JP4987827B2

JP4987827B2 - 電子回路基板の設計支援システム

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Publication number: JP4987827B2
Application number: JP2008242917A
Authority: JP
Inventors: 和樹舘山
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2008-09-22
Filing date: 2008-09-22
Publication date: 2012-07-25
Anticipated expiration: 2028-09-22
Also published as: JP2010074085A

Description

本発明は、電子回路基板の設計支援システムに関し、特に、基板に電子部品が実装された電子回路基板の設計を支援する設計支援装置に関する。

基板上に電子部品が実装された電子回路基板を製造する際には、基板にはんだを印刷した後、この基板上に電子部品をマウントし、その後、はんだを溶融・凝固させることによって、電子部品を基板にはんだ付けしている。従来より、このような電子回路基板については、設計の段階で完成後の電子回路基板の品質を予測し、最適な品質が得られるように設計を支援するシステムが提案されていた（例えば、特許文献１参照。）。

しかしながら、電子回路基板の品質に影響を与えうる項目、すなわち、設計に際して検討すべき項目は数多く、また、検討の方法にもいくつかの種類がある。このため、電子回路基板の設計を効率的に行うためには、検討すべき項目及び方法の多数の組合せを、有効と思われる少数の組合せに絞り込み、優先的に検討する必要がある。しかしながら、このような絞り込みは、技術者の個人的な知識や経験に依存しており、必ずしも的確な絞り込みができるとは限らなかった。

特開平１１−１７５５７７号公報

本発明の目的は、基板上に電子部品が実装された電子回路基板の設計に際して、設計者に検討すべき項目を絞り込ませることができる電子回路基板の設計支援システムを提供することである。

本発明の一態様によれば、基板上に電子部品が実装された電子回路基板の設計支援システムであって、前記基板、前記電子部品、前記電子回路基板の製造条件について、電子回路基板の製造を開始する前に決定される事項に関する初期状態情報が複数の項目に分けて記憶された初期状態データベースと、前記電子回路基板の製造の中間工程における外観評価の結果を表す遷移状態情報が記憶された遷移状態データベースと、前記電子部品が実装された電子回路基板の電気的特性を示す電気特性情報が記憶された電気特性データベースと、前記遷移状態情報に基づいて遷移状態の改善の必要性を分類し、前記電気特性情報に基づいて電気特性の改善の必要性を分類し、前記遷移状態の改善の必要性の分類結果及び前記電気特性の改善の必要性の分類結果に基づいて、前記電子部品を分類する演算手段と、前記電子部品の分類結果と前記初期状態情報のうち検討が必要な前記項目との対応関係、及び、前記検討が必要な項目の検討方法が記憶された記憶手段と、を備え、前記演算手段は、前記電子部品の分類結果及び前記記憶手段に記憶された前記対応関係に基づいて、前記検討が必要な項目及び前記検討方法を出力することを特徴とする電子回路基板の設計支援システムが提供される。

本発明によれば、基板上に電子部品が実装された電子回路基板の設計に際して、設計者に検討すべき項目を絞り込ませることができる電子回路基板の設計支援システムを実現することができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
先ず、本実施形態に係る電子回路基板の設計支援システムを概略的に説明する。
本実施形態に係る設計支援システムは、電子回路基板の設計を支援するものである。電子回路基板とは、プリント基板等の基板上にはんだを介してＬＳＩ（Large Scale Integrated circuit：大規模集積回路）チップ等の電子部品が実装されたものである。このような電子回路基板は、プリント基板にはんだを印刷し、この印刷されたはんだに電子部品の電極が接触するように電子部品をプリント基板上にマウントし、印刷されたはんだを溶融させて再凝固させることにより電子部品をプリント基板に接合することによって製造される。

そして、本実施形態に係る設計支援システムは、この電子回路基板に搭載しようとする各電子部品を、電子回路基板の製造途中及び製造後の情報に基づいて複数のカテゴリーに分類する。分類されたカテゴリーによって、製造前に決定される初期状態のうち検討が必要な項目及びその検討方法が異なる。これにより、電子部品を分類することにより、その電子部品について検討すべき項目及び検討方法を絞り込むことができる。

次に、本実施形態に係る設計支援システムを詳細に説明する。
図１は、本実施形態に係る電子回路基板の設計支援システムを例示するブロック図であり、
図２は、初期状態データベースに記憶された情報を例示する図であり、
図３は、遷移状態データベースに記憶された情報を例示する図であり、
図４は、電気特性データベースに記憶された情報を例示する図であり、
図５は、電子部品の分類方法を例示する図であり、
図６は、電子部品の分類結果と初期状態情報のうち検討が必要な項目及び検討方法との対応関係を例示する図である。

図１に示すように、本実施形態における電子回路基板の設計支援システム１においては、初期状態データベース（ＤＢ）１１と、遷移状態データベース１２と、電気特性データベース１３とが設けられている。これらのデータベース１１〜１３には、電子回路基板の製品設計段階１０１、工程設計段階１０２、製造段階１０３及び市場投入段階１０４の各段階において情報が入力されるようになっている。

