(57)【要約】【課題】基板に挿入部品を表面実装する形態において、スクリーン印刷に使用されるマスクを適正に効率よく設計することができるマスク設計装置およびマスク開口寸法決定方法を提供する。【解決手段】基板Ｂにおいて部品ＡのピンＡｐが挿入されるスルーホール電極ＬｈへはんだペーストＳｐを充填する際に使用するマスクＭに形成されるマスク開口部Ｐの開口寸法を決定するマスク開口寸法決定方法において、部品Ａをスルーホール電極Ｌｈにはんだ接合するのに必要な必要はんだ量Ｖｒを求め、スルーホール電極Ｌｈの寸法に基づいて基板Ｂの開口部Ｈに充填されるはんだペースト量Ｖｔを推定し、必要はんだ量Ｖｒに対応したはんだペースト量と開口部Ｈに充填されるはんだペースト量Ｖｔから、マスク開口部Ｐ内のはんだペースト量Ｖｍを求め、はんだペースト量Ｖｍに基づいてマスク開口部Ｐの開口寸法を算出する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板において部品のリードが挿入されるスルーホール電極へスクリーン印刷によってはんだペーストを充填する際に使用するマスクを設計するマスク設計装置であって、
前記部品を前記スルーホール電極にはんだ接合するのに必要なはんだ量を求めるはんだ量決定部と、
前記スルーホール電極の寸法に基づいて前記基板の開口部に充填されるはんだペースト量を推定する基板開口部はんだペースト量推定部と、
前記はんだ接合するのに必要なはんだ量に対応したはんだペースト量と前記基板の開口部に充填されるはんだペースト量から、前記マスクのマスク開口部内のはんだペースト量を求めるマスク開口部内はんだペースト量決定部と、
前記マスク開口部内のはんだペースト量に基づいて前記マスク開口部の開口寸法を算出するマスク開口寸法算出部とを備えた、マスク設計装置。
【請求項２】
少なくとも前記マスク開口部の開口寸法に基づいて取得した印刷難易度が前記印刷について適切であるか否かを評価する印刷難易度評価部を備えた、請求項１に記載のマスク設計装置。
【請求項３】
前記印刷難易度の評価の結果が当該印刷について不適切である場合には、前記評価の結果が適切となるように前記マスク開口部の寸法を修正する、請求項１または２のいずれかに記載のマスク設計装置。
【請求項４】
前記印刷難易度は、前記マスク開口部の平面投影面積と側壁面積との比率を示す面積比、または前記マスク開口部の幅寸法とマスク厚みとの比率を示すアスペクト比、または前記マスク厚みにマスク下面と前記スルーホール電極のランド上面との間の隙間を加味して求められた見かけ上アスペクト比である、請求項１から３のいずれかに記載のマスク設計装置。
【請求項５】
基板において部品のリードが挿入されるスルーホール電極へスクリーン印刷によってはんだペーストを充填する際に使用するマスクに形成されるマスク開口部の開口寸法を決定するマスク開口寸法決定方法であって、
前記部品を前記スルーホール電極にはんだ接合するのに必要なはんだ量を求めるはんだ量決定ステップと、
前記スルーホール電極の寸法に基づいて前記基板の開口部に充填されるはんだペースト量を推定する基板開口部はんだペースト量推定ステップと、
前記はんだ接合するのに必要なはんだ量に対応したはんだペースト量と前記基板の開口部に充填されるはんだペースト量から、前記マスクのマスク開口部内のはんだペースト量を求めるマスク開口部内はんだペースト量決定ステップと、
前記マスク開口部内のはんだペースト量に基づいて前記マスク開口部の開口寸法を算出するマスク開口寸法算出ステップとを含む、マスク開口寸法決定方法。
【請求項６】
少なくとも前記マスク開口部の開口寸法に基づいて取得した印刷難易度が前記印刷について適切であるか否かを評価する印刷難易度評価ステップを含む、請求項５に記載のマスク開口寸法決定方法。
【請求項７】
