JPH10105594A

JPH10105594A - 実装製品の設計品質解析方法及び実装製品の設計品質解析システム

Info

Publication number: JPH10105594A
Application number: JP8260882A
Authority: JP
Inventors: Tosaku Kojima; 東作小島; Tazu Nomoto; 多津野本; Hiroki Iwai; 浩樹岩井; Hayashi Nagami; 速永見
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-10-01
Filing date: 1996-10-01
Publication date: 1998-04-24

Abstract

(57)【要約】【課題】実装製品の品質向上および短期製品開発を同
時に満足して、最適品質設計を行なうこと。【解決手段】基板上に新規な電子部品を接合実装する
新規な接合部を有する実装製品を製造したときの新規な
接合部における少なくとも接合力不足の現象、ブリッジ
現象及、マンハッタン現象の何れかについて、実装製品
のＣＡＤ計算システムと不良解析改訂システムを用いて
解析又は評価し、この解析又は評価された新規な接合部
における少なくとも接合力不足の現象、ブリッジ現象、
マンハッタン現象の何れかについて、所望の不良率の値
を満足するように、実装製品における新規な接合部を設
計する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、基板上に電子部品を接
合実装する電子系実装製品について、製造された品質を
保証して開発効率の向上を図るようにした、実装製品の
設計品質解析方法及び実装製品の設計品質解析システム
に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子系実装製品が作り易い品質であるか
否かを評価する従来の手法としては、設計時にデザイン
・レビューと称して設計や製作や検査等の熟練者が経験
に基づいて品質を判定して、要改良部を指摘する一般的
な手法が知られている。

【０００３】品質の良い実装製品を短期間で開発するた
めには、製造プロセスの精度向上と、設計起因不良
ポテンシャルの未然防止とが、必要である。ところが、
発生した不良が、の製造プロセスによるものか、の
設計に起因した不良かを、同定できる方法がなかった。
また、新部品／新プロセスの場合には、その品質のバラ
ツキ（不良のバラツキ）の分布が予測できず、試作した
後でないとこれを求めることができなかった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来の方法で
は定性的で、評価対象品の品質がどの程度に良いか悪い
かや、改良した場合にどれ位の効果があるかを、客観的
・定量的に表現することが難しい上、設計や生産技術や
検査に十分な経験のある者しか実施することができない
という問題があった。

【０００５】本発明の目的は、上記従来技術の問題を解
決すべく、基板上に電子部品を接続実装する実装製品の
開発において、所望の性能や品質を早期に満足するよう
に設計できるようにした、実装製品の品質解析方法及び
その設計品質解析システムを提供することにある。

【０００６】また、本発明の他の目的は、基板上に電子
部品を接続実装する実装製品の開発において、所望の性
能や品質及び所望の信頼度を早期に満足するように設計
できるようにした、実装製品の品質解析方法及びその設
計品質解析システムを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明による実装製品の設計品質解析方法は、
基板上に電子部品を接合実装する実装製品を製造したと
きの実装製品の品質を、実装製品の設計システムを用い
て解析又は評価し、この解析又は評価された実装製品の
品質が所望の品質を満足するように、実装製品を設計す
る。

【０００８】また、本発明による実装製品の設計品質解
析方法は、基板上に電子部品を接合実装する製品を製造
したときの実装製品の不良率を、実装製品の設計システ
ムを用いて解析又は評価し、この不良率が所望の不良率
を満足するように、実装製品を設計する。

【０００９】また、本発明による実装製品の設計品質解
析方法は、基板上に電子部品を接合実装する実装製品を
製造したときの接合部における少なくとも接合力不足の
現象、ブリッジ現象、マンハッタン現象の何れかについ
て、実装製品の設計システムを用いて解析又は評価し、
これらの解析又は評価された接合部における少なくとも
接合力不足の現象、ブリッジ現象、マンハッタン現象の
何れかについて少なくとも所望の値を満足するように、
実装製品における接合部を設計する。

【００１０】また、本発明による実装製品の設計品質解
析システムは、ＣＡＤ計算システムと不良解析改訂シス
テムとによって構成され、生成された実装図データに基
づいて基板上に実装される各種電子部品分解性評点を選
定して、これら選定された各種電子部品に関する部品設
計情報を生成し、また実装図データに基づいて基板設計
情報を生成し、これらの部品及び基板設計情報から部品
・基板形状データ変換を行う。更に、新たに設計した実
装製品が総合の品質において仕様に対して、余裕をもっ
て満足しているか否かを評価するための許容される不良
率において仕様を満足しているか否かを評価する最適値
決定処理手段と、総合の不良率において仕様を満足して
いるか否かを評価する不良率シミュレータと、ＣＡＤ計
算システムからの部品・基板形状データベースを基に部
品・基板形状属性データ生成を収集し、基板の全部品に
関する部品表に相当する部品・基板データ管理ファイル
と、部品・基板形状データベースに評価のために必要な
情報として入力されるその他のデータを付加し部品毎に
格納した部品・基板情報データベースと、目標不良率を
達成した最終シュミレーション結果を格納した公差最適
値データベースとを、有する。

【００１１】本発明によれば、基板上に電子部品を接合
実装する実装製品について設計する際の、該実装製品の
品質の評価において、（１）経験を必要とせずに、定量的に評価を容易に行う
ことができる。（２）不良率評価だけでなく、性能向上、品質向上及び
短期製品開発という相反する評価項目を統一的に評価す
ることができる。

