現代プロトタイピングにおけるPCB CAMの必須役割
PCB CAM（コンピューター支援製造）ソフトウェアがあなたのためにできることはたくさんあります。最も重要な役割は、製造ファイルを分析し、PCB製造を支援する能力です。どのプロジェクトに取り組んでいても、PCB設計は電子回路に命を吹き込みます。技術進歩について考えてみましょう。
マスクテープでPCBをレイアウトしたり、プログラム可能な表面実装機械を使ったりしていた時代は終わりました。レイアウトソフトウェアは、コンポーネント配置と配線をPCB設計プロセスに組み合わせ、製造された回路基板上の電気的接続性を定義します。確かに、伝統的なアプローチはまだ使用可能です。しかし、現在のツールがそれをはるかに簡単かつ正確にするのに、なぜそれを使うのでしょうか？この記事では、CAMプロセスがプロトタイピングにどう役立つか、関連するすべてを知るためのガイドとなります。
（CAMサイン － 回路基板スタイル）
1. PCBコンピューター支援製造（CAM）とは
まず、コンピューター支援製造（CAM）とは、製造におけるコンピューター制御機械とソフトウェアの自動化です。適切なPCBサービスプロバイダーの前に。ありがたいことに、様々なPCB製造プロセスの前に、メーカーは設計者のファイルを様々な形式で受け取ります。これらのファイルには主に、ワイヤーラッピング、コンポーネント挿入、配線、必要なPCBのその他多くの設計詳細に関する情報が含まれます。
CAMソフトウェアはファイルを分析し、フォーマットを特定します。その後、ファイル形式、ドリルデータ、アートワーク層を認識できます。つまり、PCBアートワーク受領時に、元の設計通りにボードを構築することをチェックし、慣れさせます。これがシステムの利点の一つと見なされる理由です。分析時にファイルが欠落していると、プロジェクトは停止し、広範なDRC（設計ルールチェック）が必要になります。設計ルールチェックは、設計が製造に課せられた基準を満たすかどうかを検証します。
PCBは、木片から洗練されたグリーン基板へ完全に進化しました。以前はコンピューターのみに関連付けられていましたが、マイクロエレクトロニクスの台頭により、あらゆるものがPCBに溢れています。PCBが至る所にあるだけでなく、モーターコントローラーや産業負荷テスターなどの産業機械にもあります。一部の場所での照明にもPCBが使用されています。
（CAD設計に取り組む設計者）
2. PCB CAM－CAMが扱う内容
私たちの世界は、製品、場所、部品など物質的なもので満ちています。CAMがそれらを可能にします。飛行機に飛行の力を、自動車に馬力の雷鳴を与えます。何かを作りたいとき、大まかな設計ではなく、CAMが答えです。
CAMは製造用ファイルを準備します。そのため、CAMを「スライサーソフトウェア」と考えることができます。図面とデータを、自動化ツールを駆動する具体的な指示に変換します。
Gコードを使用します。これは図面から生成されるプログラミング言語で、制御機械と通信します。コードはデバイスに何をすべきか指示します。例えば、モーターをどう動かすか、どの速度で、どのプログラムされた経路をたどるべきかです。
ソフトウェアはエラーもチェックします。例えば、モデルに製造プロセスを変える幾何学的エラーがあるか評価できます。また、ツールパス（機械が加工プロセス中に従う必要がある座標セット）を生成します。良い例は切削順序の設定です。操作開始前に、ピアス高さ、電圧、切削速度をパラメータとして調整する必要があります。異なるプログラムは、正確に定義された場合、様々なパラメータを設定できます。これらのパラメータは、機械オペレーターの作業を描写し、はるかに快適にします。
3. CAM稼働コンポーネント
ソフトウェア
設計ファイルが入ってくると、CAMソフトウェアはいくつかのタスクを実行します：
- 電子データを画像に変換し、チェック、表示、測定、データ編集を行う
- 設計ルールチェック（DRC）を実行し、IPCネットリストとインポートデータを比較する
