JPH0831108B2 - 混成集積回路化設計した混成集積回路板の作製方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、混成集積回路化設計により混成集積回路板
の作製方法に関するものであり、更に詳しくは納期が短
縮でき、しかも熟練を要さずに混成集積回路化設計する
ことができるばかりでなく、多品種少量生産、開発試作
用、量産用に自由に変更することができる混成集積回路
化設計により混成集積回路板を作製する方法に関するも
のである。

〔従来の技術〕

従来、混成集積回路は、絶縁基板上に種々の電子部品
を取り付け、電子回路を厚膜技術又は薄膜技術を用いて
形成し、これにパッケージを施したもので、１個の機能
的部品としてのイメージを有するものであった。そして
この混成集積回路は、モノリシック集積回路や他の部品
と共にプリント基板上に実装して使用していた。

従来、ユーザーが混成集積回路メーカーに回路の混成
集積回路化を依頼する場合、ユーザー側が回路設計、検
証等を行い、それに基づいてメーカー側が混成集積回路
化設計を担当する。いわゆるOEM（相手先ブランドによ
る製造）が広く行われている。具体的には第６図に示さ
れるように、混成集積回路化設計に際して、ユーザー側
が機能仕様、回路設計、回路検証を行い、ついで
メーカー側では、混成集積回路化設計、プロトタイ
プ作製及び試作、機能確認、量産試作または量産を
行うことからなる。

ユーザー側が行う回路検証では、回路設計時、最終的
にバラック実験、ブレッドボードテストと呼ばれる回路
動作の検証や温度の影響等について調査される。

最近、回路規模が大規模化してくる傾向にあり、その
ような場合、集積回路化において、いかにモノリシック
集積回路にまとめて部品点数を減らすかということが行
われている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、大規模化した回路の場合には、ユーザ
ー側が行う回路検証において、実験の進め方や結果の判
断等に対する設計者に熟練が益々必要となり、ユーザー
側においても十分な対応が困難となってきた。

また回路規模が大きくなってくると、混成集積回路を
全て作りあげてからでは、回路機能の故障ないし不良が
発生して信頼性の低下が起った場合、その故障解析や原
因追求、さらにはその改善ならびに予防対策が非常に困
難になってきた。

さらにその都度モノリシック集積回路化することは、
技術的に可能であってもコスト高となり、経済的に不利
となることが多い。

以上のことからみて、OEMの場合は、開発期間が長
く、また開発費用が多くかかる等の問題があった。また
メーカー側が標準品として回路から設計する場合も同様
のことが言える。

そこで、本発明者は、前記の問題点に鑑み、開発期間
の短縮を主に種々検討を重ねた結果、標準実装回路基板
を用いて混成集積回路化設計を行うことにより解決され
ることを見出し、これに基づいて本発明はなされたもの
である。

したがって、本発明の第１の目的は、開発期間を短縮
すると共に、ユーザー側の設計難度を軽減することがで
きる混成集積回路化設計した混成集積回路板の作製方法
を提供することにある。

まだ本発明の第２の目的は、回路どうしの組合せによ
り大規模混成集積回路の歩留まりを向上することができ
る混成集積回路化設計した混成集積回路板の作製方法を
提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

したがって、本発明の前記諸目的は、（ａ）混成集積
回路用の基板の外径寸法を幅Ｗ、長さＬおよび厚さｔと
した場合Ｗ＝2.54mm×ｎまたはＷ＝2.54mm×n^-1 Ｌ＝2.54mm×ｍまたはＬ＝2.54mm×m^-1 ｔ＝2.54mm×ｌまたはｔ＝2.54mm×l^-1 （但し、式中、n,m,lは正の整数である。）で表される
外径寸法から形成し得る標準基板を作製し、 （ｂ）該標準基板に、できるだけ多くの回路を形成して
標準実装回路板を作製し、該標準実装回路板の外径寸法
を幅Ｗ、長さＬ、高さＨとした場合、Ｗ、Ｌ、Ｈを2.54
倍で表すと共に、該標準実装回路板上の回路の電気的特
性を測定し、 （ｃ）更に該標準実装回路板に実装されている回路、電
子部品、パターン、プロセス等の条件を決定し、 （ｄ）得られた（ｂ）の外径寸法、（ｂ）の回路の電気
的特性および（ｃ）の各条件をそれぞれコンピュータに
入力する手順でデータ・ベースを構築し、該データ・ベ
ースから混成集積回路化設計に必要な標準実装回路板を
複数取り出し、これらの標準実装回路板を組合せ、かつ
電気的配線を施すことを特徴とする混成集積回路化設計
した混成集積回路板の作製方法によって達成される。

