プリント基板ＰＢのとくとく探検隊:基板設計★仕様書

①②は明確ですね。③はアナクロな方法ですが、昔から行われてきた方法です。普通は抜き取りで検査します。④のなかで、「実用上」というのがちょっと曲者です。当然、人間が作るものですから、レジストの処理においても不具合が発生します。不具合の対策として修正はありえるのですが、その修正工程を通ったあとでも、実用的に問題があってはいけないのです。

修正しても、実際には、殆ど見ためではわからないです。（悪いものではないのですよ）　見た目でわかるものは、基本的には「実用上」問題ということになるのです。

３．パターン　⑥ランド欠損と突起

rando
左図はランド部（穴のあるパッドですね）の図面です。VIAも含まれます。

極端に書いていますが、上部が突起しているもの、下部が欠損しているものです。

W3はランド径になります。

①突起　X4　≦　W3×0.3　（ランド径の３０％）以下

　　　　　Y4　≦　0.15mm

②欠損　X4　≦　W3×0.3　（ランド径の３０％）以下

　　　　　Y5　≦　0.2mm

ランドのルールとして上記のように取り決められています。これ以外の取り決めとして、どちらもひとつのランドに対して一箇所のみしか認めていません。また、その総面積は20％以下でなければなりません。

もうひとつ、穴のコーナー部分については、どちらも認めていません。

片面でも両面でも同じように決められています。　突起部については、隣接するパターンとの沿面距離はそのルールを確保していることも必要です。

３．パターン　⑤パッド部分の欠損と突起部

kesson

上記図面の右の四角部分はパッドだと考えてください（角チップ部品が載る部分です）。パターン部とは別にこの箇所については更なる取り決めをしています。

まず、その不具合部分の数が1箇所しか許されません。2箇所以上の欠損部やピンホール部、突起部があるものについては不良という位置づけになります。

「欠損」　X2≦W2　Y2≦W2×0.2

「ピンホール」　径が0.06mm以下

「突起」　X2≦W2　Y3≦0.1ｍｍ

（但し、ここでのW2はパッド短辺寸法とする）

なぜ、このような取り決めをしているのか？　それは、「パッド」が部品と基板を半田で接続する重要な部分だからです。　この銅箔部分（レジストは塗布されていません。仕様によっては半田レベラー処理だったり、フラックス処理だったり、金メッキだったりしますね）に不具合があると、半田付けが不十分になり、様々な（搭載された部品の特性と、その状態によりますが）弊害が起きてきます。

「パッド」は実際には非常に小さな面積しかありません。（0603の部品だったら０．５mm角以下の大きさなったりします）

改めて基板を眺めると、「シビアだなー」と感心してしまいます。

３．パターン　③欠損

kesson

上記で斜線部をパターンとしてみてください。左と右に白い部分がありますが、これはパターンが欠損している部分です。

W1＝パターン幅

銅箔の欠損についても、ある範囲内で認めざるを得ません。（どんなことでも、公差とか誤差、その許容範囲は認めないと成り立ちませんね）

①Ｘ＜Ｗ１

②Ｙ＜０．２×Ｗ１

PBの許容範囲は上記の①②で定められています。　つまり、パターン長手方向への欠損寸法はパターン幅より短く、パターン幅方向への欠損寸法はパターン幅の２０％の長さよりも短くないといけないということです。　ちょっとみると、大きいと思いますが、これは基板としては標準的な寸法です。

３．パターン　③ランドの穴ズレ

ランド幅

ランド＝プリント基板の導体（銅箔）で部品を実装（面実装装着、ディスクリート部品の端子挿入部）するために設けた部分のこと。

上記はディスクリート部品のランド形状です。丸の部分が穴の開く部分で、両面板であればスルーホールになります。

「PB」の製造仕様書においてはランドの穴のズレは、最小ランド幅（上記のW）は0.05ｍｍ以上と定めています。

http://pcb-center.com/images/pdf/fabrication_specs.pdf(参照）

これは、ランドにおける穴のズレを規定したもので、実際の基板に於ける穴の寸法公差とは異なります。その寸法公差を踏まえて、ランドにおいての規定は別に定められているのです。

