現代スマートフォン向け必須PCB設計ガイドライン
スマートフォンPCB要求仕様
現在、スマートフォンは必須電子製品となり、日常通信・活動の3分の1以上がスマートフォン経由で完結し、その価値は毎年急上昇しています。2020年までに従来型携帯電話（フィーチャーフォン）が23.5%減少する一方、全レベルのスマートフォン（低価格・低機能、ミッドレンジ、ハイエンド）は8.0%成長トレンドを維持すると予測されています。
音声通話・メール等基本機能に加え、現代スマートフォンはPC同等機能（Webブラウジング、オンラインコミュニケーション・サービス、ソーシャルメディア等）を備える必要があります。最新OSによりユーザーは特定機能ウィンドウやマルチメディア自作ソフトを容易にダウンロード可能。さらにスマートウォッチ、PC、家電、車載機器と接続し、多様なニーズに対応。外観・寸法では大画面・薄型化傾向で、将来的に厚さ8mm未満が主流に。ディスプレイは高精細（HD）大画面化。カメラは1600万画素から2000万画素へアップグレード。その他仕様変更を下表にまとめます。
| 項目 | 2014 | 2018 | 2024 | ||
| 平均外形寸法(W×L×H/mm) | 77.5×152.8×8.5 | 75×150×8.0 | 70×145×7.0 | ||
| 平均体積(cm³)/重量(g) | 100/171 | 90/160 | 71/150 | ||
| 通話時消費電力(W) | 0.6-1.2 | 0.5-0.9 | 0.4-0.6 | ||
| ディスプレイ | 表示デバイス | LCD, OLED | LCD, OLED, Flex LCD, カラー電子ペーパー |
LCD, OLED, Flex LCD, カラー電子ペーパー, 自発光コンポーネント |
|
| 寸法 (inch) | 4.95-6.0 | 5.7-7.0 | 5.0-7.5 | ||
| 解像度 | Wide-VGA - Wide-XGA フルHD(1080P) | Wide-VGA - Wide-XGA+ 4K | Wide-SVGA - Wide-SXGA 8K | ||
| カメラ | 方式 | CMOS | |||
| 解像度 (百万画素) | 8-20 | 8-24 | 8-40 | ||
| 近距離無線通信 | 赤外線, Bluetooth, NFC, 無線LAN, WiMAX |
Bluetooth, NFC, 無線LAN, WiMAX, ミリ波 |
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| 主記録デバイス | 内蔵ストレージ, メモリカード Webサーバ |
内蔵ストレージ, メモリカード クラウドサーバ |
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| バッテリー | リチウムイオン, Li-Po | リチウムイオン, Li-Po, ソーラーセル, 燃料電池 |
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スマートフォンPCB要件
将来スマートフォンの機能と発展トレンドに基づき、マザーボードには高多層プリント基板、ドーターボードには低多層PCBを適用すべきです。マザーボード製造では通常10層ビルドアップ多層（BUM）PCBを選択。半導体パッケージング（SiP）による機能統合により、層数は現状維持または削減傾向。2015年64ビットプロセッサ採用、ICピン間隔0.4mmから0.35mmへ縮小により、当面マザーボード層数は12層以上へ増加可能性。基板構造と分布の発展トレンドを下表にまとめます。
| 項目 | 2014 | 2018 | 2024 | ||
| PCB枚数 | 1-3 | 0-3 | |||
| マザーボードタイプ | BUM PCB | BUM PCB, ガラスPCB | |||
| マザーボード寸法 (mm) | 50×50-55×120 | ||||
| スマホマザーボード層数 | 8-12 | 8-10 | 6-10 | ||
| マザーボード実装部品総数 | 500-1300 | 500-1000 | |||
| 最小部品寸法 (mm) | 0.4×0.2 | ||||
