PCB設計における上位6つのDFM問題
PCBデザイナーとして、さまざまな要件と期待を管理する必要があります。電気的、機能的、および機械的な側面を考慮する必要があります。さらに、PCBレイアウトは、可能な限り最高の品質で、可能な限り低いコストで、タイムリーに生産されなければなりません。そして、これらの要件をすべて通じて、DFM（製造可能性のための設計）も考慮する必要があります。これはPCB設計プロセスの大きな部分であり、適切に行われない場合、頻繁に問題を引き起こすことがあります。PCBデザインにおける3つのDFMの問題を見てみましょう。
PCBレイアウトにおける一般的なDFMの問題
CADツールに安心を見出すのは簡単ですが、CADツールが簡単に解決できないDFMの問題を作り出すことを許してしまうかもしれません。回路基板がすべての電気的ルールチェックに合格し、電気的に正しい場合でも、製造可能でない場合があります。なぜこのようなことが起こるのでしょうか？PCB設計ツールは、電気的に機能的かつ大量生産で製造可能な回路基板レイアウトを作成するのに役立つはずではないでしょうか？
PCBのレイアウトが非常に複雑になり、DFM（設計製造統合）の問題を多く隠してしまうことがあります。これらのDFMの問題のいくつかは、組み立て、電気テスト、または製造に問題を引き起こしますが、製造プロセスについてより多くを知っていれば、これらを克服することができます。製造プロセス全般についてもっと学ぶには、Altium PCB Design Blogのこの記事をご覧ください。設計レビュー中に製造業者が何を探しているかをもっと知りたい場合は、ここにPCBレイアウトで彼らが特定しようとする最も一般的なDFM問題がいくつかあります：
これらの問題を防ぐためには、PCBレイアウトツールの設計ルールに依存することが重要であり、これにより回路基板を最小限の設計レビュー時間で製造に移行できるようになります。
不均一なSMDパッド接続
小型のSMD部品、例えば0402、0201などは、リフローはんだ付け中のトゥームストーニングを防ぐために均一な接続が必要です。BGAパッドにも同様のことが当てはまり、信頼性の高いはんだ付けを保証するためです。これは、コンポーネントのフットプリントに正しいパッドサイズを配置することによって簡単に実現できます。一般的なコンポーネントには定義されたパッドサイズ（例えば、IPC-7351基準の下でのIC上のパッドなど）があり、それらはあなたのフットプリントに配置されるべきです。
Gerberをエクスポートせずに、3Dでコンポーネントの下のパッドサイズを検査することができます。
製造業者は常にあなたの設計ファイルを検査するわけではありません。代わりに、彼らはおそらくあなたのGerberファイルとネットリストを見て、部品表の中のコンポーネントサイズとフットプリントを比較するでしょう。あなたが要求する非反復エンジニアリングサービスのレベルに応じて、製造業者はこの特定の推奨事項を遅すぎるまでには捉えないかもしれません。製造後、パッドへの均一な接続を保証するテスト手順にはX線検査が含まれます。製造に出す前に、設計したフットプリントがコンポーネントのリードサイズに正しいかどうかを確認するべきです。
SMDパッド上の誤ったはんだマスク開口部
はんだマスク開口（はんだマスク拡張またははんだマスクアパーチャとも呼ばれる）は、手はんだ付けや波はんだ付けの際にはんだをターゲットパッド上に閉じ込めておく方法の一つです。はんだ付け中、ターゲットパッド上にはんだボールが形成されますが、大きなはんだボールは高温で崩れてパッドの周りに流れ出ることがあります。パッドの周りに小さなはんだマスク開口を配置することで、はんだボールが少し大きくてもはんだ付け中にはんだボールをその場に保持できます。BGAのドッグボーンファンアウトにおいても同様の技術が使用され、少量のはんだマスクがパッドとビアを遮断します（はんだダムと呼ばれます）。
この問題は、パッドの周りに定義されたはんだマスク開口を持つコンポーネントのフットプリントを作成することで解決されます。一般的に、はんだマスク開口はパッドの端から約4〜5ミル拡張されます。はんだマスクアパーチャが大きすぎると、波はんだ付け中のはんだボールの流れやブリッジングを防げません。
表面実装デバイス（SMD）パッドのオープンビア
