5つの重要なステップで初めてのカスタムPCBAを成功させる

ベアプリント基板（PCB）から完全に実装されたPCBAへと設計を移行することは、あらゆる電子機器プロジェクトにおいて重要なマイルストーンです。これは、理論的な設計が実際に動作するハードウェアとなる瞬間です。

この記事では、初めてのカスタムPCBAを作成・発注するための最も重要な5つのステップを学びます。工程全体を詳細に解説し、確実に成功へと導きます。JLCPCBのような統合型PCB組立メーカーを活用することで、PCB製造から最終組立までの物流を合理化し、市場投入までの時間を短縮できます。

明確なロードマップを提供するため、以下に詳しく解説する5つの主要ステージを示します：

1. 設計の最終確定とファイル生成：不可欠なGerber、BOM、CPL（部品実装リスト）ファイルを準備。

2. 部品調達戦略：包括的ターンキーPCB組立と委託PCB組立サービスの選択。

3. DFMレビューと見積もり：製造可能性のための設計検証と即時見積もりの取得。

4. 自動化製造プロセス：基板がプロフェッショナルに組立てられる工程の詳細。

5. 品質管理、テスト、納品：機能する製品を保証する最終チェック。

ステップ1：カスタムPCBA設計の最終確定と製造ファイルの生成

最終的なカスタムPCBAの品質と精度は、製造ファイルの品質によって基本的に決まります。

この初期ステップは全プロセスで最も重要であり、ここで生じたミスは後に高くつき、時間のかかる問題を引き起こします。そのため精度が不可欠です。

電子設計自動化（EDA）ソフトウェアから得られる3つの主要ファイルは、Gerber、部品表（BOM）、および部品実装リスト（CPL）ファイルです。

#1 Gerberファイル：PCBの設計図

GerberファイルはPCB生産の業界標準です。Gerberファイルは2Dベクター画像ファイルのセットで、各ファイルがPCBの層に対応します。製造業者がGerberファイルを受け取ると、元の設計ファイルを解釈するのではなく、エッチング、コーティング、ドリリングを行う正確なパターンを認識します。

カスタムPCBA注文を成功させるには、以下の層が必須です：

● 銅層（上面/下面）：GTL（Gerber Top Layer）とGBL（Gerber Bottom Layer）は、回路トレース、パッド、銅ポアを定義。

● はんだレジスト層（上面/下面）： GTS（Gerber Top Solder Mask）とGBS（Gerber Bottom Solder Mask）は、緑色（または他の色）の保護はんだレジストコーティングを適用しない領域を定義し、ハンダ付けのための銅パッドを露出。

● シルクスクリーン層（上面/下面）：GTO（Gerber Top Overlay）とGBO（Gerber Bottom Overlay）には、テキストや部品アウトライン（例：参照記号R1、C1、U1）が含まれる。

● はんだペースト層（上面/下面）：GTP（Gerber Top Paste）とGBP（Gerber Bottom Paste）は、表面実装技術（SMT）組立に特に重要で、ステンシルにより部品実装前に基板のどこに正確にはんだペーストを塗布するかを定義。

これらの層に加え、通常Excellon形式（例：Project.TXTまたはProject.DRL）のドリルファイルを作成し、基板にどこにどのサイズの穴を開けるかを明確に定義する必要がある。

#2 部品表（BOM）：部品リスト

BOMは、組立業者に基板にどの部品を実装するかを正確に伝えるマスタードキュメントです。形式が悪い、または曖昧なBOMは、PCB組立遅延の主要な原因となります。BOMは通常.csvまたは.xlsファイルで、最低限以下を含む必要がある：

● 参照記号：シルクスクリーン上の各部品の一意の識別子（R1、C1、U1など）。

● メーカー品番（MPN）：部品メーカーが提供する正確な完全な品番。社内品番や汎用品番を使用すると調達エラーが発生する。

● 数量：各特定部品の総数。

● 説明/値：部品の値などの簡単な説明（例：10kΩ、0.1µF）。

PCBAの効率とコストを最適化する最良の方法は、入手可能な部品を設計に組み込むことです。設計を確定する前に、35万点以上の在庫部品を擁するJLCPCBの 在庫部品ライブラリで選択した部品を確認することを強く推奨する。これにより部品調達の遅延がなくなり、コストと納期を大幅に削減できる。

