製造性考慮設計(DFM)

Draftsmanを使用してPCBA製造ドキュメントを作成する私が電子業界で過ごした数多くの年月を振り返ると、我々は長い道のりを歩んできました。PCBレイアウトにマイラーにテープを使用していた時代から、高度なCADシステムへと、業界はここ30年ほどで文字通り光年のような進歩を遂げました。手描きの回路図が、その後物理的に手でつながれる（初期のレイアウトプログラムでもこれは真実でした）時代は（ありがたいことに）過ぎ去りました。ネットリスト？回路図でそれが何だったか？CADツールはそれ以来、長い道のりを歩んできましたし、Altium Designer^®のような高度なツールを使用することは、他のCADパッケージではめったに（あるいは全く）提供されない自動化ツールでの多くの作業で大きな時間節約になり得ます。しかし、話が逸れました。これは、受託製造業者にPCBA製造文書を提供するための重要なタスクを実行する方法を示す2つの投稿シリーズの最初のものです。あなたのPCBA製造文書には何が含まれていますか？さて、PCBレイアウトを完了したとしましょう（あるいは、複数のプリント基板プロジェクトかもしれません）。レイアウトに満足して、最新の作品を実際に製造するために必要なファイルを生成しましたが、本当に受託製造業者が必要とするすべてを生成しましたか？製造用のデータパックはたくさん見てきましたが、無関心なものから素晴らしいもの、正直なところひどいものまで様々です。表面実装パッケージの非常に細かいピッチコンポーネントなどの進歩に伴い、製造のルールも変わりました。古い方法では、新しいPCBアセンブリには適していません。製造データパッケージは、過去に十分だったものよりも、おそらくより多くの指導を提供する必要があります。どのタイプのはんだを使用してほしいですか？リフロープロファイルの限界は何ですか？これらは、はんだ付けプロセスが高品質の接合部をもたらすことを確実にするために非常に重要な問題の2つ（多くの中の）です。しかし、はんだ接合部だけが考慮すべきことではありません。この投稿シリーズが示すように、解釈の余地がない明確かつ簡潔な方法で非常に詳細な情報を伝えることが可能です。設計を送り出すとき、あなたは作成したいものを知っていますが、契約電子メーカーは知りません。彼らは設計の意図、使用される場所（これは通常のCADツールの出力の一部ではないステップを意味することがあります）や、提供しない限りテストの方法を理解していません。製造されるものによって異なる種類のパックがありますが、この投稿では最もシンプルなもの、つまり四角で囲まれたPCB組立製造パックに限定します。このビューは組立階層を示しており、実際に出力が生成される方法ではありません。表示されている階層は、PCBA製造パックの典型的な設定です。Altiumのツールを使用する（16.1以降から）、完全なデータパッケージを生成するのは非常に簡単です。完全に自動化されていますか？いいえ、すべての会社とすべての設計は異なり、最初に行うべき作業があります。表示されているパックは単一の組立て用であり、他の上位または下位の組立てに対して簡単に子または親オブジェクトになる可能性があり、PDM（製品データ管理）/PLM（製品ライフサイクル管理）システムを持つ企業に理想的に適しています。ここにあるものを簡単に見てみましょう：マスター組立印刷製造業者が知る必要があるすべての情報が電子出力（ピックアンドプレース、BoM）に含まれているわけではありません。特別な指示や使用するテスト手順、その他の情報が必要になることがよくあります。これらは多くのパックから欠落していることが多いですが、将来の投稿で見るように、生成するのは難しくありません。これは組み立てのためのマスター図面であり、他のすべては従属的です。私が働いてきた業界では、これを単一の真実の源と呼んでいます。回路図とBOMは標準出力であり、一般的にはすでに存在します。後の投稿で、これらが内部チームと外部製造の両方をどのようにより良くサポートできるかを見ていきます。組み立て用のPCBを文書化する方法についてもっと読む PCB製造マスターこの図面は、時には単にPCB製造図面と呼ばれ、PCB製造業者が裸の回路基板を成功裏に製造するために必要なすべての情報を含んでいます。この図面に含まれる情報は、GerberやODB++ファイルなどの電子設計データには含まれていない場合がありますが、Gerberレイヤーを生成することは可能です。 PCB製造ノートとマスター製造図面についてもっと読むプリント基板組立に関する完全な情報があれば、契約メーカーは必要なすべてを正確に見積もることができ、正確な見積もりを生成することができます。