パターン図からプリント基板設計・製造～プリント基板の知恵袋 by ユニクラフト

パターン図からプリント基板設計・製造

パターン図からのプリント基板設計について

プリント基板を製造するためにはガーバーデータが必要になります。
ガーバーデータがなく、回路図しかない場合はガーバーデータの作成（基板設計/アートワーク設計）から始めます。
「パターン図はあるけれど、ガーバーデータがない」というお客様が時々いらっしゃいます。
パターン図があるということはガーバーデータを作成しているはずですが、データの紛失や基板工場の廃業など様々な理由でパターン図しか残っていないことがあります。
そういったケースでもパターン図から直接プリント基板は作れませんので、再設計を行うことになります。
パターン図があるからと言って設計費が大幅に安くなることはなく、回路図から設計するのと変わらない費用がかかることもあります。
（小さい基板で数万円の設計費、大きい基板や高密度の基板になると10万円以上）
データ作成自体は難しい作業ではないのですが、全て手作業なのでとにかく手間がかかります。
コストを少しでも抑えたいお客様のために、ご自身で簡単に設計ができる機能を弊社のオンラインプリント基板CAD“UNI-CAD”に追加いたしました。
UNI-CADは利用料無料でインストール不要（ブラウザで動作）ですので、お気軽にご利用ください。

設計の準備

まずは設計の元となるパターン図を準備します。
パターン図は主に２種類あって、銅箔パターン、レジスト、シルク、穴などが別々の図面になっているタイプと、それらが１枚の図面で色分けされて収まっているタイプです。基板を再設計するには後者のタイプの図面の方が扱いやすいですが、使いやすい方で大丈夫です。

図面はPDF形式の場合が多いですが、UNI-CADに取り込めるのは画像形式（JPEG, PNG, BMPなど）のみです。
PDF図面はあらかじめ画像ファイルに変換しておいてください。
　＜変換の方法の一例＞
　　・PDF表示ソフト（Acrobat Readerなど）の変換機能・書き出し機能を使う
　　・画像出力ソフトを使う（プリンタとして振る舞うもの）
　　・オンラインの変換サービスを使う（Googleで「PDFから画像に変換」と検索すれば出てきます）
　　・画面のスクリーンショットを使う
どの方法を使う場合も、できるだけ画像の解像度を高くしておいてください。
（スクリーンショットの場合は、PDFをできるだけ拡大表示して取り込み）

▲ 今回の設計に使うパターン図

CADにパターン図を読み込み

ここからが設計作業になります。
下のリンクからUNI-CADを開きます。

UNI-CADを開く（インストール不要 / 無料）

UNI-CADの使い方はこちらのページをご覧ください。

最初に基板外形線を作図します。
外形サイズが分かっている場合はそのサイズで外形を作図します。
外形サイズが分からない場合は、図面上のサイズから推定します。
サイズが分かっている部品の端子ピッチなどを基準にして、外形サイズを測ればある程度正確なサイズが導き出せます。
外形サイズが縮尺の基準となりますので、できる限り正確な寸法としてください。

▲外形線を引き終えたところ

次にパターン図を透かして表示させます。
画面上部の「その他の機能」をクリックすると、画面左側に設定が表示されますので、パターン図を読み込みます。

▲パターン図を読み込んだところ

先ほどCAD上で作った外形線と、透かしたパターン図の外形を合わせこみます。
画面左の設定で、画像のサイズ、位置、角度を調整して、外形線と透かした画像が一致するようにします。

▲サイズ・位置・角度　調整後

事前の準備は以上です。
この後は透かしたパターン図をなぞって作図していきます。

パッド、ランドの設計

まずは位置決めの要素を配置していきます。
部品パッド・ランドやVIA（小さい穴）などです。（トップ面側）
ピン数の多いICやコネクタなどは「部品パッド」を使って設計します。
（丸ランドや角パッド機能を使っても良いです。）
はんだ付け部分（パッド、ランド）は銅箔パターンとレジスト開口が両方必要です。
「円形」「四角形」は単独のレイヤーにしか図形が追加されませんので、基本的には使用せず、「丸ランド」「角パッド」「部品パッド」「VIA」のいずれかで設計してください。
透かしたパターン図に合わせて設計していきますので、「グリッドにスナップして作図」（画面右下）のチェックは外した方が設計しやすいです。
2.54mmピッチや1mmピッチなどで設計されていることが分かっている場合は、チェックを入れておいた方が設計しやすいこともあります。

DIP部品（穴にリードを差し込むタイプの部品）は、端子の間隔や穴のサイズをデータシートなどで調べて、その寸法通りに設計しましょう。
データシートを見ると、たいていの場合は「推奨ランド」が掲載されています。
目分量で配置すると、ピッチがわずかに合わずに部品が刺さらない、穴径が小さすぎて刺さらない、といったことが起こってしまいます。
穴径だけをとっても、リードの太さより僅か0.05mm小さいだけで、どれだけ力づくでも刺さらないこともあります。
部品の寸法が分からない場合は、穴径を少し大きめに設計しておけば、部品が刺さらないという最悪の事態は避けることができます。
透かしたパターン図が見えにくいときは不透明度の設定を調整します。

▲部品パッド、ランド、VIAを配置し終えた状態

配線・ベタの設計

続いてパターンを作図します。
ひたすら透かしたパターン図通りに線を引くだけです。
ベタ部分は後回しでも良いですし、先に作図しても良いです。（今回は後回しにしました）
レイヤーはトップ面銅箔パターンです。

▲配線を引き終えた状態

配線が終わりましたのでベタの外枠を描いていきます。
外枠は太めの線で作図します。

▲ベタの外枠の作図が終わったところ

次ににベタの中をを塗りつぶします。
これで完成です。

▲完成

シルク印刷が必要な場合は、上と同じ要領で設計していきます。

両面基板の場合

両面基板の場合は、裏面パターンの設計も行います。
裏面パターンはおもて面側から透かし見たように設計します。
（おもて面と同じ外形線の中に裏面パターンを作図します）
おもて面で実施したのと同じ手順で、裏面のパターン図をCAD上にしかして表示します。
パターン図がおもて面から透かし見た向きであればそのままで大丈夫ですが、裏面側から見た図面になっている場合は「左右反転」にチェックを入れます。
上下反転させたい場合は「左右反転」にチェックを入れ、180度回転させてください。

裏面の設計は、ボトム面のレイヤーを使用します。
おもて面と同じ手順で設計していきます。
DIP部品の丸ランドについては、おもて面を設計する段階で「両面ランド」で追加しておけば、裏面の設計を省略できます。

まとめ

ガーバーデータがなく、パターン図しか残っていない基板でも、再設計することができました。
UNI-CADの操作は非常に簡単で、専門知識もほとんどいりませんので、構えずにチャレンジしてみてください。

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