前記印刷難易度の評価の結果が当該印刷について不適切である場合には、前記評価の結果が適切となるように前記マスク開口部の開口寸法を修正する、請求項５または６のいずれかに記載のマスク開口寸法決定方法。
【請求項８】
前記印刷難易度は、前記マスク開口部の平面投影面積と側壁面積との比率を示す面積比、または前記マスク開口部の幅寸法とマスク厚みとの比率を示すアスペクト比、または前記マスク厚みにマスク下面と前記スルーホール電極のランド上面との間の隙間を加味して求められた見かけ上アスペクト比である、請求項５から７のいずれかに記載のマスク開口寸法決定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スクリーン印刷に用いられるマスクを設計するマスク設計装置およびこのマスク設計におけるマスク開口寸法決定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子部品を基板に実装する部品実装ラインでは、部品を基板に接合するはんだを供給するためのスクリーン印刷が行われる。スクリーン印刷では、はんだ供給対象のランドに対応してマスク開口部が形成されたマスクを基板に重ねた状態で、マスク上でスキージを摺動させることにより、マスク開口部を介してランドにはんだを転写する。部品のはんだ接合では、接合対象の部品に応じた適正量のはんだを供給することが求められることから、従来よりマスク開口部の形状・寸法を適正に決定するための技術が提案されている（例えば特許文献１参照）。この特許文献例に示す先行技術では、基板のランドと部品の電極を接合するはんだ形状を三角柱に近似して基準体積として求め、この基準体積に基づいてマスク開口部の面積を求めることが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３３９５７３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電子部品の実装形態として、スルーホール電極が設けられた基板にピン電極が設けられた挿入部品を表面実装する形態が知られている。このような実装形態では、予めスルーホール電極に接合用のはんだペーストが印刷により供給された基板に挿入部品を搭載し、スルーホール電極内にピン電極を挿入した後にリフローによりはんだ接合を行う。このような実装形態が適用される基板を対象とするスクリーン印刷においては、マスクのマスク開口部の大きさを適切に設定して適正量のはんだペーストをスルーホール電極に供給することが求められる。
【０００５】
しかしながら従来技術においては、マスク開口部の大きさを適切に設定するための有効な指針が示されておらず、実際にスクリーン印刷およびリフローを実行した結果を評価する試行錯誤による非効率な方法を余儀なくされていた。このためスルーホール電極が設けられた基板に挿入部品を表面実装する形態において、スクリーン印刷に使用されるマスクを適正に効率よく設計することができるマスク設計装置およびマスク開口寸法決定方法が求められていた。
【０００６】
そこで本発明は、基板に挿入部品を表面実装する形態において、スクリーン印刷に使用されるマスクを適正に効率よく設計することができるマスク設計装置およびマスク開口寸法決定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のマスク設計装置は、基板において部品のリードが挿入されるスルーホール電極へスクリーン印刷によってはんだペーストを充填する際に使用するマスクを設計するマスク設計装置であって、前記部品を前記スルーホール電極にはんだ接合するのに必要なはんだ量を求めるはんだ量決定部と、前記スルーホール電極の寸法に基づいて前記基板の開口部に充填されるはんだペースト量を推定する基板開口部はんだペースト量推定部と、前記はんだ接合するのに必要なはんだ量に対応したはんだペースト量と前記基板の開口部に充填されるはんだペースト量から、前記マスクのマスク開口部内のはんだペースト量を求めるマスク開口部内はんだペースト量決定部と、前記マスク開口部内のはんだペースト量に基づいて前記マスク開口部の開口寸法を算出するマスク開口寸法算出部とを備えた。
