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。
同じレイアウトと回路図設計であっても、PCBプロジェクトでは、部品の実装有無、部品番号、はんだペースト設定を組み合わせて管理す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、開発および製造の段階でこれらの設定を管理するために作成されます。そのため設計チームには、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・管理する責任があります。
開発において最も一般的な要件は、PCBアセンブリでのDNI設定を管理することであり、これは回路図とBOMの両方に注記されている必要があります。従来のバリアント管理では、各バリアントを製造・実装できるように複数のアセンブリパッケージを作成し、出力に手作業で注記を加える必要がありました。これは従来、非常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な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、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、単一の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便利です。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。
- 部品の実装状態（実装あり／未実装）
- 部品レベルで割り当てられた代替部品番号
- 抵抗値や容量値などの部品パラメータ値
- 代替フットプリント（特定の部品向け）
- 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抵抗の実装設定
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、個別のバリアントをそれぞれ別々の製造ジョブや実装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設計が特に多用される最も一般的な場面は、初期プロトタイピングと量産です。初回生産のような少量生産では、これら2つのケースほど頻繁にはバリアントは使われません。
プロトタイピング用バリアント
プロトタイピングでは、PCB設計バリアントによって、1つの基板ビルドから複数の構成を体系的にテストする方法がエンジニアに提供されます。ICのコンフィグレーションピンは典型的な対象です。配線を切断したり抵抗をその場しのぎで追加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として指定した個別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方法で実施できるようにします。
プロトタイピングでは、DNI指定の使用は主にBOM内の情報に影響し、特定の行に「実装あり」または「未実装」とラベル付けすることで、どの部品がDNIかを示します。これは、BOMを設定してアセンブリ指示を正確に反映し、読みやすくする最も簡単な方法です。
実装あり／未実装の部品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。
生産用バリアント
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。優先部品が入手不能になった場合や、認定済みの代替部品がわずかに異なるランドパターンを持つ場合、製造用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類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。この運用により、代替構成のトレーサビリティが保たれ、各生産ビルドが独自の出力パッケージを持つ特定の文書化されたバリアントに確実に結び付けられます。
このようなバリアント管理の活用により、生産時にサプライチェーンの混乱や品質管理上の問題へ対応するための柔軟性を確保できます。実際の生産では、特定部品が在庫切れになったり、実装不良を解消する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への変更など）。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、迅速に変更を実施できます。
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ノートやアセンブリノートなど、その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、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、正しく構成するのに必要な手順はわずかです。このプロセスは、バリアントの目的がプロトタイピングであっても生産であっても、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 ダイアログにアクセスします。
- 新しいバリアントを作成し、その目的や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。
- 個々の部品を選択し、実装状態（実装あり／未実装）、代替部品番号、または代替フットプリントを部品レベルで割り当てます。
- 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、アセンブリ図面、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。
このワークフローでは、すべてのバリアント定義が外部スプレッドシートやフォルダ構成に分散されるのではなく、プロジェクトファイル内に保持されます。そのため、製品開発サイクル全体で複数の基板構成を管理する際に発生する文書管理の負荷を大幅に軽減できます。
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