製造現場から学ぶプリント基板設計の実践ポイント

出来上がった実装基板では、各々で全て明確な根拠があって、基板設計されています。今回は 、以下の7つの項目に層別しました。

• ランド及びパッド設計 (主に用語の説明)
• 基板の反り対策
• 設計品質
• ネジ締め
• 基板分割時のVカット
• 部品配置
• 熱対策

　他のノイズ対策もありますが、ここでは省略します。基板の設計時に、出来上がって、ああすればよかったと事前に気づいて欲しい項目を並べています。また、実例を記載していますので、理解し易いと思います。今後の皆様の基板設計時にお役に立てて頂ければ幸いです。

1. ランド及びパッド設計 (用語の説明)
   1. ランドはリード部品、パッドは表面実装部品に適用
   2. スルーホールとバイアホールの違い
   3. 基板流し方向に対してマイコン (IC) は平行に配置し、最後尾のランドを横長に。
   4. ブリッジ対策としてシルクを入れる、ランドを楕円形に。
   5. リードのパターン間隔は0.5mm以上、チップ部品同士の間隔は0.6mm以上開ける。
   6. φ3.2以上のランドサイズの大きいスルーホールは設けない。
   7. 発熱部品は、部品面及びはんだ面側に重ならないような配置
   8. 片面基板は両面基板より、ランド径サイズを0.5mm以上大きく。
   9. パッドサイズ大 (例:パワートランジスタのメタルマスク開口部) は“田の字”が好ましい。 → はんだボール対策
   10. サイズ大のチップ部品は、はんだがダレにくい方向に配置。
   11. チップ部品は基板流し方向に対して垂直に配置 (チップ立ち対策)
   12. 表面実装用コネクタは、基板流し方向に対してフラックス残渣が溜まりにくい方向に配置。
   13. 電流容量大流れる回路パターンには、テイアドロップの採用 (断線対策)
   14. マイコン又は多ピン半導体付近には、チップ部品は配置しない方が好ましい。→ 未はんだ対策
2. 反り対策
   1. 高密度実装で、基板サイズ大の基板 (例150mm×150mm以上) は、ノーランドバーを設ける。
   2. 挿入タイプのコネクタは、基板流し方向に対して平行に配置、カプラ端子が付く基板はタッピングネジ取付け。
   3. アキシャル部品同士の間隔が約5mmが目安。
   4. リード部品のクリンチ時にクリンチリードが回路パターンに触れないこと。
   5. リードのアルミ電解コンデンサの素子高さが10mm以上の部品は部品倒れによる傾きを考慮する。
   6. リードICとアキシャル部品は2.54mm間隔が目安 (ノイズ対策)
   7. ラジアル部品を挿入する場合の隣接間部品禁止領域
   8. 小信号トランジスタ、ダイオードのデッドスペース
   9. ポイントはんだ付けの場合、はんだ付けする為の部品間隔=ノズル径+6mmのクリアランス
   10. アキシャル/ラジアル部品挿入する場合の隣接部品との距離
   11. コネクタ周辺には背の高い部品は配置しない → コネクタのはんだ濡れ不足対策
   12. 重量部品は、片面側に纏めて実装 (下面側に実装する部品は、落下しないように、計算式から試算する)
   13. リレー実装時は、部品を安定させる為の固定ピンを設ける。
3. 設計品質
   1. はんだクラックを防ぐ為、チップサイズ大 (5025以上) の部品の使用は回避する。
   2. コーテイング剤塗布によるクラックを防ぐ為、線膨張係数の小さい樹脂を選定する。
   3. 特殊形状の基板の仕様は避けること。 (形状によっては、基板通過センサーの誤動作に繋がる)
4. ネジ締め
   1. ネジ締めを行う基板は、ネジ締めの位置から5〜10mm以上離して部品配置する。 → はんだクラック防止の為
   2. 多面取り基板では、個別基板の4隅には、ネジ締めせず、全体の基板の4隅にネジ締めする。 → はんだクラック防止の為
5. Vカット (基板分割) する場合の注意事項
   1. チップ部品は、基板分割に対して平行に配置する。又、分割ラインから5mm以上 離すこと。 → はんだクラック防止の為
   2. Vカットラインと部品が近い場合はスリットを入れる。
   3. カットやミシン目からは5mm以上離して部品配置する。
   4. コネクタのハウジング部にはくりぬき穴を設ける。
6. 部品配置
   1. 熱容量の大部品は、基板全体に対して均等に配置する。→ はんだぬれ不良対策
   2. 熱に敏感な部品 (水晶発振子、LED等) は、発熱部品から遠ざける。
   3. サイド型コネクタの嵌合側に部品を配置しない。
   4. 部品面側に、フラックス塗布によるフラックスの付着が発生するスルーホールを設けないこと。
   5. 基板流し方向に対してチップ部品は垂直に配置する。
7. 熱対策 (放熱対策)
   1. ビアは発生原 (マイコン) に近づける。
   2. 筐体内部に熱が溜まらない部品配置 (熱の逃げ場を作っておく)
   3. QFPは、バイアホールを設けて放熱し易くする。
   4. 基板組付け時に、基板を垂直置きにすると対流伝熱が上がり、熱抵抗は下がる。
   5. 発熱部品は、表面側、裏面側で重ならないように配置する。
   6. 基板端に実装した部品 (例えばQFP、BGA等) は実質的に有効な放熱領域が少なくなるので、基板中央部に配置する)
8. Q&A