PCB組み立て出力

PCB設計が完了したら、通常の目的はそれを製造・実装してもらうことです。プロジェクトとともにPCB実装用の出力データを準備し、製造業者に提供する責任は設計者にあります。製造業者はこれらの出力データを使用して部品を調達し、実装工程を計画し、最終検査を実施します。実装要件は詳細に記載し、PCBAの組み立てを完了するために実装業者が必要とする包括的な情報を提供する必要があります。

実装工程に進む前に、基板には最適なDFAプラクティスを取り入れた設計が必要です。そうでない場合、実装業者によるレビュー前にPCBが製造されてしまうと、PCBを廃棄しなければならないリスクがあります。廃棄に至る理由は数多くありますが、PCB設計に適したECADソフトウェアを使えば、設計者は一般的な実装ミスの一部を回避できます。

PCB実装用出力データの一覧

最も基本的なレベルでは、標準的なPCB実装用出力ファイルは部品表とピックアンドプレースファイルの2つです。部品表は、PCB上の各リファレンスデジグネータに対応する部品を指定する購買文書であり、ピックアンドプレースファイルは、はんだ付けのために各リファレンスデジグネータをどこに配置するかを示します。これら2つのファイルとPCBの簡単な説明、あるいは説明がまったくなくても、製造業者はPCBAを完全に実装できます。

プロフェッショナルや企業では、一般的に3つ目の標準設計出力として実装図を作成します。実装図には通常、次の内容が含まれます。

• PCB外形と基板寸法
• 表面および裏面の部品外形
• 部品のリファレンスデジグネータ
• 部品の極性および向きの表示
• 集積回路とコネクタの1番ピン表示
• 機械部品および取付位置
• 高密度または複雑な領域の詳細図
• 実装ノート、引き出し線、および特別な製造指示
• 改訂情報、図面番号、およびタイトルブロック情報

実装ノートは重要です。なぜなら、PCBレイアウト、部品表、またはピックアンドプレースデータだけでは明確でない要件を定義するからです。これらのノートには、RoHS準拠、適用されるIPC規格への適合、特定のはんだ合金またはソルダーペースト種別の使用、洗浄要件、検査基準、さらにアンダーフィル、コンフォーマルコーティング、ステーキング、接着剤塗布といった特殊工程を指定できます。明確な実装ノートは曖昧さを減らし、完成したPCBAが設計者の機械的、電気的、規制上の要件を満たすことに役立ちます。

多くの新しい設計者が実装図を作成しない理由は、使用しているCADソフトウェアがそのプロセスの自動化を支援しないためです。OrCADやXpeditionのような一部のエンタープライズ向けソフトウェアでさえ、実装図を自動作成する機能を備えていません。これらのプラットフォームでは、この基本的な作業を実行するために別ライセンスの他ソフトウェアに依存する場合があります。
Altium Designerは異なります。Draftsmanツールが含まれており、設計者は高品質な実装図を数分で自動作成できます。ユーザーはカスタムテンプレートやシートサイズを作成して、実装図の形式を完全に制御できます。また、BOMの埋め込み、ノートや引き出し線の追加、プロジェクトパラメータの埋め込みによる即時の図面更新など、実装図に追加機能を配置することもできます。

このツールを使って製造図や実装図を生成する方法が好みでない場合でも、PCBレイアウトファイル内でこれらの図面を作成する方法はあります。一般的な方法の1つは、PCBレイアウト内のメカニカルレイヤーを使用して、製造図および実装図の要素を手作業で描くことです。この方法なら、PCBレイアウトの更新が実装図にも即座に反映されます。実装図を出力するには、通常、次のレイヤーをDXFファイルまたはPDF印刷にまとめる必要があります。

• タイトルブロックと実装ノートを含むメカニカルレイヤー
• PCB外形レイヤー
• 表面および裏面のペーストマスクレイヤー
• 表面および裏面の実装レイヤー
• 剥離可能マスク、コンフォーマルコーティング、接着剤塗布位置、その他の特殊な実装要件を示す追加のメカニカルレイヤー

3D図面から生成したPCBの等角図を含めることも一般的です。ただし、通常、メカニカルレイヤーやPCBレイアウトツールでは等角図を生成できないため、PCBAの3Dモデルから外部のMCADアプリケーションで作成する必要があります。通常、このビューはMCADアプリケーションからDXFファイルとしてエクスポートし、メカニカルレイヤー上でPCBレイアウトファイルに再度インポートします。しかし、Altium Draftsmanでは、MCADアプリケーションへのエクスポートを必要とせず、PCBドキュメントファイルから直接等角図を生成できます。

インテリジェントなPCB設計出力

実装向けのPCB設計出力を作成するもう1つの方法は、インテリジェントな出力フォーマットを使用することです。これらのファイル形式は ODB++ と IPC-2581です。

インテリジェントなPCB設計出力は、製造と実装の観点では客観的に優れていますが、 Gerber filesほどは使用されていません。Gerberは依然として製造データの事実上の標準であるため、設計者は実装用に部品表とピックアンドプレースデータも出力する必要があります。できるだけ幅広いPCB実装オプションを確保するには、Altium Designerのように、標準的な3種類すべてのPCB設計出力パッケージをサポートするPCB設計ソフトウェアを使用してください。

