1 はじめに

計測機器用 PCB の量産良率は、製造コストと納期を直接左右します。業界データによると、DFM（Design For Manufacturability）最適化を実施していない PCB の量産良率は 85％ 未満であるのに対し、DFM を導入した製品は 95％ 以上に向上します。ある計測機器メーカーでは、PCB 設計にエッチング制約が考慮されておらず、生産時に短絡不良が 10％ 発生し、損失額は 六千万円を超えました。別のメーカーでは、スルーホール寸法が加工設備の能力を超えており、穴あけ破損率が 8％ に達し、量産計画は 2 か月以上遅延しました。PCBGOGO は「設計 試作 量産」の一貫対応が可能であり、独自開発のオンライン DFM チェックシステムを搭載しています。130 以上の協力工場の工法データベースを内蔵し、200 項目以上の設計リスクを自動検出できます。本稿では IPC 2221 と IPC 6012 の基準に基づき、計測機器向け PCB 量産 DFM の中核ポイントと実用的な改善プロセスを解説します。

2 DFM 最適化の技術解説と量産課題

DFM の定義と導入効果

DFM 最適化とは、PCB 設計段階で製造設備の精度、材料特性および検査基準を考慮し、設計パラメータを調整して製造性を高めることを指します。目的は量産時に発生し得る欠陥を設計段階で事前排除し、良率向上、コスト削減、納期短縮を実現することです。統計によると、DFM 最適化は量産不良の 70％ を削減します。

計測機器 PCB の量産で発生する主要課題

設計と工法が適合していない場合、最小線幅が 0.076mm 未満、最小孔径が 0.15mm 未満など、加工限界を超える設計が発生します。材料と製造条件が一致していない場合、高 TG 基材のエッチング速度差により不良率が増加します。検査点の未設計により検査効率が低下し、漏れ検査が発生します。量産におけるばらつきに対応していない場合、銅厚やエッチング均一性の影響を受け、性能不一致が発生します。

PCBGOGO による DFM 最適化の支援体制

PCBGOGO は「ソフトウェア チーム 工法データベース」を統合した DFM 支援体制を構築しています。オンライン DFM チェックシステムは、最小ドリル径 0.15mm、最小線幅 0.076mm など、130 以上の協力工場の加工能力に対応しています。50 名以上の DFM 専門エンジニアが在籍し、計測機器向け PCB の量産改善に対応します。工法データベースは HDI 工法や無鉛実装など、新しい量産条件に随時更新されています。

3 計測機器向け PCB 量産 DFM 実践プロセス

設計初期段階の工法適合

最初に工場の加工能力を確認し、設計パラメータの範囲を明確にします。線幅と線間距離は 0.076mm 以上、スルーホール内径は多層板で 0.15mm 以上、2 層板で 0.2mm 以上、板厚は 0.3 から 4.0mm を推奨します。基材は生益 S1130 または Rogers RO4350B のように量産実績のある品を使用し、小ロット材料は避けます。IPC 2221 第 5.3 条に適合させます。

レイアウトと配線の DFM 最適化

線間距離を線幅以上に設定し、エッチング短絡を防止します。スルーホール間隔は 1mm 以上を推奨します。スルーホールのパッド径は穴径に 0.2mm を加え、スルーホール開口が確実に維持されるようにします。PCB 端部は 5mm の工法マージンを確保し、治具固定を容易にします。IPC 6012 に準拠させます。

材料選定と工法適合

ソルダーレジストは太陽無ハロゲンインクを採用し、固形分は 60％ 以上を推奨します。表面処理には無電解金めっき（ENIG）を採用し、金厚は 1.2μm 以上を確保します。はんだ材料は SnBiAg 合金とし、回流炉のピーク温度は 245±5℃ を目安にします。IPC 4101 と IPC J STD 001 を参照します。

検査性と量産性の DFM 最適化

10cm2 当たり 1 個以上のテストポイントを確保し、径は 0.8mm 以上、テストポイント間隔は 1mm 以上とします。重要信号ラインにはインピーダンステストポイントを配置します。PCB 端に 2.0mm の位置決め穴を設け、検査治具の固定性を高めます。IPC 7351 に準拠します。

4 事例紹介：産業用流量計 PCB の量産改善

初期課題

産業用流量計 PCB は 4 層構造、月産 10000 枚で、以下の DFM 課題が発生しました。線幅と線間距離 0.06mm は最小加工値 0.076mm を下回り短絡不良が 10％、スルーホール径 0.12mm は最小ドリル径 0.15mm 未満で破損率 8％、パッド径 0.3mm は標準値 0.35mm 未満で未はんだ 5％ に達しました。さらにテストポイントがなく、検査漏れ率 3％ が発生していました。総合良率は 74％ でした。

改善施策

線幅と線間距離を 0.076mm に、スルーホール内径を 0.15mm に変更し、間隔を 1.2mm に拡大しました。パッド径は 0.35mm に調整し IPC 6012 に適合させました。基材を生益 S1130 に変更し、ソルダーレジストは太陽無ハロゲンインクを使用しました。表面処理は金厚 1.5μm の ENIG を採用しました。10cm2 当たり 1 個のテストポイントを設け、重要信号ラインにインピーダンステスト点を追加しました。PCBGOGO のオンライン DFM チェックを利用し、過密区域のスルーホール分布を調整しました。

改善効果

総合良率は 74％ から 99％ に向上しました。短絡不良は 10％ から 0.1％ に、穴あけ破損は 8％ から 0.05％ に、未はんだは 5％ から 0.2％ に低減し、検査漏れは 3％ から 0.1％ になりました。単価は 80 元から 65 元に低下し、月間 15 万元、年間 180 万元のコスト削減を実現しました。検査効率は 50％ 向上し、納期は 15 日から 7 日へ短縮されました。