- ドリルデータ、アートワーク層、IPCネットリスト等のフォーマットを認識する
- 層順序も検証する
ポストプロセッシング
ポストプロセッサーは、非グラフィカルおよびビジュアルCAMシステムを正しい数値制御に変えるソフトウェアサブプログラムです。ハードウェアから独立し、ツールパスを機械可読な動きまたは言語に適応させます。したがって、ポストプロセッサーはメカニズムまたは機械固有の重要なドライバーです。一部の機械は操作間で異なる動きをしたり、異なる位置から開始したりします。CAMプログラムはCADモデルを分析し、正しい工具とツールパスを計算し、意図した特徴を削り出します。
機械
CAM機械は、原材料を完成品に変える最終段階です。機械は前進または後進し、フォロワーと呼ばれる接触要素に規定運動を生成します。規定運動とフォロワーのプロファイルが、CAM接触面の形状を決定し、平面または円形になり得ます。
CAM機械には様々な形態があります。これらには：
- 正しいプロファイルを持つ回転プレート
- 面に溝が切られたプレート、フォロワーにローラーを含む
- 表面周りにトラックが切られた円筒部材
- 端に正しいプロファイルが切られたシリンダー
回転機械要素としてのCAMは、フォロワーに振動運動を与えます。CAMとフォロワーは高い接触点を持ち、これがハイペアを作ります。接続を維持するスプリングによる外力も提供されます。
（使用中のPCBソフトウェアの例）
4. PCB CAM－CAMとCADの違い
CADの紹介
コンピューター支援設計（CAD）ソフトウェアは、設計者が想像空間でモデルを構築できるようにします。CADは2次元と3次元の物理モデルを作成し、手作業の鉛筆と紙による設計とエンジニアリングを置き換えます。
ほとんどの読者は2D CADモデルに慣れています。2D図面は平面で、包括的な寸法、レイアウト、必要な情報を提供します。これらのタイプの図面は、自動車、建築など様々な業界で必要とされる場合があります。家を建てたことがあるなら、床プランのために小さな財産を払ったことを覚えているでしょう。それを設計した建築家は、間違いなくCADを使用して作成しました。
3Dと3D CADモデルは似た用途を持ちますが、どこに違いがあるのでしょうか。3D CADモデルは、物理オブジェクトのコンポーネントとアセンブリにより深い深みを提供します。物事がどう適合し、どう動作するかを示し、単に大きさや全体形状だけでなく。
技術進歩により、ソフトウェアとロボットの関与で製造プロセスが自動化されました。これらのプロセスの核心柱であるCADは、エンゲージメントのルールを変えました。業界は最高基準に従って進化し、CADはPCBイノベーションを変革しました。
CADネットリスト
回路図を見て、回路図をPCBレイアウトツールに転送する必要があったら何をしますか？効率的な方法は何でしょうか？その後、ビジュアルを取り除き、コンポーネント間の接続を共有してみてください。ネットが2台のコンピューター間の接続なら、ネットリストは回路を記述する電気要素のリストです。フォーマットと伝達情報が異なることに注意してください。
ネットリストの読み方を理解すれば、エラーのトラブルシューティングに役立ちます。回路図とそのネットリストは手を携えています。回路図からネットリストを生成したり、（フラットまたは階層的な）回路図をネットリストから生成したりできます。PCB回路図の情報について、ネットリストは複数のデータエントリーで構成されます。CADネットリストは通常、以下を含むいくつかの形式で受け取られます：
IPC-D-356
IPC-D-356は、ガーバーファイルにネットリスト記述を供給するために伝統的に設計された電気テストフォーマットです。現在、ベアボードテスト情報を表現できる標準ネットリストフォーマットを定義しています。指定された座標命令を格納し、PINを指定できることを意味します。正しく行えば、IPC-D-356はテストシステムがベアボードチェックを実行するために必要なすべての情報を、単一の一貫したファイルに含めることができます。
