DFM分析の完全ガイド

私の良い友人が新しいPCB設計の製造計画についてよく言う冗談があります。「今日、製造業者に電話しましたか？」とよく聞くことで、設計プロセスの複数の段階で製造パートナーとの連携を強調しています。これは設計者がよく忘れがちなことで、全規模の製造に先立って大きな頭痛の種になることがあります。事実、ボードは製造可能性を確保するために、製造と組み立ての両方の観点から、複数回のDFM分析を受けるべきです。

では、いつからDFM分析に設計をさらすべきでしょうか？もう一つの重要な質問は、DFM分析プロセスを迅速に進める最良の方法は何かということかもしれません。任意のボードにはチェックすべきことがたくさんあり、特に複雑なレイアウトでは、製造可能性の完全な検査は時間がかかることがあります。DFM分析に何が含まれているのか、そして設計を迅速にプロセスを通過させる方法について説明します。

PCBのDFM分析には何が含まれるのか？

一般的に、DFM分析は大量生産が必要なあらゆるものに適用されます。製造される製品は、大量生産に使用されるプロセスに適合するように設計される必要があり、設計によって低い収率、欠陥、または寿命が短くなる可能性がないことを確認するために検査する必要があります。現在では、PCB製造業者とPCB組立業者が地球の反対側に位置していることもあり、DFM分析を行うために、プロジェクト情報の単一の管理されたストアに全員がアクセスできることが重要です。

PCBのDFM分析は、設計が製造業者の製造および組立プロセスに適合するかどうかを確認することを含みます。経験豊富な設計者であれば、品質を損なう可能性のある設計選択のリストが長いことを知っているはずです。私自身、設計に潜む可能性のあるあらゆる製造上の問題をまだすべて覚えていないので、製造を開始する前に私の基板を検査してもらうために、しばしば製造業者に頼っています。

設計を頻繁に検査する

これは重要なポイントを提起します：いつDFMチェックを設計に対して実行すべきか？もし比較的シンプルなボードを扱っているなら、製造前に製造業者が最終的なDFMチェックを実行することに頼るのがおそらく問題ありません。繰り返しのDFM深掘りは、製造業者が迅速に実行できる時に過剰な時間を取ってしまいます。より高度なもの、例えば、狭いクリアランスと複数の信号規格を持つ高層カウントの混合信号ボードのようなものについては、潜在的な品質問題を早期に発見するために複数のDFM分析実行が必要です。

製造前に不必要な設計変更を防ぐ最良の方法は、いくつかの異なるタイミングでDFM分析を行うことです：

• コンポーネントを選択する際： これは主にパッシブコンポーネントのサイズ、特に0201と01005に関連します。これらの小さなコンポーネントを使用する必要がある場合は、製造業者がこれらを扱えることを確認してください。
• フロアプランニング中： この時点では、可能なレイヤーカウント、トレース幅の範囲、ビアサイズ、HDIに移行する必要があるかどうか、どのPCBラミネートを使用するか、およびどのIPC Producibilityレベルが設計に適用されるかなど、ボードのいくつかの基本的な側面をまだ決定しています。
• TRANSLATE: 部品配置後： 部品を配置したら、特に両面SMDボードのはんだ付けに関して、組み立てプロセスを考慮してください。また、接地された部品が参照平面にどのようにはんだ付けされるか、熱リリーフが必要かどうかも考えてください。
• スタックアップを計画する際： 設計を製造に移す前に変更が必要となるスタックアップがどれだけ多いかに驚くかもしれません。これは、製造業者に検証済みのスタックアップ表を尋ねることほど簡単なことです。
• ガーバーファイルを生成した後： 一部の欠陥はガーバーファイルでより明確に見えることがあるため、重なっているドリルヒットやビアのアスペクト比などをガーバーでスキャンすることが最善です。
• MCADチームとの協力： 場合によっては、はんだ付け可能なコネクターや他の機械要素の配置が過度に狭いクリアランスを生じさせることがあります。