【０００８】
本発明のマスク開口寸法決定方法は、基板において部品のリードが挿入されるスルーホール電極へスクリーン印刷によってはんだペーストを充填する際に使用するマスクに形成されるマスク開口部の開口寸法を決定するマスク開口寸法決定方法であって、前記部品を前記スルーホール電極にはんだ接合するのに必要なはんだ量を求めるはんだ量決定ステップと、前記スルーホール電極の寸法に基づいて前記基板の開口部に充填されるはんだペースト量を推定する基板開口部はんだペースト量推定ステップと、前記はんだ接合するのに必要なはんだ量に対応したはんだペースト量と前記基板の開口部に充填されるはんだペースト量から、前記マスクのマスク開口部内のはんだペースト量を求めるマスク開口部内はんだペースト量決定ステップと、前記マスク開口部内のはんだペースト量に基づいて前記マスク開口部の開口寸法を算出するマスク開口寸法算出ステップとを含む。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、基板に挿入部品を表面実装する形態において、スクリーン印刷に使用されるマスクを適正に効率よく設計することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施の形態のマスク設計装置の構成を示すブロック図
【図２】本発明の一実施の形態のマスク設計装置の記憶部に記憶されるデータの説明図
【図３】本発明の一実施の形態のマスク設計装置の記憶部に記憶されるデータの説明図
【図４】本発明の一実施の形態のマスク設計装置によるマスク設計の対象となるマスクによって印刷された基板への部品の接合状態を示す断面図
【図５】本発明の一実施の形態のマスク設計装置の記憶部に記憶されるデータの説明図
【図６】本発明の一実施の形態のマスク設計装置によるマスク設計におけるマスク開口部の断面形状を示す説明図
【図７】本発明の一実施の形態のマスク設計装置によるマスク設計における印刷難易度指標と転写率との関係を示す相関テーブルを示す図
【図８】本発明の一実施の形態のマスク開口寸法決定方法を示す演算フロー図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。まず図１を参照して、マスク設計装置１の構成を説明する。マスク設計装置１は、実装基板製造ラインにおいてスクリーン印刷によってはんだペーストを基板のランドへ印刷する際に使用するマスクを設計するために用いられる。本実施の形態では、印刷対象のランドが基板において部品Ａ（図２（ｂ）参照）に設けられた接続用のリードであるピンＡｐが挿入されるスルーホール電極Ｌｈであり、スクリーン印刷によってはんだペーストをスルーホール電極Ｌｈに充填する際に使用するマスクＭ（図４（ａ）参照）が設計の対象となっている。
【００１２】
マスク設計装置１は、マスク設計のための演算を実行する演算部２と、マスク設計に用いられる各種のデータを記憶する記憶部３を備えている。さらに演算部２には、表示部４および入力部５が付設されている。表示部４は液晶パネルなどの表示装置であり、演算部２による演算処理における処理ステップの表示や、以下に説明する入力部５による入力のための案内画面などを表示する。入力部５はキーボードや表示部４に作り込まれたタッチパネルスイッチなどの入力装置であり、マスク設計演算における操作指示や各種データの入力を行う。
【００１３】