カスタムPCBA用部品表サンプル

#3 CPLファイル（ピックアンドプレースファイル）：部品座標

部品実装リスト（CPL）ファイル、またはピックアンドプレース/XYファイルは、自動SMT実装機のためのマップです。この簡単なテキストファイル（.csvまたは.txt）には、各表面実装部品の正確なデカルト座標と回転方向が含まれる。

機械のロボットアームはこのデータを使用して、リールから各部品を拾い、PCB上の対応するパッドに驚異的な速度と精度で実装する。必須の列には、参照記号、層（上面/下面）、X位置、Y位置、回転（度単位）が含まれる。

ステップ2：カスタムPCB組立のための部品調達を計画する

設計ファイルが完了したら、次に考えるべきことは、物理的な部品をどう調達するかです。この判断は、カスタムPCBA注文の速度、コスト、複雑さに直接影響する。

ターンキーPCB組立 vs. 委託/キットPCB組立

● ターンキーPCB組立：これは今日の電子機器開発で最も効率的で一般的なオプションである。ターンキーモデルでは、組立業者（この場合JLCPCB）が部品表（BOM）に記載された部品の購入をすべて引き受ける。彼らは独自のベンダー関係と大量購買力を活用し、個人のエンジニアよりも低コストで正規品を調達する。

顧客の立場からは、プロセスは非常に簡単：ファイルを渡せば完成品が受け取れる。ほぼすべてのカスタム回路基板組立プロジェクトで、この方法が強く推奨されており、数十～数百の部品を調達・計画・発送する物流の悩みから解放される。

● 委託/キットPCB組立：委託モデルでは、顧客がすべて、または一部の部品を調達し、組立業者に納入する責任を負う。

委託PCB組立は今日ではあまり一般的ではないが、独自、高度に特殊化、またはプリプログラム済みで市場に出回っていない部品を使用する設計では必要な場合がある。

この方法は制御という点で利点があるが、物流の責任が増し、部品のバックオーダーによる遅延のリスク、自動実装機で使用できるよう正確に梱包する責任が顧客にある。

ヒント：速度、コスト効率、簡潔さのため、フルターンキーPCBAサービスが圧倒的なプロジェクトにとって最適な選択肢である。

ターンキー vs. 委託カスタムPCBAプロセス

ステップ3：DFMレビューを実施し、正確なカスタムPCBA見積もりを取得

製造前の最終チェックで、設計に問題なく製造可能かを検証する。これがDesign for Manufacturability（DFM）チェックが重要となる場面である。

Design for Manufacturability（DFM）チェックの重要性

DFMチェックは、製造ファイルを自動的にレビューし、設計・製造・組立を妨げる可能性のある問題を特定する。これは回路の機能チェックではなく、物理的な製造可能性のチェックである。DFMレビューで特定される一般的な問題：

● トレース間またはトレース・パッド間クリアランスが許容値より小さい。

● ドリル穴位置が銅フィーチャーや基板端に近すぎる。

● はんだレジストスリバーがファインピッチパッド間に入る。

● シルクスクリーンテキストがはんだパッドを塞ぐ。

これらの問題を事前に発見することで、膨大な時間と費用を節約できる。JLCPCBは注文プロセスの一部として、自動オンラインDFM解析を組み込み、ファイルアップロード後すぐにフィードバックを提供し、カスタムPCBA注文前に潜在的な問題を解決できる。

即時オンライン見積もりの取得

ファイルが確定したら、カスタムPCBAの見積もりを取得するのは簡単です。Gerberファイル（単一.zipファイル）、BOM、CPLファイルをオンラインポータルにアップロードするだけです。JLCPCBシステムがデータを抽出し、以下のオプションで注文を設定：

● PCB数量

● PCB仕様（層数、材質、板厚、色）

● 上面、下面、または両面の組立

ポータルは、労務費、部品費、PCB費を明確に内訳した完全な品目別透明見積もりを提供し、カスタムPCBAプロジェクトを単体PCBを注文するように簡単にする。

ステップ4：自動化PCBA製造プロセスをフォロー

カスタムPCBAの見積もりが承認されると、設計は大規模自動製造施設へと進む。このプロセスを理解することで、基板を生み出す技術が明らかになる。

SMT（表面実装技術）組立

SMT組立は現代PCBAの中核である。

1. はんだペースト塗布：はんだペーストGerberファイルから作製されたレーザーカットステンレススチールステンシルをPCBに正確に位置合わせし、スキージブレードではんだペーストを部品パッドに均等かつ正確に塗布。

