PCBのスタックアップ設計において、電源プレーンとグランドプレーンの設計は、電源インテグリティと信号インテグリティを確保する上で極めて重要な要素です。これらの層は単なる給電や接地のための層ではなく、低インピーダンスな電流経路として信号の基準面を安定させ、電磁ノイズの抑制に大きく寄与します。PCBGOGOでは、長年にわたるPCB設計および製造の実績を基に、電源層と接地層の最適な設計ノウハウを蓄積してきました。まず、電源プレーンとグランドプレーンの配置順は、信号品質に直接的な影響を与えます。高速PCBでは「信号層 接地層 電源層 信号層」というスタック構成が代表的です。この構造では、信号層がグランド層に隣接することで低インピーダンスなリターンパスが確保され、信号反射やクロストークの低減が可能となります。また、グランド層と電源層を近接させることで寄生容量が形成され、高周波デカップリング効果によって電源電圧の安定性が向上します。PCBGOGOでは、5G通信向けPCBのスタックアップ設計において電源層と接地層の間隔を0.15mmに制御し、電源インピーダンスを10mΩ以下に抑えることで高速信号伝送の要求を満たしています。次に、電源層および接地層の銅厚設計では、電流容量と放熱性の両立が求められます。IPC-2221規格によれば、銅厚と許容電流は正の相関関係にあり、1オンス銅厚では25度の温度上昇条件下で約1.5A毎mm、2オンス銅厚では約2.2A毎mmの電流を流すことが可能です。EV充電設備などの高出力用途PCBでは、PCBGOGOは電源層に2から3オンスの銅厚を採用し、同時にグランド層の銅厚も増やすことで放熱性能を向上させています。一方、コンシューマー向け電子機器では薄型化を重視し、1オンス銅厚を選定することで電流要件と基板厚のバランスを取っています。電源プレーンの分割設計も重要なポイントです。複数の電源電圧を使用するPCBでは、デジタル電源、アナログ電源、RF電源などを分離して設計する必要があります。分割設計の際は、高速信号配線から分割境界を十分に離し、基準面の不連続による信号反射を防止することが重要です。また、異なる電源領域間には通常0.5mm以上の間隔を確保し、電源間干渉を抑制します。さらに、分割境界付近にフィルタコンデンサを配置することで、電源ノイズの相互干渉を低減でき...

高周波電子分野、例えば 5G 通信、RFID、衛星ナビゲーションにおいて、PCB スタックアップ設計の最大の課題は、信号伝送損失の低減とインピーダンスの高精度制御にあります。これら 2 つの目標を達成するためには、適切な材料選定と、理論に基づいたインピーダンス制御設計が不可欠です。高周波基板 の専門メーカーである PCBGOGO は、材料特性と設計プロセスへの深い理解を基に、高周波用途の要求を満たす最適なスタックアップ設計を提供しています。高周波 PCB における材料選定の基本要件材料選定は、高周波 PCB スタックアップ設計の第一ステップです。特に重要となるのが、比誘電率 Dk、誘電正接 Df、線膨張係数 CTE の 3 つのパラメータです。比誘電率 Dk は信号伝搬速度に直接影響し、Dk が低いほど信号は高速に伝送されます。一方、誘電正接 Df は伝送中のエネルギー損失を示す指標であり、Df が低いほど高周波信号の減衰は小さくなります。5G ミリ波用基板 において、PCBGOGO は主に PTFE、ポリテトラフルオロエチレン系材料を採用しています。これらの材料は Dk が約 2.1 と安定しており、Df は 0.0009 程度と非常に低く、高周波信号の損失を効果的に抑制できます。一方、コスト制約のある高周波製品では、改良型エポキシ樹脂材料、例えば高 Tg FR-4 を選定するケースもあります。この場合、Dk は約 3.8、Df は約 0.018 となり、性能とコストのバランスを確保できます。銅箔選定とスキン効果対策高周波 PCB では、絶縁材料に加え、銅箔の選定も極めて重要です。高周波信号はスキン効果により、主に導体表面を流れるため、銅箔表面の粗さが伝送損失に大きく影響します。そのため、高周波 PCB では表面粗さの低い超低プロファイル銅箔、VLP 銅箔の使用が推奨されます。PCBGOGO では、表面粗さ Ra が 1.0 μm 以下の VLP 銅箔を採用しています。これは、Ra が 3.0 μm 以上の一般的な標準銅箔と比較して、スキン効果による損失を大幅に低減し、高周波信号の伝送効率を向上させます。高周波 PCB スタックアップ設計におけるインピーダンス制御インピーダンス制御は、高周波 PCB スタックアップ設計の中核を成す要素です。高周波信号はインピーダン...

