PCB設計において、PCB設計工芸技術標準と可製造性設計 DFM は非常に密接な関係にあります。しかし、この2つの関係を正しく理解できていないために、設計効率の低下や量産時の歩留まり悪化を招いているケースも少なくありません。本記事では、IPC国際規格とPCBGOGOのDFM実務経験をもとに、PCB設計工芸技術標準とDFMの関係を整理し、両者をどのように協調させることで設計効率と製品歩留まりを向上させられるのかを、エンジニア視点で詳しく解説します。

PCB設計工芸技術標準とDFMの基本定義

まずは2つの概念を明確にします。

基板設計工芸技術標準とは、基板が設計から量産に至るまでの全工程における技術要件を体系化したものであり、設計ルール、材料選定、プロセス条件、検査基準の4つを中核としています。業界における技術的な最低基準、いわば技術のレッドラインです。

一方、可製造性設計 DFM とは、設計段階から製造工程の制約や要求を考慮し、量産性、コスト効率、品質安定性を高めるために設計を最適化する考え方です。設計と製造をつなぐ実践的な橋渡し役と言えます。

定義から分かる通り、PCB設計工芸技術標準はDFMの基盤であり、DFMは標準を具体的に設計へ落とし込むための実践手段です。標準を無視したDFMは成立せず、DFMがなければ標準は現場で機能しません。

設計工芸技術標準はDFMのルールデータベース

DFMの中核は設計ルールチェックです。そのルールの根拠となるのがPCB設計工芸技術標準です。

例えば、IPC 2221 印刷配線板設計通則では、最小線幅、線間距離、ビア径、パッケージ間隔などの基本設計ルールが定められています。これらはDFMチェックの主要項目です。

PCBGOGOのDFMシステムは、IPC規格と社内標準を統合し、1000件以上の設計ルールを蓄積しています。設計データを自動解析し、規格適合性を高精度でチェックできます。

具体例として、消費者向け電子機器PCBでは最小線幅および線間距離は3mil以上、産業用制御PCBでは4mil以上が推奨されます。設計が基準を満たさない場合、DFMシステムは「線幅が不足しているため3mil以上へ調整してください」といった具体的な修正提案を提示します。

これにより、設計段階で問題を解消でき、量産前の手戻りを大幅に削減できます。

2. DFMは標準を現場へ落とし込む実装ツール

PCB設計工芸技術標準は汎用的な規格であり、実際の製造能力はメーカーごとに異なります。DFMの役割は、標準要件と製造設備の実力を統合し、現実的かつ最適な設計ルールへ変換することです。

IPC 2221では最小ビア径0.3mmが規定されていますが、PCBGOGOでは高精度ドリル設備により0.25mmの加工が可能です。そのため、PCBGOGOのDFM基準では、顧客の小型化要求に応じて0.25mmを設計許容値として提示できます。

また、標準内の抽象的な指標を具体的な設計行動に変換できる点もDFMの強みです。例えば、IPC 6012で規定されるエッチングファクター3以上という要件は理解しにくい指標です。PCBGOGOのDFMでは「線幅を確保し、サイドエッチングを抑制する」といった具体的な設計改善案として提示されます。

3. 標準とDFMを協調させるための基本原則

エンジニアが設計時に意識すべき協調最適化の原則は以下の通りです。

設計初期から製造メーカーと事前にコミュニケーションを取り、設備能力やDFMルールを把握することが重要です。PCBGOGOでは無料のDFM事前相談サービスを提供しています。

設計ではIPC規格や業界標準を優先し、製品の汎用性と信頼性を確保します。特殊要件は標準を前提にDFMで最適化します。

設計確定後もDFMチェックを繰り返し行い、指摘点を反映しながら継続的に設計を改善します。PCBGOGOのDFMシステムは複数回の検証に対応しています。

4. 協調最適化の実践事例

ある5G基地局向け製品で、高密度相互接続 HDI PCB の製造をPCBGOGOが受託しました。設計はIPC 2226 高密度配線板設計規格に準拠していましたが、製造設備の制約が考慮されていませんでした。

DFMチェックの結果、微細ビア間隔が狭すぎ、ドリル加工が困難な箇所が多数確認されました。

PCBGOGOのエンジニアはIPC 2226と社内HDI基準に基づき、12件の不適合点を抽出しました。その後、ビア間隔を0.2mmから0.3mmへ、線幅を2milから3milへ調整するなどの具体的改善案を提示しました。

修正後の設計はDFMをクリアし、初回試作の歩留まりは99.1パーセントに達しました。設計工数も約30パーセント削減されました。

5. エンジニア必見の協調最適化テクニック

自身の業界に関連するIPC規格を体系的に理解することが重要です。消費者向けではIPC 2221、自動車分野ではIPC 6012や関連仕様の理解が不可欠です。

DFMツールを積極的に活用し、自動チェックによる設計品質向上を図ります。PCBGOGOのオンラインDFMシステムは迅速な設計検証を可能にします。

製造メーカーと長期的な協力関係を築き、設計段階から継続的に技術情報を共有することが、量産成功への近道です。

まとめ

PCB設計工芸技術標準とDFMは対立する概念ではなく、相互補完関係にあります。両者を協調させることで、設計効率、製品品質、量産歩留まりを同時に高めることが可能です。

PCBGOGOは豊富なDFM実務経験を活かし、IPC規格に準拠した専門的なDFMサポートを提供しています。設計段階からの最適化により、確実な量産成功を支援します。