ディスクリート用のランドにおいて、穴のズレは必ずランドの残存幅で規定されているということです。これは検査項目として挙げられており、その検査は必ず実施されています。　半田付けは必ず出来る状況を確保し、スルーホールも完全に形成できる数値です。

実際には、ここまでズレることは殆どありません。以前の片面基板のように「金型」で穴を開けていたときであれば要注意でしたが（製造時の装着ズレや金型のヘタリが原因ですね）、ドリルで穴を空ける試作基板や、両面基板においては公差が小さくて済んでいます。

３．パターン　②幅と厚さ（基板の厚さも）

ita

上記はプリント基板を横からみた断面図です。銅箔部分は、実は上記のように裾野が広がった形になります。　先日説明した「パターン幅」の定義はその裾野の部分の幅をさします。　銅箔厚はその名の通り、上記の部分になります。

樹脂部と銅箔部分を足した厚さが基板の厚さになります。

実際には銅箔の厚さは18ミクロン（若しくは35ミクロン）で、板厚は１．６ｍｍ（これは現実としては、０．１ｍｍ（内装材を利用するのですが）からありますね）ですので、銅箔の厚さは全体から見ると非常に薄いものなのですが……。

言葉の定義ですので、これからの説明はこれを基に進めます。

便宜上、上記の図面は片面ですが、両面でも多層でも定義の仕方は同じです。

３．パターン　①パターン幅と間隔

パターンギャップ
今日からパターン（銅箔部）について説明をしていきます。

基板の原板は、表面全体に銅箔があります。これを印刷技術（カメラのフィルムと同じように考えると分りやすいです）と、電気溶解技術で、銅箔を溶かして無くす所と銅箔を残す部分に分けます。

レジスト処理をしていない基板は、銅箔の部分は銅色で、それ以外の部分はガラスエポキシ材料の色になっています。　上の図面はレジストをかけた基板で、黄色の部分が銅箔がある部分だと考えてください（実際にはレジストがかかっているので、緑色ですが）。

まずは、パターンの幅ですが、これは工場により仕様が定まっています。実用的な最小パターン幅は0.075ｍｍ、現実的（一般的）な最小パターン幅は0.15ｍｍというところではないでしょうか？（PBの標準仕様も0.15ｍｍです）

但し、コストのことを考慮すると、可能であれば0.2ｍｍ以上が望ましいと思います。細くなれば管理項目も増えて、技術的にも高いものになります。0.2ｍｍであれば、割と歩留まりもよく出来ます。

また、パターン間隔（ギャップ）ですが、これはパターン幅と同じだと考えてください。

最大のパターン幅（ギャップ最大＝パターン無しですので実現は出来ますが、なんのこっちゃですね）は、基板サイズぎりぎりまでOKなのですが、UL上のもんだいから、「10円玉の大きさのパターンは不可」というのが常識になっています。これよりも大きいパターンの場合はスリット（切れ目＝銅箔のない部分）を入れることで対応します。

2. プリント基板の穴について　③穴とパターンのギャップ

ギャップ
左図で、黄色い部分はパターンです。

切穴とパターンのギャップはどれくらい必要だと思いますか？　基板端面とパターンで必要なギャップも同じ距離になります。（図中の黒い矢印線ですね）

答えは０．５ｍｍです。

もちろん、これは基準値ですので、必ずしも守らなければいけない数値ではないのですが、基本的な考え方として、この数値を適用すれば問題はないはずです。

なぜか？　これより狭くなると、すべての公差（穴位置、穴径、パターン幅、パターン印刷精度等）で悪い条件が重なると、パターンに影響してしまうことがあるのです。現実的には０．３ｍｍくらいまでなら問題はないのですが、レジスト印刷において、完全なレジストを銅箔にかけることが難しくなったりします。（もちろん、最悪の場合はパターン欠けまでありますね）　切穴の中にレジストが流れ込むことは基本的に不可ですので、切穴からレジスト逃げは０．３ｍｍ程度取る必要があるのです。

