設計ルールチェック

PCBの設計および製造は非常に複雑なプロセスであり、多層基板上の数千もの部品と接続を効果的に管理する必要があります。製造歩留まりを確保することは極めて重要であり、設計ルールチェック（DRC）はその向上に不可欠な手法です。DRCはPCB設計プロセスにおいて重要な検証ステップであり、EDAツールを使用して、PCBレイアウトが事前に設定された設計ルールおよび製造上の制約に準拠しているかを自動的に確認することで、設計が製造可能かつ信頼性を持つことを保証します。

これらのルールには一般的に以下が含まれます：

• 電気的ルール： 短絡や信号干渉を回避するための最小トレース幅、トレース間隔、パッドおよびトレースの接続仕様など；

• 製造ルール： 最小穴径、ビア幅、およびはんだレジスト（はんだレジスト）の開口サイズなど、PCB製造工場の加工能力に合わせること；

• プロセスルール： 部品間隔や位置決め基準点の設定など、SMT実装装置の精度要件を満たすためのもの。DRCの中核的な機能は、潜在的な設計エラーや規則違反を検出することにあり、後工程での手直しを減らし、コストを低下させ、開発サイクルを短縮します。

PCBA製造におけるデザインルールチェック（DRC）の中核的価値と重要性

設計ルールチェックは、設計から量産までのPCBAプロセス全体において重要な品質管理ステップです。業界標準、製造プロセスの制約条件、信頼性要件を設定することで、PCB設計資料を自動または手動で検証します。その重要性は、設計検証、コスト管理、量産保証、品質向上の全工程にわたります。これは、Kingfieldが自社PCBA製品の競争力を確保するためのコア前工程です。

I. 設計上の欠陥を回避し、量産リスクを低減

DRCは、トレース幅／間隔の規格外、ビア寸法の異常、パッドとデバイスパッケージの不一致、銅箔の接続不良、電源およびグラウンドネットワークのレイアウト衝突など、設計上の隠れた問題を正確に特定できます。これらの問題を設計段階で発見しなかった場合、試作時または量産時にPCBの短絡／断線、部品のはんだ付け不能、信号干渉などの致命的な故障につながる可能性があります。これにより原材料の無駄だけでなく、プロジェクト納期の遅延も生じます。キングフィールドでは、厳格なDRCプロセスを用いて設計欠陥を早期に検出・遮断し、リスクを源流で管理することで、設計が製造実現性の要件を満たすことを確実にしています。

II. 製造プロセスとの適合性を図り、生産効率を確保

異なるPCBA製造業者は、それぞれ異なる生産設備および工程能力を持っています。DRCは、Kingfieldの主要な工程パラメータに基づいて検査ルールをカスタマイズし、設計文書と実際の生産能力との高い整合性を確保できます。例えば、高密度PCBにおけるマイクロビア設計に対して、DRCは穴径がドリル装置の精度要件を満たしているかを検証でき、工程不適合による生産中断や歩留まり低下を回避します。これにより、「設計－製造」のシームレスな統合が実現され、生産効率が大幅に向上し、納期も短縮されます。

III. コスト損失の抑制とリソース配分の最適化

設計上の欠陥により再作業や再加工が必要になることは、PCBAプロジェクトにおいてコスト超過の主な原因の一つです。例えば、配線間隔が狭すぎることでPCB短絡が発生した場合、基板の作り直し、部品の再購入、および再加工が発生し、材料費と人件費が直接的に増加します。量産後に問題が発覚した場合、損失は指数関数的に拡大します。キングフィールドはDRCを用いて問題を事前に検出することで、再作業率を最小限に抑え、設計上の不合理による材料の無駄を回避し、正確なコスト管理を実現してプロジェクトの収益性を向上させます。

IV. 製品の信頼性を確保し、ブランド評判を向上

PCBA製品の信頼性は、設計の合理性に直接依存しています。DRCは電気的性能、機械的構造、熱的安定性など、複数の観点から設計案を検証することができます：
電気的性能：信号干渉や電源の不安定性による製品の誤動作を防ぐため、電力ネットワークの電圧降下、信号インピーダンス整合、およびアース設計の妥当性を検証する；
機械的構造：部品配置が放熱要件を満たしているか、コネクタに十分な挿抜スペースがあるかを確認し、熱の蓄積や機械的干渉による製品寿命への影響を回避する；
環境適応性：産業用・車載用途などの特殊なシナリオにおいて、DRCは設計が耐振動性や耐高温性などの環境基準を満たしているかを検証できます。DRCは製品のライフサイクル全体にわたる安定した動作を保証し、アフターサービスのメンテナンスコストを削減するとともに、KingfieldのPCBA業界におけるブランド評価と市場競争力を強化します。