これらのポイントのいくつかは、他の記事ではあまり語られないことがあるため、詳しく説明する価値があります。

部品のクリアランス

コネクタに適用されるポイントのいくつかは、他のコンポーネントにも適用されますが、クリアランスに関するもう一つのポイントが確認する価値があります。特にプラスチックのシュラウドやベースを持つコネクタの場合、組み立て中の膨張に対応できるようにしてください。2つのコンポーネントが近すぎて、はんだ付け中に膨張すると、両方が組み立て中に基板から持ち上がる可能性があります。

フットプリントの確認

明らかに、フットプリントが検証されていることを確認するために努力をするべきです。これは手動で行うことも、利用可能な場合にはメーカーから直接検証済みのコンポーネントを使用することもできます。しかし、フットプリントがレイアウトに入ると、はんだマスクの開口部、ビアへのクリアランス、他のコンポーネントへのクリアランス、ビアのアスペクト比などをチェックする必要があります。適切なルールチェック機能を備えたソフトウェアを使用していない場合、サーマルパッドを浮かせたり、ドリルヒットをはんだフィレットに近すぎる場所に配置したりする可能性があります。PCBレイアウトを直接見ることもできますが、予備のガーバーデータを生成してレイヤーを比較する（下記参照）のも全く問題ありません。

スタックアップチェック

単純に聞こえるかもしれませんが、望む層数と層の配置を持つスタックアップを製造業者に尋ねるだけで、この一つは難なくクリアできます。彼らは特定の層スタックが彼らのプロセスを通過することを保証するために必要なDFM分析を既に行っています。彼らは、望む積層材料を使用する際に必要なトレース幅、トレース間隔（差動ペア用）、および層の厚さを提供してくれます。場合によっては、望む積層材料が利用不可能で、近い代替品を使用する必要があることに驚くかもしれません。

4層スタックアップの場合、標準の8mil/40mil/8mil S/P/P/Sスタックアップが提供され、合計厚さは62milになることが多いです。より複雑なスタックアップは、特にインピーダンス制御ルーティングが必要な基板がある場合、カスタムテーブルを要求することがあります。スタックアップ情報を早期に入手すれば、制御されたインピーダンスに必要な誤ったトレースと間隔を適用するリスクはありません。すべてが既に検証されています。

製造前のDFM分析

ボードの製作が完了し、製造に送った後、製造業者は最終的なガーバーファイルを使用して自身のDFM分析を実施すべきです。ここで「すべき」と書いているのは、すべての製造業者がこれを行うわけではないからです。一部の製造業者の場合、ガーバーファイルをアップロードすると、質問なしにファブファイルに表示されている通りにボードを製造します。一部の製造業者では、このレベルのサービスを明示的に要求する必要があります。異なるサービスレベルは追加オプションとしてのみ利用可能です。

製造業者からDFM分析を受け取ると、次の2つの領域に関する多くの結果が表示されます：プロセス能力に対するクリアランスのチェック、および特定の業界要件に対するチェック。

プロセス能力に対する特徴サイズのチェック

設計ファイルを製造業者に提出し、DFM分析を実行すると、クリアランスチェックに関する多くの結果が表示されることがあります。製造業者は上記の領域を既にチェックしているはずですが、プロセス能力に対して特徴サイズとクリアランスを比較する必要があります。見積もりの一環として予備的なガーバーファイルでこのプロセスを実施していたとしても、何かを見逃している可能性があるため、このプロセスを再度実行するのが最善です。

私の好みのITAR製造業者の一つからのDFM分析レポートの例を以下に示します。この表では、スペーシング、アニュラーリングのサイズ、メッキスルーホールと銅の間のクリアランスを確認できます。最下行からは、私のトレース対銅クリアランス設定が低すぎること、そしていくつかのフットプリント上のパッドが小さなアニュラーリングサイズを持っていることがわかります。