初期状態データベース１１には、電子回路基板について、製品設計段階１０１及び工程設計段階１０２から収集された初期状態情報が記憶されている。初期状態情報とは、基板、電子部品、製造条件について、電子回路基板の製造を開始する前に決定される事項に関する情報である。図２に示すように、初期状態情報には例えば、大別して、初期形状情報、製造条件情報、仕入情報がある。初期形状情報には、電子部品、基板、電子部品と基板との組合せに関する情報が含まれる。製造条件情報には、印刷条件、マウント条件、リフロー条件が含まれる。なお、製造条件情報には、プロセス条件の他に、製造に用いる治具に関する情報も含まれる。仕入情報には、電子部品のベンダー及びロットに関する情報、並びに基板のベンダー及びロットに関する情報が含まれる。

遷移状態データベース１２には、電子回路基板について、製造段階１０３から収集された遷移状態情報が記憶されている。遷移状態情報とは、電子回路基板の製造の中間工程における外観評価の結果を表す情報である。図３に示すように、遷移状態情報には例えば、大別して、基板にはんだを印刷したときの印刷状態を示す印刷出来栄え情報、はんだが印刷された基板上に電子部品をマウントしたときのマウント状態を示すマウント出来栄え情報、はんだを加熱して電子部品を基板にはんだ付けしたときの外観状態を示すリフロー後の外観情報が含まれる。印刷出来栄え情報には、はんだの印刷高さ及びはんだ印刷体積が含まれ、マウント出来栄え情報には、電子部品の搭載位置のずれ量が含まれ、リフロー後の外観情報には、各種の不良モードの発生率、例えば、短絡欠陥及び断線欠陥の発生率が含まれる。

なお、はんだ印刷高さ及びはんだ印刷体積は、電極単位の情報であるため、電子部品単位の情報に変換して記憶することが望ましい。電子部品単位の情報は、ある電子部品の全ての電極におけるはんだ印刷高さの平均値、標準偏差、最大値、最小値等の基本統計量、又は電極単位の情報を使用した特徴量とする。なお、はんだ印刷高さ及びはんだ印刷体積は、データの記憶時には電極単位の情報として記憶し、後述する初期状態を決定する際に、電子部品単位の情報に変換してもよい。但し、この場合は処理時間が長くなるため、遷移状態データベース１２に記憶させる段階で、電子部品単位の情報に変換しておくことが望ましい。

電気特性データベース１３には、電子回路基板について、製造段階１０３及び市場投入段階１０４から収集された電気特性情報が記憶されている。電気特性情報とは、完成した電子回路基板の電気的な性質を表す情報である。図４に示すように、電気特性情報は、例えば、工場内で実施される電子回路基板の電気検査及び動作試験の結果、並びに市場における一定期間内の不良モード別の不良発生率等に関する情報である。なお、不良モードとは不良現象に付された分類名である。いずれのタイミングで検出された不良現象についても、不良モード名は統一されていることが望ましい。

上述の初期状態情報、遷移状態情報及び電気特性情報には、設計支援対象となる電子回路基板の情報の他に、検討対象となる電子部品が、設計支援対象となっている電子回路基板以外の他の種類の電子回路基板に実装された場合の情報も含まれている。例えば、設計支援対象となる電子回路基板がパーソナルコンピュータに用いられるプリント回路基板であり、検討対象となる電子部品がこのプリント回路基板に実装されるＬＳＩチップである場合に、同じ品種のＬＳＩチップを、液晶表示装置に用いられる他の種類のプリント回路基板に実装した場合の情報も含まれている。また、初期状態情報、遷移状態情報及び電気特性情報の具体的な項目は、上述の説明及び図２〜図４に示す項目には限定されない。

また、図１に示すように、設計支援システム１には、演算手段１４、記憶手段１５及び入出力手段１６が設けられている。演算手段１４は、遷移状態データベース１２に記憶された遷移状態情報及び電気特性データベース１３に記憶された電気特性情報に基づいて、電子部品を複数の状態のうちの１つに分類する。具体的には、図５に示すように、検討対象となっている電子部品を他の種類の電子回路基板に実装した場合における電気特性の改善必要性及び遷移状態の改善必要性によって、９つのカテゴリーに分類する。この分類方法の詳細については後述する。

また、記憶手段１５には、図６に示すように、演算手段１４によって電子部品が分類される複数の状態と、初期状態情報のうち検討が必要な項目及び検討方法との対応関係が記憶されている。この対応関係の内容についても後述する。そして、演算手段１４は、検討対象である電子部品の分類結果と、記憶手段１５に記憶された対応関係に基づいて、設計支援対象である電子回路基板の初期状態情報のうち、検討が必要な項目及び検討方法を出力する。入出力手段１６は、演算手段１４に対して命令を入力すると共に、演算手段１４から情報を出力する。

一例では、演算手段１４及び記憶手段１５は、パーソナルコンピュータのＣＰＵ（Central Processing Unit：中央処理装置）及び内蔵メモリによって構成することができる。また、入出力手段１６はこのパーソナルコンピュータに接続されたキーボード及びディスプレイ等によって構成することができる。更に、初期状態データベース１１、遷移状態データベース１２、及び電気特性データベース１３は、このパーソナルコンピュータに接続された外付けのハードディスクドライブ（ＨＤＤ）によって構成することができる。なお、初期状態データベース１１、遷移状態データベース１２、及び電気特性データベース１３は、１台の共通のＨＤＤに構築してもよい。