つまり、テストが突然契約メーカーに送られたときの驚きがありません。テストを行うための料金を請求されるだけでなく、オペレーターの時間が利用可能になるまで組立プロセスを保留にする必要があるかもしれません。多くの契約メーカーは、数週間から数ヶ月先までラインを予約し、それに応じて人員と設備を整理します。不完全なパックは大きな悲しみにつながる可能性があります。文書化と単一の情報源は、品質の高いプリント基板組立プロセスの鍵です。 PCB製造業者（しばしば組立業者とは別の会社）も、必要な情報がすべて書かれているため、正確な見積もりを生成することができます（私の会社のテンプレートには、PCB製造プリント用に定義されたコメントが26あります）。

Thought Leadership PCB設計とCADソフトウェア：あなたの設計を支配するものを知る時々、「法の支配」というフレーズが、国がどのように統治されるかについての会話の一部になります。13世紀のマグナ・カルタにまで遡るこの「法の支配」は、平和で公正な社会の発展と、基本的人権の必要性について語っています。「法の支配」の下で生活する個人は、法の下の平等法の透明性独立した司法と法的救済へのアクセスを享受します。統治のためのルールがなければ、一貫性の欠如によって混乱が生じるのを目の当たりにするでしょう。PCB設計においても同じことが言えます。電気的および設計ルールの確かな基盤がなければ、異なる周波数で動作するデジタル信号とアナログ信号の狂乱がノイズになってしまいます。スマート食器洗い機が10軒中9軒の家庭で放つ信号がスパイ衛星によって検出されるような、騒がしい回路で満たされた世界はあまり快適とは言えません。 PCBを設計するためにCADソフトウェアを使用するとき、電気的ルールがボードレイアウトプロセスを支配します。たとえば、コンポーネントを配置した後、トレースが回路図と一致するように、また、設計が信号完全性、RF、およびEMC設計ルールを遵守するように、電源、グラウンド、および信号トレースをルーティングする必要があります。空気中には電気があります一部のルールはどこでも明らかですが、コンピュータの周りに立っている間にPCB設計に速度制限を適用するのはそう簡単ではないかもしれません。PCBにおける一般的な電気的ルールには、クリアランスショートサーキット未配線ネット未接続ピン未塗布ポリゴンクリアランス：PCBトレース間の正しい距離がないと、フラッシュオーバーが発生する可能性があります。クリアランスは、銅層上の任意の2つのオブジェクト間で許可される最小のクリアランスを定義します。アメリカ合衆国では、UL 60950-1標準が、バッテリー駆動およびAC駆動の情報技術機器のための許可される最小のPCB間隔を提供しています。標準文書内の表は、作業電圧、汚染度、PCB材料グループ、およびコーティングの観点から、トレースのクリアランス距離を指定しています。ショートサーキット：PCB設計のコンポーネント密度を増やすことは、ショートサーキットの環境を構築します。多くの場合、設計では密度の問題に対処するために、より小さいコンポーネントパッドを使用します。しかし、小さいパッド間の狭い距離は、はんだブリッジが形成される可能性があります。小さいパッドの使用は、トレースルーティングにも問題を引き起こし、それが結果として接続を混雑させ、はんだ接合に影響を与えます。これらの条件のいずれかが、ショートサーキットの環境を作り出す可能性があります。電圧と電流が従うべき多くの法則があります。未配線ネット：ボードのアウトラインを作成した後、PCB設計プロセスは部品の配置と設計デバイスのフットプリントの設定に移ります。配置された各部品のピンは、設計を完了と呼ぶ前に接続する必要があります。

PCB設計：アスペクト比とは何か、そしてなぜ重要なのか？ PCB内のビアのアスペクト比は、その信頼性を決定する重要なパラメータであり、場合によってはその電気的性能にも影響します。

Thought Leadership 国境を越えるPCB設計の制限：エッジクリアランスを超えて拡張するあなたは今まで、崖の端に立って、足をしっかりと地につけたことがありますか？いえ、転んだら少し怪我をするかもしれないような急な斜面のことではありません。私が言っているのは、ナショナルジオグラフィックで見るような、90度のスタイルで、真っ直ぐに2,000フィート下まで落ちる崖のことです。どんなに崖立ちに慣れている人でも、間違いなく恐ろしい体験です。頭の中を駆け巡る思考は止まらず、非常に原始的です。もし近づきすぎたら足が滑るだろうか？背中に感じるあの突風はどうだろう？私の好みではありませんが、時には崖を覗き込む必要があります。