や幅を考慮しながら行います。
この時点で電子回路設計者は必ず作業を確認すべきです。配線してからの修正には、手間と無駄が出ます。もちろん配線が終わってからの確認も不可欠です。
 
配置作業において3次元として考慮する物理的な構成物(要因)は、大きくは以下となります。

(1)プリント基板

 縦横の長さに加え、片面基板・両面基板・多層基板と厚み方向の寸法が不可欠です。
後述しますが、高速伝送回路においては、この厚み方向が非常に重要になってきますが、案外、見落とされがちですので、注意して下さい。

(2)電子部品

 キリがないくらい様々な形(パッケージ)のものがありますが、大きく分けるとリードタイプと表面実装部品(SMD:Surface Mount Device)の2種類です。
 約20年前までは、いわゆる電極端子部分が、リードタイプのものしかありませんでしたが、軽薄短小の世のニーズに応えるべく、SMDが出現し、はんだ付け技術も革新を遂げてきました。
 実際に使用する際にはリード加工が必要な場合もありますので、電子回路設計者がイメージする「最終的にこうしたい」を、後工程に正確に伝えるのは重要なことです。

(3)はんだ(=ソルダー)

 電子部品の端子部分に溶融して固定する合金ですが、実装工程において歩留まりの良い製造ができるかどうかは、アートワーク設計工程の部品配置に掛かっています。電子回路設計者も注意して確認して下さい。
 搭載部品や搭載面によって実装工程の順番は変わりますので、そこも考慮して作業する必要があります。特に量産時では考慮することが不可欠です。
 はんだには共晶はんだと呼ばれる鉛(Pb)が含有されたものが使われていましたが、環境問題(特に酸性雨による鉛の土壌への流出など)を契機に、昨今は鉛(Pb)フリーと呼ばれる鉛を含有しないはんだが大半です。ここにも材料と関係設備にも技術革新が生まれています。

(4)筐体など

 使用環境によって様々な形状になりますので、アートワーク設計では「高さ制限」という重要なファクターを考慮する設計します。アートワーク設計者としては、腕の見せ所です。
高級なアートワークCADでは、範囲設定をして自動チェック機能が働きます。ただし、その「高さ制限」も、元はどのような環境で使用するかを構想する段階で生まれるものですので、アートワーク設計者に正確に伝達して下さい。

1−2)プリント基板製造

 一口にプリント基板と言っても、様々な工法があり、特徴があります。
どれを選択するかは、使われる環境や要求コストに依るので、後工程と相談もしくは、正確に指示して下さい。この点は次回以降で詳しく説明します。
多層基板の特徴で案外見落とし易いやすい点は、一旦樹脂部分が解けたあと、冷えて固まったものであるということです。つまり、基板の厚み方向の均一性は、半導体に比べると非常にアバウトということですので、特性インピーダンスの精度を求める時には注意が必要です。
 また、よく使われる工法では、銅パターンの断面は台形(厳密には少し違いますが)になり、特に高速伝送回路としてシビアに設計する場合は、理解しておく必要があります。

1−3)部品実装

 はんだ付けの良し悪しは、電子部品の形状の組み合わせ、電子部品の配置や接近距離、さらにはリード挿入穴の径、SMD部品のパッドの形状や寸法、パターン形状などで決まります。
つまり、実装がうまく行くのか、まずくなるのかは、実装工場の腕も必要ですが、部品選定や部品配置、アートワーク設計の工程でほぼ決まるといっても過言ではありません。ですので、アートワーク設計者はもちろんですが、電子回路設計者も後工程のことをよく知って進めることが非常に大事です。
 知らずに進めてしまうと、最後には非常に熟練したはんだ付け職人に時間をかけて直してもらうしかないなど、納期やコストや品質に影響が出てくることを覚悟しましょう。品質が悪いものが上がってくるのは、往々にして前工程の指示に原因があることが多いです。そのためにも、電子回路設計者のみなさんにもプリント基板関連の勉強に励んで頂きたいのです。

1−4)検査(部品実装済プリント基板の検査)

 全部をくまなく見るというよりは、熟練者は見るポイントや傾向が分かっていると言います。
 アートワーク設計も基板も実装も、目視検査に頼るところは非常に多いです。その際のポイントは「見つけようと思って検査すること」になります。当たりまえのことですが、「不良は無いだろう」と少しでも思って行った目視検査では、エラーは見つけられません。ちょっとしたことですが、非常に大きい結果に結びつきます。

 今回はここまでとします。次回は第3回(第3章)「アートワーク設計者のスキルを知る」を予定しています。

第2回(第2章)アートワーク設計から部品実装までの概要 終わり
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アキュベリノス技術講座 シーズン1 プリント配線板について(初級編) 第1回(第1章)アートワーク設計とは何か?
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 シーズン1 プリント配線板について(初級編)


  第1回(第1章)アートワーク設計とは何か?