【００１２】また、本発明によれば、基板上の電子部品
を接合実装する実装製品について設計する際の、該実装
製品の品質又は信頼度の評価が早い段階で実現できるた
め、不具合対策指示が早期にかつ容易に行うことができ
る。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
１〜図１５によって説明する。新たな実装製品（実装装
置）を設計する場合には、総合の性能や品質について仕
様を満足し、かつ、総合の品質について総合良品率から
所望の不良率以下するように設計する必要がある。一
方、電子部品を含め既存の部品については、性能や品質
については、性能や品質について算出できている場合が
ある。しかしながら、電子部品を含め新規の部品につい
ては、性能や品質ついては算出できないばかりでなく、
不良率についても算出できていない場合が多い。そのた
め、新たな高密度の電子部品を、基板にはんだ等の接合
材を用いて接合実装する新たな実装装置を設計する場合
は、早急に総合の性能や品質について仕様を満足し、か
つ、総合の品質について総合良品率から所望の不良率以
下になっていることを評価することができない。

【００１４】そこで、本発明においては、上記した新た
な実装製品（実装装置）を設計した場合に、実装製品の
設計システムによって、早急に、実際に製造した際の総
合の性能や品質について、仕様（所望の不良率以下）を
満足するか否かを評価できるようにする。

【００１５】本発明において取り扱う実装製品は、図２
及び図３に示すように、配線４３が形成された基板上の
例えばランド４２に、ＩＣ素子（半導体パッケージ）５
１ａや、抵抗素子５１ｂや、コンデンサ素子５１ｃや、
コネクタ５１ｄや、接続ピン等の電子部品５１を、はん
だ等の接合材を用いて接合して実装してなるものであ
る。本発明において取り扱う、新たに設計する実装製品
も、新たな高密度の電子部品等も含めて電子部品５１
を、基板上にはんだ等の接合材を用いて接合実装してな
るものである。なお、上記基板４１は多層の配線層を有
する多層基板で形成され、配線にはスルホールを有する
ものであってもよい。

【００１６】上記したように本発明において取り扱う実
装製品は、各種電子部品５１を、配線４３が形成された
基板４１上の例えばランド４２に、はんだ等の接合材を
用いて接合して実装するものであるため、実装製品にお
ける不良としては、実装される各種電子部品５１自体の
不良と、スルホールを含む配線間における断線及び短絡
（断線及び短絡に近い状態：疑似断線及び疑似短絡も含
む）に関する不良と、はんだ等の接合材を用いて接合す
る接合部の不良（接合力不足現象やブリッジ現象やマン
ハッタン現象、あるいはこの他、接合材の不良、搭載位
置ずれ、ランド４２や各種素子の電極やＩＣ素子のリー
ドの不良を含む）等がある。

【００１７】上記した実装製品における不良のうち、接
合部の不良についていま少し詳しく説明する。まず、接
合部の不良には、図３に示すようなマンハッタン（Manh
attan effect）現象〔表面実装のプロセスにおいて、は
んだペーストをリフローする際に、基板パターン上の実
装部品がはんだ表面張力等によって、パターンから離脱
する現象であり、この現象は実装部品が高層ビルあるい
は墓石のように直立するのでかように名付けられてお
り、ツームストン（Tomstone effect ）現象とも呼ばれ
る〕がある。このマンハッタン現象は、ＶＰＳ（Vapor
phase soldering）法に特有な現象とみられていたが、
近時のチップ部品の微小化に伴って、ＩＲ（赤外線）リ
フローや熱風リフロー方式においても発生する。また、
このマンハッタン現象が生じる要因は、チップ部品の両
端の電極（例えばＫ）やパターン（ランド）４２の設計
が主であるが、この他に、チップ部品両端電極面でのは
んだ量の不均一や、加熱及びはんだ付面積が不均一な場
合等に、溶融はんだの表面張力差が生じて、一方に引っ
張られて発生する（また、予熱加熱をせずに急熱した場
合や、又はペーストの吸湿劣化等もその要因となること
がある）。

【００１８】また、接合部の不良には上記のマンハッタ
ン現象以外にも、電子部品の電極又はリード間において
はんだの供給量が多すぎたりして、はんだ同士がつなが
るブリッジ現象（短絡現象）、あるいは、電子部品の電
極又はリードとパターン（ランド）４２とのはんだ接続
が不十分である現象（はんだ等の接合材による接合力不
足の現象）等がある。

【００１９】以上説明したように、実装製品（実装装
置）における不良としては、実装される各種電子部品５
１自体の不良と、スルホールを含む配線間における断線
及び短絡に関する不良と、はんだ等の接合材を用いて接
合する接合部の不良とがある。基板４１に実装される各
種電子部品５１自体の不良については、各種電子部品５
１自体がもっているものであるため、設計においてどこ
のメーカのどの種類の電子部品を用いるかによって決ま
る。基板４１上に形成されるスルホールを含む配線間に
おける断線及び短絡に関する不良については、基板上へ
の配線設計と、これら配線等を製造する製造プロセス
と、配線パターンの検査等によって決まってくる。ま
た、はんだ等の接合材を用いて接合する接合部の不良に
ついては、基板４１に実装される各種電子部品５１の選
定と、パターン（ランド）４２の設計及びこの製造プロ
セス条件と、搭載機等による搭載時のパターン（ラン
ド）４２に対する電子部品５１の位置決め精度と、はん
だ等の接合材を用いて接合する接合条件等からきまって
くる。