高密度実装を実現する HDI PCB 分野において、PCB スタックアップ設計とビアインブラインド技術の組み合わせは、小型化と高集積化を達成するための重要なアプローチです。ビアインブラインド技術は、基板表面に露出するスルーホールの数を削減し、配線密度を向上させることが可能です。一方、適切なスタックアップ設計を行うことで、ビアインブラインドの信頼性と電気特性を確実に維持できます。PCBGOGO では、HDI PCB の開発および製造において、スタックアップ設計とビアインブラインド技術を高度に融合させ、高性能電子機器の要求に対応するソリューションを提供しています。ビアインブラインドの定義と分類まず、ビアインブラインドの基本的な定義と分類を明確にする必要があります。ビアインナーとは、基板内部層にのみ存在し、表層まで貫通しないビアで、内部信号層同士を接続するために使用されます。一方、ブラインドビアは、基板表層から内部層へ接続されるビアで、基板全体を貫通しない構造となっています。スルーホールと比較すると、ビアインブラインドは表層スペースを節約でき、信号伝送距離を短縮し、電磁干渉の低減にも寄与します。そのため、スタックアップ設計においては、ビアインブラインドの位置やサイズを層構成と緊密に整合させることが不可欠です。10 層 HDI 基板における二次ビアインブラインドの設計事例PCBGOGO が手がけた 10 層構成の HDI スマートフォン用メインボードでは、二次ビアインブラインド技術を採用しました。スタックアップ構成は以下の通りです。L1 トップ層L2 グランド層L3 信号層L4 信号層L5 電源層L6 電源層L7 信号層L8 信号層L9 グランド層L10 ボトム層この設計では、一次ブラインドビアを L1 から L3、および L10 から L8 に接続し、二次ビアインナーを L3 から L7 に接続しています。この構造により、各信号層間の高密度相互接続を実現しつつ、スルーホールによる表層配線スペースの占有を回避しています。スタックアップ設計におけるビアインブラインド設計の基本原則PCB スタックアップ設計におけるビアインブラインドの設計には、以下の 3 つの原則を遵守する必要があります。第一に、ビア径およびランドサイズは層厚に適合させる必要があります。一般的に、ビア径は層厚の...

基板実装工程において スルーホールはんだの流出不良は はんだ付け品質および製品信頼性に深刻な影響を与える代表的な課題です。この不良は 溶融はんだがスルーホール内壁から裏面パッドや基板の隙間へと流れ出す現象として現れ はんだ材料の無駄だけでなく 外観品質の低下 ショート はんだ不足などの致命的欠陥を引き起こし 製品歩留まりを大きく低下させます。本質的に見ると スルーホールはんだ流出は スルーホール内における はんだの力学的バランスが崩れることで発生します。溶融状態のはんだは 表面張力 重力 スルーホール内壁への付着力の影響を同時に受けており これらのいずれかが不均衡になると はんだが制御不能となり 流出が発生します。まず 基板設計段階での見落としが 根本的な原因となるケースが少なくありません。一部の設計では スルーホール径とリード径の適合性ばかりが重視され パッド径と孔径の比率が軽視されがちです。IPC-6012 規格では スルーホールパッド径は 孔径よりも 0.6 mm 以上大きく設定することが推奨されています。パッド径が小さすぎる場合 はんだの付着面積が不足し 表面張力による保持力が弱まり 溶融はんだが内壁に沿って流出しやすくなります。また スルーホールの金属化品質も極めて重要です。PCBGOGO の製造実績では スルーホールの銅めっき厚が 25 μm 未満になると 内壁の付着力が大きく低下し はんだが滑りやすくなり 流出不良の発生率が急増することが確認されています。次に 実装工程パラメータの不適切さが 直接的な誘因となります。スルーホール実装では 波はんだ付けが一般的に用いられますが はんだ温度 搬送速度 波高のバランスが 品質を左右します。はんだ温度が 265 ℃ を超えると はんだの粘度が急激に低下し 流動性が過剰となり スルーホールから溢れやすくなります。一方で 搬送速度が遅すぎる場合 PCB とはんだの接触時間が長くなり 過剰なはんだが孔内に滞留し 流出を招きます。PCBGOGO のプロセスエンジニアリングチームによる検証では はんだ温度を 250 ℃ から 260 ℃ に制御し 搬送速度を 1.2 m/min から 1.5 m/min に設定 波高は スルーホール底面から約 2 mm 上に達するレベルが 最適であることが確認されています。さらに PCB...