ODB++
ODBはOpen Databaseの略で、電子デバイスの製造と設計に有用な独自のCAD-to-CAMデータ交換フォーマットです。その開発は、PCB基板設計が製造、設計、異なるベンダーからの設計ツール間で情報を転送することを可能にします。様々な企業がCAMとCADソフトウェアを製造しています。そのため、CAD-CAMのレベルデータ転送システムで合意し、ODB++がこれらの転送を促進します。
Gコード
Gコード「幾何学コード」は、CNC機械（数値制御）向けです。Gコードは、機械内のギアとモーターの通信を処理します。それらは、どう操作しタスクを完了するかを指示します。これらのコマンドは、特定のツールパスに従って機械を駆動します。
Gコードファイルを一目見ると複雑に見えますが、現実にはそれほど理解しにくいものではありません：
G01：線形補間
まず、このコードコマンドは、設定された速度とレートで直線的に移動するよう機械に指示します。位置と速度を指定することで、機械コントローラーが有効なポイントを計算します。他の個別コードはG00-G003とG17-G21の範囲です。
F20
Gコードでは、Fはワードとアドレスを指します。Fが文字を表し、アドレスは続く数字です。例として、インチ単位を使用する機械で「F20」の場合、装置に分速20インチで移動するよう伝えます。
S500
Gコードでは、Sは主軸速度（RPM）を指します。ワードが主軸を表し、RPMが続きます。例として「S500」と入力すると、Sが主軸に回転開始を伝え、500RPMで回転します。
T01
ツールを主軸テープに手動挿入することも可能です、やり方を知っていれば。ツール交換はミルで2段階プロセスです：まず、Tワードツールを選択し、数字を続ける（例：T01）。その後、ツール交換（例：M06）が続きます。これらを一緒に書くこともできます。
CAMとCADの違い
まず、CAMとCADが共有する類似点をいくつか探ってみましょう。
- CAMとCADは両方とも製造と設計の必須ツールです。コンピューターシステムの短い進化以前、製図者が重要な設計役割を果たしていました。コンピューターがシナリオを変えました。両方とも手頃で柔軟でした。
これらの変化により、メーカーは自由に回路図を起草できるようになりました。CADとCAMは設計と製造の分野で代替不可能です。
- CAMは、製造を自動化するためのコンピューター制御機械とソフトウェアの使用です。CAMはエンジニアと機械技師のPCB作成またはプロトタイピングを支援します。CADにはCAM独立の多くの機能がありますが、全体としてCAMはCADに依存します。CADなしではCAMは存在し得ません。CAMソフトウェアはサポートします。
- CAMとCADは両方とも、コンピューター支援エンジニアリング（CAE）における必要なプロセスの重要な部分です。CAMとCADはアイテムを2Dと3Dでレンダリングし、高速処理と設計コンセプトの生産を支援します。
- これら2つのシステム間の顕著な類似点は、エンドユーザーにあります。両プログラムは、正しい仕様に適合するための指示として訓練されたオペレーターに依存します。
違い
では、CAMとCADの重要な違いは何でしょうか？
- CAMシステムは、物理プロセス、労働、装置、材料の制御と調整の両方を要求します。対照的に、CADは製品設計コンセプトと分析を含みます。
- CADは、製品設計コンセプトを詳細なエンジニアリング設計に変換するためにコンピューター使用を必要とします。プロセスには、操作と詳細分析を経た幾何学モデルの作成が含まれます。一方、CAMは、エンジニア、管理者、生産作業者を支援するためにコンピューターを必要とし、機械とシステムを制御して生産ジョブを自動化します。
5. PCB CAMデータ出力の概略図
CAMは生産とプロトタイピングをサポートします。主な目的は、数値制御穿孔とコンポーネント挿入です。数値制御内のコンピューターベースコントローラーが、コードリストを命令に変換します。機械ツールは変換された命令を即座に理解します。
