製造現場から学ぶプリント基板設計の実践ポイント

～はんだ不良・反り・熱問題・Vカット起因トラブルの予防策～

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 基板を設計するにあたり、見落とし易い製造側からみた“気づき”について ７項目に分けて実例を上げて解説します。

  1．ランド及びパッド設計(用語の説明)

   ➀ランドはリード部品、パッドは表面実装部品に適用

   ➁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。

   ⑥φ3.2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

   ➀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。

   ➁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

   ➀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。

   ➁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

   ➀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

   ➁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

   ➀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   

   ➁V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

   ➀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

   ➁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)

   ➀ビアは発生原(マイコン)に近づける。

   ➁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)

   ③QFP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)

Q&A

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 ※本セミナーは、Zoomシステムを利用したオンライン配信となります。

  基板回路設計部門、はんだ付け製品の生産技術部門、はんだ付け製品の現場スタッフ

  はんだ付け製品の品質保証部門 など

基板製作に関わる用語

(例：ランドとパッドの違い、スルーホールとバイアホールの違い基材による基板の分類）

１）製造現場の視点を踏まえた、実装不良を未然に防ぐプリント基板設計の考え方

２）はんだブリッジ、未はんだ、チップ立ち、はんだクラックなどの代表的な実装不良の予防策

３）基板の反り、Vカット、ネジ締結によって発生するトラブルを回避するための設計ポイント

４）部品配置や放熱設計の具体的な手法と、熱問題を低減するための実践的なノウハウ

５）実際の不良事例をもとに、設計段階で見落としやすいリスクを事前に把握し、手戻りや品質問題を低減するための知識　など

　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 、７つの項目に層別しました。

　➀ランド及びパッド設計（主に用語の説明）

　➁基板の反り対策

　③設計品質

　④ネジ締め

　⑤基板分割時のVカット

　⑥部品配置 

　⑦熱対策　です。

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。