次に、本実施形態に係る設計支援システム１の動作、すなわち、本実施形態に係る設計支援方法について説明する。
先ず、初期状態データベース１１、遷移状態データベース１２、及び電気特性データベース１３に対して、それぞれ、初期状態情報、遷移状態情報及び電気特性情報を蓄積する方法について説明する。
図１に示すように、各種の電子回路基板は、製品設計段階１０１、工程設計段階１０２、製造段階１０３及び市場投入段階１０４を経て、市場に供給されていく。

製品設計段階１０１においては、どの基板にどの電子部品をどのようなレイアウトで実装するのかが設計される。この段階で、使用される基板及び電子部品が選択され、また、電子部品を基板に搭載する面、位置及び方向が決定される。このとき、選択された基板、電子部品、基板と電子部品との組合せに関する初期形状情報（図２参照）を、初期状態データベース１１に入力し、記憶させる。

工程設計段階１０２においては、製品設計段階１０１で設計した電子回路基板を、どのような工程によって製造するのかが決定される。具体的には、はんだの印刷条件、電子部品のマウント条件、マウント後のリフロー条件が決定される。このとき、これらの製造条件情報（図２参照）を初期状態データベース１１に入力し、記憶させる。また、実際に生産計画を立案する際には、使用する基板及び電子部品の仕入情報、すなわち、ベンダーの名称及びロットナンバー等を初期状態データベース１１に入力し、記憶させる。

製造段階１０３においては、基板にはんだを印刷し、印刷されたはんだに電極が接触するように電子部品をマウントし、リフローによりはんだを溶融・凝固させて電子部品を基板に接合する。これにより、基板に電子部品が実装された電子回路基板が製造される。このとき、印刷、マウント、リフローの各工程において、出来栄えを評価する。そして、印刷出来栄え情報、マウント出来栄え情報及びリフロー後の外観情報を含む遷移状態情報（図３参照）を、遷移状態データベース１２に対して入力し、記憶させる。また、完成後の電子回路基板について電気検査及び動作試験を行い、電気的特性を評価する。そして、この電気的特性の結果を、電気特性情報（図４参照）として電気特性データベース１３に入力し、記憶させる。

市場投入段階１０４においては、電子回路基板を市場に投入した後、市場における一定期間の不良モード別の発生率等の情報を収集する。そして、この情報を、電気特性情報（図４参照）として電気特性データベース１３に対して入力し、記憶させる。

このように、種々の用途に用いられる種々の電子回路基板について、上述の各段階で情報を収集することにより、多数の基板及び電子部品並びにそれらの組合せについて、実装前の初期状態情報（図２参照）、実装作業中の遷移状態情報（図３参照）、及び製造された電子回路基板の電気特性情報（図４参照）が、データベース１１〜１３にそれぞれ蓄積される。

次に、新たな電子回路基板を設計するときの設計支援方法について説明する。
図７は、本実施形態に係る設計支援方法を例示するフローチャート図である。
先ず、図７のステップＳ１に示すように、電子回路基板の設計者が、検討対象となる電子部品（以下、「検討部品」ともいう）を設定する。検討部品とは、設計しようとする電子回路基板に搭載する予定の電子部品のうちの１つである。

これにより、演算手段１４は、下記ステップＳ２〜Ｓ６に示す処理を実行する。これらの処理は、例えば記憶手段１５に格納されたプログラムによって演算手段１４が全自動的に実行してもよく、設計者が演算手段１４に対して命令を逐次入力することにより、ステップごとに実行してもよい。

次に、ステップＳ２に示すように、演算手段１４がデータベース１１〜１３に蓄積されている情報に対して検索を行い、検討部品が複数の既存機種で使用されているか否かを判断する。既存機種とは、これから設計しようとしている電子回路基板とは異なる種類の他の電子回路基板を指す。検討部品が複数の既存機種で使用されていなければ、本実施形態に係る設計支援方法の対象とはならないため、処理を終了する。検討部品が複数の既存機種で使用されている場合は、ステップＳ３に進む。

次に、ステップＳ３に示すように、演算手段１４が、初期状態データベース１１から検討部品に関する初期状態情報を抽出し、遷移状態データベース１２から検討部品に関する遷移状態情報を抽出し、電気特性データベース１３から検討部品に関する電気特性情報を抽出し、これらの情報を検討部品に対して紐付けする。例えば、抽出した情報の複製を記憶手段１５に一時的に保存する。

次に、ステップＳ４に示すように、演算手段１４が、電気特性情報及び遷移状態情報に基づいて検討部品を分類する。
具体的には、演算手段１４は、検討部品に紐付けされた電気特性情報に基づいて、検討部品が既存の電子回路基板に実装された場合に、電気特性の改善の必要性が下記（１−１）、（１−２）、（１−３）のいずれの状態にあるかによって、検討部品を３種類に分類する。

（１−１）全ての種類の電子回路基板について、電気特性を改善する必要がない（全てＯＫ）。
（１−２）一部の種類の電子回路基板については電気特性を改善する必要がないが、残りの種類の電子回路基板については電気特性を改善する必要がある（一部ＯＫ）。
（１−３）全ての種類の電子回路基板について、電気特性を改善する必要がある（全てＮＧ）。

ある電子回路基板の電気特性について改善の必要があるか否かは、例えば、この電子回路部品の不良率を基準値と比較することによって判断する。すなわち、不良率が基準値以上であれば改善の必要があると判断し、不良率が基準値未満であれば改善の必要はないと判断する。

