PCB設計バリアント：複数のPCBAバージョンを管理する方法
At a Glance
複雑なシートやフォルダー構成、複数のPLMエントリを使うことなく、PCB設計の各バリアントを単一のプラットフォームで管理できます。
同じレイアウトおよび回路図設計であっても、PCBプロジェクトではコンポーネントの実装有無、部品番号、ペースト設定の組み合わせを切り替える必要が生じることがよくあります。PCBプロジェクトのバリアントは、開発時および生産時にこれらの設定を管理するために作成されます。その結果、各バリアントに何が含まれているのか、なぜそのバリアントが作成されたのか、さらにそのアセンブリバリアントの目的は何かを把握することが、設計チームの責任となります。
開発において最も一般的な要件は、PCBアセンブリでのDNI設定の管理であり、これは回路図とBOMの両方に明記されている必要があります。従来のバリアント管理の手法では、複数のアセンブリパッケージを作成し、各バリアントを製造・組立できるように出力へ手動で注記を加える必要がありました。これは歴史的に時間のかかる作業であり、それぞれ個別に追跡と文書管理が必要となる大量のファイルセットを生み出してきました。
この記事では、ECADソフトウェア内でバリアントを簡単に管理し、各プロジェクトごとに発生する膨大なファイル数を削減する方法を紹介します。
各PCBバリアントで何が変わるのか？
PCBバリアントは、単一プロジェクトにおけるPCBレイアウトや回路図のわずかな違いを追跡するのに非常に役立ちます。回路図設計が確定し、PCBレイアウトが完成した後、設計者は設計のさまざまな要素を変更してバリアントを作成します。
- コンポーネントの実装状態（Fitted または Not Fitted）
- コンポーネントレベルで割り当てられる代替部品番号
- 抵抗値や容量値などのコンポーネントパラメータ値
- 代替フットプリント（特定のコンポーネント向け）
- アセンブリ構成ごとのはんだペーストマスク設定
- ハードウェア構成制御のためのジャンパおよび0Ω抵抗の実装
バリアントが定義されると、各バリアントごとに固有のPCB設計出力が生成されます。必要に応じて、個々のバリアントを別々の製造および組立ジョブに使用できます。
バリアントの一般的な使用例
バリアントPCB設計が特によく使われるのは、初期試作段階と量産段階です。初回生産のような少量生産では、他の2つのケースほどバリアントに依存しないのが一般的です。
試作用バリアント
試作段階では、PCB設計バリアントによって、1種類の基板製作から複数の構成を体系的にテストできます。代表的な対象はICの構成ピンです。パターンを切ったり抵抗を後付けで改造したりする代わりに、設計者は特定のプルアップ抵抗またはプルダウン抵抗をDNI指定した別々のバリアントを作成し、試行錯誤による構成テストを整理された再現性のある形で実施できます。
試作では、DNI指定の利用は主にBOMの情報に影響し、特定の行が「Fitted」または「Not Fitted」と表示されることで、どの部品がDNIであるかを示します。これは、BOMを設定し、アセンブリ指示を正確に反映しつつ読みやすくするための最も簡単な方法です。
Fitted/Not Fittedのコンポーネントは、回路図上で視覚的に確認でき、PCBバリアントのBOMにも含めることができます。
量産用バリアント
量産では、PCB設計バリアントはDNI構成よりも、代替部品番号や代替フットプリントの管理に使われることが最も一般的です。優先部品が入手できなくなった場合や、認定済みの代替品でランドパターンがわずかに異なる場合、量産バリアントを定義することで、エンジニアリングチームは非公式な逸脱処理書を発行するのではなく、設計データベース内でその置き換えを正式に管理できます。この方法により、代替構成のトレーサビリティが保たれ、各量産ビルドが固有の出力パッケージを持つ特定の文書化済みバリアントに確実に紐付けられます。
このようなバリアント管理の活用により、生産中でもサプライチェーンの混乱や品質管理上の問題に対応するための柔軟性を確保できます。生産中には、特定部品が在庫切れになったり、実装不良をなくすためにフットプリントを変更する必要が生じたりすることがよくあります（たとえば、SMD受動部品でLMCからMMCへ変更する場合など）。新しいバリアントに切り替えることで、設計ファイルに大きな変更を加えることなく、迅速に変更を実装できます。
この場合、各バリアントごとに設計データベース用の完全に固有なPCB設計出力パッケージを生成する必要があります。これは、フットプリント変更のケースのように、バリアント定義時に製造データも変更されることが多いためです。さらに、マスター図面内の製造注記や組立注記など、他の文書も修正が必要になる場合があります。
バリアント管理に最適なPCB設計ソフトウェア
バリアント管理は比較的新しい機能ですが、業界で最も人気が高く高機能なPCB設計ソフトウェアプラットフォームであるAltium Designerには、これが完全に実装されています。ユーザーは製品ライフサイクルのどの段階でも設計バリアントを作成・編集でき、さらにOutJobファイル内のテンプレート化された出力生成ツールを活用することで、PCB設計バリアント向けの完全な製造ファイルパッケージを即座に生成できます。
Altium Designerでのバリアント設定
Altium Designerでのバリアント設定は、Variant Managementダイアログから管理され、正しく構成するために必要な手順はごくわずかです。このプロセスは、試作用であっても量産用であっても、一貫した流れで進みます。
- プロジェクトを開き、Project > Variants に移動して Variant Management ダイアログを開きます。
- 新しいバリアントを作成し、その目的または構成状態を反映した一意で分かりやすい名前を付けます。
- 個々のコンポーネントを選択し、コンポーネントレベルで実装状態（Fitted または Not Fitted）、代替部品番号、または代替フットプリントを割り当てます。
- 出力を生成する前に、回路図とBOMに正しいバリアントパラメータが反映されていることを確認します。
- OutJobファイルを使用して、Gerber、組立図、BOMを含むバリアント固有の完全な出力パッケージを1回の操作で生成します。
このワークフローにより、すべてのバリアント定義が外部のスプレッドシートやフォルダ構造に分散するのではなく、プロジェクトファイル内に保持されます。その結果、製品開発サイクル全体で複数の基板構成を管理する際の文書作成負荷を大幅に軽減できます。
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