波峰はんだは PCB スルーホール実装における主流工法であり、工程パラメータのわずかな違いが、スルーホール内のはんだ充填状態や はんだ排出不良の発生率に直接影響します。実際の量産現場では、パラメータ設定が適切でないことにより スルーホールはんだ排出不良が多発し、製造コストの増加や 納期遅延につながるケースが少なくありません。波峰はんだの主要パラメータには、はんだ温度、予熱温度、搬送速度、波高、波角度の 5 項目があり、これらは相互に影響し合う関係にあります。いずれか 1 つでも逸脱すると、工程全体に連鎖的な不具合を引き起こします。まず、はんだ温度の管理は最重要ポイントです。はんだの粘度は温度と反比例の関係にあり、温度が高すぎると粘度が低下して流動性が過剰となり、スルーホールからのはんだ排出が発生しやすくなります。一方で、温度が低すぎる場合は十分に溶融せず、未はんだや冷はんだといった不良につながります。PCBGOGO の実験データによると、一般的に使用される Sn63 Pb37 はんだ合金では、最適なはんだ温度は 255±5℃ です。この温度域では、良好な濡れ性を確保しつつ、過度な流動を抑制できます。なお、温度測定は はんだ槽全体の温度ではなく、実際に波峰が 基板 と接触する有効はんだ付け領域で行うことが重要です。測定位置の誤差は、誤ったパラメータ設定の原因となります。次に、予熱温度と予熱時間の最適化は、基板中の水分による影響を低減し、はんだ排出リスクを間接的に抑制します。PCB は保管や輸送中に空気中の水分を吸収します。この状態で高温の波峰にはんだ付けを行うと、水分が急激に蒸発し、発生した水蒸気がスルーホール内の溶融はんだを押し出すことで、はんだ飛散や排出不良を引き起こします。PCBGOGO の工程基準では、PCB の予熱温度を 90 から 110℃、予熱時間を 60 から 90 秒とし、基板含水率を 0.05 パーセント以下まで低減させています。さらに、予熱により基板表面温度が均一化され、はんだ付け時の熱応力が緩和されることで、基板反りによるスルーホール位置ずれや排出不良の防止にも寄与します。さらに、搬送速度と波高の協調調整は、スルーホール内のはんだ充填量を制御する上で重要です。搬送速度は PCB と波峰との接触時間を決定します。速度が遅すぎると接触時間が長くなり...