2. ピックアンドプレース：基板は高速ピックアンドプレース機へ移送され、CPLファイルを使用してロボットヘッドを制御し、リールから個別SMDを拾い、基板のパッド上に時間当たり数千個の速度で実装。

3. リフローはんだ付け：実装済み基板は複数の精密温度ゾーンを持つ長いリフロー炉を通過。基板は徐々に加熱され、はんだペースト内のフラックスを活性化し、はんだを溶かす温度に達する。基板が冷却するとはんだが固化し、すべての部品に強固で信頼性の高い電気的・機械的接合を形成。

THT（スルーホール技術）組立

多くの部品がSMTである一方、大容量コンデンサ、コネクタ、電源部品などは機械的頑健性のためにスルーホール技術を使用。

1. 部品挿入：スルーホール部品は、熟練技術者による手作業、または専用自動挿入機によって挿入される。

2. ウェーブはんだ付け：THT部品が多数ある基板は、ウェーブはんだ付け機を通過する可能性がある。基板は溶融はんだのウェーブ上を移動し、スルーホールリードを一括はんだ付け。

カスタムPCBA製造プロセス：はんだペースト、ピックアンドプレース、リフロー炉工程。

ステップ5：品質テストと最終カスタムPCBA納品

カスタムPCBAが出荷される前の最終ステップは、すべての基板が厳格な規格を満たすことを保証する厳格な品質管理プロセスである。

検査と品質保証

● 自動光学検査（AOI）：各基板はリフローはんだ付け後にAOIマシンでスキャンされる。AOIマシンは高解像度カメラを使用し、実装済み基板を設計データと比較し、部品実装、極性、はんだ接合品質を検証し、はんだブリッジを特定。

● X線検査：BGAやQFNなど下面にリードを持つ部品は光学検査ができない。これらの部品では、X線検査でパッケージを透視し、はんだ接合が良好かを確認。

● 機能テスト（FCT）：量産では、顧客がテスト手順と「ベッドオブネイル」テストジグを提供することがある。これにより、自動機能テストが実行され、工場出荷時に各基板が設計通りに起動し機能することを検証。

最終梱包と発送

検査後、基板は完全に洗浄され、帯電防止袋と緩衝材入りの頑健な箱に梱包され、納品中の静電気放電（ESD）や物理的損傷を防止。JLCPCBは複数の国際発送オプションを提供し、高品質でプロフェッショナルなカスタムPCBAを最終製品に統合できる状態ですぐに受け取れる。

まとめ

初めてのカスタムPCBAを構築することは、適切なファイル作成、考慮された部品調達、DFMチェック完了、組立プロセスの理解、強固な品質管理という5つの基本ステップに分解すれば簡単かつ単純なプロセスである。

5つのステップをすべて一つのシームレスプラットフォームに統合したJLCPCBという統合型PCB製造・組立メーカーのサポートにより、あなたは自分の得意とすること、すなわち電子機器の設計に集中できる。プロジェクトは実際には想像以上に現実に近く、デジタル設計を物理的に実装された基板にもたらすことができる。

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よくある質問

Q: カスタムPCBA注文の最小ロット数（MOQ）は？

JLCPCBは試作および中少批量生産に対応しており、SMT組立でわずか2個からという非常に低いMOQを実現し、個人や小規模ビジネスでも手軽に利用できる。

Q: JLCPCB部品ライブラリにない部品をカスタムPCBAで扱うには？

在庫ライブラリにない部品が必要な場合、委託PCB組立オプションを使用できる。これら特定部品を自ら調達し、JLCPCBに送付して組立プロセスに含めてもらう。

また読む： JLCPCBへの部品委託方法

Q: ターンキーカスタムPCBA注文の標準的な納期は？

部品調達リードタイムと組立複雑さにより異なるが、JLCPCB部品ライブラリの在庫品を使用するプロジェクトでは、数日で生産が完了することが多い。

Q: JLCPCBはBGAのような複雑部品を扱える？

はい。自動SMT組立ラインは、BGAやファインピッチQFP/QFNパッケージを含む高密度・複雑部品に対応。X線検査で下面端子部品のはんだ接合品質を確保。

Q: カスタムPCBA注文で受け入れられるBOMファイル形式は？

オンライン見積もりシステムとのシームレス統合のため、部品表は.csv、.xls、または.xlsxなどの標準スプレッドシート形式で提供すべき。