費用対効果の高いPCBの設計方法

設計エンジニアは、PCB製造の総コストに影響を与えるすべてのことを考慮する必要があります。多くの場合、新しいPCB設計エンジニアはPCB製造コストを考慮しません。多くの若手設計エンジニアが計画していないPCB当たりのコストに影響を及ぼすことには、ツーリングのコスト、PCBのサイズ、基板コンポーネントの間隔などがあります。

金型費を含め、生産コストができるだけ低くなるように、以下のガイドラインを参考にしてください。

1. PCB寸法の目安

実用的なPCBの最小サイズを選択してください。

これは自明のガイドラインのように見えますが、すべてのPCB設計者がそれについて考えるとは限りません。ボードが大きければ大きいほど、コストが高くなることを覚えておいてください。ボードのサイズは、顧客が支払う最終的な価格と直接の関係があります。

2.プリント基板の形状選択ガイドライン

標準的な長方形と正方形のPCB形状は、非標準形状よりも常に安価です。さらに、完全に必要でない限り、スロットまたはカットアウトを組み込んではいけません。

非標準的な形状は、しばしば一部のPCB製造業者によってアップチャージを受ける。図1は、特殊なエンクロージャ内に実装するための非標準形状のPCBを使用しているカスタムデザインの例です。非標準のPCB形状が必要な時が常にあります。ただし、PCBが非標準でなければならない致命的な理由がない場合は、常に標準のPCB形状を選択して、総コストを可能な限り低く抑えます。

図1：非標準形状の印刷回路基板（PCB）

図2は、長方形のスロットを備えたプリント基板を示しています。 PCB製作会社は追加費用を請求します。図2は長方形のスロット付きPCBです。大部分のプリント回路基板製作会社がPCBに含まれている場合、カットアウトスロット用のアップチャージがあります。 PCBを製造するための総コストを低く抑えるには、設計にとって重要なときにのみスロットを使用します。

図2：PCB内に作られたスロットまたは切欠きを備えた標準プリント回路基板。

3.銅PCB部品のサイズと分離に関するガイドライン

銅部品のサイズと分離が縮小するにつれて、PCBの価格は上昇する。

このガイドラインは、最初のガイドラインの逆です。つまり、寸法の大きな銅部品は安価です。このガイドラインは、非常に小さい寸法の印刷部品が非常に小さな公差を扱うことができる高精度機械を必要とするため、明らかである。換言すれば、高精度の装置を必要とするPCBにコストが追加されます。この追加コストは、典型的に生産量が非常に少ないプロトタイプのプリント回路基板を製造する際に、エスカレートされます。

懸念される銅部分には、SMDまたはスルーホールパッド、トラック、ビアまたは他の銅層プリント部品が含まれる。図3はパッドとトラックのこの問題を示しています。 dPはパッド間の間隔を表し、dTはトラック間の間隔を表す。 wTはトラックの幅を表す。ほとんどのPCB製造業者は、dP、dT、およびwTの最小サイズが8〜10ミル（約0.2mm〜0.254mm）の範囲で変化する場合、追加料金なしで標準ボードを参照します。生産目的で最もコストを節約するには、デザインをこれらの範囲に限定することが賢明です。ほとんどの電子設計自動化ソフトウェアでは、これらのものの物理的な要件を入力することができます。これらの値をソフトウェアに入力すると、ソフトウェアのデザインルールチェックによって範囲外エラーが発生することが防止されます。

図3：パッドとトラックの分離要件の図

PCBホールの種類に関するガイドライン

PCBの製造コストは、小さな穴と環状リングで増加します。

可能であれば、より大きな直径の穴を使用してください。小さな穴を作るためには、高精度の機械が必要です。これらの機械は常に使用するためにより多くの費用がかかります。そのため、PCB製作所では、0.4 mm未満の穴のためにアップチャージが追加されることがよくあります。追加コストを確認するには、特定の製造業者に連絡して、標準プリント基板の穴サイズに対する追加料金に関するポリシーを確認する必要があります。この問題をよりよく説明するために、図4では、ホールの直径をdHでラベル付けしている。

最小角度リングはスルーホールパッドとビアのみを指す重要な要件であり、ホールとパッドの最小距離の境界として定義されます。すなわち、穴を制限するのは銅リングの最小幅である。図4と図5の両方でこの概念を詳細に示しています。図4は、円形のスルーホールパッドまたはビアのための最小の環状リングの概念を示す。図5は、長方形のパッドの同じ概念を示す。

図4：スルーホールパッドまたはビアのための環状リングのアイデアの図

円形スルーホールパッドまたはビア環状リング幅は穴の周りで均一であるが、長方形のスルーホールの幅は不均一であることに注意することが重要である。図5には、最小の環状リングを示す赤いマーカーがあります。

図5：長方形のスルーホールパッドの最小年輪の図

最小環状リングがPCB製造会社の標準要件よりも小さい場合は、PCBのコストが高くなることを知っておくことが重要です。したがって、プリント回路基板の設計を開始する前に、このガイドラインを使用している電子設計自動化ソフトウェアに入力するようにしてください。最低年輪が0.3 mm未満の場合は、PCB製作者によってアップチャージが追加されます。もう一度、PCB製造業者に連絡して、この変数に関するポリシーを学んでください。この変数は、標準であることを保証するための最小値であり、追加料金の対象にはなりません。

図6：長方形のパッドの穴の直径と最小環状リングの図

パッドのサイズ、穴のサイズ、および最小角度リングの関係の次の式を理解するには、図6を参照してください。

PadMinSize = 2 * min（Ar）+ dH

上記の式は、与えられた最小環状鳴りと穴の直径の最小パッドサイズを計算します。例えば、dH = 0.4mm、min（Ar）= 0.3mmと仮定すると、PadMinSize = 1mmです。したがって、1mm未満のスルーホールパッドは、追加のコストを必要とする。

上記の式を使用する場合は、PCB製作機械の公差がゼロよりも大きいことを考慮して、余裕を持たせて安全なサイズにしてください。上記の式のマージンを考慮するために、最小パッドサイズの式は次のように変更されます。

PadMinSize = 2 * min（Ar）+ dH + margin

一般に、マージンは通常、0.05mm〜0.1mm

ビアに関して：

以前のPCBのコンセプトに関する記事では、ビアは3つの形、すなわちスルーホール、ブラインド、および埋設されていると説明されていました。高密度および高周波PCBSは、盲目および埋設ビアを複雑に使用する。（これについては、別の記事で詳しく説明します）。ブラインドと埋め込みビアは標準のスルーホールビアよりも高価ですので、必要な場合を除き使用しないでください。

標準のプリント回路基板の最小要件を確認するには、常にPCB製造会社にお問い合わせください。 この記事で選択した値は、費用対効果の高いPCBのみを設計するための概念を説明するためのものです。

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