プリント基板設計の共通の知恵として、できるだけビア・イン・パッドは避けるべきだとされています。スルーホールビアがはんだ付け領域に近すぎるパッドに配置されると、穴がはんだを基板の裏側に吸い込む原因となる可能性があります。ビアが内部層の大きなプレーンに直接接続されている場合、熱はプレーンに散逸します。これにより、波はんだ付け中にコールドジョイントが生じたり、トゥームストーニングが発生する可能性があります。
はんだ付けが弱いジョイントにつながる可能性のあるビア・イン・パッドの例
ビア・イン・パッドは、特に非常に細かいピッチのBGAを使用したHDI設計において、PCB設計で一定の役割を持っています。接地への最小限のパスが望まれる他の状況では、はんだマスクまたはメッキされたビアを使用した短いトレースを使用します。はんだ付け中にプレーン層への過度の熱散逸を防ぐために、プレーンへの接続に熱リリーフビアを配置します。
これまでに、パッドとビアのDFM問題3つについて議論しました。これらのDFM問題については、以下の記事でさらに読むことができます：
アシッドトラップ
個々のプリント基板層に銅のイメージを作成するプロセスは、多くの要因に依存しています。銅は、基本的に銅と反応してゆっくりと溶解させるアルカリエッチング溶液を使用してラミネート材料から除去されます。PCB内の鋭角を持つ銅の特徴は、粘性のあるエッチング剤が閉じ込められることがあり、これを酸トラップと呼び、近くの銅を過剰にエッチングします。これは、酸トラップの位置での過度の銅の粗さにつながります。
この酸トラップの問題は、低粘度のエッチング溶液の使用を通じてある程度解決されていることに注意してください。90度の角度でルーティングする予定がある場合や、その他の鈍角でルーティングする場合は、製造業者が使用するエッチャントの種類と酸トラップを引き起こすかどうかを確認してください。
クリアランス
適切なクリアランスを維持することは、PCB設計の基本的な側面ですが、正しい設計ルールを設定しない場合、ルーティングツールを使用してほぼ任意のクリアランスを定義することができます。トレースは、完全なエッチングを可能にし、製造公差のためのスペースを作るために、パッド、他のトレース、銅プールから離して配置する必要があります。
適切なクリアランスを維持するもう一つの理由は、高電圧設計において生じます。IPC 2221基準では、トレースと他の導体との間の最小クリアランスは、これらの導電要素間の平均電位差に依存します。ここでの目的は、密接に配置された導体に対する意図しないESD、導電性アノードフィラメント化、および電気化学的腐食を防ぐことです。
一般的な信頼性基準違反
信頼性を保証することを目的としたIPC基準の長いリストがあります。これらの基準は、ビアアニュラリングサイズからアスペクト比まで、その間のすべてをカバーしています。IPC基準で概説されている一般的な信頼性要件には、次のものがあります：
- パッドとビアのティアドロップ
- アニュラリングサイズ
- ビア/マイクロビアサイズとアスペクト比
- ランドパターン
- トレース幅対電流および温度上昇
製造業者は、Gerberファイルや設計ファイル、およびテスト要件を調べて、あなたが無意識のうちに違反している可能性のある基準を判断するかもしれません。IPC基準は自発的なものです（高度に規制された産業を除く）、しかし、これらの基準はPCBの信頼性のための基準を形成することが証明されているので、これらの基準に従って設計するべきです。
ルール駆動型PCB設計ソフトウェアでDFM問題を特定する
上記で説明されたDFMの問題は、PCBレイアウトで発生可能な潜在的な失敗の小さなリストに過ぎません。製造業者からの要件をPCB設計ルールとして管理することで、ボードが初めてで正しく作成され、信頼性が保証されることを確実にできます。Altium Designerのルール駆動型設計環境は、重要な電気設計ルールと一般的なDFM要件を遵守するのに役立つように作られました。
Altium Designer on Altium 365は、これまでソフトウェア開発の世界に限定されていた電子業界に前例のないレベルの統合を提供し、設計者が自宅で作業し、前例のない効率のレベルに達することを可能にします。
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