| LSI搭載数 | 16-28 | 14-25 | 10-20 | ||
| FPGA | 搭載数 | 7-14 | 6-13 | 5-12 | |
| 最小ピッチ (mm) | 0.4 | 0.35 | 0.25 | ||
| 最大端子数 | 1044 | 1200 | |||
| 機能モジュール数 | 5-15 | 4-12 | 3-10 | ||
| コネクタ数 | 5-20 | 4-15 | 3-10 | ||
PCB技術設計は、低コストで効果的なPCB製造の鍵を握ります。新世代表面実装技術（SMT）は複雑性ゆえ、設計者は最初から製造課題を考慮必須。設計ファイルの微小変更でも生産遅延と開発コスト増大を招きます。パッド位置変更一つでリルーティングとステンシル再製造が必要。アナログ回路では再設計・再テスト必須で状況更深刻。しかし問題放置なら量産時更大損失。したがって設計者は最初から技術的課題に全注力すべき。シンプルなルール：技術的課題を早期解決するほど、メーカーにとって有利。
スマートフォン回路基板技術設計で考慮すべき要素：
- 自動製造・実装対応の伝送ライン、位置決め穴、フィデューシャルマーク
- 製造効率に関わるパネル化
- 半田付け合格率に関わる：PCB材料、PCBA工法、部品分布・パッケージタイプ、パッド設計、ソルダーマスク設計
- 検査・リワーク・テストに関わる：部品間隔、テストパッド設計
- 実装・デバッグ・配線に関わる：シルクスクリーンまたは腐食文字
スマートフォンPCB設計要件
a. 積層多層PCB
積層多層PCB製造技術は現在広く適用される多層PCB製造技術です。積層多層PCB製造では、減算プロセスで回路層製造。層間相互接続は積層、機械ドリル、無電解銅、銅メッキの段階経由。最後にソルダーマスク、はんだコーティング、シルクスクリーンで1枚の回路基板完成。
b. BUM技術
絶縁基板または従来両面・多層板上に、塗布絶縁誘電体で導体とスルーホールを化学銅メッキ・電解銅メッキで形成。所望層数達成まで繰り返し。BUM PCB最適特徴：基板層極薄、配線幅/間隔極小、ビア径極小で超高密度。ICグレード高密度パッケージング適用可能。
c. フィデューシャルマーク
一般的ルールとして、スマートフォンのドーターボード各面に最低2個フィデューシャルマーク必須。スペース極限時は柔軟配置可。直径1mm（40mil）円形グラフィック設計。材質色と環境のコントラスト確保のため、ソルダーマスクエリアをフィデューシャルマークより1mm（40mil）大きく開口、文字配置禁止。実スペース極限時、ソルダーマスクエリア0.5mm拡大可だが、同色ソルダーパッドを3mm範囲内に配置禁止。
また同一基板上フィデューシャルマークは同一内部背景（銅張り状態兼容）維持必須。周囲配線なし単独フィデューシャルマークは、内径3mm、線幅1mm保護円設計。さらにフィデューシャルマークは座標図形特徴必須、PCB設計後は標識と見なさない。
d. パネル設計
- 両面V溝パネル方式： 正方形PCBに適し、分割後マージン整然、製造コスト低で第一推奨。一般に30°角、深さ板厚1/3～1/4。ただしBGA/QFNパッケージIC搭載基板には不適。
- 長穴＋円穴方式： 4層以上マザーボード必須。ボタン基板、LCD基板、SIMカード基板、TFカード基板等ドーターボードは基板形状に基づきパネル方式選択。弧形・不規則形状には長穴＋円穴方式推奨。PCBパネル結合方式の驚くべき秘訣記事で更多組合せ方法紹介。
人々の必須デバイスとして、スマートフォンはインテリジェント化、小型化、多機能化へ発展し、電子機器全機能に対応するPCBへ更高要求を突きつけます。信頼できるPCB生産パートナーでスマートフォンPCB製造をお探しなら、PCBCartがお手伝いします。通信分野企業向けに10年間、品質保証付きフルPCB生産サービス提供。経験と専門家陣で、コスト効率良く最高品質基板をご提供。
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参考資料
- 高品質PCB設計方法
- 必須PCB設計ルール
- よくあるPCB設計問題
- PCB設計プロセスにおける可能性ある問題と解決策
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産業技術