一般的なPCB設計課題と回避方法

PCBに適用される製造向け設計の最も基本的な形は、PCB設計ソフトウェアでの設計ルールと設計ルールチェックの使用です。設計ルールチェック（DRC）は、設計がPCB製造業者の製造能力に適合するかどうかを確認するプロセスです。通常、設計者はPCB製造業者がサポートする最高公差を製造業者から入手し、これらの公差を設計プログラムに読み込み、予定設計で設計ルールテストを実行します。設計ルールチェックは一般的にPCB設計ソフトウェアに統合されており、通常アドオンサービスとは見なされません。より高度な製造向け設計（DFM）分析ソフトウェアも、より複雑で明確でない設計欠陥を探すために利用可能です。通常、DFMソフトウェアチェックはPCB製造業者から顧客への追加サービスとして提供されます。この区別の理由は、ハイエンドDFMソフトウェアの追加コストと、それを使用するために必要な追加トレーニング 때문です。

1. スターブドサーマル（熱リリーフ不足）

スターブドサーマルは、パッドに接続されたサーマルリリーフトレースが関連銅プレーンに適切に接続されていないときに発生します。多くの場合、ビア間の間隔は基本的な設計ルールチェックをパスしますが、接続されたサーマルリリーフトレースが中断され、影響を受けたビアが割り当てられた銅ベタから不適切に分離されます。この問題は、複数のビアが互いに近接して配置されているときに最もよく見られます。

2. 酸トラップ

2つのトレースが非常に鋭い角度で接合されている場合、ブランク基板から銅を除去するために使用されるエッチング液がこれらの接合部で「トラップ」される可能性があります。このトラップは一般的に酸トラップと呼ばれます。酸トラップはトレースを割り当てられたネットから切り離し、これらのトレースをオープン回路にする可能性があります。製造業者が光活性化エッチング液の使用に切り替えたため、酸トラップの問題は近年減少しています。したがって、トレースが鋭角で接合しないよう確認することは依然として良い考えですが、過去ほどの懸念ではありません。

3. スリバース（微細銅片）

銅ベタの非常に小さな部分が、同じ銅ベタの大きな部分に細いトレースを通じてのみ接続されている場合、製造中にそれらが剥離し、「浮遊」して基板の他の部分に移動し、意図しないショートを引き起こす可能性があります。スリバースがもたらす問題は、製造業者が光活性化エッチング液の使用に切り替えたため、近年減少しています。したがって、設計ではスリバースを避けるべきですが、過去ほど支配的な問題ではありません。

4. 不十分なアニュラリング

ビアは、基板の両側のパッドをドリルで貫通し、これらの穴の壁をメッキして基板の両側を接続することで作られます。設計で指定されたパッドサイズが小さすぎる場合、ドリル穴がパッドの過大な部分を占め、ビアが失敗する可能性があります。最小アニュラリングサイズは一般的にDRCプロセスの一部です。この問題をここで言及するのは、プロトタイピング基板でドリル位置ズレが珍しくないためです。

5. パッド内ビア

時々、PCBパッド内にビアを配置する設計が便利な場合があります。しかし、パッド内ビアは基板実装時に問題を引き起こす可能性があります。ビアがパッドからはんだを引き抜き、パッドに関連する部品が不適切に実装される原因となります。

以下の画像は、パッド内ビアPCBと通常PCBの違いを示しています。

6. 銅が基板エッジに近すぎる

通常、設計ルールチェックで検出されますが、銅層を基板エッジに近すぎる位置に配置すると、製造プロセスで基板がサイズにカットされる際、それらの層がショートする可能性があります。この種のエラーは、PCB設計ソフトウェアで通常利用可能なDRC機能で検出されるべきですが、DFMチェックを行うPCB製造業者もこの問題を検出します。

7. パッド間のソルダーマスク欠落

非常に狭いピッチの小型ピンデバイスでは、標準設計設定によりピン間にソルダーマスクがないことがよくあります。このソルダーマスクの省略は、微細ピッチ部品が実装時にPCBに取り付けられる際、はんだブリッジがより容易に形成される原因となります。

当社は長年プロフェッショナルなPCB実装サービスを提供しており、パッド間のソルダーマスク欠落を防止できます。以下の画像は、0.4ピッチQFNパッド間の高精度ソルダーマスクを示しています。

8. トゥームストーニング（チップ部品の立上がり）

小型パッシブ表面実装部品がリフロー工程でPCB実装にはんだ付けされる際、片側が持ち上がって「トゥームストーン（墓石）」状態になることがよくあります。トゥームストーニングはPCB歩留まりに大きな影響を与え、生産コストを急速に押し上げます。トゥームストーニングの原因は、不適切なランディングパターンとパッドへの不均衡な熱リリーフです。トゥームストーニングはDFMチェックの使用で効果的に緩和できます。

以下の画像はトゥームストーニングのサンプルとその回路図です。

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参考リソース

• クイックPCB実装見積もりと生産のためのPCB設計ファイル要件
• PCBCartが提供するフル機能PCB製造サービス
• PCB製造以外に、PCBCartは高度なターンキーPCB実装サービスも提供
• ソルダーマスクとその設計ヒント
• 銅厚、配線幅、電流容量の関係