次ぎに本発明を更に具体的に説明する。

第１図は、本発明の混成集積回路化設計する際の作業
工程図であり、まずメーカー側は、予め（１）機能仕
様、（２）回路設計、（３）回路検証を行い、ついで
（４）標準実装回路基板の設計、（５）試作、（６）機
能確認を行い、これらの情報（または条件ともいう。）
をコンピュータのデータ・ベースに入力しておく。

ユーザー側は、（７）機能仕様に従い、（８）回路の
選択とこれらの組合せを行い、メーカー側に依頼する。

メーカー側は、それに基づいて（９）プロトタイプの
作製・試作、（10）機能確認、（11）量産試作または量
産を行うことからなる。

本発明で用いられる標準実装回路板とは、厚膜基板上
にベアチップ等の部品を実装し、回路として完成した回
路基板、即ち実装回路板の外径寸法を標準化したもので
あり、標準化が、具体的に実装回路基板の外径寸法を幅
Ｗ、長さＬおよび高さＨとした場合、 Ｗ＝2.54mm×ｎ または Ｗ＝2.54mm×n^-1 Ｌ＝2.54mm×ｍ または Ｌ＝2.54mm×m^-1 Ｈ＝2.54mm×ｌ または Ｈ＝2.54mm×l^-1 （ただし、n,m,lは正の整数である。）で表したもので
ある。

この標準実装回路基板は、該基板の寸法を2.54mm倍し
たものからなるが、この理由は一般的にICやハイブリッ
ドICのリード端子ピッチ間隔がインチ単位を使用してい
るため、このインチ単位をmm単位に換算すると、１イン
チ＝25.4mmとなる。特にリード端子ピッチ間隔はmmに換
算すると、2.54mmとなり、しかも25.4mmの倍数が多く使
われている関係上、これを納めるパッケージの内部寸法
が2.54mmの倍数になっているため、標準実装回路基板の
寸法も2.54mmの倍数になっていた方が、一般に広く出回
っているパッケージに納め易いからである。また電気的
特性の測定においても、テスト治具を作製する際に寸法
が標準化されば、異なる回路を同一の治具でテストし易
い利点があり、実際にパッケージ中に実装してから電気
的特性を測定する場合でも、標準実装回路基板の寸法を
2.54mmの倍数にしておくとパッケージに実装し易いとい
う利点がある。これにより各種の種類分けされた外径寸
法で標準化されたものが得られる。

前記の標準実装回路板のデータは、各種寸法の標準実
装回路基板に形成された回路を中心にコンピュータ上で
階層構造のファイルにしておく。

すなわち、これらの標準実装回路基板には、形成する
ことができる、できるだけ多くの回路とその回路機能を
測定し、更にこの回路の種類、例えば頻繁に仕様される
アナログ回路やデジタル回路等の回路（例えば、ダイオ
ードアレイ、ダイオードブリッジ、エミッターフォロワ
ー、インバータ、スイッチ、オペアンプ回路、バッファ
ー等のアナログ回路やデジタルカイロ等）、部品の種類
（例えばモノリシック集積回路、トランジスター、ダイ
オード、チップコンデンサー、抵抗等）、パターン、外
径寸法、プロセス等の条件を決定し、これらをコンピュ
ータのデータ・ベースに入力しておく。このような入力
しておく回路としては、特に高精度アナログ回路が好ま
しい。

この条件としては、具体的に回路または回路図、回路
定数、部品、材料、パターンまたはパターン図、工程、
これらの利用技術および利用技術の条件（例えば温度、
時間、装置等）が挙げられる。実際、回路の設計工程
は、まず機能仕様を決定し、次にどのような回路にする
かを考え、機能仕様を満足するように種々の計算をしな
がら回路構成と回路定数を決める。