次に、演算手段１４は、検討部品に紐付けされた遷移状態情報に基づいて、検討部品が既存の電子回路基板に実装された場合に、遷移状態の改善の必要性が下記（２−１）、（２−２）、（２−３）のいずれの状態にあるかによって、検討部品を３種類に分類する。

（２−１）全ての種類の電子回路基板について、遷移状態を改善する必要がない（全てＯＫ）。
（２−２）一部の種類の電子回路基板については遷移状態を改善する必要がないが、残りの種類の電子回路基板については遷移状態を改善する必要がある（一部ＯＫ）。
（２−３）全ての種類の電子回路基板について、遷移状態を改善する必要がある（全てＮＧ）。

ある電子回路基板の遷移状態について改善の必要があるか否かは、例えば、各段階の出来栄えの良否によって判断する。例えば、印刷出来栄え情報のうち、はんだの印刷高さについては、印刷高さの平均値が所定の範囲内にあれば改善の必要はないと判断し、所定の範囲から外れていれば改善の必要があると判断する。

このように、演算手段１４は、検討部品を、電気特性の改善の必要性によって３種類に分類し、遷移状態の改善の必要性によって３種類に分類する。これにより、図５に示すように、演算手段１４は検討部品を合計で９つのカテゴリー（Ｚ、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ）に分類する。

次に、図７のステップＳ５に示すように、演算手段１４は、記憶手段１５に記憶されている対応関係、すなわち、図６に示す検討部品の分類結果と検討部品に紐付けられた初期状態情報のうち検討が必要な項目及び検討方法との対応関係を参照して、検討が必要な項目及び検討方法を絞り込む。図６に示す表において、列はカテゴリーを表しており、行は初期状態情報の項目を表している。表の各欄において、「−」はそのカテゴリーにおいてその項目は検討する必要がないことを表しており、「△」及び「○」は、その項目は検討する必要があることを表している。また、「△」と「○」の違いは検討方法の違いを表している。すなわち、「△」は、異なる種類の電子回路基板間において電気特性又は遷移状態に有意差がある場合には、電気特性又は遷移状態が良好である方の電子回路基板の初期状態を採用するべきことを表している。一方、「○」は、特定の種類の電子回路基板の初期状態を採用するのではなく、最適な初期状態を新たに決定するべきことを表している。
以下、図５及び図６を参照して、この絞り込みの方法について詳細に説明する。

（カテゴリーＺ）
図５に示すように、検討部品を実装した既存の電子回路基板について、（１−１）全ての種類の電子回路基板について電気特性を改善する必要がなく、且つ、（２−１）全ての種類の電子回路基板について遷移状態を改善する必要がない場合には、この検討部品はカテゴリー「Ｚ」に分類される。そして、図６に示すように、検討部品がカテゴリー「Ｚ」に分類された場合は、この検討部品については何も問題がないと判断できるため、検討すべき項目はない。

（カテゴリーＡ）
図５に示すように、検討部品を実装した既存の電子回路基板について、（１−１）全ての種類の電子回路基板について電気特性を改善する必要がなく、且つ、（２−２）一部の種類の電子回路基板については遷移状態を改善する必要がないが、残りの種類の電子回路基板については遷移状態を改善する必要がある場合には、この検討部品はカテゴリー「Ａ」に分類される。

図６に示すように、検討部品がカテゴリー「Ａ」に分類された場合は、電気特性については問題がないため、電子部品（検討部品）自体には問題がないと判断できる。一方、遷移状態については一部の電子回路基板において問題があるため、初期状態のうち、遷移状態に影響を及ぼす可能性がある項目、すなわち、電子部品及び基板等の初期形状、印刷、マウント及びリフローの製造条件、並びに、仕入情報のうちベンダー及びロットごとの電子部品及び基板の外観に関する項目については、検討する必要がある。なお、電子回路基板の電気特性には問題がないため、仕入情報のうち電子部品及び基板の特性については、検討する必要はないと考えられる。そして、検討方法については、遷移状態を改善する必要がない電子回路基板が少なくとも１種類は存在するため、これを手本にして、この電子回路基板の初期状態を採用すればよい。

この検討方法を、具体例を挙げて説明する。
図８（ａ）は基板に対する電子部品の搭載方向を例示する平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示す領域Ｒを例示する一部拡大平面図であり、（ｃ）は横軸に電子部品の搭載方向をとり、縦軸に短絡欠陥の発生率をとって、電子部品の搭載方向が短絡欠陥の発生率に及ぼす影響を例示するグラフ図であり、
図９（ａ）は、横軸にはんだの印刷回数をとり、縦軸に短絡欠陥の発生率をとって、はんだの印刷回数が短絡欠陥の発生率に及ぼす影響を例示するグラフ図であり、（ｂ）は、横軸にはんだの印刷回数をとり、縦軸に断線欠陥の発生率をとって、はんだの印刷回数が断線欠陥の発生率に及ぼす影響を例示するグラフ図であり、
なお、図８（ｃ）並びに図９（ａ）及び（ｂ）において、各プロットは月ごとの不良率を表しており、プロットの種類の違いは電子回路基板の種類の違いを表している。