【００２０】上記したはんだ等の接合材を用いて接合す
る接合部の不良としては、図３に示すようにマンハッタ
ン現象による不良が考えられる。ここで、マンハッタン
（直立）抑止モーメントＭｄは、次の式の関係で表さ
れる。Ｍｄ＝Ｔ₁＋Ｔ₂ ……式一方、マンハッタン（直立）促進モーメントＭａは、次
の式の関係で表される。Ｍａ＝Ｔ₃＋Ｔ₄ ……式Ｔ₁ は、電子部品（チップ部品）の自重による直立抑止
モーメントであり、次の式の関係で表される。Ｔ₁ ＝Ｍ・ｇ・ｄ・cos(α＋β） ……式Ｔ₂ は、電子部品（チップ部品）の電極下部の溶融はん
だによる直立抑止モーメントであり、次の式の関係で
表される。Ｔ₂ ＝γ・Ｋ・cos（α／２） ……式Ｔ₃ は、電子部品（チップ部品）の電極外側の溶融はん
だによる直立促進モーメントであり、次の式の関係で
表される。Ｔ₃ ＝γ・Ｈ・sin（α＋δ） ……式Ｔ₄ は、酸化防止用の不活性液体（不活性ガス）の浮力
による直立促進モーメントであり、次の式の関係で表
される。Ｔ₄ ＝Ｌ・Ｈ・ρ・ｇ・ｄ・ｃｏｓ（α＋β） ……式但し、赤外線加熱や熱風リフローの場合は不活性ガスを
用いないので、Ｔ₄ ＝０となる。

【００２１】なお、上記の各式において、Ｍ：電子部品（チップ部品）の幅１ｍｍ当たりの重量
（ｇ／ｍｍ）〔チップ部品の選択で決まってくる。〕ｇ：重力加速 γ：溶融はんだの表面張力（０．４Ｊ／ｃｍ² ） ρ：２１５℃における不活性液体の密度（例えば、１．
６ｇ／ｃｍ²） α：接触点３１を中心にしたランド４２の表面と、電子
部品（チップ部品）の電極面とのなす角度〔正常にはん
だ付される場合には、αは０°に近い値を示す。〕 β：接触点３１を中心にした電子部品（チップ部品）の
重心Ｇと、電子部品（チップ部品）の電極面とのなす角
度〔電子部品の選定で決まってくる。〕Ｋ：電子部品（チップ部品）の電極の幅〔電子部品の選
定で決まってくる。なお、電子部品（チップ部品）の搭
載位置が大幅にずれて、接触点３１からランド４２の内
側端までの寸法Ｃの方が電子部品の電極の幅Ｋより小さ
くなると、Ｋの代わりにＣにする必要がある。〕Ｄ：接触点３１からランド４２の外側端までの寸法〔主
にランド４２の設計及び電子部品の搭載位置との関係で
決まってくる。〕ｄ：接触点３１から電子部品の重心Ｇまでの長さ〔電子
部品の選定で決まってくる。〕 δ：三角形の辺に対する頂点３２のなす角度−α〔即
ち、（α＋δ）が三角形の辺Ｄに対する頂点３２のなす
角度〕である。

【００２２】ここで、上述の説明では、図３において紙
面と直交する方向のランド４２と電子部品５１との位置
ずれ関係については考慮していない。しかし、電子部品
５１を搭載する際には、この位置ずれも生じるため、マ
ンハッタン現象に影響を及ぼす。

【００２３】以上説明したように、マンハッタン不良が
発生する場合は、次の式の関係（マンハッタン促進モ
ーメントＭａがマンハッタン抑止モーメントＭｄより大
なる関係）となる。一方、マンハッタン不良が発生しな
い場合は、次の式の関係（マンハッタン促進モーメン
トＭａがマンハッタン抑止モーメントＭｄより小なる関
係）となる。Ｍｄ＜Ｍａ ……式Ｍｄ＞Ｍａ ……式即ち、ランド４２の設計において、電子部品（チップ部
品）の搭載時の位置ずれをできるだけ許容するように、
例えばＤの寸法を大きくすると、マンハッタン促進モー
メントＭａが大きくなり、マンハッタン不良を発生する
確率は大きくなる。

【００２４】何れにしても、マンハッタン不良になる要
因としては、例えば、Ｄの寸法、Ｋの寸法、はんだの不
均一による角度α、電子部品（チップ部品）５１の重
量、電子部品（チップ部品）５１の高さＨ、電子部品
（チップ部品）５１の寸法ｄ等がある。そして、これら
Ｄの寸法、Ｋの寸法、はんだの不均一による角度α、電
子部品（チップ部品）５１の寸法ｄ、はんだの表面張力
γ等において、ばらつき、即ち公差を有することにな
る。

【００２５】また、図４に示すように、はんだ等の接合
材を用いて接合する接合部におけるその他の不良として
は、電子部品（チップ部品）５１の電極間又はリード間
において、はんだ同士が短絡するブリッジ不良（ブリッ
ジ現象）５８がある。このブリッジ不良の要因として
は、ランド４２の設計におけるランド４２間の間隔、電
子部品（チップ部品）５１における電極間の間隔、はん
だペーストの過剰な供給量、チップ部品の搭載時の位置
ずれ、はんだの濡れ性の影響、ランド４２の周囲に絶縁
物を置く場合のこの絶縁物等の影響等が考えられる。