このようにして得られた回路を実際に試験で動作さ
せ、電気的特性を測定し、機能仕様を満足するまで回路
構成や回路定数を変化させて改良していくことによっ
て、機能仕様を満足する混成集積回路板を作製するが、
これらの要素は、例えば回路の場合、回路構成が同じで
も、回路定数や、実装する電子部品、パターン、プロセ
ス等によって機能仕様が変化するので、本発明では、予
めできるだけ多くの回路とそれに実装される電子部品、
パターン、プロセスは勿論のこと、標準実装回路基板の
製造条件、即ち製造に用いられる装置、製造温度、時間
等の条件を個々の標準実装回路板について、実際にこれ
らの条件下で製造し、得られた回路板の電気的特性を測
定し、機能仕様を満足するまで回路構成や回路定数を変
化させ改良した情報をコンピュータのデータ・ベースに
一つ一つ入力する。

即ち前記の要素について、直接、セラミック基板上に
厚膜技術で回路を印刷、乾燥、焼成して回路を形成する
ことによりハイブリッドICの基板を作製し、この基板上
で直接ハイブリッドICのための標準実装回路板を作り、
電気的特性を測定し、仕様機能を満足した場合の回路構
成、回路定数、実装する電子部品、パターン、プロセス
等を再現性を確保するためにあらかじめできるだけ多く
の基本要素的な回路、回路定数、実装しうる電子部品、
パターン、プロセス等について細かく条件を決定するよ
うに、標準実装回路板として試作、評価したデータをコ
ンピュータのデータ・ベースに入力しておく必要があ
る。これにより回路構成と回路定数を決めるための計算
は、コンピューターの回路シュミレーションで行うこと
ができ、したがって予備実験を省くことができる。

前記の内容（回路設計工程、ハイブリッドIC用標準実
装回路基板設計・試作・評価工程）は、ハイブリッドIC
メーカー側が行う内容であり、ユーザー側ではメーカー
側の提示するデータベース化し階層構造化されたこれら
のデータのうち、まず機能仕様の満足する回路を選択す
る、この際、ユーザーには製造方法（使用電子部品、回
路全体の詳細なパターン図、プロセス等）は、たいして
重要な情報ではないので、低い階層構造に隠されていて
良い。

ユーザーの回路の選択では、他に標準実装回路基板の
外形寸法と電気的入出力部、電源供給部等の位置などが
必要となるかもしれないので、各回路の機能仕様の次の
階層におき、データを見れるようにしておく。

ユーザーは、設計時に各回路を機能仕様と寸法等によ
り選択し、レイアウト（この場合ほとんど各回路を配
置）するだけでよい。

この仕様を受けてメーカー側では、この情報を基に各
選択された回路の階層情報としての作り方やプロセス条
件としての装置や温度、時間等をデータベースより取り
出し、実際に仕様に応じた混成集積回路板を生産する。

なお、メーカー側ではあらかじめ各ブロック（標準実
装回路基板）の作り方やプロセス条件を記録し、さらに
は回路の動作実験を行って機能仕様を作成し、これをデ
ータ・ベースに入力しておく必要がある。この情報をユ
ーザー側で見て、機能仕様設計（ユーザー側では標準実
装回路基板よりも回路規模の大きな回路を設計してお
り、その回路の機能仕様）の際に、アンプや発振器、AD
C（アナログディジタルコンバーター）、DAC（ディジタ
ルコンバーター）等の基本要素的な回路をその回路の機
能仕様や標準実装回路基板の寸法で選択し、ユーザー所
望の回路を組み上げることにより機能仕様設計に沿った
ものを得ることができる。

従って、メーカー側では、あらかじめ出来るだけ多く
の基本要素的な回路を標準実装回路板として試作・評価
してコンピュータのデータ・ベースに入力する。

前記の部品やプロセス等は、通常、混成集積回路技術
において慣用されている方法等が使用され、得られた回
路の電気的検査は、プローブやプローブカードを利用
し、プロービングして測定することができる。

