PCB設計では、性能や信頼性を左右する重要なポイントがいくつかあります。

本記事では、良好な設計のためのポイントを解説します。

1.設計仕様の明確化

PCBの試作に取り組む前に、包括的な設計仕様を準備してください。

以下の詳細な仕様を決める必要があります：

*機能要件：PCBの用途と性能基準を定義します。

*機械的制約：サイズ、形状、筐体要件を決めます。

*電気的要件：信号品質、電力供給、ノイズ制御などを考慮します。

2. 適切な材料の選択

基板材料はPCBの性能、耐久性、コストに直接影響を与えます。代表的な材料として以下があります。

基板材料: FR4は標準的なPCBに最も広く使用される材料ですが、高周波設計ではRogersやポリイミドなどの材料が必要になる場合があります。

PCB試作で一般的に使用される基板材料：

1.FR4（ガラス繊維強化エポキシ）

特徴：高い耐久性、優れた耐熱性、コストパフォーマンスに優れる

2.CEM-1およびCEM-3（複合エポキシ材料）

特徴：FR4に類似するが低コストで、単層や簡易なPCBに適する

3.ポリイミド

特徴：優れた柔軟性、耐熱性、化学的安定性

4.Rogers材料

特徴：優れた誘電特性、低信号損失

5.メタルコア（アルミニウム、銅）

特徴：高い熱伝導性、優れた放熱性

6.セラミック基板

特徴：卓越した熱伝導性と電気絶縁性

銅箔厚：銅箔の厚さは、PCBの電流容量の要件に適合していることを確認してください。

表面処理：ENIG（無電解ニッケル浸漬金）などの仕上げを選択すると、はんだ付け性の向上や耐腐食性の強化が期待できます。

3. 製造容易性（DFM）

DFMは、PCB設計が機能的でありながら製造しやすいことを保証するために不可欠です。

主な考慮点：

*複雑さを最小限に抑える：製造エラーを引き起こす可能性のある過度に複雑なレイアウトを避けます。

*配線幅と間隔：短絡を防ぎ、信号の完全性を確保するために、標準的な設計ルールを遵守します。

*ビアの選定：ビアの種類は設計の信頼性と製造コストに影響するため、必要に応じてブラインドビアや埋め込みビアを使用します。

PCB設計における主要なビアの種類：

1. スルーホールビア:

特徴：PCBの全層を貫通し、信号配線や電源?グラウンド接続に使用。

メリット：シンプルで低コスト。

デメリット：全層にスペースを消費。

2. ブラインドビア

特徴：外層から1層以上の内層に接続し、基板全体を貫通しない。

メリット：高密度設計に適し、未使用の内層スペースを有効活用できる。

デメリット：コストが高く、製造が複雑。

3. 埋め込みビア

特徴：内部層同士を接続し、外層には達しない。

メリット：外層スペースを有効活用できる。

デメリット：高コストで製造が難しい。

4. マイクロビア

特徴：隣接する層を接続する小型ビアで、主にHDI（高密度相互接続）PCBに使用。

メリット：狭小スペースでの配線を可能にし、高密度設計に適応。

デメリット：高度な製造技術が必要でコストが高い。

5. パッド内ビア（Via-in-Pad）

特徴：BGA（ボールグリッドアレイ）などの部品の直下に配置されるビア。

メリット：スペースを節約し、信号の完全性を向上。

デメリット：コストが高く、充填やめっき処理が必要。

ビアの選定は、設計の複雑さ、コスト制約、および信号の完全性を考慮する必要があります。適切なバランスを取ることで、最適なPCB試作を設計できます。

部品配置：部品を論理的にグループ化することで、配線を簡素化し、組み立てエラーを減らすことができます。

プロセスの初期段階でPCBメーカーと共同レビューを行うことで、潜在的なDFMの問題を特定し、製造前に修正することができます。

PCB設計では、明確な設計仕様の策定、適切な材料の選定、そして製造容易性（DFM）の考慮が不可欠です。これらの要素を適切に管理することで、設計の精度を向上させ、試作?量産時のトラブルを最小限に抑えることができます。また、設計の初期段階でPCBメーカーと連携し、製造プロセスを意識した設計を行うことで、品質の高いPCBを効率的に製造することが可能になります。最適な設計を実現し、信頼性の高い電子製品の開発につなげましょう。

4.実装を考慮した設計（DFA）の導入

実装を考慮した設計を行うことで、生産効率を大幅に向上させることができます。

以下のポイントを意識しましょう：

*部品の配置方向：部品の向きを統一することで、マウンター（pick-and-place機器）の作業効率を向上させます。

*明確なマーキング：部品の識別を容易にするため、シルクスクリーンのマーキングを適切に配置します。

*十分なクリアランス：自動はんだ付け装置やテスト機器のために、十分なスペースを確保します。

*テストポイントの確保：品質保証のため、測定しやすいテストポイントを追加します。

PCB実装業者と設計段階から連携することで、設計意図と組立て能力の整合性を確保できます。

5.電力および信号の整合性を最適化

PCBがコンパクトで複雑になるにつれて、電力および信号の整合性を維持することは極めて重要です。以下のベストプラクティスを検討しましょう：

グラウンドプレーンの使用：ノイズを最小限に抑え、信号の帰還経路を改善するために、途切れのないグラウンドプレーンを使用します。

電力分配ネットワーク（PDN）：PDNのレイアウトを最適化し、電圧降下や電磁干渉（EMI）を減少させます。

差動ペアのルーティング：高速信号は差動ペアとして配線し、信号の整合性を維持します。

高度なシミュレーションツールを使用することで、プロトタイプ作成前に問題を検出し、解決することができ、時間とリソースを節約できます。

6.試作を繰り返す

試作段階は設計と機能を調整するために何度も繰り返し行うことが一般的です。以下の方法でこの段階を効率化しましょう：

迅速な試作サービスを利用する：PCBGOGOのような迅速な試作に特化した製造業者と提携します。

テストと検証：各反復後に徹底的なテストを行い、問題を特定して解決します。

変更の記録：変更内容の詳細な記録を保持し、再発の防止とトレーサビリティを確保します。

反復的な試作は、コストとスケジュールを管理しながら設計を洗練させる手助けになります。

適切な設計手法を取り入れ、高品質なPCBを実現しましょう。