PCB CAMプロセス前の準備
PCBメーカーが取得する最も重要な情報は、ガーバーファイルとPCB情報です。ガーバーフォーマットは、オープンバイナリ2Dベクトル画像ファイルフォーマットです。PCBソフトウェア業界では、銅層、はんだマスク、凡例などのPCB画像を記述する標準ファイルフォーマットとして使用されます。
操作プロセスでは、エンジニアが利用可能な工場装置と処理能力を考慮してガーバーファイルを最適化します。その後、企業の能力に合わせて製造マニュアル/指示を準備します。ガバーレビュー、CAM製造には通常1日かかります。
現在、リジッド基板がPCB世界で大きなシェアを占めています。また、IPC6012がメーカーによるPCB設計と処理の基準であることも留意すべきです。したがって、設計者はPCB処理プラントで必要とされるいくつかのプロセスをPCB設計で理解する必要があります。
メーカーにとって望ましいリジッドPCB結果：ライン幅3mil最小。機械穿孔8mil最小、レーザー穿孔4mil最小。BGA最小PTHホール間距離8mil。設計の制限は製品合格率の低下とコスト増を招きます。設計段階で理想的なPCBメーカーの能力を検討することをお勧めします。
回路図上のラインスペース、BGA、ホールなどの設計最小値は歩留まりに影響します。これが処理コストに影響します。設計は、回路の合理的なレイアウト下で可能な限り大きく、単一基板のパネル化、生産ラインに適したものでなければなりません。
時には、より小さなPCBを作ってもコストに影響しないことがあります。銅張積層板を固定してコスト削減できるからです。PCBメーカーとコミュニケーションを取り、設計基板を理解することをお勧めします。また、PCB基板を最大限に活用してコスト削減するためのガイダンスを受け入れる意志を持ってください。
PCB CAM－銅層の設計選択
PCB技術は進化し、したがって消費者はより高速で堅牢な製品を要求します。PCBは従来の単層から、2層、4層、6層の基板へ発展しました。時には12〜16層の誘電体と導体まで行きます。
では、なぜ層数を増やすべきでしょうか。層が多いとは、基板の電力分配能力が向上することを意味します。また、クロストーク低減、高速信号サポート、電磁干渉カットも意味します。したがって、層数は動作周波数、用途、ピン密度、信号層要件に依存します。
2層スタックアップでは層1/トップ層が信号層として機能します。4層スタックアップでは層1と4/トップとボトム層が信号層として、層2と3がプレーンとして機能します。プレプレグ層では、2枚以上の両面基板を接合し、層間の誘電体として使用します。6層PCBではさらに2層の銅層が追加され、第5と第2層がプレーン、層1、3、4、6が信号層として機能します。
6層基板の誘電体では、層2と4がコアを構成し、プレプレグは誘電体層1、3、5で構成されます。プレプレグ材料はコア材料より柔らかく、材料が冷却する必要があるためです。多層基板はスタックアップ上の銅と誘電体層を増やします。8層PCBでは、7つの内部誘電体行が4プレーン層と4信号層を接合します。また、10層と12層基板は誘電体層数を増やし、信号層数を増やし、4プレーン層を維持します。
PCB CAM－はんだマスクファイル
はんだマスク/はんだストップマスク/はんだレジストは、銅トレースに塗布される厚いポリマーです。したがって、酸化から保護し、近接したはんだパッド間のはんだブリッジ形成を防ぎます。対照的に、はんだブリッジは、はんだの小さな塊を通じて2つの導体間の望ましくない電気的接続です。
エポキシ液は最も安価な樹脂で、攻撃的な環境に対する優れた絶縁体です。これらはPCBの機械的保護に積極的に貢献します。エポキシとポリウレタンを組み合わせると、完全硬化まで粘度が急速に上昇します。その他のタイプには、ドライフィルムフォトイメージアブル、液体フォトイメージアブルなどがあります。
PCB CAM－CNC穿孔
