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製造性考慮設計(DFM)
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製造性考慮設計(DFM)

製造性考慮設計(Design for manufacturing: DFM)とは、設計者が製品の設計を見直し、可能な限り効率的な製造手段を用いて寸法、材料、公差、機能性を最適化するためのプロセスです。

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PCB設計を機械組立ての欠陥から守る方法 PCB設計を機械組立ての欠陥から守る方法 1 min Blog 最近では、特殊なコンポーネントを組み立てる場合やリフロー工程を省略するため以外に、手作業でPCBを組み立てることはほとんどありません。自動ラインでボードを組み立てる場合、手作業に比べてPCBAが欠陥のない状態であることを期待します。しかし、現実には、最高級の機器を使用しても、PCB組み立てプロセスが完璧であることは決してありません。そして、ごく少数ですが、ボードが品質問題に直面することがたまにあります。ただし、問題を認識しておくことで、設計を最適化し、一般的なPCB組み立ての欠陥を最小限に抑える、あるいは完全に防ぐことができます。 PCB組み立ての欠陥 製造および組み立ての過程で、PCBAには多くの欠陥が生じる可能性があります。設計者による 基本的なDFM実践と、製造業者からのDFMレビューが行われます。これらの欠陥を見る確率は一般的に低いですが、十分な数のボードが生産を通過すれば、統計的に欠陥が発生することが保証されています。ここに示されている主なPCB組み立ての欠陥のリストは次のとおりです。 1. ソルダーブリッジ PCB組み立て時に発生し、通電時に深刻な損傷を引き起こす可能性がある最も一般的な欠陥の一つは、 はんだブリッジまたは細ピッチ部品のリード間のショートです。ショートは通常非常に小さく、視覚検査では見逃されやすいです。PCB組み立て中のショートは、さまざまな要因によって引き起こされる可能性があります。たとえば、間隔が狭い広いコンポーネントパッドがはんだブリッジを引き起こす可能性があります。ショートは、過度に厚いステンシルやおそらく汚れたステンシルによってパッドに過剰なはんだが配置された場合にも発生する可能性があります。 はんだブリッジショート回路についてもっと学ぶ 視覚的に識別されたはんだブリッジの欠陥。[出典: Springer] 2. 開放ジョイント 不十分なはんだまたははんだ付け中の部品の浮き上がりによって、オープンジョイントが発生します（下記のトゥームストーニングを参照）。拡大鏡を使用していない限り、 PCBパッド上の一部のオープンジョイントはほとんど検出不可能です。視覚的なチェックにより、すべての表面実装部品が適切にはんだ付けされているかどうかを示します。しかし、部品のリードとはんだパッドの間にわずかな隙間があるだけで、電子機器が正しく機能しない原因となります。さらに、ステンシルが薄すぎると、はんだペーストが少なく預けられ、結果としてオープンジョイントが発生します。視覚的に識別するのが難しい場合でも、オープンジョイントは一般的にDMMで高抵抗として読み取られます。これは、オープンジョイントと疑われるものを確認する簡単な方法を提供します。 3. 浮いているSMD部品 スルーホール部品は、リードがスルーホールに挿入されることによる自重とグリップによって位置を保持できます。これはSMDパッドには当てはまりません。これらの部品は基本的にリフローに入る前にはんだペーストの上に置かれます。パッド上のはんだペーストの量と部品パッド間の温度差は、次の2つの問題を引き起こす可能性があります： 浮遊する部品が歪む 一方のパッドでの不十分な濡れにより、墓石現象が発生 記事を読む
フレックス回路の小型化とSAPプロセスによる生体適合性 SAPプロセスによるフレックス回路の小型化と生体適合性 1 min Blog 製造業者は通常、ダイエレクトリックの片面または両面に圧延焼鈍処理された銅または電解銅を塗布したフレキシブルラミネートを購入します。最も一般的なダイエレクトリックには、ポリイミド、LCP、ポリエステルがあります。 記事を読む
PCBの超高真空システムでのガス放出に対応する方法 PCBの超高真空システムでのガス放出に対応する方法 1 min Blog 「楽しみに水を差す」という言葉があります。私が高校生だった頃、マーチングバンドでサクソフォンを吹いていました。ある晩、競技会があり、4マイルの行進のうち2マイルまで行ったところで雨に降られました。私たちは雨宿りのために走らなくてはなりませんでした。多くの苦労も、ほんの少しの雨によって台無しになるという教訓です。地上では、結露があればそれを避ければいいのですが、気圧が低い場合にはそれだけで実験が失敗に終わる可能性があります。宇宙の真空中では結露は発生しないと思うかも知れませんが、多くの宇宙事業では、「ガス放出」と呼ばれるプロセスで少量の蒸気が放出され、複雑な状況が発生します。これは高真空環境で発生する現象で、近くの機器の機能を妨げたり、損なったりすることがあります。超高真空（UHV）用のPCBを設計するときは、基板からのガス放出を低減する方法を見つける必要があります。