同様に、あなた（またはあなたのコンポーネント）が、PCBの端（クリアランス）に立っていて、余裕がほとんどない状態になることがあります。時には、あなたのコンポーネントがその2,000フィート（まあ、実際にはインチ単位に近いかもしれませんが）の崖の端に立つという恐ろしい体験をしなければならず、その存在の残りの期間、ピークパフォーマンスで動作することが求められます。なんという人生でしょう！ボードの不動産が不足している場合、詰め込むべき部品が山のようにある場合、または単にボードを取り囲むシャーシの制約の場合でも、時には許容されるエッジクリアランスの許容範囲を超えて部品を拡張する必要があります。では、これらの境界を超えて拡張するときにどのような要因が影響しますか？以下は、部品が左右に落ちないようにするためのいくつかのガイドラインです。 PCB設計の制限において、十分な銅の接続を保つボード上の任意の位置での部品配置の経験則は、まず十分な銅があることを確認することで、頑丈な電気機械的接続ができることです。エッジクリアランスの許容範囲を超えて冒険する場合、いくつかのことが変わるかもしれませんが、銅に関するルールは変わりません。まるで崖の端に立つ人が足をしっかりと地面に植える必要があるように、あなたも部品に同様の注意を払う必要があります。追加の予防措置を講じて、物理的な銅の接続が全体を通してしっかりしていることを約束することで、自分自身とあなたの設計を転倒から守ります。意図を超えて使用する：箱の外で設計するもちろん、PCBを設計する際には、何らかの形で使用されることを期待していますが、製品が使用されている場合、消費者が設計を新しい方法で使用するための独創性を決して割り引くことはできません。言い換えれば、製品が意図したユーザーによって開かれたとき、あなたが想定していなかった目的で使用されるかもしれませんが、ユーザーはそれでもあなたの製品が彼らの基準を満たすことを期待します。潜在的に危険なコンポーネントの周囲のスペースを見ることで、意図しない製品の使用からも損傷を防ぐために積極的になることができます。特に、コンポーネントが崖っぷちに近づいている場合、設計の箱外の使用例を考慮する必要があります。激しく扱われた場合に曲がったり壊れたりするものはありますか？シャーシへの損傷によって影響を受けることは？製品の意図された（および意図されていない）使用と、コンポーネントがどのように影響を受けるかについて賢明であることは、発生するであろうグレーエリア/エッジクリアランスの質問の多くに答えるでしょう。製造上の制限とそれらを防ぐ方法設計の凍結前に製造業者の制限を考慮するように言った回数に一ニッケルもらっていたら、直面しているどんな崖からでも階段を建てられるかもしれません。PCB設計ソフトウェアでは、思いつく限りのものを設計できますが、それを現実の世界（製造）に移すことは全く別の偉業です。コンポーネントを互いに近づけたり、設計のエッジクリアランスに近づけたりすると、製造チームが取り入れることがより困難になります。製造業者の機械の能力によっては、最初のRFQを送り出したときに行き詰まる可能性があります。 RFQ。気がつけば、また設計図に戻っています。これを克服する一つの方法は、設計を製造業者に委託する前に監査と製造施設のレビューを実施することです。製造業者の能力を確認し、したがって、設計が成功するために必要な能力を持っていることを確認できます。少数の製造業者に連絡を取るだけでも、エッジクリアランスを超えて拡張しているときに制限が存在する場所のアイデアを得ることができます。エッジを過度に考えすぎないでくださいエッジクリアランスを超えることはロケット科学ではありません。代わりに、それはリスクのゲームです。このゲームは、「どれだけエッジに近づけるか？」という問いになります。再び、千フィートの高さから見下ろすときに私が尋ねたいと思う質問ではありませんが、PCB設計では選択の余地がないこともあります。

OnTrack Newsletters PCB製造の溝を埋めるベテランのDirk Stans Judy Warner: Dirkさん、電気業界でのご自身のキャリアパスと経歴について簡単に教えてください。 Dirk Stans: 私はDISCに就職し、電気エンジニアとしてのスタートを切りました。DISCは、入社して1年後、Barco Graphicsになりましたが。入社初日から、私はヨーロッパのPCB業界向けのCAM（Computer Aided Manufacturing）システムの販売に携わりました。ここで私は、1989年以降のヨーロッパおよび世界的なPCB業界の進歩に関する見識を得ました。