図８（ａ）に示すように、基板５１上に電子部品５２を搭載する場合には、電子部品５２の長手方向がはんだの印刷方向に対して平行になるように搭載する方法と、電子部品５２の長手方向がはんだの印刷方向に対して垂直になるように搭載する方法とがある。図８（ｂ）に示すように、前者の場合は、電子部品５２のコネクタ５３の配列方向が印刷方向に対して平行になり、後者の場合は、コネクタ５３の配列方向が印刷方向に対して垂直になる。このような電子部品の搭載方向は、基板と電子部品との組合せに関する初期形状情報であり、初期状態情報に該当する。一方、リフロー工程においては、リフロー後の電子回路基板について、回路の短絡及び断線の有無を検査する。この検査の結果はリフロー後の外観情報にあたり、遷移状態情報に該当する。

図８（ｃ）に示すように、同じ種類の印刷装置によって製造された既存の電子回路基板について、電子部品の搭載方向と短絡欠陥との相関関係を単回帰分析により調査した結果、電子部品を印刷方向に対して平行に搭載した場合は、垂直に搭載した場合と比較して、短絡欠陥の発生率が低い範囲で安定した。このため、電子部品を垂直に搭載した電子回路基板については遷移状態を改善する必要があり、電子部品を平行に搭載した電子回路基板については遷移状態を改善する必要がなかった。このように、初期状態の差異によって遷移状態に有意差が認められ、且つ、少なくとも１種類の電子回路基板について遷移状態を改善する必要がないと判断された場合には、設計対象となっている電子回路基板については、遷移状態を改善する必要がない電子回路基板の初期状態を採用する。すなわち、この電子部品は、はんだの印刷方向に対して平行に搭載する。

また、図９（ａ）及び（ｂ）に示すように、はんだの印刷回数を２回に設定すると、１回に設定した場合と比較して、短絡欠陥の発生率及び断線欠陥の発生率の双方が低減した。この場合、はんだの印刷回数は印刷条件であるから初期状態情報にあたり、短絡欠陥及び断線欠陥の発生率は遷移状態情報にあたる。そして、印刷回数が１回である場合は、遷移状態を改善する必要があり、印刷回数が２回である場合は、遷移状態を改善する必要がない。従って、はんだの印刷回数は２回とする。

（カテゴリーＢ）
図５に示すように、検討部品を実装した既存の電子回路基板について、（１−１）全ての種類の電子回路基板について電気特性を改善する必要がなく、且つ、（２−３）全ての種類の電子回路基板について遷移状態を改善する必要がある場合には、この検討部品はカテゴリー「Ｂ」に分類される。

図６に示すように、検討部品がカテゴリー「Ｂ」に分類された場合は、カテゴリー「Ａ」と同様に、電気特性については問題がないため、電子部品（検討部品）自体には問題がないと判断できる。一方、遷移状態については、全ての電子回路基板について問題があるため、初期状態のうち、遷移状態に影響を及ぼす可能性がある項目、すなわち、電子部品及び基板等の初期形状、印刷、マウント及びリフローの製造条件、並びに、仕入情報のうちベンダーごとの電子部品の外観及びベンダーごとの基板の外観に関する項目については、検討する必要がある。なお、電子回路基板の電気特性には問題がないため、仕入情報のうち、電子部品の特性及び基板の特性については、検討する必要はないと考えられる。また、全ての電子回路基板の遷移状態に問題が発生しているため、電子部品又は基板のロット単位の異常であるとは考えにくい。そして、検討方法については、全ての電子回路基板の遷移状態に問題が発生しており、手本となる電子回路基板が存在しないため、特定の電子回路基板の初期状態を採用するのではなく、最適な初期状態を新たに決定する必要がある。

この初期状態の決定は、例えば、検討部品に紐付けされた初期状態情報の全因子を用いて、重回帰分析又はＭＴ法（Mahalanobis-Taguchi法）等の統計的手法によって行えばよい。例えば、検討すべき項目のパラメータをａ_１、ａ_２、・・・ａ_ｎとするとき、この検討部品を用いた電子回路基板の不良率を表す関数ｆ（ａ_１、ａ_２、・・・ａ_ｎ）を重回帰分析によって求め、この関数ｆ（ａ_１、ａ_２、・・・ａ_ｎ）が最小値を取るようなパラメータ（ａ_１、ａ_２、・・・ａ_ｎ）の組合せを決定する。

（カテゴリーＣ）
図５に示すように、検討部品を実装した既存の電子回路基板について、（１−２）一部の種類の電子回路基板については電気特性を改善する必要がないが、残りの種類の電子回路基板については電気特性を改善する必要があり、且つ、（２−１）全ての種類の電子回路基板について遷移状態を改善する必要がない場合には、この検討部品はカテゴリー「Ｃ」に分類される。

図６に示すように、検討部品がカテゴリー「Ｃ」に分類された場合は、遷移状態については問題がないため、初期状態情報のうち電子回路基板の外観に関する項目、すなわち、電子部品及び基板等の初期形状情報、印刷、マウント及びリフローの製造条件情報、並びに、仕入情報のうち電子部品の外観及び基板の外観に関する項目については、検討する必要がないと考えられる。一方、電気特性については、一部の電子回路基板において問題があるため、初期状態のうち、電気特性に影響を及ぼす可能性がある項目、すなわち、ベンダー及びロットごとの電子部品の特性及び基板の特性については、検討する必要がある。そして、この検討方法については、電気特性を改善する必要がない電子回路基板が少なくとも１種類は存在するため、これを手本にして、この電子回路基板の初期状態を採用すればよい。