V. 業界標準に適合し、コンプライアンス要件を満たす

さまざまな用途のPCBA製品は、関連する業界標準に準拠している必要があります。DRCはこれらの規格の必須要件を組み込むことで、製品のコンプライアンス認証を確実にします。たとえば、自動車用電子機器のPCBA設計では、DRCは高電圧回路と低電圧回路間の絶縁距離を検証し、自動車用電子機器の安全基準を満たすことを確認できます。医療機器のPCBAでは、信号の完全性設計をチェックし、装置の診断精度を保証します。KingfieldはDRCを通じて製品が業界標準に準拠していることを保証し、お客様にコンプライアンスを満たした信頼性の高いカスタマイズソリューションを提供します。

PCBA設計検証のためのコアツールであるデザインルールチェック（DRC）は、標準化されたルールベースとインテリジェントな検証ロジックを用いて、PCB設計文書に対して包括的かつ詳細なチェックを実施します。その機能は、電気的性能、製造可能性、機械的構造、コンプライアンスなどの主要な設計項目を網羅しており、キングフィールドがPCBA設計品質および量産信頼性を確保するための中心的な技術的支援手段です。以下に、その8つの主要機能について詳しく説明します。

I. 電気的ルール検証：回路機能の安定性を確保

電気的性能はPCBA製品の要です。DRCは回路設計の電気的妥当性を正確に検証し、信号の異常や電源の不安定性といった問題を設計段階で防止します。

• スペースルールのチェック： 導体、パッド、ビア、銅箔パターン間の最小絶縁距離を検証し、間隔不足による短絡や沿面放電を防止します。特に高電圧回路や高密度PCBの厳しい要件に適しています。

• ネットワーク接続性の検証： オープン回路、短絡、緩い接続などのネットワーク問題を検出し、電源、信号、グランドネットワークの接続性が設計仕様を満たしていることを確認し、ネットワーク断線による機能障害を回避します。

• インピーダンス整合の検証： 高速信号に対して、伝送線路の幅、線間隔、誘電体の厚さが所定のインピーダンス値を満たしているかを確認し、信号の反射やクロストークを低減して信号の完全性を確保します。

• 電源ネットワークの検証： 電源ラインの幅が電流容量要件を満たしているか（過負荷による発熱を回避）および電源とグランドの配分がバランスしているか（電圧降下を低減）を確認し、安定した電力供給を確保する。

• グラウンド設計の点検： 接地方式（一点接地、多点接地）が適切であるか、またグラウンドビアの数が十分であるかを確認し、グランドループによる干渉を避け、回路の耐干渉性能を向上させる。

II. 製造プロセスとの互換性チェック：生産の実現可能性を確保

DRCはKingfieldの生産設備パラメータおよび工程能力に基づいてルールをカスタマイズし、設計と実際の製造プロセスとの完全な互換性を保証する。

• ライン幅／間隔のチェック： 導体幅が最小加工要件を満たしているかを確認し、ライン幅が狭すぎることによるエッチング断線や電流容量不足を回避する。

• パラメータ検証による確認： ビアの直径、壁厚、パッドサイズがドリルおよび銅めっきプロセスに適合していることを確認し、ビアの閉塞や接続不良を回避する；

• パッド設計の検証： パッドのサイズおよび間隔がデバイスのパッケージ仕様と一致しているか確認し、パッドが大きすぎたり小さすぎたりすることによる冷汗（ろうはんだ）接合やブリッジ溶接を回避するとともに、SMT実装およびリフローはんだ付けプロセスとの互換性を確保する；

• 防錫塗布／シルク印刷の確認： 防錫塗布の開口部がパッドを適切に覆っているか（はんだ付け妨げとなる防錫塗布の障害を回避）およびシルク印刷が重なっていないか（デバイス識別への影響）を確認し、製造時のデバイス位置決めの正確性を保証する；

• 銅パターン処理の検証： 銅パターンとパッドおよびビア間の接続方法、孤立した銅アイランド（エッチング残渣を避けるため）を確認し、PCBエッチングおよび防錫塗布プロセスの要件に対応させる。

