実装しやすい基板設計のコツ：DFMの基本と品質向上の秘策

2026年1月29日

導入：設計と製造の溝を埋める実装設計の重要性

基板設計者が完璧な回路を設計したとしても、それが実際の製造ラインでスムーズに組み立てられなければ、製品としての価値は半減してしまいます。

設計図面上では正しく見えても、いざ実装（アセンブリ）の工程に入ると、部品が傾く、はんだがブリッジする、あるいは部品同士が干渉して物理的に載らないといったトラブルが発生することは珍しくありません。

これらの問題は、手直し（リワーク）によるコスト増、納期の遅延、そして製品の長期的な信頼性低下を招きます。

読者の中には、製造現場から設計変更（ECN）を何度も要求されたり、試作段階で実装不良が多発して頭を抱えたりした経験がある方も多いのではないでしょうか。

本記事では、実装しやすい基板設計、いわゆるDFM（Design for Manufacturing：製造性を考慮した設計）の観点から、初心者から中級者の設計者が押さえておくべき具体的なテクニックを網羅的に解説します。

この記事を読むことで、実装工程でのトラブルを未然に防ぎ、歩留まり（良品率）を劇的に向上させるための知識を習得できるはずです。

実装しやすい基板設計（DFM）の定義と背景

言葉の定義：DFMとDFAとは

実装しやすい基板設計を語る上で欠かせないのが、DFMとDFA（Design for Assembly：組み立てやすさを考慮した設計）という概念です。

DFMは、基板そのものの製造（エッチングやドリル穴あけなど）から、最終的な部品実装までを含めた製造プロセス全体を最適化する設計手法を指します。

一方、DFAは特に部品を基板に載せる「実装工程」に焦点を当てたものです。現代の電子業界では、これらを総称してDFMと呼ぶことが一般的です。

なぜ今、実装設計が重要なのか

高密度化の進展2.35mmピッチのBGA（Ball Grid Array）や0201（0.2mm x 0.1mm）サイズといった超小型チップ部品の採用が増え、わずかな設計の不備が致命的な実装不良に直結するようになりました。
製造コストの削減実装不良が発生すると、高価なICの交換や手作業による修正が必要になります。最初から実装しやすい設計を行うことは、トータルコストを下げる最も効果的な手段です。
リードタイムの短縮2026年現在の市場環境では、製品ライフサイクルが非常に短くなっています。製造現場とのやり取りを減らし、一発で試作を成功させる（ファースト・タイム・ライト）ことが競争力の源泉となります。

実装しやすさを決める具体的な仕組みと設計基準

実装工程は、大きく分けて「クリームはんだ印刷」「部品マウント（搭載）」「リフロー（加熱・硬化）」の3つのステップで構成されます。

それぞれの工程において、設計がどのように影響するのかを詳しく解説します。

ランドパターンの最適化とマンハッタン現象の防止

ランド（パッド）とは、基板上で部品の端子をはんだ付けするための銅箔露出部です。

このサイズが不適切だと、リフロー工程でマンハッタン現象（チップ立ち）が発生します。

これは、チップ部品の両端で、はんだが溶けるタイミングや表面張力に差が生じ、部品が片側だけ起き上がってしまう現象です。

防止策：

左右のランドサイズを均等にする。
配線の引き出し幅を左右で合わせる（片側だけ太い配線がつながっていると、熱が逃げてはんだの溶け方が変わるため）。
部品メーカーの推奨ランド図をベースに、自社の製造ラインの精度に合わせた微調整（補正）を行う。

ソルダーレジストの役割とダム形成

ソルダーレジスト（緑色のコーティングなど）は、はんだを付けたくない場所を保護する絶縁膜です

。隣り合うランドの間にレジストを残すことを「レジストダム」と呼びます。

このダムがないと、狭ピッチの部品でははんだが隣に流れてしまい、ブリッジ（短絡）の原因になります。

設計のポイント：

ランド間隔に対して、レジストダムを形成できる最小幅（一般的に$50 \mu m$から$100 \mu m$程度）を確保する。
ランドとレジストのクリアランス（逃げ）を適切に設定し、ランドの上にはんだを阻害するレジストが被らないようにする。

認識マーク（フィデューシャルマーク）の配置

自動実装機（マウンター）は、基板に印字された「認識マーク」をカメラで読み取り、基板の正確な位置と歪みを把握します。

配置ルール：

基板の対角に3点（最低2点）配置する。
マークの周囲には、カメラが誤認識しないよう配線やシルクを配置しない「クリアランスエリア」を設ける。
マーク自体は、直径$1.0 mm$前後の円形の銅箔露出部とする。

