JP2004133613A

JP2004133613A - プリント配線板設計支援システム、ｃａｄシステムおよびプログラム

Info

Publication number: JP2004133613A
Application number: JP2002296391A
Authority: JP
Inventors: Tomonori Kawada; 川田　智則
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2002-10-09
Filing date: 2002-10-09
Publication date: 2004-04-30

Abstract

【課題】本発明は、プリント配線板設計時に於ける、はんだ付けに関する製造性のチェック機能を実現したプリント配線板設計支援システム、ＣＡＤシステムおよびプログラムを提供することを課題とする。
【解決手段】プリント配線板設計支援モジュール１５は、設計者により予め設定された部品実装時に許容される熱容量を取得し、続いてプリント配線板設計ＣＡＤ１１より、パターンレイアウトされたプリント配線板の設計情報を取得して、この設計情報をもとに、部品リードが挿入されるスルーホール各々について、データベース１３より、はんだ付けに伴う熱の変動要素を取得し、はんだ付けの際に必要とされる熱容量を算出する。その算出した熱容量と、上記予め取得した許容される熱容量とを比較して、はんだ付けの際に必要とされる熱容量が、許容される熱容量を超えるか否かにより適用可否の判定を行う。
【選択図】　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多層プリント配線板の設計に適用して好適なプリント配線板設計支援システム、ＣＡＤシステムおよびプログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
プリント配線板を設計するツールとしてＣＡＤが広く用いられている。この種のＣＡＤに於いては、プリント配線板のパターンレイアウト設計が正しく行われているかをチェックする所謂デザインルールチェック機能がついている。このデザインルールチェック機能により、正しく配線されているか否か、部品配置（部品間隔）は適正であるか否か等をＣＡＤ上でチェックすることができる。
【０００３】
しかしながら、従来のこの種ＣＡＤに於いては、パターンレイアウト設計が正しく行われているかをチェックすることはできても、その設計されたプリント配線板に部品を実装した際のはんだ付けに関して、そのはんだ付けが正しく行われるか否かをチェックし基板設計者にフィードバックする機能は存在しなかった。例えば部品リードが挿入されるスルーホールに於いては、スルーホールランドの上部まで充分にはんだが上がり、スルーホール内に、はんだの欠乏による間隙ができないようなパターン設計および熱容量の管理が必要とされるが、従来では、このような製造性のチェック機能が存在しなかった。尚、はんだに関する熱管理技術としては、従来、ＩＣパッケージのはんだバンプに関する熱疲労寿命を予測する技術が存在する（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−９９５５０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来では、設計されたプリント配線板を部品実装した際のはんだ付けに関する製造性のチェック機能が存在せず、従って部品リードが挿入されるスルーホール内に、はんだの欠乏による間隙ができないような信頼性の高い基板設計を行う上で、設計支援上の問題があった。
【０００６】
本発明は上記実情に鑑みなされたもので、プリント配線板設計時に於ける、はんだ付けに関する製造性のチェック機能を実現したプリント配線板設計支援システム、ＣＡＤシステムおよびプログラムを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、挿入部品のはんだ付け時に内層銅箔などから逃げる熱容量の計算やプリント配線板の仕様などから適正なはんだ付けができるか否かを、プリント配線板設計時に於いて、製造性チェックの中で実施する、プリント配線板設計支援システム、ＣＡＤシステム、およびプログラムを特徴とする。
【０００８】
即ち、本発明は、パターンレイアウトされたプリント配線板の設計情報を取得する手段と、前記プリント配線板の部品実装時に於けるはんだ溶融時の基板および実装部品を含む熱変動要素の情報を取得する手段と、前記各手段で取得した情報を用いて、前記プリント配線板の部品実装に関する製造性のチェックを実施する手段とを具備したプリント配線板設計支援システムを特徴とする。
【０００９】