理想的な世界ならば、ガス放出を排除できるでしょうが、完全なものは存在しないので、ガス放出が発生したときに対処するための低減戦略を取り入れることが重要です。 ガス放出とは何か、なぜ問題になるのか 私は大学で、サクソフォンからバスーンに転向しました。バスーンとは何か知らない人は少なくないでしょう。それと同様に、PCBのガス放出（アウトガス）についてもあまり聞いたことがないかもしれません。ガス放出は、材料の中に閉じ込められている気体が超高真空の中に吸い出されるとき発生します。基板は多くの場合、 各種の多孔質複合体 で作られているため、この現象が大きな問題となることがあります。これらの浸透性材料は多くの場合、製造プロセスの間に空気や他の蒸気を中に閉じ込めます。その後で回路が宇宙の真空にさらされると、その蒸気が吸い出され、近くの表面に凝縮することがあります。 ガス放出の問題は、凝縮の発生により 光学測定器との干渉 が発生したり、汚染により測定が損なわれたりすることです。これは、 彗星の大気を測定するよう設計された宇宙探査機 で、 ガス放出が彗星の特徴的な成分よりも大きくなる可能性がある 場合、特に深刻な問題となります。 水蒸気など比較的ありふれた蒸気でも、 任務の支障となる可能性 があります。このような種類のリスクは、実験や宇宙ミッションに大きな妨げとなります。この理由から、NASAは 作業場におけるガス放出の低減 のヒントを公表しており、 材料のガス放出をテストする ためのガイドラインまで作成しました。これらのガイドラインを守っても、PCBには多少のガス放出が発生します。このため、ガス放出の制限だけではなく、軽減についても注意する必要があります。 レンズや他の光学機器はガス放出によって汚染される可能性がある 記事を読む
ウルトラHDIテクノロジーは新しいものではありません ウルトラHDIテクノロジーは新しいものではありません 1 min Blog A-SAP™とmSAPは長い間、電子業界で使用されてきました。Tara Dunnは、半導体および超高容量PCB市場が中容量アプリケーションへと移行する過程について語ります。今すぐ読んで、さらに詳しく学びましょう。 記事を読む
高速PCBスタックアップ設計 高速PCBスタックアップ設計の課題 1 min Blog 高速PCBのスタックアップは様々な方法で設計できますが、これらのシステムは最終製品におけるエンジニアリングの制約をバランス良く組み立てることによって構築されなければなりません。 記事を読む
製造を考慮した設計：DFM/DFAの新しい視点 T製造を考慮した設計：DFM/DFAに対する新しい視点 2 min Guide Books DFM分析の完全ガイド 私の良い友人がPCB設計の製造計画についてよく言う冗談があります。「今日、製造業者に電話しましたか？」とよく尋ねることで、設計プロセスの複数の段階で製造パートナーとの連携を強調します。これは設計者がよく忘れがちなことであり、全規模の製造に先立って大きな頭痛の種になることがあります。事実、ボードは製造可能性を確保するために、製造と組立の両方の観点から、複数回のDFM分析を受けるべきです。 では、いつからDFM分析に設計をさらすべきでしょうか？もう一つの重要な質問は、DFM分析プロセスを迅速に進める最良の方法は何かということかもしれません。任意のボードにはチェックすべきことがたくさんあり、特に複雑なレイアウトでは、製造可能性を完全に検査することは時間がかかることがあります。DFM分析に何を期待し、どのようにして設計を迅速にプロセスを通過させるかについてここで説明します。 PCBのDFM分析に何が含まれるのか？ 一般的に言って、DFM分析は大量生産が必要なあらゆるものに適用されます。製造される製品は、大量生産に使用されるプロセスに適合するように設計される必要があり、設計が低い生産性、欠陥、または低い寿命を引き起こす可能性がないことを確認するために検査される必要があります。現在では、PCB製造業者とPCB組立業者が地球の反対側に位置していることもあり、DFM分析を行うために、プロジェクト情報の単一で管理されたストアに全員がアクセスできることが重要です。 PCBのDFM分析は、設計が製造業者の製造および組立プロセスに適合するかどうかを確認することを含みます。経験豊富な設計者であれば、品質を損なう可能性のある設計選択のリストが長いことを知っているはずです。私自身、設計に潜む可能性のあるあらゆる製造上の問題をまだすべて記憶していないので、製造を開始する前に私の基板を検査してもらうために、しばしば製造業者に頼っています。 頻繁に設計を検査する これは重要なポイントを提起します：いつDFMチェックを実行すべきか？もし比較的シンプルなボードを扱っているなら、製造前に製造業者が最終的なDFMチェックを実行することに頼るのがおそらく問題ないでしょう。繰り返しのDFM深掘りは、製造業者が迅速に実行できる時に過度の時間を取ってしまいます。より高度なもの、例えば、厳しいクリアランスと複数の信号規格を持つ高層カウントの混合信号ボードの場合、潜在的な品質問題を早期に捉えるためには、複数のDFM分析実行が必要です。 製造前に不必要な設計変更を防ぐ最良の方法は、いくつかの異なるタイミングでDFM分析を行うことです： コンポーネントを選択するとき：これは主にパッシブコンポーネントのサイズ、特に0201と01005に関連します。