成功するDFAはPCB実装不良を防ぐ

PCB試作を実装する際、ベンダーのサービスレベルには通常、必要に応じたPCBのリワークに対応できるだけの余裕が含まれています。しかし、生産数量が増えるにつれて、不良を防ぎ、必要なリワークを回避することがコスト管理の重要な要素になります。この段階ではDFAプラクティスがさらに重要になり、PCBレイアウトやPCBライブラリにおける基本的な設計実践と関係します。

歩留まりの高いPCB実装に向けてDFAプラクティスを適切に実装するには、設計者はECADソフトウェアと実装業者からの情報を次のように活用する必要があります。

• PCB部品フットプリント設計
• 実装制約を PCB設計ルール
• として定義する実装レビューでPCBを確認する

DFAにおけるPCBフットプリント設計

フットプリント形状は、部品レベルでDFAが成功するか破綻するかを左右するポイントです。実装業者の工程能力に合っていないフットプリントは、レイアウトの他の部分がどれだけ適切でも不良リスクを持ち込みます。パッド寸法、コートヤードクリアランス、ソルダーマスク開口、ランドパターン形状は、いずれも配置精度、はんだ接合の形成、リフロー後検査のアクセス性に直接影響します。

標準的なSMDパッケージでは、IPC-7351が基準を提供しますが、実装業者固有の工程、つまりウェーブはんだ、リフロー、または選択はんだのいずれであるかによって、どのランドパターンバリアントが適切かが決まります。たとえば、実装業者が高密度プロファイルで運用しているのに、標準または最もコートヤードの広いランドパターンを使用すると、ブリッジや不十分なヒールフィレットを引き起こす一般的なミスマッチになります。

このフットプリントは、中央パッドのはんだ付けにおいてDFAのベストプラクティスを実装するよう設計されており、はんだの吸い上がりや、はんだ付け中の部品ずれを防止します。

DFAのためのPCB設計ルール

一貫したDFAを確保するには、手動検査ではなく自動化された設計ルールによってガイドラインを適用してください。部品間隔、ペースト開口率、許容差などの具体的な制約値は、PCB実装業者から直接入手してください。一般的なIPCデフォルト値に頼らないでください。特にファインピッチ部品では、実装業者の能力と一致しない場合があります。

実装業者から提供された制約をPCBソフトウェアの設計ルールシステムに直接適用し、実装不良を防止してください。これには、部品コートヤードクリアランス、ペーストマスク拡張、ソルダーマスク位置合わせのルール定義が含まれ、製造前に設計ルールチェックで潜在的な問題を検出できるようになります。

• 実装業者の能力資料に基づく最小部品間 コートヤードクリアランス
• パッド種別ごとのソルダーマスク拡張
• 。SMDとNSMDのパッド定義を区別する
• ペースト開口の面積率の最小値。通常は確実なペースト離型のため0.66以上
• 基板端部やツーリング穴近傍のピックアンドプレース禁止領域サーマルパッドパターンに対するvia-in-padルール。テント処理や充填要件を含む

Altium Designerでは、これらの制約はいずれもPCB Design Rules and Constraints Editor、または新しいConstraint Managerを使って実装できます。Cadence OrCAD/AllegroやSiemens PADS/XpeditionのようなプラットフォームのユーザーはConstraint Managerのインターフェースにより馴染みがあるため、Altium Designerのより強力な設計インターフェースへの移行が容易になります。

PCB実装レビュー

上記の要素は主にPCBレイアウト段階で実装され、組立時に物理的な形になります。残念ながら、製造前に実装レビューを受けないと、DFA能力に十分適合していない最適でないPCBが製造される可能性があります。大型ケースのSMD部品や大きなスルーホールを使う単純な基板では、これは問題にならないかもしれません。しかし、高密度PCB、 HDI PCBs、あるいはフレックス/リジッドフレックスPCBでは、実装業者の制約に従わないとPCB実装で不良につながる可能性が高くなります。

このため、設計者は製造データをPCB実装業者に送ってレビューを依頼することを検討すべきです。これにより、不良につながる単純な設計上の問題を特定でき、ベアボード製造前に修正できます。これを行わない場合、特に量産時には、不良、リワーク、さらにはPCBの廃棄に備える必要があります。

包括的な製造パッケージの一部としてのPCB実装用出力データについてさらに詳しく知りたい方は、以下の動画をご覧ください。

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よくある質問

PCB 組立にはどのファイルが必要ですか？

PCB 組立に必要な最小限のパッケージには、部品表（BOM）とピックアンドプレースファイルが含まれます。プロフェッショナルな製造パッケージには、さらに部品配置図、部品位置、向きの指示、機械的詳細、改訂情報、組立注記も含めるべきです。

PCB 組立図にはどのような情報を含めるべきですか？

PCB 組立図には、基板外形、寸法、部品外形、リファレンスデザインator、極性表示、1番ピン表示、取付け金具、詳細図を示す必要があります。また、組立注記、特別な工程要件、図面番号、改訂情報も含める必要があります。

Altium Designer で PCB 組立図を作成するにはどうすればよいですか？

Altium Designer では、設計者は Draftsman を使用して PCB ドキュメントから組立ビューを自動生成できます。Draftsman は、カスタムテンプレート、BOM テーブル、注記、コールアウト、プロジェクトパラメータ、等角図の基板ビューにも対応しています。

ODB++ と IPC-2581 の違いは何ですか？

ODB++ は独自仕様のインテリジェント PCB データ形式であり、IPC-2581 は構造化 XML に基づく、ベンダー中立のオープンな IPC 標準です。どちらも、製造、組立、部品、接続性、スタックアップ、試験、検査データを 1 つの製造パッケージに統合できます。