また、本発明は、プリント配線板の設計機能をもつＣＡＤシステムに於いて、プリント配線板の部品実装時に於けるはんだ溶融時の基板および実装部品を含む熱変動要素の情報を格納するデータベースと、パターンレイアウトされたプリント配線板の設計情報を取得する取得手段と、前記データベースに格納された情報と前記取得手段が取得した情報とを用いて前記プリント配線板に部品をはんだ付け実装する際の製造性のチェックを行う処理手段とを具備したことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、プリント配線板の設計を支援するＣＡＤシステムとしてコンピュータを機能させるためのプログラムであって、パターンレイアウトされたプリント配線板の設計情報を取得する取得する機能と、前記プリント配線板の部品実装時に於けるはんだ溶融時の基板および実装部品を含む熱変動要素の情報を取得する機能と、前記取得した各情報をもとに、前記プリント配線板に部品をはんだ付け実装する際の製造性のチェックを実施する機能とをコンピュータに実現させることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【００１２】
図１は本発明の実施形態に於けるプリント配線板設計ＣＡＤシステムの構成を示すブロック図であり、プリント配線板設計ＣＡＤ１１、入力部１２、データベース１３、および表示部１４と、プリント配線板設計支援モジュール１５とを有して構成される。
【００１３】
プリント配線板設計ＣＡＤ１１は、入力部１２より入力される設計者の指示に従い、例えば多層プリント配線板に於ける各層のパターン、スルーホール、ノンスルーホール、ビアパターン等の配置並びに接続の処理を行う。ここでは、プリント配線板設計支援モジュール１５に、プリント配線板のパターンレイアウトの設計情報を供給する。
【００１４】
データベース１３は、プリント配線板の部品実装時に於ける、はんだ溶融時の基板および実装部品を含む熱変動要素の情報を格納する。ここでは、プリント配線板の設計に関する変動要素をパラメータとして格納したデータベース１３（１）、プリント配線板材料に関する変動要素をパラメータとして格納したデータベース１３（２）、実装部品に関する変動要素をパラメータとして格納したデータベース１３（３）、製造性のはんだおよびはんだ付けに関する変動要素をパラメータとして格納したデータベース１３（４）等から構成される。この各データベース１３（１）〜１３（４）の具体的な変動要素については図２を参照して後述する。
【００１５】
プリント配線板設計支援モジュール１５は、上記プリント配線板設計ＣＡＤ１１より、パターンレイアウトされたプリント配線板の設計情報を取得し、上記データベース１３より、プリント配線板の部品実装時に於ける、はんだ溶融時の基板および実装部品を含む熱変動要素の各種パラメータを取得して、これら取得した各情報をもとに、上記プリント配線板に部品をはんだ付け実装する際の製造性のチェックを実施する。更に、上記取得した各情報をもとに、スルーホールに接合する内層銅箔の熱伝導を含んだ熱の放散状態をサーモグラフィ若しくは所定の表示形態で表示部１４に表示出力する。例えば多層プリント配線板の内層銅箔を伝わる放熱状態を各層毎に平面的にサーモグラフィで色分け表示し、若しくは部品リードが挿入されるスルーホールを単位に、各層の内層銅箔を伝わる熱の流れ方を断面化して各層同時に表示する。このプリント配線板設計支援モジュール１５に於ける処理手順については図３を参照して後述する。
【００１６】
図２は上記データベース１３（１）〜１３（４）に格納される各種パラメータの具体例を示している。ここではプリント配線板の設計に関する、内層接続層数、サーマルランド仕様（パターン幅）、板厚、内層銅箔厚、挿入部品の孔径等が変動要素としてデータベース１３（１）に格納される。またプリント配線板材料に関する、プリント配線板の表面処理、絶縁材料等が変動要素としてデータベース１３（２）に格納される。また実装部品に関する、挿入部品のリード径、リード形状、挿入部品のリードめっき等が変動要素としてデータベース１３（３）に格納される。またプリント配線板製造のはんだ付けに関する、はんだ組成、はんだコテ仕様（熱容量）、リフロー雰囲気、温度プロファイル等が変動要素としてデータベース１３（４）に格納される。
【００１７】
図３は上記プリント配線板設計支援モジュール１５に於ける、はんだ付けに関する製造性チェックの処理手順を示すフローチャートであり、各部の処理内容については後述する。
【００１８】
図４および図５は本発明の実施形態に於ける、はんだ付けに関する製造性チェックの対象となる、はんだ付けの状態を例示したもので、図４は正しいはんだ付けの例、図５は欠陥のあるはんだ付けの例を示している。図中、２０はチェック対象となる多層プリント配線板、２１は部品リード挿入用のスルーホール、２２，２２，…は上記スルーホールにパターン接続された内層銅箔、３０は実装部品、３１は実装部品３０の部品リード、４０ははんだ、５０ははんだ鏝である。尚、図５に於いて、波線で示す矢印は、はんだ付けの際に上記スルーホール２１から逃げる熱の様子を示したもので、はんだ溶融時の熱が上記内層銅箔２２，２２，…を熱伝導路として放散される様子を表している。この際のはんだの欠乏による間隙部分を図中に符号ｄで示している。
【００１９】
ここで、上記各図を参照して本発明の実施形態に於ける処理動作を説明する。
【００２０】