スルーホールの場合は、そのランドパターンからの距離になりますから、基板の仕様により、銅箔間隔は定まることになります。

2. プリント基板の穴について　③角穴について

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穴は丸だけではありません。　樹脂などを挿入するために、四角の穴を空ける必要がある場合もあります。

ところが、これにも制約が出てきます。

←を見てください。　上の一般的に考えられる角穴は、実はドリルでは加工が出来ないのです。（前回、説明したとおり、穴はドリル加工します。金型を使えば可能ですが、量産でもない限り、難しいです）　どうしても下の、角が丸くなってしまうのです。

「ドリルで加工する」という前提です。　四角の穴の場合でも、丸いドリルを使って、そのドリルを移動させながら、四角を形成すると想像してみてください。　丸いドリルですから、角はどうしてもそのドリル径によって丸くなってしまいますね。

直径０．１ｍｍのドリルを使うことが出来れば、ｒは０．０５ｍｍになりますから、かなり直角に近い穴が形成できます。　ところが、現実的には直径0.1ｍｍのドリルは使用できません。　理由は工数がかかることと、そのドリルが機械的にもたないためです。　許されるならば、直径０．６ｍｍ以上（ｒは０．３ｍｍ）が望ましいです。　その場合、四角穴の大きさ短辺は０．６ｍｍでは楕円になってしまいます。どうしても小さい角穴が必要なときには、細いドリルを使用する必要があります。

この件も、機構設計者の方に認識いただく必要があります。機構的な世界では角穴は常識みたいなので、案外結構指示されている場合が多いです。　注意が必要です。

2. プリント基板の穴について　②穴と基板端面距離

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基板に穴を開ける場合、守らなければいけないことがあります。

左の図面を見てください。中央の白い部分が穴ですが、基板の端面までの距離は「その基板の厚さ以上」というルールがあります。

これ以下だと、どうなると思いますか？

基板にクラック（亀裂）が入り易くなります。つまり、割れてしまうのです。板厚が薄いほうが当然この距離は短くなります。

説明が前後しますが、前提として、穴は金型ではなくドリルで開けるということにさせていただきます。　昔、紙フェノール片面基板が全盛で、量産をする場合には金型で、空けていたのですが、（ピンを立てて打ち抜くのです）これは、材料が柔らかかったから出来たことです。（それでも、何万ショットも打ち抜くと型がへばってきてしまうのです。このころの苦労話は、そのうち、閑話休題としてお話しますね）

いま、ガラスエポキシ基板が主流ですが、これについては金型ではなく、穴についてはドリルで空けます。　量産の場合は、外形は金型で空ける場合も多いです。

ドリルで板に穴を空ける場合を想像してみてください。薄いほうがストレスはかかりませんよね？　つまり、薄いほうが加工し易く、その分基板からの沿面距離も小さくて済むのです。

簡単なことですが、メカ設計の方などで、これをご存じない場合は、ルール違反の位置に穴が配置される場合もあります。是非、覚えておいてください。

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タイトル一覧[基板設計★仕様書]

基板設計★仕様書

4、レジスト

３．パターン ⑥ランド欠損と突起

３．パターン ⑤パッド部分の欠損と突起部

３．パターン ③欠損

３．パターン ③ランドの穴ズレ

３．パターン ②幅と厚さ（基板の厚さも）

３．パターン ①パターン幅と間隔

2. プリント基板の穴について ③穴とパターンのギャップ

2. プリント基板の穴について ③角穴について

2. プリント基板の穴について ②穴と基板端面距離