III. 機械的構造および熱設計の検査：製品信頼性の向上

DRCは、物理的構造および熱的安定性の観点から設計を最適化し、PCBAのライフサイクル全体にわたる機械的強度および放熱性能を確保します。

• 部品配置の検証： 部品間隔が放熱要件を満たしているか、また機械的干渉がないかを確認し、十分な組立スペースおよび放熱スペースを確保します。

• 基板端部距離の確認： 部品、ビア、導体パターンからPCBエッジまでの最小距離を検証し、基板端部の切断による回路損傷や機械的強度不足を回避します。

• 放熱設計の検証： 高電力部品について、放熱パッドおよび放熱ビアの設計が適切であるかを確認し、迅速な熱伝導を保証して、熱の蓄積による部品の劣化を防ぎます。

• 機械的穴の検証： ねじ穴および位置決め穴のサイズと位置がハウジングおよび取り付け構造に合っているかを確認し、穴のずれによる組立不良を回避します。

IV. 装置およびパッケージ互換性チェック：組立リスクの軽減

設計互換性チェックは、装置パッケージと設計文書の整合性を検証し、パッケージの誤りによる組立問題を回避します。

• パッケージ一致チェック： 装置パッケージが実際に選択された装置と一致していることを確認し、「パッケージ・装置不一致」による実装不可を防止します。

• 極性部品の検証： ダイオード、コンデンサ、集積回路などの極性部品について、パッケージの極性が設計ロジックと一致しているかを確認し、逆実装によるデバイス焼損を回避します。

• コンポーネント配置ダミーのチェック： 部品表（BOM）に記載された部品情報が設計文書の部品情報と完全に一致していることを確認するために、未指定のパッケージや重複した部品を調査します。

V. 高密度および特殊プロセスの特別検査：複雑な設計への対応

HDI、剛軟結合基板（リジッドフレックス基板）、埋め込みビア／ブラインドビアなど特殊プロセスを用いるPCBについては、DRCはカスタマイズ可能な特別検査機能を提供します。

• HDIプロセス検査： ビア径、位置精度、積層構造がHDIプロセスの要件を満たしているかを検証し、ビア間接続の故障を防止します。

• 埋め込み／ブラインドビアの検証： 埋め込み／ブラインドビアの導通状態および外層回路との接続を確認し、層間の信号伝送の安定性を保証します。

• 剛軟結合PCB（リジッドフレックスPCB）の検査： 柔軟部と剛性部の間の遷移設計および曲げ半径がフレキシブルPCBプロセスの要件を満たしているかを検証し、曲げによる回路の断線を防止します。

VI. コンプライアンスおよび業界標準検査：シナリオ固有の要件への対応

DRCはさまざまな業界からの必須標準を組み込んでおり、PCBA製品がその使用シーンにおけるコンプライアンス要件を満たすことを保証します：電磁両立性（EMC）チェック：フィルターコンデンサの配置、グランドプレーンの完全性、信号シールド設計がEMC規格に準拠しているかを確認し、電磁放射および干渉を低減します；業界別標準の検証：

• 自動車用電子機器： IATF 16949 標準に準拠し、高電圧回路と低電圧回路間の絶縁距離および振動耐性設計を確認します；

• 医療機器： ISO 13485 標準に準拠し、信号の完全性および絶縁設計を検証して、機器診断の正確性を確保します；

• インダストリアルコントロール： 干渉防止および広温度域での適応設計を確認し、産業環境における安定性要件を満たします；

• 安全規格への準拠確認： AC電源駆動のPCBAについては、感電リスクを回避するため、IEC 60950などの安全規格に準拠したクリープ距離およびエアギャップが確保されているかを確認してください。

VII. 設計最適化提案機能：設計効率の向上

高度なDRCツールは「問題の検出」だけでなく、エンジニアが設計を迅速に反復できるよう、知的な最適化提案も提供します。

• 問題箇所の自動特定と表示： 視覚的なインターフェースを通じて違反箇所を正確に表示し、設計ファイル内の該当エリアへワンクリックでジャンプ可能。

• 最適化ソリューションの提案： 違反に対して具体的な解決策を提示。例：「配線幅が不足、0.15mmへの調整を推奨」または「パッド間隔が狭い、0.3mmへの拡大を推奨」。

• バッチ修復機能： 繰り返し発生する単純な違反に対してバッチでの自動修復をサポートし、設計変更の効率を大幅に向上。

カスタムルール設定機能：個別ニーズに対応

DRCは、キングフィールドの工程特性や特定の顧客要件に基づいたルールライブラリのカスタマイズをサポートし、個別化された検証を実現します。

• カスタム工程パラメータ： キングフィールドの主要な工程パラメータを入力可能で、検査ルールが生産能力と完全に一致することを保証します。

• 顧客要件の組み込み： 特定の顧客要件に応じた専用ルールを追加でき、設計が顧客の期待に合致することを保証します。

• ルールの優先順位設定： ルールの優先順位設定が可能で、重要な問題を優先的に検出でき、検証の的確性が向上します。