【００２６】また、はんだ等の接合材等を用いて接合す
る接合部におけるその他の不良としては、電子部品の電
極又はリードとパターン（ランド）４２とのはんだ接続
が不十分である現象（接合力不足の現象）５７がある。
この不良の要因としては、チップ部品の搭載時の位置ず
れを含めた電子部品の電極又はリードとパターン（ラン
ド）４２との主に２次元的な幾何学的位置関係が悪いこ
とによるはんだ面積不足、はんだ供給不足、はんだの不
均一性、加熱の不均一性等が考えられる。

【００２７】以上説明したように、新たな実装製品（実
装装置）を設計する際、特に接合部における不良（前記
したマンハッタン現象、ブリッジ現象、接合力不足の現
象）が生じないように、接合プロセス条件（搭載機の搭
載精度、接合部の材料の特性、接合材の供給量、加熱な
どの接合条件等）、及び基板の製造条件（基板上にラン
ド等のパターンや絶縁物等を形成するための条件）を考
慮して、実装する各種電子部品の選定、及び実装図の作
成等を行う必要がある。しかし、新たな高密度の電子部
品について、特に接合部における不良が生じないよう
に、接合プロセス条件及び基板の製造プロセス条件を考
慮した設計仕様はなく、従来は、設計者や生産技術者の
経験から決めざるをえなかった。そのため、何回も試作
しながら設計変更及びプロセス条件の修正を繰り返し
て、良品の実装製品を得て、量産に移行せざるを得なか
った。

【００２８】そこで、本発明は、新たな実装製品（実装
装置）を設計する際、図１に示す実装製品の設計システ
ムを用いて、実際に製造した際の実装製品における総合
の性能や品質及び総合の良品率等を評価し、何回も試作
することなく、早急に設計変更及びプロセス条件の修正
を実行して良品の実装製品を得て、量産に移行できるよ
うにしたものであり、図１に示すシステムを用いて、実
装製品における総合の性能や品質及び総合の良品率等を
予測しえるようにしている。

【００２９】図１は、本発明の１実施形態に係る実装製
品の設計システム、即ち、新たな実装製品を設計する際
に、総合の性能や品質及び総合の良品率等を評価できる
不良解析改訂システム１００を含む、実装製品の設計シ
ステムの機能構成の概要を示す図である。本実施形態に
係る実装製品の設計システムは、新たな高密度の電子部
品等を基板にはんだ等の接合材を用いて接合実装する新
たな実装製品を設計する際等に用いられ、ＣＡＤ（Comp
uter Aided Design ）計算システム１と不良解析改訂シ
ステム１００とによって構成される。なお、ＣＡＤ計算
システム１と不良解析改訂システム１００とを１つの計
算機システムによって構成しても良いことは明らかであ
る。

【００３０】ＣＡＤ計算システム１において、ＣＡＤ計
算機（実装設計ＣＡＤ）１０は、新たな実装製品につい
て、実装設計により生成された実装図データ２０に基づ
いて、基板４１上に実装される各種電子部品（各種ＩＣ
素子５１ａ、各種抵抗素子５１ｂ、各種コンデンサ素子
５１ｃ、各種コネクタ５１ｄ、接続ピン等）５１を選定
して、これら選定された各種電子部品５１に関する部品
設計情報を生成する。同様に、ＣＡＤ計算機１０は、対
話形式で行われた実装設計によって生成された実装図デ
ータ２０に基づいて、基板に関するランド４２を含めた
配線４３の基板設計情報を生成する。そして、これらの
部品設計情報及び基板設計情報から、部品・基板形状デ
ータ変換３０を行う。

【００３１】不良解析改訂システム１００は、新たに設
計した実装製品が総合の性能や品質において仕様を余裕
をもって満足しているか否かを評価するため、許容され
る不良率において仕様を満足しているか否かを評価する
最適値決定処理１１０と、総合の不良率において仕様を
満足しているか否かを評価する不良率シミュレータ１０
５と、ＣＡＤ計算システム１からの部品・基板形状デー
タベース７０を基に部品・基板形状属性データ生成１１
５を収集し、基板の全部品に関する部品表に相当する部
品・基板データ管理ファイル９２と、部品・基板形状デ
ータベース７０に、評価のために必要な情報としてディ
スプレイ７９を介して入力されるその他のデータを付加
し、部品毎に格納した部品・基板情報データベース９１
と、目標不良率を達成した最終シミュレーション結果を
格納する（各種データを書き替え可能に格納し、最終的
に、目標不良率を達成した最終シミュレーション結果を
格納する）公差最適化データベース５２と、各種シミュ
レーシヨン用のプログラムを記憶したＲＯＭ等のプログ
ラムメモリ７５と、各種シミュレーションするための各
種データ及び各種シミュレーションした結果を記憶する
ＲＡＭ等のメモリ７６と、インタフェース７１，７２
と、インタフェース７１を介して接続されたディスク７
７やキーボード７８と、ンタフェース７２を介して接続
されたＣＲＴや液晶表示装置等のディスプレイ７９と、
これらを接続するバスライン７４等とから構成される。
なお、不良解析改訂システム１００には、プリンタ等の
出力手段を接続しても良いことは明らかである。