この検討方法を、具体例を挙げて説明する。
図１０は、横軸に電子部品のベンダーをとり、縦軸に電子回路基板の不良率をとって、電子部品のベンダーと電子回路基板の不良率との相関関係を例示するグラフ図である。
図１０において、各プロットは月ごとの不良率を表しており、プロットの種類の違いは電子回路基板の種類の違いを表している。

図１０に示すように、電子部品のベンダーをＡ社とした場合は、この電子部品を実装した電子回路基板は不良率のばらつきが大きく、且つ全体的に不良率が高く、改善の必要があった。一方、電子部品のベンダーをＢ社とした場合は、電子回路基板の不良率が低く、且つ安定しており、改善の必要がなかった。この場合、ベンダーは初期状態に該当し、電子回路基板の不良率は電気特性に該当する。そして、設計対象となっている電子回路基板については、電気特性を改善する必要がない電子回路基板の初期状態を採用する。すなわち、電子部品のベンダーをＢ社とする。なお、図１０に示すデータに関して、不良モード別に単回帰分析を行ってもよい。

（カテゴリーＤ）
図５に示すように、検討部品を実装した既存の電子回路基板について、（１−２）一部の種類の電子回路基板については電気特性を改善する必要がないが、残りの種類の電子回路基板については電気特性を改善する必要があり、且つ、（２−２）一部の種類の電子回路基板については遷移状態を改善する必要がないが、残りの種類の電子回路基板については遷移状態を改善する必要がある場合には、この検討部品はカテゴリー「Ｄ」に分類される。

図６に示すように、検討部品がカテゴリー「Ｄ」に分類された場合は、初期状態のうち検討すべき項目及び方法は、カテゴリー「Ａ」の場合に検討すべき項目及び方法と、カテゴリー「Ｃ」の場合に検討すべき項目及び方法との和になる。すなわち、遷移状態については、一部の電子回路基板は改善の必要がなく、残りの電子回路基板は改善の必要があるため、初期状態のうち遷移状態に影響を及ぼす可能性がある項目（初期形状、製造条件、ベンダーごとの外観、ロットごとの外観）については、遷移状態を改善する必要がない電子回路基板の初期状態を採用する。また、電気特性についても、一部の電子回路基板は改善の必要がなく、残りの電子回路基板は改善の必要があるため、初期状態のうち電気特性に影響を及ぼす可能性がある項目（ベンダーごとの特性、ロットごとの特性）については、電気特性を改善する必要がない電子回路基板の初期状態を採用する。

（カテゴリーＥ）
図５に示すように、検討部品を実装した既存の電子回路基板について、（１−２）一部の種類の電子回路基板については電気特性を改善する必要がないが、残りの種類の電子回路基板については電気特性を改善する必要があり、且つ、（２−３）全ての種類の電子回路基板について遷移状態を改善する必要がある場合には、この検討部品はカテゴリー「Ｅ」に分類される。

図６に示すように、検討部品がカテゴリー「Ｅ」に分類された場合は、初期状態のうち検討すべき項目及び方法は、カテゴリー「Ｂ」の場合に検討すべき項目及び方法と、カテゴリー「Ｃ」の場合に検討すべき項目及び方法との和になる。すなわち、遷移状態については、全ての電子回路基板において問題があるため、初期状態のうち遷移状態に影響を及ぼす可能性がある項目（初期形状、製造条件、ベンダーごとの外観）については、重回帰分析等により、最適な初期状態を新たに決定する必要がある。また、電気特性については、一部の電子回路基板は改善の必要がなく、残りの電子回路基板は改善の必要があるため、初期状態のうち電気特性に影響を及ぼす可能性がある項目（ベンダーごとの特性、ロットごとの特性）について、電気特性を改善する必要がない電子回路基板の初期状態を採用する。

（カテゴリーＦ）
図５に示すように、検討部品を実装した既存の電子回路基板について、（１−３）全ての種類の電子回路基板について電気特性を改善する必要があり、且つ、（２−１）全ての種類の電子回路基板について遷移状態を改善する必要がない場合には、この検討部品はカテゴリー「Ｆ」に分類される。

図６に示すように、検討部品がカテゴリー「Ｆ」に分類された場合は、遷移状態については問題がないため、初期状態のうち電子回路基板の外観に関する項目（初期形状、製造条件、ベンダーごとの外観、ロットごとの外観）については、検討する必要がないと考えられる。一方、電気特性については、全ての電子回路基板において問題があるため、初期状態のうち、電気特性に影響を及ぼす可能性がある項目（ベンダーごとの特性、ロットごとの特性）については、検討する必要がある。そして、この検討方法については、全ての電子回路基板の電気特性に問題が発生しており、手本となる電子回路基板が存在しないため、特定の電子回路基板の初期状態を採用するのではなく、例えば重回帰分析等により、最適な初期状態を新たに決定する必要がある。

（カテゴリーＧ）
図５に示すように、検討部品を実装した既存の電子回路基板について、（１−３）全ての種類の電子回路基板について電気特性を改善する必要があり、且つ、（２−２）一部の種類の電子回路基板については遷移状態を改善する必要がないが、残りの種類の電子回路基板については遷移状態を改善する必要がある場合には、この検討部品はカテゴリー「Ｇ」に分類される。