基板製造および実装プロセス全体において、設計工程は最終品質を左右する最初の防衛ラインです。スルーホールパッドにおけるはんだ排出不良を根本から防止するためには、実装工程での対症療法ではなく、設計段階から防止思想を組み込むことが不可欠です。PCBGOGOが提供するPCB設計から製造までの一体化サービスにおける実務経験を基に、設計起点でスルーホールはんだ排出不良を回避するための重要な設計ポイントを解説します。1. スルーホールパッドの寸法バランスを正確に設計するはんだ排出不良対策において、最も重要なのがスルーホールとパッドの寸法比率です。多くのエンジニアは、スルーホール径が部品リードに近いほど接合強度が高いと誤解しがちです。しかし、スルーホール径とリード径の隙間が0.1mm未満の場合、溶融はんだが十分に流入できず、内部圧力の上昇によりパッド外側へはんだが押し出されやすくなります。一方、隙間が0.3mmを超えると必要なはんだ量が増え、結果として排出不良リスクが高まります。PCBGOGOの設計基準では、スルーホール径はリード径より0.15から0.25mm大きく設定し、パッド径はスルーホール径より0.6から0.8mm大きくすることを推奨しています。この比率により、十分なはんだ充填性とパッド表面張力による保持力を両立できます。2. ソルダーレジスト開口寸法を最適化するソルダーレジストは、基板保護や短絡防止だけでなく、はんだの流動範囲を制御する重要な役割を担います。スルーホールパッド部におけるソルダーレジスト開口寸法は、はんだ付着状態に直結します。開口が大きすぎる場合、はんだが自由に拡散し、非接合領域へ流出しやすくなります。逆に小さすぎると、パッドの有効接触面積が減少し、はんだが縁部から溢れやすくなります。PCBGOGOでは、ソルダーレジスト開口径をパッド径より0.1から0.2mm小さく設定し、かつ開口端とスルーホール縁との距離を0.2mm以上確保することを推奨しています。これにより、レジスト層が囲いとして機能し、はんだ排出不良を効果的に抑制できます。3. 特殊条件では異形パッド設計を活用する高密度PCBや大電流用途のスルーホールでは、一般的な円形パッドでは排出不良防止効果が不十分な場合があります。そのような場合には、異形パッド設計が有効です。涙滴形パッドは、導線とパッドの接続部が...

PCBA工程において、スルーホールパッドのはんだ排出不良を防止するためには、設計最適化や工程条件の調整だけでは不十分です。原材料から完成品に至るまでを一貫して管理する、体系的な検査と品質管理システムの構築が不可欠です。有効な管理体制を持たない企業では、はんだ排出不良が繰り返し発生し、製品品質や市場評価に深刻な影響を及ぼすケースが少なくありません。PCBGOGOでは、長年の品質管理経験を基に、設計、製造、実装、検査までを網羅する全工程管理体制を構築し、スルーホールはんだ排出不良の流出を効果的に防止しています。設計段階におけるシミュレーション検証でリスクを事前回避まず重要なのは、設計段階でのシミュレーション検証体制の確立です。PCB設計完了後、PCBGOGOでは専門的なPCBシミュレーションソフトを用い、スルーホールパッドの寸法比率、ソルダーレジスト開口、積層構造などを解析します。これにより、はんだ付け時のはんだ流動状態や充填状況を事前に予測し、パッドサイズ不足やスルーホール径の不適合など、はんだ排出不良につながる設計上の潜在リスクを早期に発見できます。設計段階での修正により、量産工程での大規模な不良発生を未然に防止します。原材料受入検査の強化による品質ゲート管理PCB、はんだ線、フラックスなどの原材料品質は、はんだ付け結果とはんだ排出不良リスクに直接影響します。PCBGOGOでは厳格な原材料受入検査基準を設定しています。PCB基板については、含水率、メッキ層厚、表面粗さなどを検査し、工程要求を満たしていることを確認します。はんだ線については、合金組成、融点、粘度を検証し、材料起因の排出不良を防止します。フラックスについても、活性度や固形分含有率を確認し、残渣によるはんだ流動異常を防ぎます。すべての原材料は検査合格後にのみ入庫され、不適合材料が生産ラインに流入することを防止しています。生産工程におけるオンライン検査によるリアルタイム監視波はんだ工程では、PCBGOGOはAOI自動光学検査装置およびオンライン温度測定システムを導入し、工程状態をリアルタイムで監視しています。AOI装置はスルーホールパッドのはんだ充填状態を高速で検出し、はんだ排出不良、はんだ未濡れ、ショートなどの欠陥を即座に識別します。異常が検出されると警報が発せられ、オペレーターは速やかに工程条件を調整で...