【００３２】次に、ＣＡＤ計算システム１において設計
された実装製品が、総合の性能や品質において仕様（不
良率）を余裕をもって満足しているか否かを評価する不
良解析改訂システム１００における不良率シミユレータ
１０５について、図５を用いて説明する。

【００３３】図５は、各種パラメータに関する実装製品
レベルの各種データを公差最適化データベース５２に格
納し、実装設計仕様を不良率シミュレータ１０５に対し
て入力し、解析する接合部を特定するための電子部品番
号等を入力するための、ディスプレイ７９上の表示画面
例を示している。

【００３４】パラメータとしては、現状の接合プロセス
条件に関する実装製品レベルの各種データ（搭載位置Ｃ
の平均と標準偏差（σ）、水平方向ずれ許容値Ｍ）があ
り、また、実装する各種電子部品５１に関する実装製品
レベルの各種データ（電子部品幅Ｆ、電子部品長Ｌ、電
子分品裏面電極幅Ｋ）がある。これらについては、予め
電子部品番号対応で入力して、公差最適化データベース
５２に格納しておく。

【００３５】また、実装設計仕様（例えばランド電極距
離Ａ、ランド電極長Ｂ）についても、設計者が設計しよ
うとして決める値を電子部品番号対応で入力して、メモ
リ７６又は公差最適化データ５２に格納してもよい。さ
らに、新規の部品のようにバラツキのデータがない場合
には、既知の電子部品のバラツキを参照して入力しても
よい。

【００３６】また、試行回数は、バラツキの分布（例え
ば正規分布）を生成するためのものである。なお、図５
においてドットを施された部分は、後述するように、Ｃ
ＡＤから自動で入力できる部分で、入力の手間を削減で
きる部分である。

【００３７】実装製品の性能や品質の仕様としては、動
作特性は勿論のこと、特に回路（回路を形成するスルホ
ールを含めた配線及びはんだ等の接合材による接合等）
において、所望のインピーダンス（抵抗）を満足して断
線及び短絡が発生しないと共に、マンハッタン現象等が
生じないことである。そこで、ＣＡＤ計算システム１で
新たに設計された実装製品について、不良率シミュレー
タ１０５において、実装製品を製造するこの製造プロセ
スの変動によってバラツキ（標準偏差）が生じたとして
も、上記した実装製品の性能や品質が余裕度をもって満
足するか否かを評価する必要がある。即ち、不良率解析
シミュレータ１０５は、新たに設計された実装製品につ
いて、実装製品を製造する際のこの製造プロセスの変動
によってバラツキ（標準偏差）が生じたとしても、回路
（回路を形成するスルホールを含めた配線及びはんだ等
の接合材による接合等）において、所望のインピーダン
ス（抵抗）を満足して断線及び短絡（不良）が余裕度を
もって発生しないように設計されているか否か、並びに
マンハッタン現象（不良）等が余裕度をもって発生しな
いように設計されているか否かについて評価する必要が
ある。しかしながら、新たな高密度の電子部品等を基板
にはんだ等の接合材を用いて接合実装する新たに設計さ
れた実装製品の性能や品質（不良率）に最も影響を及ぼ
す箇所は、新たな高密度電子部品をはんだ等の接合材を
用いて接合実装する箇所である。

【００３８】ところで、新たな実装製品を設計する際、
特に接合部における不良（前記したマンハッタン現象５
９、ブリッジ現象５８、接合力不足の現象５７）が生じ
ないように、接合プロセス条件（搭載機の搭載精度、接
合部の接合材に対する材料特性、接合材の供給量、加熱
等の接合条件等）、及び基板４１の製造プロセス条件
（基板上にランドのパターンや絶縁物等を形成するため
の条件）を考慮して、実装する各種電子部品５１の選
定、及び実装設計仕様に基づく実装図の作成を行う必要
がある。

【００３９】公差最適化データベース５２には、図６に
示すように、現状の接合プロセス条件に関する実装製品
レベルの各種データ（搭載機の搭載精度、接合部の接合
材に対する材料特性、接合材の供給量、加熱等の接合条
件）と、現状の基板の製造プロセス条件に関する実装製
品レベルの各種データ（ランドのパターンや絶縁物等）
と、実装する各種電子部品５１に関する実装製品レベル
の各種データ（型式や寸法精度等）とが、入力されて格
納されている。もし、新しい高密度の電子部品について
のデータが公差最適化データ５２に格納されていない場
合には、これらのデータを入力手段７８を用いて入力し
て、公差最適化データ５２に格納しておく必要がある。

【００４０】図７は、モンテカルロ法による正規乱数に
より生成された仮想分布を示す図である。モンテカルロ
法によって、データが得られない未知の新部品の分布を
得るのが本発明の特徴の一つである。例えば、試行回数
ｎ＝５０００００回で、図７のような分布が得られたと
する。ここで、図中のσ_sjは、仮想分布を発生させて、
統計的処理をして得られるこの部品寸法に関する分布の
標準偏差である。図のように平均値から、±３σよりも
離れた寸法を持つ（ドットを施した部位）部品が、不良
であると仮定する。