図６に示すように、検討部品がカテゴリー「Ｇ」に分類された場合は、初期状態のうち検討すべき項目及び方法は、カテゴリー「Ａ」の場合に検討すべき項目及び方法と、カテゴリー「Ｆ」の場合に検討すべき項目及び方法との和になる。すなわち、遷移状態については、一部の電子回路基板は改善の必要がなく、残りの電子回路基板は改善の必要があるため、初期状態のうち遷移状態に影響を及ぼす可能性がある項目（初期形状、製造条件、ベンダーごとの外観、ロットごとの外観）については、遷移状態を改善する必要がない電子回路基板の初期状態を採用する。また、電気特性については、全ての電子回路基板において問題があるため、初期状態のうち電気特性に影響を及ぼす可能性がある項目（ベンダーごとの特性、ロットごとの特性）については、最適な初期状態を新たに決定する。

（カテゴリーＨ）
図５に示すように、検討部品を実装した既存の電子回路基板について、（１−３）全ての種類の電子回路基板について電気特性を改善する必要があり、且つ、（２−３）全ての種類の電子回路基板について遷移状態を改善する必要がある場合には、この検討部品はカテゴリー「Ｈ」に分類される。

図６に示すように、検討部品がカテゴリー「Ｈ」に分類された場合は、初期状態のうち検討すべき項目及び方法は、カテゴリー「Ｂ」の場合に検討すべき項目及び方法と、カテゴリー「Ｆ」の場合に検討すべき項目及び方法との和になる。すなわち、遷移状態については、全ての電子回路基板において問題があるため、初期状態のうち遷移状態に影響を及ぼす可能性がある項目（初期形状、製造条件、ベンダーごとの外観、ロットごとの外観）については、最適な初期状態を新たに決定する。また、電気特性についても、全ての電子回路基板において問題があるため、初期状態のうち電気特性に影響を及ぼす可能性がある項目（ベンダーごとの特性、ロットごとの特性）についても、最適な初期状態を新たに決定する。
このようにして、演算手段１４は、検討部品をカテゴリー「Ｚ」、「Ａ」〜「Ｈ］の９つのカテゴリーに分類する。

次に、図７のステップＳ６に示すように、演算手段１４は、上述の分類結果及び図６に示す対応関係に基づいて、検討部品について、検討が必要な項目及び検討方法を、入出力手段１６を介して出力する。このとき、検討方法が図６に示す「△」である場合、すなわち、初期状態として改善の必要がない電子回路基板の初期状態を採用する場合には、この採用すべき初期状態の内容も併せて出力する。例えば、上述の図８〜図９に示す例では、電子部品の搭載方向をはんだの印刷方向に対して平行とし、はんだの印刷回数を２回とし、検討部品のベンダーをＢ社とする旨を出力する。

電子回路基板の設計者は、この出力結果により、電子回路基板に実装する電子部品について検討すべき項目及び検討方法を把握し、また、採用すべき初期状態を知見して、電子回路基板の設計に役立てる。このようにして、本実施形態によれば、電子回路基板の設計を支援することができる。

次に、本実施形態の効果について説明する。
本実施形態に係る設計支援システム１は、電子回路基板の設計に際して、電気特性情報及び遷移状態情報に基づいて、設計対象である電子回路基板に搭載する予定の各電子部品について、初期状態情報のうち検討すべき項目及び検討する方法を出力することができる。これにより、電子回路基板の設計に際して設計者に検討項目及び検討方法を絞り込ませることができる。この結果、絞り込みに要する時間を省略でき、また、検討不要な項目を検討することによる無駄な時間を省くと共に、検討すべき項目を検討しないことによる製造段階から設計段階への後戻りを防止することができる。これにより、電子回路基板の設計の効率化を図ることが可能となる。

また、本実施形態によれば、完成した電子回路基板の電気特性情報だけでなく、中間工程における遷移状態情報も参照して検討項目及び検討方法を絞り込んでいるため、精度が高い絞り込みが可能となる。

更に、本実施形態によれば、設計対象としている電子回路基板以外の電子回路基板であって、検討対象となる電子部品（検討部品）を搭載した他の種類の電子回路基板の情報を利用しているため、設計対象としている電子回路基板がまだ製造されておらず、この電子回路基板に関する情報が存在しない段階においても、的確な絞り込みを行い、設計を支援することができる。

以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。例えば、前述の実施形態に対して、当業者が適宜、工程又は装置の追加、削除、変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含有される。

例えば、本実施形態において、設計対象であった電子回路基板が設計され、一定量製造された後に、設計の見直しを行うような場合には、この設計対象である電子回路基板自体の情報、すなわち、初期状態情報、遷移状態情報及び電気特性情報も加えて、上述の設計支援を行ってもよい。

また、本実施形態においては、電気特性及び遷移状態についての見直しの必要性を、電子回路基板の種類ごとに判断する例を示したが、同一の種類の電子回路基板において、初期状態ごとに判断してもよい。これにより、演算量は増大するが、より精密な分析が可能となる。

更に、本実施形態においては、検討対象となる電子部品（検討部品）を搭載した電子回路基板に関する情報を使用したが、この他に、検討部品に類似した電子部品を搭載した電子回路基板に関する情報を加えてもよい。これにより、分析の対象とする情報量を増やすことができるため、検討部品を搭載した電子回路基板に関する情報が少ない場合などに、分析の精度を高めることができる。