以上のようにして得られた標準実装回路板は、モノリ
シック集積回路のベアチップと同じような状態のもの
で、パッケージを施していないだけであって、回路機能
的には完成しているものである。即ち従来の混成集積回
路における半完成品を電気的特性や外径寸法を標準化し
たものである。

またこの標準実装回路板は、これらを電気的に組合せ
ることにより、大規模な回路を構成することができ、さ
らに個々の標準実装回路板は、既存の全ての種類のパッ
ケージ（SIP,PGA,QFP,CLCC等）に個別に完成することも
できる。また大型のパッケージ、例えば１インチ×１イ
ンチあるいは１インチ×２インチの外径寸法のパッケー
ジ等上でタイルを配置する如く隣合わせて配置したり、
他の基板（本基板や従来の混成集積回路基板等）上に搭
載したり、さらには多段に積み重ねたりする構造にし
て、これらの標準実装回路基板間を配線することができ
る。

本発明で用いられる標準実装回路基板は、これらを組
合わせることによって、回路を形成して、プロトタイプ
用や多品種少量品ないし試作品の作製に利用することが
できるが、量産時には、コンピュータのデータ・ベース
のデータを用いて基本的に１枚の基板からなる従来の混
成集積回路の基板に変換することができる。

本発明の混成集積回路化設計する方法は、光集積回
路、パワーIC、高周波IC、アナログ−デジタル混在IC等
の用途に広く応用することができる。

〔作用〕

本発明は、標準実装回路基板を作製し得る条件をコン
ピュータのデータ・ベースに入力してあるから、各外径
寸法の標準実装回路基板を直ちに取り出せるので、ユー
ザーの提示した回路から混成集積回路化設計をする際、
前記のデータ・ベースから複数の標準実装回路基板を取
り出し、基板上に配置し、これらを電気的に配線するこ
とにより、少量生産品または試作品等を容易に作ること
ができる。さらに量産時には基本的に１枚の基板からな
る従来の混成集積回路の基板に変換することができる。

〔実施例〕

次に本発明を図面を参照しながら実施例で、更に詳細
に説明するが、これは本発明に１実施態様であって、本
発明はこれに限定されるものではない。

実施例 第２図は、本発明の混成集積回路化設計する際の設計
手順を示したもので、予めコンピュータのデータ・ベー
スには、回路ブロックの電気的特性および外径寸法等に
関するデータが入力されている。

まずユーザー側では、第２図において、 （イ）全体の外径寸法を決定し（第４図、ａの符号１参
照） （ロ）コンピュータのデータ・ベース中の回路ブロック
の中から電気的特性のうち、必要なブロックを選択す
る。この操作は、EWS（エンジニアリング・ワーク・ス
テーション）を使用して行う。（第４図、ａの符号〜
参照） （ハ）選択した各ブロックを前記の全体外径寸法内に配
置する。（第４図、ａの符号21〜26参照） 以上でユーザー側の作業は終了し、次にメーカー側の
作業に入る。

（ニ）ユーザー側の機能仕様設計に沿った混成集積回路
板の作製を、配線基板に標準実装回路板を実装すること
により行う。まず配線パターンおよび配線基板の作製を
行う。この基板の寸法は、幅Ｗ＝25.4mm、長さＬ＝50.8
mm、高さＨ＝0.635mmのものを選択し、該基板上に形成
される配線パターンは、この技術分野において慣用され
ている方法を使用して作製される。

（ホ）（ニ）で作製された基板上に、（チ）、（リ）、
（ヌ）から作製した各標準実装回路板を実装する。この
標準実装回路板は、寸法が2.54mmの倍数の大きさで、そ
れぞれ異なる寸法の標準実装回路基板を用いて形成され
ており、〜の４個は幅Ｗ＝7.62mm、長さＬ＝7.62m
m、高さＨ＝2.54mmの大きさものが使用され、及び
は、幅Ｗ＝7.62mm、長さＬ＝17.78mm、高さＨ＝2.54mm
の大きさものが使用される。（第４図、ａの符号〜
又はル参照） （ヘ）全体の電気的特性、性能等を検査・検証する。
（第４図、c,d,e参照） （ト）サンプルをパッケージングし、ユーザーに提供す
る。