【００４１】ここで、このハッチングを施した部位の部
品の総数をＮ、試行回数をｎとすると、不良率ｑ_j は、ｑ_j ＝Ｎ／ｎ ……式上記式で表されることになる。

【００４２】図８は、最適値決定処理１１０の基になる
モンテカルロ法の動作（Ｓ２０１〜Ｓ２０７）を示して
いる。最初に部品の設計値、設計上限値、設計下限値を
入力するのは、仮想分布生成のために必要であるからで
ある。また、新規部品の場合は、類似の既知電子部品で
の平均値と、標準偏差σ_sjを仮定してもよい。図８の説
明は、ボックス・ミューラの方法により正規分布を生成
する例を示している。

【００４３】図９は、最適値決定処理１１０の解析結果
を、ディスプレイ７９上に表示した画面例を示してい
る。これは、ＣＡＤ計算システム１から自動入力した実
装設計仕様（ランド電極長Ｂ、ランド電極幅Ｅ、電極間
距離Ａの公称値）に対しての最適の公差を決定するため
の解析結果を示すものである。図９に示した例は、ラン
ド電極長Ｂに対して許容不良率（オペレータによる入力
値）と総不良率の推移をシミュレーションした結果を示
している。即ち、各種のランド電極長Ｂに対して、それ
ぞれモンテカルロ法で求めた総不良率の推移曲線が示さ
れている。はんだ付不良の許容される不良率（例えば、
５０ｐ．ｐ．ｍ）から、最適値（例えば、３７７μｍ）
と公差（例えば、±１４９μｍ）を求めることができ
る。

【００４４】また、図１０は、総不良率と許容不良率と
の交差する点の近似解を求めるところのニュートン・ラ
プソン近似解法を示している。即ち、総不良率の曲線に
接線を何回かあてはめることを繰り返すことにより、許
容不良率との交点の近似値が得られ、これによっても公
差を求めることができる。

【００４５】さらにまた、許容不良率を図９のようにド
ットによる線分で色付けし、総不良率の曲線と交差する
部分でドットが欠落するか又は色が変化するところの位
置座標を読み取ることによっても、公差を求めることが
可能である。

【００４６】このようにして、実装設計仕様（ランドの
２次元の設計寸法）の最適値と公差が、電子部品５１の
電極又はリードとランド４２との間において、上記不良
率で幾何学的に定量的に規定することができる。この結
果は、図１に示すように、実装図データ２０の部品寸法
にフィードバックして反映されるようになっている。

【００４７】図１１は、部品・基板形状データ変換３０
の動作を示すフローチヤートである。まず、ＣＡＤ計算
機システム１より実装図データが読み込まれる（Ｓ０
０）。次に、解析対象となるシンボルを探索し、部品を
確定する（Ｓ０１）。ここで、一例として、代表的なＩ
Ｃ部品とチップ部品の認識方法について述べる。四角い
図形で長さ又は幅が３．３ｍｍ以上か否かを比較して、
３．３ｍｍより小さければ、チップ部品と認識して、
３．３ｍｍより大きければ、ＩＣ部品と認識する。これ
は、チップ部品で３２１６（３．２ｍｍ×１．６ｍｍ）
タイプのチップ部品が、通常使用される最も大きな部品
であることに起因している(Ｓ０２，Ｓ０５，Ｓ０６)。
ＩＣ部品はピンリードのレイヤで、ＩＣ部品に重なる四
角い図形をＩＣ部品側と認識する（Ｓ０７）。これから
図１５に示すように、実装図にＩＣ番号を自動生成する
と共にピン数を計数する（Ｓ０９）。更に、リード番
号、リード寸法を取得する（Ｓ１０）。一方、基板側
は、ランドのレイヤでＩＣ部品に重なる四角い図形をラ
ンドとし（Ｓ０８）、ランド寸法を取得する（Ｓ１
１）。同様にして、チップ部品の部品側はピンリードの
レイヤで、チップ部品に重なる四角い図形をチップ部品
側と認識して（Ｓ１２）、チップ番号を自動生成し（Ｓ
１３）、更に、リード寸法を取得する（Ｓ１４）。一
方、基板側は、ランドのレイヤでチップ部品に重なる四
角い図形をランドとし（Ｓ２０）、ランド番号を取得し
（Ｓ２１）、更に、ランド寸法を取得する（Ｓ２２）。
以上のようにして、部品・基板形状データを変換する
（Ｓ２３）。

【００４８】図１２は、実装図の図面データから得られ
る、部品・基板形状データベース７０のフォマット形式
を示しており、チップ部品の部品側と基板側の寸法情
報、及びＩＣ部品の部品側と基板側の寸法情報のデータ
ベースのフォマット形式である。

【００４９】図１３は、部品・基板データ管理ファイル
９２のフォマット形式を示しており、いわゆる部品一覧
表に相当するデータベースである。

【００５０】図１４は、部品・基板情報データベース９
１のフォマット形式を示しており、ＣＡＤから生成され
たものと、部品・基板形状情報データベースに入力装置
７９を介して入力されるデータを格納するデータベース
である。

【００５１】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、新しい実
装製品の開発において、品質向上及び短期製品開発とい
う、相反する開発目標を同時に実現できるという効果が
得られる。

【００５２】また、本発明によれば、新しい実装製品の
開発において、実装製品の設計システムを用いて、所望
の性能や品質を満足するかどうかを早急に評価、解析し
て、満足しない場合には早急に設計にフィードバックし
て設計変更を行って、新しい実装製品の開発を、試作品
を何回となく作り直すことなく短期に、かつ効率良く行
うことができる効果を奏する。