更にまた、本実施形態においては、設計支援システム１に記憶手段１５が設けられており、記憶手段１５には分析結果と検討項目・方法との対応関係（図６参照）が記憶されており、設計支援システム１は分析結果に応じて検討項目・方法を出力する例を示したが、設計支援システムには対応関係を記憶した記憶手段は設けられていなくてもよい。この場合は、例えば、図６に示す対応関係が印刷された書類を設計者が保持する。そして、設計支援システムは検討部品の分類結果のみを出力し、設計者がその分類結果に基づいて、書類を見て検討項目・方法を判断すればよい。

本発明の実施形態に係る電子回路基板の設計支援システムを例示するブロック図である。初期状態データベースに記憶された情報を例示する図である。遷移状態データベースに記憶された情報を例示する図である。電気特性データベースに記憶された情報を例示する図である。電子部品の分類方法を例示する図である。電子部品の分類結果と初期状態情報のうち検討が必要な項目及び検討方法との対応関係を例示する図である。本実施形態に係る設計支援方法を例示するフローチャート図である。（ａ）は基板に対する電子部品の搭載方向を例示する平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示す領域Ｒを例示する一部拡大平面図であり、（ｃ）は横軸に電子部品の搭載方向をとり、縦軸に短絡欠陥の発生率をとって、電子部品の搭載方向が短絡欠陥の発生率に及ぼす影響を例示するグラフ図である。（ａ）は、横軸にはんだの印刷回数をとり、縦軸に短絡欠陥の発生率をとって、はんだの印刷回数が短絡欠陥の発生率に及ぼす影響を例示するグラフ図であり、（ｂ）は、横軸にはんだの印刷回数をとり、縦軸に断線欠陥の発生率をとって、はんだの印刷回数が断線欠陥の発生率に及ぼす影響を例示するグラフ図である。横軸に電子部品のベンダーをとり、縦軸に電子回路基板の不良率をとって、電子部品のベンダーと電子回路基板の不良率との相関関係を例示するグラフ図である。

符号の説明

１設計支援システム、１１初期状態データベース、１２遷移状態データベース、１３電気特性データベース、１４演算手段、１５記憶手段、１６入出力手段、５１基板、５２電子部品、５３コネクタ、１０１製品設計段階、１０２工程設計段階、１０３製造段階、１０４市場投入段階、Ｒ領域

Claims

基板上に電子部品が実装された電子回路基板の設計支援システムであって、
前記基板、前記電子部品、前記電子回路基板の製造条件について、電子回路基板の製造を開始する前に決定される事項に関する初期状態情報が複数の項目に分けて記憶された初期状態データベースと、
前記電子回路基板の製造の中間工程における外観評価の結果を表す遷移状態情報が記憶された遷移状態データベースと、
前記電子部品が実装された電子回路基板の電気的特性を示す電気特性情報が記憶された電気特性データベースと、
前記遷移状態情報に基づいて遷移状態の改善の必要性を分類し、前記電気特性情報に基づいて電気特性の改善の必要性を分類し、前記遷移状態の改善の必要性の分類結果及び前記電気特性の改善の必要性の分類結果に基づいて、前記電子部品を分類する演算手段と、
前記電子部品の分類結果と前記初期状態情報のうち検討が必要な前記項目との対応関係、及び、前記検討が必要な項目の検討方法が記憶された記憶手段と、
を備え、
前記演算手段は、前記電子部品の分類結果及び前記記憶手段に記憶された前記対応関係に基づいて、前記検討が必要な項目及び前記検討方法を出力することを特徴とする電子回路基板の設計支援システム。
前記遷移状態情報には、
基板にはんだを印刷したときの印刷状態を示す印刷出来栄え情報と、
前記はんだが印刷された基板上に前記電子部品をマウントしたときのマウント状態を示すマウント出来栄え情報と、
前記はんだを加熱して前記電子部品を前記基板にはんだ付けしたときの外観状態を示すリフロー後の外観情報と、
が含まれることを特徴とする請求項１記載の電子回路基板の設計支援システム。
前記電気特性情報には、
工場内で実施される電子回路基板の電気検査及び動作試験の結果に関する情報と、
市場における一定期間内の不良モード別の不良発生率に関する情報と、
が含まれることを特徴とする請求項１または２に記載の電子回路基板の設計支援システム。
前記初期状態情報、前記遷移状態情報及び前記電気特性情報は、設計支援の対象となっている前記電子回路基板以外の他の種類の電子回路基板に前記電子部品が実装された場合の情報も含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の電子回路基板の設計支援システム。
前記演算手段は、
前記電気特性情報に基づいて、前記電子部品が前記他の種類の電子回路基板に実装された場合に、
全ての種類の電子回路基板について改善の必要がないか、
一部の種類の電子回路基板については改善の必要がないが残りの種類の電子回路基板については改善の必要があるか、又は、
全ての種類の電子回路基板について改善の必要があるか、
の３種類に分類し、
前記遷移状態情報に基づいて、前記電子部品が前記他の種類の電子回路基板に実装された場合に、
全ての種類の電子回路基板について改善の必要がないか、
一部の種類の電子回路基板については改善の必要がないが残りの種類の電子回路基板については改善の必要があるか、又は、
全ての種類の電子回路基板について改善の必要があるか、
の３種類に分類する
ことを特徴とする請求項４記載の電子回路基板の設計支援システム。