PCB設計ソフトでNCドリルファイルを作成するステップバイステップガイド

プリント基板（PCB）は電子機器・装置の骨格です。回路密度の増加と電子製品の小型化トレンドにより、基板はより高度な複雑さへと発展しています。層間の電気的接続と設計要件に基づく基板の機能を担う穴やビアは、適切に設計・製造されなければ効果的に機能しません。製造上の不適切さは、信頼できるPCBメーカーを選ぶことで容易に解決できます。一方、設計上の不適切さの解決は、PCB設計ファイルを基に製造を行うPCBファブリケーター向けに、統合された信頼性の高い設計ファイルを作成する回路基板設計エンジニアに大きく依存します。

NCドリルファイルの生成は、長年にわたりほとんどのPCB設計エンジニアを悩ませてきたと言われています。したがって、主要なPCB設計ソフトウェアに基づく設計ガイドラインをまとめることは必要です。

NCドリルファイルとは？

NCドリルファイル（Numeric Control Drill Fileの略）とは、工具サイズ、穴サイズ、位置など、穴またはビアのドリル要件に関するすべての情報を規定するファイルタイプです。NCドリルファイルのサンプルを以下に示します。

PCB設計エンジニアがNCドリルファイルを作成することは極めて重要です。PCBファイルがNCドリルファイルとガーバーファイルに変換されれば、多くのトラブルを回避できます。しかし現実には、多くのエンジニアがPCBファイルを直接PCBメーカーに送り、NCドリルファイルやガーバーファイルへの変換を行いません。PCB設計ファイルを完成させたり、PCBクローンソフトウェアから設計ファイルをエクスポートしたりして、そのまま基板メーカーに送る習慣があります。

通常のワークフローでは、PCB設計ファイルを受け取った基板ファブリケーターが、製造前にそれらをNCドリルファイルとガーバーファイルに変換しなければなりません。PCBファブリケーションハウスで働く電子エンジニアは、PCBエンジニアとは完全に異なる視点でプリント基板を理解しているためです。生成されたガーバーファイルがPCB設計者の意図通りでない可能性があります。例えば、一部のPCB設計エンジニアは設計ファイルでコンポーネントパラメータを定義したいが、最終製品にはその情報を表示したくない場合があります。この点がPCB設計エンジニアによって明示されないと、それらの情報が最終製品に残り、スクラップの原因となり得ます。さらに、ガーバーファイル生成プロセスにおいて、ソフトウェアバージョンの違いにより問題や不確定な要素が生じる可能性があります。

したがって、最適な解決策は、PCB設計エンジニアが設計ファイルをガーバーファイルに変換し、NCドリルファイルも作成してそれらをPCBメーカーに送ることです。これにより不必要なトラブルを回避できます。

NCドリルファイルのフォーマットとは？

NCドリルファイルは、ほぼすべてのPCB設計ソフトウェアで生成可能で、その標準フォーマットはExcellonです。これは元々、ドリラーとルーター用のCNC（Computer Numerical Control）システムメーカーでした。その長寿とPCBドリル・ルーティング機器での活躍により、Excellonは業界標準として受け入れられ、定着しました。

Excellonは、ドリル送りと速度などの機械固有情報を指定できるため、標準的なCNCドリルとルーティングに広く適用されています。

Altium DesignerでNCドリルファイルを生成する方法

Altium Designerのメインインターフェースで、File → Fabrication Outputs → NC Drill Files の順にクリックし、NC Drill Setupダイアログに進み、以下のオプションを指定します：NC Drill Format、Leading/Trailing Zeroes、Coordinate Positions など。

NCドリルファイルのデータ単位はインチまたはミリメートルで、ガーバーファイルの単位と互換性がある必要があります。

Formatについては、2:3、2:4、2:5の3つの選択肢があり、2:3が最低解像度、2:5が最高解像度です。どのフォーマットにするか決定する前に、契約PCBメーカーに相談し、どのフォーマットが彼らの製造レベルと互換性があるか確認する必要があります。

ゼロサプレッションはNCドリルファイルを整然とさせ、PCB設計者の適用習慣と利便性に依存します。「Suppress leading zeroes」を選ぶと先頭のゼロが削除され、「Suppress trailing zeroes」を選ぶと末尾のゼロが削除されます。

Coordinate Positionsには「Absolute Origin」と「Relative Origin」の2つの選択肢があり、PCB設計者の特定要件に応じていずれかを選択します。また、ガーバーファイルで規定されているCoordinate Positionsと同じものにする必要があります。

プロジェクトに必要であれば他の項目も選択できます。すべての項目が決まったらOKを押してNCドリルファイルを生成します。プロジェクトファイルを含むフォルダ内のサブフォルダのデフォルトパスに保存されます。

Cadence Allegro（OrCAD）でNCドリルファイルを生成する方法

Altium Designerとは異なり、Cadence AllegroでエクスポートされるNCドリルファイルのデフォルトフォーマットはExcellonではありません。したがって、実際のNCドリルファイル生成の前に、Manufacture → NC → NC Parameters をクリックしてNC Parametersダイアログに入り、関連パラメータを設定する必要があります。

NC Parametersダイアログで、Output file と Excellon format の項目を決定します。Output file の Code については、一般的にASCIIが選択されます——EIAより新しいコードタイプと見なされるためです。

ExcellonフォーマットのNCドリルファイルを生成するには、「Enhanced Excellon format」の前にチェックを入れる必要があります。

ゼロサプレッションについては、PCB設計者のプロジェクトニーズと要求に基づき、またはガーバーファイルと整合させるために、「Leading」または「Trailing zero suppression」の前にチェックを入れます。

項目決定後、CloseボタンをクリックしてNC Parametersダイアログを閉じます。

次に、Manufacture → NC → NC Drill をクリックしてNC Drillダイアログに進みます。

このダイアログで項目を決定後、Drillボタンを押してドリルファイル生成を完了します。作成されたNCドリルファイルはデフォルトのファイルフォルダにあります。

PADSでNCドリルファイルを生成する方法

PADSソフトウェアからCAM出力を生成するには、PADSでPCB設計ファイルを開き、File → CAM → Define CAM Documents の順にクリックします。

ドリルレイヤーの場合はそれを選択してEditをクリックし、ドリル不要のレイヤーは直接Addをクリックします。

Edit Documentダイアログウィンドウで、Drill と Device Setup ボタンを押し、NC Drill SetupウィンドウでNCドリルファイルのフォーマットを指定します。

NCドリルファイルのフォーマットを指定するには、まずこのウィンドウの左上にあるExcellonボタンを押します。

このウィンドウには、これまでのPCB設計ソフトウェアで議論したものと類似した多くの項目が見られます。Output Type には ASCII を選択。Units、Zero Suppress、Coordinate については対応するものを選択。これらが完了したらOKボタンを押します。

異なるPCB設計エンジニアは異なるソフトウェアを好み、それぞれ異なるNCドリルファイル生成方法に従って、PCBファブリケーターの要件と要求を満たす必要があります。異なるPCB設計ソフトウェア間でNCドリルファイルのエクスポート方法は異なりますが、万能のルールがあります——NCドリルファイルに適用されるパラメータは、ガーバーファイルのパラメータと互換性がなければなりません。これにより最終製品の信頼性が大幅に向上し、強化されます。