ドリルファイルは、PCB穴を穿孔する機械を制御するために使用されるCNCファイルです。ドリルファイルは、両方ともCNCコードを基盤とするためガーバーファイルに似ています。しかし、ドリルファイルにはガーバーには適用されない送り速度に関する追加コマンドが含まれます。最も一般的なドリルファイルはExcellonです。
PCB CAM－シルクスクリーン
シルクスクリーンは、主にコンポーネント識別のためのインクトレース層です。テストポイント、PCB部品、警告シンボル、ロゴも含まれ、コンポーネント側に塗布されます。詳細なシルクスクリーンは、メーカーとエンジニアが詳細を特定・位置特定するのに役立ちます。マーキングに使用されるインクは、非導電性で高度に配合されたエポキシインクで、黒、白、黄色の可能性があります。
（PCB製造におけるシルクスクリーンの活用）
付属検査
PCB分類はリジッドPCBまたはフレックスPCBに分類されます。リジッドPCBはさらに3タイプに分類可能：多層、両面、片面。さらにPCBを3品質クラスに分類できます：1、2、3。この分類では、クラス1が最低要件を持ちます。異なるPCBクラスは、検査方法、複雑さ、テストにおけるPCB品質につながります。多層およびリジッド両面PCBが電子製品の広範な用途を占めます。一方、フレックスPCBは時々例外的な状況で適用されます。PCB検査基準はいくつかの側面で主に存在します：
- 国による基準
- 国による軍事基準
- 産業基準
- デバイスサプライヤーによる検査操作
- PCB設計プロセス設計でマークされたもの
オーサリングツールファイル（IPCネットリスト）
PCB製造プロセスの最終部分は検査とテストです。BOMには、最終装置検査プログラミングに使用される異なるファイルが含まれます。したがって、データをIPC-2581で同じファイルに提示します。
ネットリストデータの機能テストは同じファイルにあり、データを使用してテスト治具を作成し、テスト装置をプログラミングできます。リードミーファイルのすべての追加情報は、製造プロセス中のPCBデータを明確にするのに役立ちます。
6. CAMがあなたを助けること/なぜCAMを使用すべきか
CAMの使用は、製造企業で使用されるコンポーネント処理において様々なメリットがあります。手動操作機械と比較して、CAMは以下を提供します：
- 複数の電子フォーマット
- スマートデータ変換
- 設計製造性の向上
- グリッド機能の検証
- 生産性向上
- 必須の製造およびテストツール提供
7. CAMテストをスキップした結果
テストはPCB実装に不可欠です。激しいテストなしでは、PCB回路基板全体が複数の面で崩壊する可能性があります。間違ったタイミングで現場で製品が故障すると、企業に災難をもたらす可能性があります。CAMテストをスキップした際の一般的な不具合は以下の通り：
- シルクスクリーン上のエラー発生確率増加
- コストと見積もりの増加
- 鋭角を避ける
CAMシステムは、メーカーにとって強力な装置と同じくらい重要です。世界中の機械工場は、機械加工ジョブを機知に富んでプログラミングする以上に、優秀なCAMソフトウェアの恩恵を受けています。オペレーターはしたがって、ワークロードを構造化し、ツールパスを設定し、機能をシミュレートし、仕事を容易にできます。CAM対応機械のような設計制限もあります。
- 特定のタスク向けに設計され、汎用性がない
- 熟練オペレーター、プログラマーが必要
- 前払い投資も必要
しかし、一度導入すれば、時間と効率を潜在的に節約し、コスト増を抑え、数千ドルを節約できます。
（CAMテストをスキップすると欠陥に直面する可能性）
まとめ
弊社のエキスパート設計ソリューションは、お客様と共に最適なPCBとCAMシステムを選択し、独自の環境に合わせて実装します。我々の目標は、サービス、プロセス、手順の改善によってベンチマークとすることです。
我々は新たな高みへと登り、強みと信頼を築き、世界中のクライアントリストから莫大な満足を得ています。情熱的で献身的な専門家チームが成功の主な理由です。PCBドメイン間のコラボレーションを改善し、電子ハードウェアシステムを通じて接続性を維持します。
産業技術