基板実装・OEM受託センター.COMが手掛けるプリント基板 VA・VE事例をご紹介
このお客さまは、プリント基板のパターン設計で発生したトラブルの解消を目的に基板実装・OEM受託センター.com（安曇川電子工業）にお問い合わせいただきました。
パターン設計はプリント基板を製造する前に必要な工程で、電子回路が正しく作動するように設計する必要があります。また、スマートフォンなどの高速な回路を実現するためにも、プリント基板の材料や、実装時に不備が起こりにくいことを考えた設計の技術が求められます。
プリント基板のパターン設計は、回路図を元にした設計工程です。回路図だけでは電子回路ができないため、回路図を元にパターンを設計します。平面（二次元）で表現された回路図を、プリント基板や搭載部品の実寸に合わせて立体（三次元）で表現します。
パターン設計はアートワーク設計とも呼ばれます。プリント基板のどこに電子部品を載せて、どんな配線を引くか、図面を作成するところから由来します。
パターン設計で作成した図面を元に、プリント基板を作ります。
パターン設計は基板作成全体の工程から見ると、（3）番目にあたります。
（1）構想設計 →（2）回路設計 →（3）パターン設計（アートワーク設計）→（4）プリント基板製造 →（5）部品実装 →（6）検査
パターン設計は現在、「配置 → 配線 → ベタ」の順に、基板作成ソフトで自動化されています。
最初の配置工程では、プリント基板に搭載する電子部品をどこに配置するかを決めます。パターン設計の中でも特に重要な作業で、プリント基板が組み込まれる製品の性能、耐久性を左右するといえます。電子配置に問題があると、その後の配線も見直さなければならず、手間と時間、コストがかかります。
次に基板のパターン配線を引き、最後にベタを作成します。ベタでパターンの空いている部分を塗りつぶしてエッチング箇所を減らすことで、ノイズを防ぐことができます。
パターン設計を行う際、最低限必要となるデータは以下の4つです。
回路図 …… 基板全体の回路が記載された図面
部品表 …… 使用部品が記載されたリスト
基板外形図 …… 基板の形状が記載された図面
ネットリスト …… 電子部品のピン同士がどのように接続されるか記載されたデータ
これらのデータを元にパターン設計を進めていきます。
パターン設計で起こりやすいトラブルを紹介します。
部品の極性は、電気回路における電流の方向です。電解コンデンサなど、プラス・マイナスがある場合は、正しい電位を知る必要があります。部品によって極性は違うため、シルク印刷をして極性表示をすると良いでしょう。
認識マークは、マウンター実装機がプリント基板の位置を読み取るためにあります。認識マークがないと実装精度が悪くなります。認識マークにより電子部品実装機（チップマウンター）がプリント基板と電子部品の向きを認識します。
表面実装（SMT）の場合、基板端に電子部品を配置すると、クリームはんだが潰れて機械実装できません。機械実装できるようにするためにも、基板端から部品までの距離を5mm以上空けるようにしましょう。
パターン設計、パターン形成する際に、トラブルを開始し、不良品を出さないためのコツを紹介します。
チップマウンターがプリント基板を認識するために必要な認識マークは、基板の対角に配置します。認識マークを基板の対角（非対称）に配置する理由は、基板を仮に、チップマウンターへ180度逆に投入してしまっても認識エラーで機械が停止するからです。認識マークは必ず、対角（非対称）に配置しましょう。
両面基板は、リフロー炉に2回通します。そのため、重い部品を両面に実装すると、裏面のリフロー（2度目のリフロー）を行なう際に、表面（1度目）のはんだが溶け、部品が脱落する恐れがあります。このトラブルを避けるためにも、重たい部品は片面（表面）にまとめるようにしましょう。
メタルマスク開口を5mm以上取る場合は、はんだの量が少なくなり、実装不良が起きます。実装不良を避けるためにもメタルマスクの開口を4分割にし、はんだ量を十分に確保して、実装不良を避けましょう。
プリント基板のパターン設計で起こるトラブル例を丁寧に紹介いただいたことで、自社のトラブルの原因が特定できました。またトラブルに対する対処法を、パターン設計の段階から助言いただき、今後の生産効率の向上、不良品、手戻りの削減によるコスト圧縮につながります。
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