PCB製造において、良率は企業の競争力を左右する重要な指標です。そして、その良率に大きな影響を与える要因の一つが、PCB設計工芸技術標準がどの程度正確に実行されているかという点です。多くの企業が高性能な製造設備に多額の投資を行っていますが、設計工芸技術標準の重要性を軽視してしまい、結果として良率が思うように向上しないケースも少なくありません。本記事では、PCBGOGOの3つの実務事例をもとに、PCB設計工芸技術標準が良率へどのように影響するのか、また企業がどのように標準化運用によって良率を向上させられるのかを解説します。PCB設計工芸技術標準が良率に与える影響の全体像PCB設計工芸技術標準は、設計、材料、製造プロセス、検査という4つの工程すべてに影響しますが、特に設計段階の影響が最も大きく、その割合は60パーセント以上を占めます。設計段階で発生する不具合は先天的欠陥に分類され、後工程でのプロセス調整では補正が困難です。PCBGOGOのDFMデータによると、約70パーセントの良率低下要因は、線幅や線間距離の不足、不適切なビア設計、パッケージ間隔不足など、設計段階で設計工芸技術標準が遵守されていないことに起因しています。事例1 線幅と線間距離が標準未達で発生したエッチング短絡ある消費者向け電子機器メーカーは、スマートウォッチ用PCBの製造をPCBGOGOへ依頼しました。設計上の線幅および線間距離は2milと設定されていました。しかし、IPC 2221 印刷配線板設計通則によると、一般的なFR 4基板では最小線幅および線間距離は3mil以上が必要です。2mil設計はHDI基板向け条件であり、特殊材料と高難度プロセスが前提となります。当該顧客はコスト削減のため通常のFR 4材料を選択し、設計条件の詳細を事前に共有していませんでした。その結果、エッチング工程で側面腐食が発生し、配線短絡が多発しました。初回試作の良率は58パーセントにとどまりました。PCBGOGOのエンジニアはIPC 2221および社内HDI基準に基づき、線幅と線間距離を3milへ変更すること、高Tg FR 4材料への切り替えを提案しました。さらに高精度エッチング装置とリアルタイム監視を導入し、エッチングファクターを3.5以上に制御しました。AOI外観検査と電気検査を組み合わせた結果、最終的に良率は99.3パー...

PCBは、消費者向け電子機器から産業機器、車載システム、医療機器、航空宇宙分野まで、非常に幅広い分野で使用されています。用途ごとに求められる性能要件が大きく異なるため、PCB設計工芸技術標準も分野別に明確な差異があります。設計時に異なる分野の標準を混同してしまうと、認証不合格や量産不可といった重大な問題につながります。本記事では、IPC国際規格とPCBGOGOの豊富な業界経験をもとに、消費電子、工業制御、車載電子、航空宇宙、医療機器の5分野における基板設計工芸技術標準の違いを詳しく解説します。分野別PCB設計工芸技術標準の主な違い異なる用途分野におけるPCB設計工芸技術標準の差異は、主に以下の4点に表れます。材料選定設計ルール製造プロセス条件検査および評価基準以下、各分野ごとに詳しく見ていきます。1.消費電子分野のPCB設計基準消費電子分野のPCBは、スマートフォン、タブレット、スマートウォッチなどに使用され、小型化、軽量化、低コストが重視されます。設計基準は主にIPC 2221 印刷配線板設計通則と、IPC 6012 剛性プリント配線板の性能規格におけるClass 1要件に準拠します。材料は一般的なFR 4基材が中心で、Tgは130℃以上、難燃性はUL94 V 0、銅厚は1oz以下が一般的です。設計ルールとしては、最小線幅および線間距離は3mil、最小ビア径は0.3mm、BGAピッチは0.5mm以上が目安となります。製造条件では、エッチングファクター3以上、ソルダーレジスト厚10μmから25μm、めっき厚5μmから10μmが標準です。検査はAOI外観検査が中心で、軽微な傷や凹みなど外観上の軽度欠陥は許容される場合があります。PCBGOGOでは、消費電子向けにさらに厳しい社内基準を設定し、最小線幅および線間距離を2mil、ビア径を0.25mmまで対応しています。また、最短24時間の短納期対応により、製品の高速開発サイクルを支援しています。2. 工業制御分野のPCB設計基準工業制御用PCBは、PLC、インバータ、サーボシステムなどに使用され、高信頼性と広い動作温度範囲が求められます。IPC 2221およびIPC 6012のClass 2要件が主な設計基準です。材料は高Tg FR 4が使用され、Tgは150℃以上、銅厚は1ozから2ozが一般的です。設計ルールでは、最小...

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...