本発明の実施形態によるプリント配線板設計ＣＡＤシステムは、図１に示すように、プリント配線板設計ＣＡＤ１１、入力部１２、データベースデータベース１３、表示部１４、およびプリント配線板設計支援モジュール１５等により構成される。
【００２１】
上記データベース１３には、プリント配線板の設計に関する変動要素、プリント配線板材料に関する変動要素、実装部品に関する変動要素、製造性のはんだおよびはんだ付けに関する変動要素等が、データベース１３（１）〜１３（４）に格納されている。この各変動要素の具体例を図２に示している。
【００２２】
プリント配線板設計支援モジュール１５は、上記プリント配線板設計ＣＡＤ１１より、パターンレイアウトされたプリント配線板の設計情報を取得し、上記データベース１３より、プリント配線板の部品実装時に於ける、はんだ溶融時の基板および実装部品を含む熱変動要素の各種パラメータを取得して、これら取得した各情報をもとに、上記プリント配線板に部品をはんだ付け実装する際の製造性のチェックを実施する。この際の処理を図３に示すフローチャートを参照して説明する。
【００２３】
プリント配線板設計支援モジュール１５は、設計者により予め設定された部品実装時に許容される熱容量を取得する（図３ステップＳ１）。
【００２４】
続いてプリント配線板設計ＣＡＤ１１より、パターンレイアウトされたプリント配線板の設計情報を取得し、この設計情報をもとに、部品リードが挿入されるスルーホール各々について、データベース１３より、はんだ付けに伴う熱の変動要素を取得して、はんだ付けの際に必要とされる熱容量を算出する（図３ステップＳ２）。
【００２５】
この熱容量は、多層プリント配線板の各層毎の各スルーホール（部品リード挿入用）２１，２１，…について、個々の熱容量を算出し、その各熱容量を合算することにより取得する。この際のスルーホール個々の熱容量は、スルーホールに接合する内層銅箔２２，２２，…の面積若しくは体積と、サーマルランドの有無、サーマルランドの位置、大きさ等、部品リードの径、材料等、諸々の熱変動要因となるパラメータを用いて算出されるが、その個々の実数値等については割愛する。
【００２６】
プリント配線板設計支援モジュール１５は、はんだ付けの際に必要とされる熱容量を算出すると、その算出した熱容量と、上記予め取得した許容される熱容量とを比較して、はんだ付けの際に必要とされる熱容量が、許容される熱容量を超えるか否かにより適用可否の判定を行う（図３ステップＳ３）。
【００２７】
ここで、はんだ付けの際に必要とされる熱容量が、許容される熱容量を超えていれば、エラー出力として、例えば設計の見直しを含めた警告表示を行う（図３ステップＳ４）。
【００２８】
更に、プリント配線板設計支援モジュール１５は、上記判定の結果に拘わらず、上記スルーホール２１，２１，…に接合する内層銅箔２２，２２，…の熱伝導を含んだ熱の放散状態をサーモグラフィ若しくは所定の表示形態で表示部１４に表示出力する（図３ステップＳ５）。例えば多層プリント配線板の内層銅箔を伝わる放熱状態を各層毎に平面的にサーモグラフィで色分け表示し、若しくは部品リードが挿入されるスルーホールを単位に、各層の内層銅箔を伝わる熱の流れ方を断面化して各層同時に表示する。
【００２９】
上記した判定で、適用可とされた場合のスルーホール２１に於ける、はんだ付け実施例を図４に示し、適用不可とされた場合のスルーホールに於ける、はんだ付け実施例を図５に示している。図４に示す例では、スルーホールランドの上部まで充分にはんだ４０が上がり、スルーホール２１内に、はんだの欠乏による間隙ができず、部品リード３１が強固にはんだ付けされる。また、図４に示す例では、図示波線で示す熱の放散により、スルーホールランドの上部まで、はんだ４０が上がらず、スルーホール２１内に、はんだの欠乏による間隙（ｄ）ができ、部品リード３１のはんだ付けが十分でないことから、基板実装後に於いて部品リードのはんだ剥離等による動作不安定要因を招来することになる。
【００３０】
【発明の効果】
以上詳記したように本発明によれば、プリント配線板設計時に於ける、はんだ付けに関する製造性のチェック機能を実現でき、これによって部品リードが挿入されるスルーホール内に、はんだの欠乏による間隙ができない信頼性の高い基板設計を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に於けるプリント配線板設計ＣＡＤシステムの構成を示すブロック図。
【図２】上記実施形態に於けるデータベース内のパラメータ例を示す図。
【図３】上記実施形態に於けるプリント配線板設計支援モジュールでの処理手順を示すフローチャート。
【図４】上記実施形態に於ける、はんだ付けに関する製造性チェックの対象となる、はんだ付けの一状態例（正しいはんだ付け状態例）を示す図。
【図５】上記実施形態に於ける、はんだ付けに関する製造性チェックの対象となる、はんだ付けの他の状態例（欠陥のあるはんだ付け状態例）を示す図。
【符号の説明】
１１…プリント配線板設計ＣＡＤ
１２…入力部
１３…データベース
１４…表示部
１５…プリント配線板設計支援モジュール