【００５３】また、本発明によれば、新しい実装製品の
開発において、実装製品の設計システムを用いて所望の
性能や品質が満足するかどうかを早急に評価、解析し、
ＣＡＤ計算システムと不良解析改訂システムとにより、
早期に最も不良率を低下させている要因を探求すること
が可能となり、その結果、不良率を低下させている要因
を取り除き、対策を容易に施すことができ、新しい実装
製品の開発を、試作品を何回となく作り直すことなく短
期に、かつ効率良く行うことができる効果を奏する。

【００５４】また、本発明によれば、新しい実装製品の
開発において、実装製品の設計システムを用いることに
より、品質を含む生産性向上と新製品の開発期間を短縮
できるという効果も得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施形態に係る設計システムの概要
を示すブロック図である。

【図２】本発明が適用される実装製品の１例を示す斜視
図である。

【図３】接合部において生じるマンハッタン現象を示す
説明図である。

【図４】はんだ付不良解析例を示す説明図である。

【図５】本発明の１実施形態に係る設計システムのディ
スプレイにおける、入力データの表示例を示す説明図で
ある。

【図６】本発明の１実施形態に係る設計システムの不良
率シミュレータにおいて用いられる、公差最適化データ
ベースに格納されるデータ例を示す説明図である。

【図７】モンテカルロ法による正規乱数によって、生成
された仮想分布を示す説明図である。

【図８】本発明の１実施形態における、不良率計算の処
理手順の１例を示すフローチャート図である。

【図９】本発明の１実施形態に係る設計システムの最適
値決定処理における、解析結果の１例を示す説明図であ
る。

【図１０】ニュートン・ラプソン近似解法により、公差
を求める方法を示した説明図である。

【図１１】本発明の１実施形態における、ＣＡＤで実装
設計中に部品・基板形状のデータ変換する方法を示すフ
ローチャート図である。

【図１２】本発明の１実施形態に係る設計システムの部
品・基板形状データベースにおける、フォマット形式の
１例を示す説明図である。

【図１３】本発明の１実施形態に係る設計システムの部
品・基板データ管理ファイルにおける、フォマット形式
の１例を示す説明図である。

【図１４】本発明の１実施形態に係る設計システムの部
品・基板情報データベースにおける、フォマット形式の
１例を示す説明図である。

【図１５】本発明の１実施形態における、実装図データ
からＩＣ部品として認識されたときＩＣ番号を生成した
ときの状態を示す説明図である。

【符号の説明】

１ＣＡＤ計算システム１０ＣＡＤ計算機２０実装図データ３０部品・基板形状データ変換４１基板４２ランド４３配線５１電子部品５１ａＩＣ素子５１ｂ抵抗素子５１ｃコンデンサ素子５１ｄコネクタ５２公差最適化データベース５７接合力不足現象５８ブリッジ現象５９マンハッタン現象７０部品・基板形状データベース７１，７２インタフェース７５ＲＯＭ等のプログラムメモリ７６ＲＡＭ等のメモリ７７ディスク７８キーボード７９ディスプレイ９１部品・基板情報データベース９２部品・基板データ管理ファイル１００不良解析改訂システム１０５不良率シミユレーション１１０最適化決定処理１１５部品・基板形状属性データ生成