部品間隔（クリアランス）の確保

部品を詰め込みすぎると、実装機のノズルが隣の部品に干渉したり、リフロー時に熱が遮られたりします。

また、検査工程（AOI：自動光学検査）でカメラが死角となり、不良を見逃すリスクが高まります。

推奨されるクリアランス例：

チップ部品間：$0.2 mm$以上
背の高い部品（電解コンデンサ等）の周囲：部品高さに応じた距離を確保
BGA周辺：リワーク（修理）用の加熱ノズルが入るスペースとして$3 mm$から$5 mm$程度

実装しやすい基板を作るための具体的な作業フロー

設計から製造への橋渡しをスムーズにするための、5つのステップを紹介します。

ステップ1：部品ライブラリの精査

設計の最初の一歩は、正確なフットプリント（部品外形とランド）を作成することです。

データシートの推奨寸法を確認。
実装機が吸着しやすい「部品中心（原点）」を正しく設定。
シルク図面で極性（1番ピンやアノード・カソード）を明確にする。

ステップ2：配置（レイアウト）の工夫

電気的な特性を優先しつつも、以下の製造的制約を考慮します。

部品の向きを揃える：マウンターのヘッドの動きが最適化され、実装スピードが上がります。また、リフロー炉を通過する際の熱の当たり方が均一になります。
背の高い部品を端に寄せない：搬送時の振動や干渉を防ぎます。

ステップ3：サーマルリリーフ（サーマルランド）の設定

ベタGND（大きな銅箔面）に直接部品のピンを接続すると、銅箔に熱が逃げてしまい、はんだ付け不良（芋はんだ）が発生します。

接続部に細い配線（十字型のサーマルリリーフ）を設け、熱を逃げにくくします。
手はんだが必要な部品では、特にこの設計が重要になります。

ステップ4：面付け（パネル）設計

基板を複数枚並べて製造する「面付け」の設計も重要です。

捨て板（クランプエリア）の確保：搬送レールに乗るための余白（通常$5 mm$程度）を基板の端に設けます。
Vカットやミシン目の配置：部品実装後に基板を切り離す際、部品にストレスがかかってクラック（ひび割れ）が入らないよう、境界線から部品を離します。

ステップ5：DFMチェックとデータ出力

設計完了前に、必ずDRC（デザインルールチェック）だけでなく、実装の観点からのチェックを行います。

ガーバーデータ、メタルマスクデータ、部品座標データ（XYデータ）、BOM（部品表）の整合性を確認します。
特にメタルマスク（はんだを印刷する型）の開口データは、ランドサイズよりもわずかに小さくするなど、実装現場のノウハウを反映させます。

よくある質問（FAQ）

Q1. 実装機が対応できる最小の部品サイズは？

現在、量産レベルでは0402（0.4mm x 0.2mm）が主流ですが、最新鋭の工場では0201サイズ（0.2mm x 0.1mm）の実装も可能です。

ただし、設計難易度とコストが大幅に上がるため、必要性がなければ0603や1005サイズを選択するのが安全です。

Q2. ビア（Via）をランドの中に配置（パッド・オン・ビア）しても良いですか？

基本的には避けるべきです。

ビアの穴にはんだが吸い込まれ（芯吸い現象）、部品端子のはんだが不足してオープン不良の原因になります。

どうしても配置が必要な場合は、ビアを樹脂で埋める（穴埋め）か、めっきで平坦化（キャップめっき）する追加工程が必要になり、基板コストが上昇します。

Q3. 実装不良を防ぐために、設計者が一番に確認すべきことは？

「製造業者との事前の打ち合わせ」です。

工場の設備の能力（最小ピッチ、対応基板サイズ、認識マークの推奨形状）はそれぞれ異なります。

自社の標準ルールに固執せず、工場の「得意な設計」に合わせることが、最も確実な不良対策になります。

まとめ

実装しやすい基板設計（DFM）は、単なる「製造への配慮」ではなく、製品の品質とコストを決定づける戦略的な設計スキルです。

本記事で解説したランドパターンの最適化、認識マークの適切な配置、部品間のクリアランス確保、そして製造フローに合わせた設計の工夫を実践することで、実装工程でのトラブルは劇的に減少します。

優れた設計者は、回路図の正しさだけでなく、その基板がどのように工場を流れ、どのようにはんだ付けされるかという「物理的なプロセス」をイメージできる人です。

026年の高度な製造技術を最大限に活かすためにも、常に現場のフィードバックを取り入れ、設計ルールをアップデートし続けていきましょう。

次回の設計では、ぜひ実装工場の担当者に「この基板、とても実装しやすかったです」と言わせるようなデータを仕上げてみてください。

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