前記の各標準実装回路板の接続の仕方は、第３図に示
されるように、１段の場合（ａ）、２段の場合（ｂ）、
３段の場合（ｃ）、更に両面に配置する場合等がある。

前記のデータ・ベースへの入力は、第４図に示される
ように、各データは、階層構造となっており、例えば、
第４図のａ）に示されるように、全体外形寸法図のパタ
ーン図が描かれ、ついで第４図のｂ）に示されるよう
に、標準実装回路基板の外形寸法図または外部への接続
パッド等（図示せず）が描かれている。

第４図のｃ）では、標準実装回路板の電気的特性の入
出力関系が見られるようになっている。第４図のｄ）で
は、標準実装回路板の回路図が示され、更に第４図の
ｅ）では、標準実装回路板に搭載される部品の特性を示
した表を見ることができる。

第５図は個々の、標準実装回路板（ａ）によって構成
された少量生産品ないし試作品の状態から量産時の１つ
の実装回路板（ｂ）に変換した状態を示す斜視図であ
る。また、このようにして出来上がった１つの実装回路
板（ｂ）を標準実装回路板として取扱うこともでき、さ
らにこれらを組合わせて回路を形成していくことができ
る階層構造的設計が可能である。

〔発明の効果〕

本発明では、予め標準実装回路板を作製し、この電気
的特性を測定してコンピュータのデータ・ベースに入力
してあるから、以下に示す効果がある。

１）混成集積回路化設計に際し、直ちに混成集積回路の
プロトタイプをつくることができ、開発期間を短縮する
ことができる。

２）試作品から量産化し難いので、歩留りが向上し、経
済的である。

３）必要な標準実装回路板を取り出して、それらを単に
組合せて配線することで混成集積回路化設計ができ、熟
練を必要としないので、ユーザー側の設計難度を軽減す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の混成集積回路化設計する際の作業工
程を示す。 第２図は、本発明の混成集積回路化設計する際の設計手
順を示す。 第３図は、複数の標準実装回路板の接続の仕方を示す断
面図である。 第４図は、本発明の入力データを階層構造として示した
階層構造図である。 第５図は、個々の標準実装回路板（ａ）から量産時の１
つの実装回路板（ｂ）（あるいは１つの実装回路板
（ｂ））に変換したときの状態を示す斜視図である。 第６図は、従来の混成集積回路化設計する際の作業工程
図を示す。 符号の説明 １……基板 11、12、13、２、21、22、23、31、32……標準実装回路
板 ４……ボンディングワイヤー 24、25、26……標準実装回路板 231……部分外径寸法図並びにパターン図 232……電気的特性 233……回路図 234……部品表

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 25/04 Ｚ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】（ａ）混成集積回路用の基板の外径寸法を
   幅Ｗ、長さＬおよび厚さｔとした場合 Ｗ＝2.54mm×ｎまたはＷ＝2.54mm×n^-1 Ｌ＝2.54mm×ｍまたはＬ＝2.54mm×m^-1 ｔ＝2.54mm×ｌまたはｔ＝2.54mm×l^-1 （但し、式中、n,m,lは正の整数である。）で表される
   外径寸法から形成し得る標準基板を作製し、 （ｂ）該標準基板に、できるだけ多くの回路を形成して
   標準実装回路板を作製し、該標準実装回路板の外径寸法
   を幅Ｗ、長さＬ、高さＨとした場合、Ｗ、Ｌ、Ｈを2.54
   倍で表すと共に、該標準実装回路板上の回路の電気的特
   性を測定し、 （ｃ）更に該標準実装回路板に実装されている回路、電
   子部品、パターン、プロセス等の条件を決定し、 （ｄ）得られた（ｂ）の外径寸法、（ｂ）の回路の電気
   的特性および（ｃ）の各条件をそれぞれコンピュータに
   入力する手順でデータ・ベースを構築し、該データ・ベ
   ースから混成集積回路化設計に必要な標準実装回路板を
   複数取り出し、これらの標準実装回路板を組合せ、かつ
   電気的配線を施すことを特徴とする混成集積回路化設計
   した混成集積回路板の作製方法。