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者永見速神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所映像情報メディア事業部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に電子部品を接合実装する実装製
品を製造したときの実装製品の品質を、実装製品の設計
品質解析システムを用いて解析又は評価し、この解析又
は評価された実装製品の品質が所望の品質を満足するよ
うに、実装製品を設計することを特徴とする実装製品の
設計品質解析方法。
【請求項２】基板上に電子部品を接合実装する実装製
品を製造したときの実装製品の不良率を、実装製品の設
計品質解析システムを用いて解析又は評価し、この解析
又は評価された実装製品の不良率が所望の不良率を満足
するように、実装製品を設計することを特徴とする実装
製品の設計品質解析方法。
【請求項３】基板上に電子部品を接合実装する実装製
品を製造したときの接合部における少なくとも接合力不
足の現象、ブリッジ現象、マンハッタン現象の何れかに
ついて、実装製品の設計品質解析システムを用いて解析
又は評価し、この解析又は評価された接合部における少
なくとも接合力不足の現象、ブリッジ現象、マンハッタ
ン現象の何れかについて、所望の値を満足するように、
実装製品を設計することを特徴とする実装製品の設計品
質解析方法。
【請求項４】基板上に電子部品を接合実装する実装製
品を製造したときの実装製品の品質を解析又は評価する
ために、実装製品のＣＡＤ計算システムと不良解析改訂
システムを用いて部品・基板形状データと部品・基板形
状属性データを生成し、この生成された部品・基板形状
データと部品・基板形状属性データを用いて実装製品の
品質を解析又は評価し、この解析又は評価された実装製
品の品質が所望の品質を満足するように、実装製品を設
計することを特徴とする実装製品の設計品質解析方法。
【請求項５】基板上に電子部品を接合実装する実装製
品を製造したときの実装製品の不良率を解析又は評価す
るために、実装製品のＣＡＤ計算システムと不良解析改
訂システムを用いて部品・基板形状データと部品・基板
形状属性データを生成し、この生成された部品・基板形
状データと部品・基板形状属性データを用いて実装製品
の不良率を解析又は評価し、この解析又は評価された実
装製品の不良率が所望の不良率を満足するように、実装
製品を設計することを特徴とする実装製品の設計品質解
析方法。
【請求項６】基板上に電子部品を接合実装する実装製
品を製造したときの接合部における少なくとも接合力不
足の現象、ブリッジ現象、マンハッタン現象の何れかに
ついて解析又は評価するために、実装製品のＣＡＤ計算
システムと不良解析改訂システムを用いて部品・基板形
状データと部品・基板形状属性データを生成し、この生
成された部品・基板形状データと部品・基板形状属性デ
ータを用いて、接合部における少なくとも接合力不足の
現象、ブリッジ現象、マンハッタン現象の何れかについ
て解析又は評価し、この解析又は評価された接合部にお
ける少なくとも接合力不足の現象、ブリッジ現象、マン
ハッタン現象の何れかについて、所望の値を満足するよ
うに、実装製品を設計することを特徴とする実装製品の
設計品質解析方法。
【請求項７】基板上に新規な電子部品を接合実装する
新規な接合部を有する実装製品を製造したときの実装製
品における新規な接合部の品質を、実装製品の設計品質
解析システムを用いて解析又は評価し、この解析又は評
価された実装製品における新規な接合部の品質が所望の
品質を満足するように、実装製品を設計することを特徴
とする実装製品の設計品質解析方法。
【請求項８】基板上に新規な電子部品を接合実装する
新規な接合部を有する実装製品を製造したときの実装製
品における新規な接合部の不良率を、実装製品の設計品
質解析システムを用いて解析又は評価し、この解析又は
評価された実装製品における新規な接合部の不良率が所
望の不良率を満足するように、実装製品を設計すること
を特徴とする実装製品の設計品質解析方法。
【請求項９】基板上に新規な電子部品を接合実装する
新規な接合部を有する実装製品を製造したときの実装製
品における新規な接合部の少なくとも接合力不足の現
象、ブリッジ現象、マンハッタン現象の何れかについ
て、実装製品の設計品質解析システムを用いて解析又は
評価し、この解析又は評価された実装製品における新規
な接合部の少なくとも接合力不足の現象、ブリッジ現
象、マンハッタン現象の何れかについて、所望の値を満
足するように、実装製品を設計することを特徴とする実
装製品の設計品質解析方法。
【請求項１０】基板上に新規な電子部品を接合実装す
る新規な接合部を有する実装製品を製造したときの実装
製品における新規な接合部の品質を解析又は評価するた
めに、実装製品のＣＡＤ計算システムと不良解析改訂シ
ステムを用いて部品・基板形状データと部品・基板形状
属性データを生成し、この生成された部品・基板形状デ
ータと部品・基板形状属性データを用いて、実装製品に
おける新規な接合部の品質を解析又は評価し、この解析
又は評価された実装製品における新規な接合部の品質が
所望の品質を満足するように、実装製品を設計すること
を特徴とする実装製品の設計品質解析方法。
【請求項１１】基板上に新規な電子部品を接合実装す
る新規な接合部を有する実装製品を製造したときの実装
製品における新規な接合部の不良率を解析又は評価する
ために、実装製品のＣＡＤ計算システムと不良解析改訂
システムを用いて部品・基板形状データと部品・基板形
状属性データを生成し、この生成された部品・基板形状
データと部品・基板形状属性データを用いて、実装製品
における新規な接合部の不良率を解析又は評価し、この
解析又は評価された実装製品における新規な接合部の不
良率が所望の不良率を満足するように、実装製品を設計
することを特徴とする実装製品の設計品質解析方法。
【請求項１２】基板上に新規な電子部品を接合実装す
る新規な接合部を有する実装製品を製造したときの新規
な接合部における少なくとも接合力不足の現象、ブリッ
ジ現象、マンハッタン現象の何れかについて解析又は評
価するために、実装製品のＣＡＤ計算システムと不良解
析改訂システムを用いて部品・基板形状データと部品・
基板形状属性データを生成し、この生成された部品・基
板形状データと部品・基板形状属性データを用いて、実
装製品における新規な接合部の少なくとも接合力不足の
現象、ブリッジ現象、マンハッタン現象の何れかについ
て解析又は評価し、この解析又は評価された実装製品に
おける新規な接合部の少なくとも接合力不足の現象、ブ
リッジ現象、マンハッタン現象の何れかについて、所望
の値を満足するように、実装製品を設計することを特徴
とする実装製品の設計品質解析方法。
【請求項１３】製品を設計するＣＡＤ計算システム
と、製品を製造したときの製品の品質を解析又は評価す
る解析システムを備え、該解析システムで解析又は評価
された製品の品質が所望の品質を満足するように、ＣＡ
Ｄ計算システムにおける製品の設計にフィードバックさ
せることを特徴とする製品の設計品質解析システム。
【請求項１４】製品を設計するＣＡＤ計算システム
と、製品を製造したときの製品の不良率を解析又は評価
する解析システムを備え、該解析システムで解析又は評
価された製品の不良率が所望の不良率を満足するよう
に、ＣＡＤ計算システムにおける製品の設計にフィード
バックさせることを特徴とする製品の設計品質解析シス
テム。
【請求項１５】ＣＡＤで、同時並行にはんだの良し悪
し等の製造品質の余裕度解析により、基板ランド関連寸
法決定を支援することを特徴とする製品の設計品質解析
システム。