ヨーロッパは世界のプリント回路基板の40%を製造し、現地の各企業は相変わらず量産に専念していてもかなりの収益を上げることができました。一方で、これとは別に未開拓の市場があり、エンジニアはこの市場での試作品の作成に苦労していました。ヨーロッパで最初に電子製品をOEM製造した大企業が、極東および中国に子会社を設立しており、多くの他社もすぐに追随しました。ベルリンの壁が崩壊し、ドイツが再統一される1年前、他の東ヨーロッパ諸国がソ連から解放されました。市場は活気づき、ヨーロッパは岐路に立たされました。この結果、電気エンジニアたちは冷遇されていました。チャンスは、多くの場合、混沌から生まれます。同僚で仕事のパートナーでもあったLuc Smetsと私は退職して、東ヨーロッパからのPCB製造の小口注文を、自分を価値のある顧客として扱ってくれる取引相手を待ちわびているエンジニアたちに仲介する仕事を始めました。電子機器開発エンジニアのためのPCBの試作と少量生産という、私たちのユニークな販売ビジネスが誕生しました。基板の仲介を始めて間もなく、私たちの最大のサプライヤーだったハンガリーの国有PCB企業を買収しました。1993年5月1日、私たちはベルギーに拠点を置くハンガリーのPCB製造業者になりました。それ以降、今でも、私たちは全ての収益を自分たちの事業に投資しています。これにより、ベルギー、ハンガリー、ドイツ、フランス、イタリア、イギリス、スイス、インドのグループ所在地で約400人が働くチームに成長しました。2017年は、12,000人のヨーロッパの顧客から仕事がありました。これは、20,000人を超えるユーザーから107,000件をはるかに上回る注文があったことを示しています。今日、私たちのビジネスはほぼ100%オンラインで行われ、標準技術のPCB向けに最大レベルの範囲のサービスを提供しています。 Warner: 当時の明らかな政治的、経済的状況に加え、ユニークなEurocircuitsモデルを作ってオンライン環境に移行したきっかけは何だったのですか? Stans: 1994年以来、製造コスト、そしてPCBの試作や少量生産の価格を抑える方法を模索していました。提供する技術を標準化し、1つの製造パネルに複数の注文をプールすることが、試作や少量生産のコストを抑えるために重要であることにすぐに気付きました。同年、標準化された技術を初めて市場に向けて提示しました。多くの顧客にとって、それまで、工学技術は量産のためのものでしたので、標準化は思い付きませんでしたし、注文のプールは試作の戦略としてはまだ知られていませんでした。この結果、私たちは、多くの製品をより標準化し、市場にインターネットとWeb販売を導入して、考え方と戦略を完全に改めました。1999年、私たちは新しいビジネスフロー「Eurocircuits」を構築しました。PCB試作のための完璧なEビジネスフローです。オンライン化することで、私たちは、割引の交渉が不可能でWebサイトで特別注文ができるプラットフォームを提供する新しいプロファイルを入手できました。顧客は、標準化と注文のプールのメリットに気付き始めました。Eurocircuitsの列車は駅を出発しました。そして、全ての資金をオンライン販売プラットフォームの開発とサービス拡張につぎ込みました。工場への投資は全てそのサービスモデルに向け、これにより、私たちはPCBの試作と少量生産という分野でトップに立つことができました。長年に渡って、私は自分たちの市場モデル、オーダープールの歴史などについて色々書き綴ってきました。それらはhttps://www.eurocircuits.com/category/eurocircuits/ でご覧になれます。 Warner: 間違いなく、それ以後広く採用されることになる、新しいビジネスモデルを構築なさったということですね。おめでとうございます。ペースが速く人手をあまり介さないこのモデルで、どのようなDFMの問題が起きるのか、繰り返し発生するDFMの問題を減らすためEurocircuitsは何をしているのか、ぜひ知りたいところです。 Stans: 基板の最適な設計フローでは、エンジニアは、今日の産業用電子機器で何が可能なのか、明確で世界的に容易に受け入れられやすい業界標準はどのようなものかを製造サイドから認識している必要があります。これにより、最もコスト効率が高く信頼できる基板製造方法が可能になります。これらの認識を持ってレイアウトを始め、CADソフトに組み込まれたDRCのルールを使用することで、私たちはDFMに関する最悪の事態を回避しています。

Thought Leadership 初心者向け製造用PCB設計ガイドライン初心者エンジニア向け製造ガイドラインの最も重要な設計点をまとめました。