プリント配線板設計方法
プリント配線板のパターン設計
高性能の電子部品をたくさん集合してもそれだけでは、何も機能を持ちません。
それぞれの電子部品に電子回路的に最適な場所に配置して、役割を与えます。
そして互いの仕事の流れを決定して初めて電子回路としての機能動作をすることになります。
バラバラの電子部品を目的、機能、パソコン、携帯電話、産業用装置や機器、を関せさせるために組立、電子部品を電子回路として機能するように接続を行う作業を「実装」といいます。
プリント配線板は多くの電子部品を搭載する板でありまた電子部品の電子回路としての接続を担う実装を伴うもっとも重要な部品です。
プリント配線板により電子機器の寸法、重量、機能も半導体と小津陽に大きく影響します。
このように半導体と、プリント配線板との関係は互いに影響して、電子機器を大きく変遷させてきています。
「常に同様の変遷を要求されている」これが 「プリント配線板設計」です。
ですから、どんなに高性能電子部品が完成しても電子機器として完成させるためのプリント配線板を製造するには、前工程として「プリント配線板設計」が必要となってきます。
この設計が目的通りに終了することによってはじめてプリント配線板の製造に着手できます。
電子機器の性能を第一に決めるのはハードウェア、ソフトウェアですが、プリント配線板設計の良し悪しはハードウェア・ソフトウェアの電子機器回路としての設計性能を再現させることが大きな鍵となります。
より良いプリント配線板設計・プリント配線板製造・戦士部品実装製造のすべてが目的の通り完成してこそ、電子機器としてのハードウェアが完成します。
電子機器の進化は、私たちの生活にとっても、性能向上軽量、小型化と大きな影響を与えてくれます。
プリント配線板における「部品」とは
プリント配線板設計での部品とは 電子部品だけではありません。
プリント配線板に搭載されるすべてのもので発熱対策用放熱板や固定用金具・ビス等もプリント配線板設計上での部品です。
部品による影響、形状、発熱、方向等、設計上は考慮する必要があります。
「抵抗」「コンデンサ」「ダイオード」「集積回路」「コネクタ」「水晶振動子」「水晶発振器」「チェック端子」
代表的な部品の種類です。
プリント配線板の設計に必要な資料
回路図、部品表、設計仕様書、部品取付仕様書、プリント配線板外形寸法図、シンボル、ソルダレジスト、その他
回路図には、全部品に対して重複しない部品番号が付けられます。
部品表とは、電子回路設計で決定された特性、性能を引き出すために各部品を特定する表です。
プリント配線板を設計する際には部品表に記載された情報を間違いなく正確に使用する必要があります。プリント配線板の都合での変更はできません。
部品表にはよく部品コード番号、購入価格、購入数量単位等が記載されている場合があります。
設計仕様書とは、プリント配線板の設計や製造両方に関連する事項や電子機器製品に要求される安全企画への考慮などが決められています。
部品実装位置仕様書とは、部品の取り付け位置はプリント配線板上に自由に配置できるとは限りません。設計する電子機器の機能、デザイン、性能、外観などによって制約をうけて決定されます。
機器の軽く薄く小型化により制約がさらに増えています。
プリント配線板の外形図とは、電子部品を搭載できる領域を規定したものが外形図です。
搭載電子部品の高さも指示されるケースも多い。外部接続関係部品の取り付け位置も図面で指示されます。
各ランド径に対するレジスト径（レジスト逃げ）の指示。マーキング文字（シルク文字）サイズや色の指示があります。
格子とは、この場合の格子とはあらかじめ決められた通路を使うことによって部品搭載一や設計上の問題発生を発見しやすくするものです。
今では、部品搭載が高密度化して格子を利用せず最小配線間、最小配線幅、最小部品間などを部品ねっと 除法として定義設定してじどう反映させるCADシステムが主流となっています。
配線とは、回路図を元に部品と部品を電気的に接続するルートを決める作業です。
原点とは、X方向とY方向とが90°の築港する座標軸の交点を原点と言います。
プリント配線板の配線方向とは、一般的に格子点を通過するようにレイアウトします。その配線方向は自由ではなく一般的には、隣りあう層の配線の方向が直行するように設計します。
配線パターンの種類には、ラインパターン、メッシュパターン、ベタパターン、ランド、フットプリントなどがあります。
配線仕様は、一般的にパターン幅、間隔をどのようにするかは設計仕様書の規定されています。
取付け穴とは、部品のねじ止め用穴やプリント配線板を装置にネジ止めするための穴です。ノンメッキスルホールとスルホールと2種類があります。
基準穴とは、プリント配線板製造工程で精度よく加工したり、プリント配線板に部品を搭載したりするための装置を使用する際に基準となる必要な原点です。
めっきスルホールとは、穴の壁面にめっきで金属導体層を形成させた穴。その逆でノンメッキスルホールは穴の壁面にメッキで金属同体層を形成させていない穴です。
導体間隙と導体ピッチについて、絶縁、干渉防止、製造工法からの制約、電子機器組み立て工法からの制約などのために配線板パターンはあらかじめ 決められたパターン間隙とパターンピッチを持たせて設計する必要があります。CADシステムでは設定された以下での配線ができないような昨日DRCデザインルールチェック機能が搭載されています。
配線禁止領域とは、プリント配線板内には いろいろな制約から配線パターンを設置してはならない領域のことです。
エッチング文字とは、導体パターン形成と同時に文字表示ができるのでコスト面でメリットがありますが 、文字が銅箔で形成されていることから、本来の配線パターン同様の導体間隙を周囲に確保が必要となります。
配線スペースを少なくしてしまうデメリットがあります。
高密度化によりエッチング文字からっ文字印刷にしているケースもあります 。
印刷文字は、マーキング、シルク文字といわれ、インクの印刷によって、プリント配線板上に文字や部品番号または、B品マークなど表示することに用いられています。この方法だと、インク印刷なので、導体間隙を考慮する必要がなくなります。