これらの小さなコンポーネントを使用する必要がある場合は、製造業者がこれらを扱えるかどうかを確認してください。 フロアプランニング中：この時点で、可能な層数、トレース幅の範囲、ビアサイズ、HDIに移行する必要があるかどうか、 どのPCBラミネートを使用するか、設計に適用されるIPC Producibilityレベルなど、ボードのいくつかの基本的な側面をまだ決定しています。 部品配置後：部品を配置したら、特に 両面SMDボードでのはんだ付けに関して、組み立てプロセスを考慮してください。また、接地された部品が参照面にどのようにはんだ付けされるか、熱リリーフが必要かどうかも考えてください。 スタックアップを計画する際：設計を製造に移す前に修正が必要なスタックアップがどれだけ多いかに驚くかもしれません。これは、製造業者に検証済みのスタックアップ表を尋ねることで解決できます。 Gerberファイルを生成した後：一部の欠陥は Gerberファイルで見つけやすいので、重なっているドリルヒットやビアのアスペクト比などをGerberでスキャンするのが最善です。 MCADチームとの協力：場合によっては、はんだ付け可能なコネクターや他の機械要素の配置が過度に狭いクリアランスを生じさせることがあります。 これらのポイントのいくつかは、他の記事ではあまり語られないことがあるため、詳しく説明する価値があります。 記事を読む
基板の反り 歪んだPCBを修正できますか？ 1 min Blog この記事に深入りする前に、簡単な答えをお伝えしましょう。既に製造されたPCBの反りを修正することは、おそらくできません。適切な材料が選択され、基板が正しくリフローに入れられる限り、組み立て中に反りが生じないように防ぐことはできます。 この記事では、そのようなポイントのいくつかについて説明し、反りが生じた基板を回復させるためのポイントをいくつか検討します。未組み立ての回路基板の反りを修正することは高度な作業であり、基板をガラス転移温度以上に加熱して圧迫する必要があります。個人の設計者であり、メーカーから裸の回路基板や組み立てられた基板のバッチを受け取った場合、それらを修正することはできません。これらを廃棄する方が良いでしょう。この記事の後半でその理由を説明します。 PCBの反りを防ぐ方法 PCBの反り防止を見る前に、反りの原因についていくつか見てみましょう： パネル内の混在した向き： パネル内での向きを混在させて パネルあたりの基板数を最大化することは、誘惑的です。 CTEとTgの層間不一致：これらの値が一致しない場合、特定の層にストレスが蓄積され、変形を引き起こし、歪みが生じます。 非対称スタックアップ：CTE/Tgの不一致に加えて、層スタックの非対称性が大きい場合、非対称性は一部の層に平面ストレスを与え、歪みを引き起こします。 リフロー/ウェーブ：過度のリフロー、ウェーブ、および再作業サイクルを繰り返すことで、歪みが蓄積されることがあります。また、はんだ付け中に基板をクランプすると、歪みが生じることがあります。 これらは、設計者と製造者が対処する必要がある基板の歪みの主な原因のいくつかです。 パネルサイズのための設計 常にこれを行うことができるわけではありませんが、スループットと収率の目的でこれを考慮することは重要です。混在した向きを必要としないように基板を設計できれば、歪みのリスクを回避できます。パネル内の基板の混在した向きは、一部の基板がガラス繊維のストランドの長軸およびパネルの長辺に沿っていないことを意味します。 ほとんどの場合、これは問題になりません。しかし、以下のガイドラインのいずれかに従わない場合、混在する向きが原因でボードの一部が反りやすくなる可能性があります。その結果、同じパネル内の一部のボードが反ってしまい、他のボードは反らない可能性があります。以下のガイドラインのいくつかを無視してボードを設計する必要がある場合は、可能であれば、反りやすいボードをすべて同じ向きに配置できるようにしましょう。つまり、ボードの長い辺をパネルの長い辺に沿って配置します。 スタックアップでの材料のマッチング これは、設計者が製造業者と協力して、ボードが仕様通りに製造できるようにし、生産中にボードが反らないようにする必要がある場面です。自分自身でPCBスタックアップを設計し、異なる材料を混合している場合は、Tg値とCTE値が互いに互換性があることを確認してください。言い換えれば、温度がTgを超えたときのTg値とCTE値はすべて似ている必要があります。 これを行う理由は、PCBスタックアップ内のすべての材料のCTE値に一般的な不一致を防ぐためです。一般に、CTEの不一致はスタックアップ全体で不均一な膨張を引き起こし、これは既に運用中の信頼性の問題を生じさせることが知られています。 特に高アスペクト比のビアでの亀裂。同じタイプのCTEの不一致もスタックアップの設計で避けるべきです。 銅を対称に配置する これは、私が協力するメーカーと矛盾するように古い設計者が試みる場合の一例です。銅の配置は、ボードが反りを伴わずに製造される唯一の方法としてしばしば引用されます。完全に反りをなくすことはできませんが、ボードの反りが組み立て欠陥を引き起こさないほど低くすることはできます。銅の配置は、設計者が対向する層上の銅をバランスさせるために使用できるツールの一つです。 記事を読む