マルチボードプロジェクトのためのPCB設計データ管理のヒント

プロジェクトの単一の要素でも大量のデータを生成する可能性があります。マルチボードPCBプロジェクトでは、そのデータ量はさらに膨大になります。各PCBには、個別の基板を製造するために標準化されたPCB設計出力が必要であり、それぞれの出力は明確に命名・マーキングされている必要があります。PCBメーカーは、各基板の出力を使用して製造・組み立てを行い、プロセス中のエラーを防止します。

PCBデータ管理では、個々のPCBのデータだけでなく、アセンブリレベルのデータも追跡しています。このアセンブリレベルのデータは、製品アセンブラーや社内の組立チームによって最終製品を構築する際に使用されます。この最終製品には、配線や筐体などの機械的要素が含まれる場合があります。この記事では、プロセスやワークフローを理解するために、これらのデータがどのように見えるかを紹介します。

データパッケージは個別か統合か？

複数のPCBを含む製品には、製品またはアセンブリレベルのデータに加え、アセンブリ内の個々のPCBのデータがあります。これらのデータパッケージはどのようにカタログ化し、リンクすべきでしょうか？

企業によって実装方法はさまざまです。優れたマルチボードPCB設計ツールがない場合、多くの企業はPCBレベルおよびアセンブリレベルのデータが整合していることを確認するために、多くのコピー＆ペースト操作に頼っています。優れたマルチPCB設計ソリューションがあれば、単一のアセンブリ内の個々の基板を追跡することは簡単ですが、全体のアセンブリには設計チームや機械エンジニアによって入力される追加情報が必要です。

最適なデータ階層は次のようなイメージです：

上記の階層に基づき、主要ブロックごとに個別のデータパッケージを作成することも、すべてのサブアセンブリを含む製品レベルのデータパッケージを作成することもできます。どちらを作成するかは、PCB設計ツールの機能とデータパッケージの受け手によります。たとえば、PCBメーカーは個別の基板のデータパッケージのみが必要であり、社内の組立チームはアセンブリレベルの情報のみが必要です。

次に、階層ごとの各領域を詳しく見ていきます。

PCBレベルの製造データ

マルチボードプロジェクトでは、各PCBに次の標準PCB設計出力が必要です：

• Gerber、ODB++、IPC-2581
• 部品配置（Pick and Place）ファイル
• 部品番号付き部品表（BOM）
• ドリルファイル
• 製造・組立図面

各PCBおよびPCBAには一意の部品番号を付与する必要があります。PCBAの部品番号は、設計要素が製品全体のアセンブリにどのように組み込まれるかを示す際に重要です。PCBを個別プロジェクトに分割することで、全体のアセンブリデータ内で参照しやすくなります。

マルチボードプロジェクト用の完成したPCBデータパッケージは、最終的にPDMプラットフォーム、理想的にはPLMプラットフォームに格納されます。PDM/PLMプラットフォームは製品のすべての改訂とレビューを追跡し、プロジェクトの現在の改訂の単一参照ポイントとして機能します。マルチPCB製品データをPDM/PLMに配置するには、製品の各部分に個別のPLMエントリを作成する（オプション1）か、製品全体の単一PLMエントリを作成する（オプション2）の2つの方法があります。

単一のマルチボードプロジェクト内で各PCBを追跡する（オプション2）ことが、データ管理の観点から最も合理的だと考えています。製品データを単一のPLMエントリにまとめ、製品レベルのレビューと承認を行うことで、すべてのサブアセンブリに対する唯一の信頼できる情報源を提供します。マルチボード対応ECADソフトウェアで主要PLMシステムと直接統合されている場合、オプション2の実装が迅速に進みます。

ただし、オプション1が最適な場合もあります。例えば、モジュール式製品ラインを作成して様々な方法で組み合わせる企業や、複数製品で同じ設計を再利用する場合です。この場合、PCB1/PCB2などを複数のPLMインスタンスに複製するのは合理的ではありません。大企業で発生するもう一つのケースは、異なる事業部門がマルチボードプロジェクトで互いの設計を使用する場合です。オプション2では、サブアセンブリデータを複数のPLMインスタンスにコピーする必要があり、複数の信頼情報源が生まれ、標準PLMワークフローが混乱します。

マルチボードプロジェクト用PCBライブラリ

各PCBにはライブラリ部品が含まれており、異なるプロジェクトの一部であったり、異なるエンジニアリングチームや企業によって管理されている場合があります。マルチボードシステムのライブラリ管理は、多くのステークホルダーがPCBおよびその部品のCADデータを作成するため、非常に複雑になる可能性があります。部品データの正確性を確保し、PCBプロジェクト全体でCADモデルの標準を適用するにはどうすればよいでしょうか？

複雑な製品を構築する企業は、すべてのプロジェクトで使用される集中型ライブラリを持つことが多く、専任のECADチームが標準を適用し、シンボルやフットプリントの変更を管理します。これらのモデルは、マルチボードアセンブリ内の各PCBのデータに反映されます。