  今回のポイント
   アートワーク設計は3D

1:はじめに

 電子回路設計者のみなさん。みなさんはプリント配線板(以下、プリント基板)のことについて、どれだけのことをご存知ですか?回路設計とは、HDLで記述することや、CADで回路図を描くことだと考えていませんか?正しく動作する電子回路設計とは、プリント基板を伝送路として扱い、かつ、使用する部品の選択やその配置など、部品の実装条件を加味したプリント基板のアートワーク(設計)知識が必要です。シミュレータ上で動作しても、実際にはプリント基板上で動作するのです。

 本編は電子回路設計者の経験が2〜3年の方向けに、電子回路設計の後工程であるプリント基板のアートワークから実装までの最低限これだけは知っておいてもらいたいことを、初級編として12回に渡って連載します。入門編ではありませんので、基礎的な用語や知識は既にご存知でおられることを前提と致しますのでご了承下さい。

 老練の電子回路設計者は、プリント基板設計を自分自身でそれなりに経験してきましたが、分業化が進んだ約20数年前からの電子回路設計者は、量をこなすために後工程を任せきりにして、技術理解の習得を怠ってきた傾向を非常に感じます。特に高速伝送回路は、プリント基板について熟知していないと回路自体が動きません。また、これからの日本のものづくりは、開発工程全体を見渡せること、原理原則をしっかりと押さえて行くことが大切だと思います。
 このブログが、そんな技術者を目指す若い電子回路設計者の一助になればと思います。

 さて、今の電子回路設計者から回路設計後の工程を見ると、以下のような疑問がありませんか?

  ◆回路設計者として、後工程のどのようなことを知っていれば良いのか?
  ◆アートワーク設計は何をしているのか?
  ◆高速な回路を動作させるためには、何に気を付ければ良いか?
  ◆アートワーク設計者にどのような情報を出せば良いのか?
  ◆プリント基板の構造は?性質は?どうやって作られる?価格はどう決められる?
  ◆部品実装は回路の動作に影響するのか?どんな事象が実装にとって難しいのか?環境問題への対応は?

 この辺りを初級編で説明していきます。

2:アートワーク設計とは何か?

 アートワーク設計は、2D(2次元)を3D(3次元)にする仕事とも言えます。つまり、回路図のように、実体のない情報を基に、性能を出すための考慮、使用する部品の形状(高さも含む)、ピン配置などの制約、また、実装条件などの考慮を行った上、実体の伴ったプリント基板を製造するための設計です。



 アートワーク設計というのは、電子回路製品の開発工程の所詮一部でしかありません。しかしながら、次元が1つ増えるという観点から見ると、非常に重要な工程でもあります。また、最近の高速な回路を実現するには、プリント基板の材料や実装を考慮したアートワーク設計の技術が求められます。

3:プリント基板の中の3D

 回路図に記載された通りの部品端子同士の接続を、プリント基板上ではパターンとVIAと呼ばれる電気的に導通したスルホール(以下、VIAと呼ぶ)を使って、パターンはVIAを通して別の層に縦横斜めに配線して行きます。つまり、プリント基板をトップビューで透かしてパターンだけを見ることができれば、重なって見える状態にあるということです。
ここで多層板について注意点があります。それは多層板の場合、各層間は意外と狭いという点です。

1)どれだけ狭くなるのか?

 プリント基板の標準的な厚みは1.6mmです。つまり2層基板だと、層間は1.6mmで広いです。しかし、4層板となると、基板材料の入手性の関係で、1-2層間と3-4層間は各0.3mmに、2-3層間が1.0mmということもあるのです。層数が増えるさらに狭くなります。一度、依頼先のプリント基板工場に確認することも必要です。

2)層間が狭いとどうなるのか?

 まず、クロストークが気になります。クリティカルな信号の隣接層はGNDが良いのですが、そううまく配線できない場合もあります。その時でも隣接層での信号ラインを平行で配線することをできるだけ避けます。また、アートワーク前に層構成を検討し、信号配線層と電源層とGND層をそれぞれ割り振ります。どうしても信号層同志が隣接する場合は、1層目は縦、2層目は横、など配線方向ルールを決めたりもします。
層構成は非常に重要で、プリント基板工場への指示にも使用します。特にインピーダンスコントロールが必要なプリント基板では不可欠になります。この詳細については、今後説明して行きます。
 次に、いくら狭くても隣接層がGNDであれば、不要輻射や外乱ノイズの遮蔽が利くという有利な点もあります。隣接層同志がVCC-GNDベタであれば、層間での静電容量が増し、パスコンの役目を果たすこともあります。