Claims

パターンレイアウトされたプリント配線板の設計情報を取得する手段と、
前記プリント配線板の部品実装時に於けるはんだ溶融時の基板および実装部品を含む熱変動要素の情報を取得する手段と、
前記各手段で取得した情報を用いて、前記プリント配線板の部品実装に関する製造性のチェックを実施する手段と
を具備したことを特徴とするプリント配線板設計支援システム。
前記熱変動要素の情報を取得する手段は、プリント配線板の設計に関する変動要素、プリント配線板材料に関する変動要素、実装部品に関する変動要素、製造性のはんだおよびはんだ付けに関する変動要素のすべて若しくはその一部をパラメータとしてデータベースより取得する請求項１記載のプリント配線板設計支援システム。
前記製造性のチェックを実施する手段は、前記熱変動要素の情報を取得する手段より取得した情報をもとに多層プリント配線板の部品リード挿入孔に設けられたスルーホールそれぞれの熱容量を算出し、当該算出された熱容量と設定された許容熱容量とをもとに前記部品リード挿入孔に挿入された部品リードのはんだ付けの適否を判定する処理手段を具備する請求項１記載のプリント配線板設計支援システム。
前記算出結果をもとに、前記スルーホールに接合する内層銅箔の熱伝導を含んだ熱の放散状態をサーモグラフィ若しくは所定の表示形態で表示出力する手段を更に具備する請求項３記載のプリント配線板設計支援システム。
プリント配線板の設計機能をもつＣＡＤシステムに於いて、プリント配線板の部品実装時に於けるはんだ溶融時の基板および実装部品を含む熱変動要素の情報を格納するデータベースと、
パターンレイアウトされたプリント配線板の設計情報を取得する取得手段と、前記データベースに格納された情報と前記取得手段が取得した情報とを用いて前記プリント配線板に部品をはんだ付け実装する際の製造性のチェックを行う処理手段と
を具備したことを特徴とするＣＡＤシステム。
プリント配線板の設計を支援するＣＡＤシステムとしてコンピュータを機能させるためのプログラムであって、
パターンレイアウトされたプリント配線板の設計情報を取得する取得する機能と、
前記プリント配線板の部品実装時に於けるはんだ溶融時の基板および実装部品を含む熱変動要素の情報を取得する機能と、
前記取得した各情報をもとに、前記プリント配線板に部品をはんだ付け実装する際の製造性のチェックを実施する機能と
をコンピュータに実現させるためのプログラム。
前記製造性のチェックを実施する機能は、前記熱変動要素の情報を取得する手段より取得した情報をもとに多層プリント配線板の部品リード挿入孔に設けられたスルーホールそれぞれの熱容量を算出し、当該算出された熱容量と設定された許容熱容量とをもとに前記部品リード挿入孔に挿入された部品リードのはんだ付けの適否を判定する機能をコンピュータに実現させる請求項６記載のプログラム。
前記取得した各情報をもとに、前記スルーホールに接合する内層銅箔の熱伝導を含んだ熱の放散状態をサーモグラフィ若しくは所定の表示形態で表示出力する機能をコンピュータに実現させる請求項７記載のプログラム。