一貫性の欠如に関連する課題は、外部のパートナー企業や請負業者との協力から生じます。マルチボードシステムの一部を開発する外部企業は独自のライブラリ標準やプロセスを持っており、それがマルチボードアセンブリデータパッケージに反映される場合があります。だからこそ、チームのPCBライブラリがクラウドプラットフォームを通じて外部関係者からアクセス可能であることが重要です。

製品アセンブリレベルのデータ

複数のPCBを使用するほとんどの製品には、個々のPCBのBOMに表示されない追加コンポーネントがあります。ただし、これらの追加コンポーネントは製品全体のアセンブリを構築するために必要であり、製品レベルのデータのどこかにリスト化されている必要があります。これらの情報は保存され、マルチボードシステム内の個々のPCBにリンクされる必要があります。

製品のマルチボードプロジェクトを定義していない場合、CADツールでアセンブリレベルのプロジェクトを作成し、各PCBAコンポーネントをBOMの行として指定できます。また、個々のPCBA部品番号、参照設計子、ケーブル用の適用部品番号を使用して、PCB間の接続を回路図上で定義できます。カスタムワイヤハーネスの部品番号もこれらの文書に含める必要があります。

製品レベルのBOMは、製品アセンブリに含まれる各PCBA部品番号を指定しています。また、配線ハーネス、市販ケーブル、筐体部品、ガスケット、ワイヤ-ボードコネクタ用の圧着コンタクトなどの部品番号も含まれています。これらの要素は、マルチボードアセンブリの電気接続を示す回路図のほとんどに反映されています。

マルチボードアセンブリ図

マルチボード設計は最終的に物理製品に組み込む必要があります。正しく行うために、製品全体のアセンブリ図が必要であり、マルチボードシステム内の各PCBの個別アセンブリ図も必要です。各PCBのアセンブリ図は、標準フォーマットに従い、組立ノートと3Dビューまたはアセンブリレイヤーのレンダリングを含める必要があります。

マルチボードシステムのアセンブリレイヤーレンダリングは、システム内のすべてのPCBの配置、各PCBの部品に割り当てられた3Dモデルを表示する必要があります。この図面は、個々のPCBが組み立てられ、製品レベルのアセンブリに納品された後にチームによるシステム全体の組立の基礎として使用されます。

マルチボードアセンブリ図のもう一つの重要な役割は、各基板の組立手順を提供することです。この図面と指示は、PCBスタックを組み立て、製品パッケージにPCBを搭載する技術者に渡されます。

1. 組立手順には、基板が相互接続されたスタックに組み込まれる順序を示す必要があります
2. 機械部品や固定具は、組立手順の一部として詳細化する必要があります
3. 筐体やパッケージ（製品に含まれる場合）も製品アセンブリ図に記載する必要があります
4. 取扱手順（ESD安全取扱、化学物質曝露防止、廃棄など）は指示書に明記する必要があります

組立手順では、製品レベルのBOMの部品番号を参照する必要があります。これにはPCBA部品番号も含まれ、各組立ステップでどの部品が関与するかの混乱を防ぎます。組立手順は、機械設計ソフトウェアでグラフィカルに作成することもできます。この場合、リアルなレンダリングを作成するために、電気設計をMCADソフトウェアに転送する必要があります。

マルチボードアセンブリデータパッケージの追跡とリリース

マルチボードアセンブリを生産する際には、個々のデータパッケージをPLMリポジトリから取り出し、メーカーに渡す必要があります。製品内の各PCBの生産能力やリードタイムが異なるため、各PCBを異なる製造施設に配置することが一般的です。これにより、PCBの購買担当者はリードタイムとコストを管理できます。

マルチPCB製品のデータパッケージは、他の設計と同様に取り扱うべきです。データのセキュリティに注意し、情報を選択された関係者にのみ制御付きでリリースすることが重要です。調達マネージャーやエンジニアリングマネージャーは、マルチPCBデータパッケージのどの部分を誰が受け取るかを制御する必要があります。

電気設計：

• 製造データと組立データを分離する
• 製造・組立部門には回路図を送らない
• 製造・組立部門にはアセンブリ全体の3Dモデルを送らない
• 製品レベルのパッケージを各ベンダーに送らず、個々のPCBデータパッケージのみを送る

機械設計/ハーネス設計：

• 機械的製造には電気データは不要
• 調達マネージャーは製品レベルBOMから機械要素を分離する必要がある場合がある
• ハーネスやケーブルのメーカーは、接続インターフェース情報のみが必要で、電気回路図は不要

マルチボード設計の各部分が生産されたら、最終製品を作るために組立に送ることができます。設計が次の改訂に移行する際、パッケージ全体を設計ソフトに戻して電気および機械の更新を行うことができます。Altium Developだけが、Altium DesignerとMCAD CoDesignerユーティリティによる機械統合を通じて、これらの分野を統合します。

マルチボード設計と組立について詳しく知るには、Altiumドキュメントの物理的組立作成機能を参照してください。これらのツールは、PCBアセンブリ用の3Dモデルを作成し、その後、Altium DevelopのMCADコラボレーション機能を使用して筐体設計に渡すことができます。これにより、機械エンジニアはSolidWorksなどの業界標準MCADソフトでボード配列のドラフトアセンブリを確認でき、製品パッケージはPCBの3D配置に基づいて設計できます。

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