4:プリント基板の外の3D

 プリント基板の上には、電子部品が実装されます。また、部品が実装されたプリント基板の複数が、筺体に取り付けられることがあります。どちらもプリント基板以外の空間を支配するもので、アートワーク設計の工程でいう部品配置に関わってくることです。電子回路設計者が指示するところの高さ制限に当たります。
昨今のモバイル製品のように、狭い筐体の中にプリント基板を挿入することになり、当然プリント基板に搭載する部品の位置も制限を受けます。

 これをアートワークCADではどのように扱うかを少し説明します。
 高額なアートワークCADではディスプレイ上で3D化した映像を出せますが、普及している一般的なCADでは、そこまでの機能はありません。共通している点は、CADは階層構造で各数値を持っていることです。
 以下にアートワーク用CAD内部での階層構造の定義例を記します。

    1層:部品面導箔
    2層:部品面レジスト
    3層:部品面シルク
    4層:部品面部品禁止領域
    5層:部品面配線禁止領域
    6層:部品面高さ制限(〜mm以下

    11層:はんだ面導箔
    12層:はんだ面レジスト
    13層:はんだ面シルク
    14層:はんだ面部品禁止領域
    15層:はんだ面配線禁止領域
    16層:はんだ面高さ制限(〜mm以下)

    21層:VIA禁止領域
    22層:キリ穴禁止領域

 上記の禁止領域や高さ制限を定義している各層に、その領域図形を入力して行くことになります。
 CADにはDRC(Design Rule Check)という自動チェック機能があり、上記の層に領域設定しておくと、部品ライブラリで設定した部品外形や部品高さに抵触するとエラーを出してくれます。しかしこの機能が付いていない安価なCADもありますので、その場合は目視チェックとなってしまいます。
 電子回路設計者としては、高さ制限をpdfなどの図面で指示して良いですが、それではアートワーク設計者が一から画面入力して行くことになります。アートワークCADに取り込める図形データで必ず指示をして下さい。
 複雑な高さ制限(徐々に高さが変化するなど)の場合は3D機構系CADで筐体を設計する場合が多いので、そのままデータを支給すれば、アートワークCADを持っているアートワーク設計会社であれば取り込んでDRC機能でチェックできます。

 今回はここまでとします。次回は第2号(第2章)「アートワーク設計から部品実装までの概要」を予定しています。

第1回(第1章)アートワーク設計とは何か? 終わり
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アキュベリノス技術講座 シーズン1 配信開始のお知らせ
 2011年2月15日より、アキュベリノス技術講座シーズン1として、『プリント配線板について(初級編)』を、このブログ“開発こぼれ話”で配信を開始します。

 当社は、高速な電子回路設計技術をコアに提案型事業を展開しておりますが、その開発工程においてもプリント配線板の設計品質はその重要度を増しています。また、最近の電子回路設計者は、プリント配線板の設計から部品実装までの工程について、あまり深入りすることも少なくなって来ているのではないかという危惧もあります。さらに、電子回路設計以降の工程の知識、経験が、電子回路設計にも非常に重要であると常々思っています。
 そこで、比較的経験の浅い電子回路設計者を対象に、プリント配線板の設計から部品実装までの工程を、まずは知識としてまとめてみたいという気持ちから、今回の技術講座の開始となりました。

 シーズン1 『プリント配線板について(初級編)』の目次は次の通りです。

    第1回(第1章)  アートワーク設計とは何か?
    第2回(第2章)  アートワーク設計から部品実装までの概要
    第3回(第3章)  アートワーク設計者のスキルを知る
    第4回(第4章)  工程指示情報 アートワーク設計編
    第5回(第5章)  工程指示情報 基板製造・実装編
    第6回(第6章)  良きパートナー作りを
    第7回(第7章)  プリント基板の主要な構造と材料
    第8回(第8章)  プリント基板の製造と検査
    第9回(第9章)  取り数・シートと価格について
    第10回(第10章)一般的な実装作業方法(搭載部品別)
    第11回(第11章)現場は様々な部品形状との格闘
    第12回(第12章)はんだ付けは熟練工の腕次第

 おおよそ2週間に1回の配信となる予定です。
 シーズン1が終了後、シーズン 2として、『プリント配線板について(応用編)』では、高速伝送路を中心にまとめたものを配信する予定をしております。

 ご意見、ご質問などは、メール(tetsuzan@accverinos.jp)で随時お受け致しますが、ご返信が遅れる場合もございますので、ご容赦の程お願い致します。

 なお、本書の著作権は、株式会社アキュベリノスが所有しております。許可なく掲載、転載等を行うことを禁止致します。

原作:哲山
編集・監修:株式会社アキュベリノス


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B-12の測定結果をアップしました
当社製品B-12のカメラリンクコネクタ上と、HSMCコネクタ上の信号を測定した結果をアップしました。
カメラリンクは、625MHz、HSMCコネクタは、1.25GHzで動作させています。

http://www.accverinos.jp/products/b-12.html


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