この例では、特定のフットプリントに沿って複数のエラーがあり、たまたまTO-92パッケージであることがわかります。この場合、組み込みライブラリ内の穴のサイズが大きすぎ、クリアランスを維持するために端の周りのアニュラーリングを小さくする必要がありました。穴のサイズを変更した後、クラス2のアニュラーリングに余裕を持たせつつ、ブリッジングを防ぐための十分なクリアランスを確保することができました。

数千のネットを持つ大規模で複雑な設計の場合、製造業者はPCBレイアウトの可能な機能をどのようにチェックしますか？このプロセスを自動化し、プロセス違反を含むレポートをコンパイルするのに役立つアプリケーションがあります。一部のメーカーは内部で使用する独自のアプリケーションを持っている一方で、他のメーカーは製造前に設計をチェックするためにダウンロード可能なプログラムへのアクセスを提供します。

IPCクラスコンプライアンスレビュー

設計要件のもう一つの領域で、より多くの経験が必要になるかもしれないのが、IPCクラスとの適合性のレビューです。見積もりプロセス中に指摘する重要な点は、どのレベルのIPC資格を求めているか、もしあれば、それを示すことです。これには、ティアドロップ、アニュラーリングのサイズ、ドリルとパッドの直径対銅重量、ビアと穴のめっき能力、誘電体の厚さ要件など、主な信頼性要件のいくつかをチェックすることが含まれます。物理的なレイアウトは、製造業者の能力と比較され、結果として得られる設計がIPC標準で定義された資格と性能要件を満たすことができるようにするため、製造前に変更が必要になります。

設計データを迅速に製造業者に渡す方法

製造業者の手にファイルを最も速く渡す方法は何であり、どのようにして設計意図を完全に理解してもらうことができるでしょうか？最高のクラウド協業ツールセットが必要になります。今日では、すべてがデジタルで行われているため、PCBデザイナーは複雑なプロジェクトに協力し、製造パートナーと共有するのを助けるツールが必要です。

Altium 365プラットフォームを使用すると、フルプロジェクトリリースから個々の設計ファイルまで、製造業者、他のチームメンバー、顧客と迅速に共有することが簡単になります。Altium 365は、以下を含む完全なドキュメント機能セットを備えたDFM分析の効率化にも役立ちます：

• コンポーネントおよびライブラリのホスティングと管理ツール
• Gitに基づいた統合バージョン管理システム
• 内部データベースツールまたは外部バージョン管理アプリケーションとの統合
• ユーザーアクセスおよび管理機能

Altium 365内では、「製造業者に送信」機能を使用して、非常に便利な方法で基板を製造業者に送ることができます。プロジェクトがAltium 365ワークスペースにリリースされると、プロジェクトリリースに移動し、下に示すように画面上部の「製造業者に送信」ボタンをクリックできます。その後、製造業者はAltium Designerでプロジェクトを開くか、リリースファイルをダウンロードして、DFM分析アプリケーションで製造ファイルを処理できます。

設計が製造業者に渡されると、彼らは設計の特定の点にコメントを付けることができ、これによりDFM分析レポートを読む際の混乱がないようにすることができます。これらのコメントは、Altium 365を通じてブラウザでオンラインで、またはAltium Designerでプロジェクトを開いたときのPCBレイアウトで表示できます。Altium 365のように、複数ラウンドのDFM分析を行うのを助ける他のクラウドベースのサービスはありません。

DFM分析の複数ラウンドを通じて設計を迅速に進め、プロセス全体でプロジェクトの変更を追跡する最速の方法は、Altium 365™プラットフォームを使用することです。安全なクラウドプラットフォームで、PCB設計データを共有、保存、管理するために必要なすべてのツールを手に入れることができます。Altium 365は、PCB設計および製造専用の唯一のクラウドコラボレーションプラットフォームであり、Altium 365のすべての機能は、世界クラスの設計ツールであるAltium Designer®と統合されています。

Altium DesignerをAltium 365で使用してできることの表面をかすめただけです。より詳細な機能説明や、製品ページ、オンデマンドウェビナーのいずれかをチェックしてください。