演算部２は、内部処理機能として情報取得部２ａ、はんだ体積算出部２ｂ、基板開口部はんだペースト量推定部２ｃ、マスク開口部内はんだペースト量決定部２ｄ、マスク開口寸法決定部２ｅ、マスク印刷難易度評価部２ｆ、修正部２ｇを備えている。これらの各部は、それぞれ以下に説明する処理を実行する。情報取得部２ａは、記憶部３に記憶されているデータから、設計対象となるマスクのマスク開口寸法の決定に必要な情報を取得する。これらの情報には、以下に示すように、接合の対象となる部品や基板、基板へのはんだのスクリーン印刷に用いられるマスクに関する情報のほか、スクリーン印刷における印刷難易度に関する情報が含まれる。
【００１４】
ここで接合の対象となる部品Ａ、基板Ｂへの部品Ａの実装およびピンＡｐのスルーホール電極Ｌｈの接合について説明する。図２（ｂ）に示すように、部品Ａは接続用のリードである複数（ここでは２本）のピンＡｐが下面に設けられた挿入部品である。図３（ｂ）に示すように、基板ＢにはピンＡｐを挿入するための複数の開口部Ｈが基板Ｂを貫通して形成されている。それぞれの開口部Ｈには内部を挿通してスルーホール電極Ｌｈが設けられており、スルーホール電極Ｌｈは基板Ｂの上下面において鍔状に延出したはんだ接合用のランド部を有する形状となっている。基板Ｂの上面には、開口部Ｈを囲んでレジストＲが形成されており、レジストＲの上面にはシルクＳｉが形成されている。
【００１５】
基板Ｂへ部品Ａをはんだ接合するためのはんだ印刷では、図４（ａ）に示すように、図３（ｂ）に示す基板Ｂにおける開口部Ｈの配置に対応してマスク開口部Ｐ（図５（ｄ）参照）が形成されたマスクＭに、下面側から基板Ｂを当接させる。そしてこの状態で、はんだペーストが上面に供給されたマスクＭ上でスキージ（図示省略）を移動させることにより、マスクＭに形成されたマスク開口部Ｐを介して基板Ｂの開口部Ｈ内にはんだペーストＳｐを充填させる。
【００１６】
ここで、開口部Ｈ内を挿通するスルーホール電極Ｌｈの内部に存在するはんだペーストＳｐの体積ははんだペースト量Ｖｔであり、マスクＭのマスク開口部Ｐ内に存在するはんだペーストＳｐの体積ははんだペースト量Ｖｍである。なお図３（ｂ）に示すレジストＲとシルクＳｉの存在によりマスクＭの下面とスルーホール電極Ｌｈとの間に存在する隙間ａを考慮する場合には、はんだペースト量Ｖｍはマスク厚みｔＭにこの隙間ａを加味した見かけ上マスク厚みに相当した体積となる。
【００１７】
そしてはんだ印刷後の基板Ｂへの部品Ａの実装においては、基板Ｂの開口部Ｈに部品ＡのピンＡｐを挿通させる。このようにして部品Ａが実装された基板Ｂをリフロー工程に送ることにより、はんだペーストＳｐに含まれるはんだ成分が溶融固化する。これにより、図４（ｂ）に示すように、スルーホール電極Ｌｈの内周面とピンＡｐの外周面とをはんだ接合するはんだ接合部Ｓ＊が形成される。
【００１８】
このはんだ接合部Ｓ＊の体積は、ピンＡｐをスルーホール電極Ｌｈにはんだ接合するのに求められる必要はんだ量Ｖｒである。ここで、１つの開口部Ｈについて供給されたはんだペーストＳｐの体積は、図４（ａ）に示すように、Ｖｍ＋Ｖｔに等しい。さらに必要はんだ量Ｖｒの基となるはんだペーストＳｐの体積は、はんだ溶融により略１／２となることから、上述のはんだペースト量Ｖｔ、はんだペースト量Ｖｍ、必要はんだ量Ｖｒの間には、（Ｖｍ＋Ｖｔ＝２×Ｖｒ）の関係が成り立つ。
【００１９】
以下、情報取得部２ａによって取得された情報に基づいて各部によって実行される機能について説明する。はんだ体積算出部２ｂは、部品Ａをスルーホール電極Ｌｈにはんだ接合するのに必要なはんだの量であるはんだ体積（必要はんだ量Ｖｒ）を算出する処理を行う。このはんだ体積の算出は、記憶部３から取得した部品情報３０および基板情報３２に基づいて、図４（ｂ）に示すはんだ接合部Ｓ＊の体積である必要はんだ量Ｖｒを演算することにより行われる。この演算においては、ピンＡｐが挿入された状態におけるスルーホール電極Ｌｈ内の隙間の容積を求め、さらにスルーホール電極Ｌｈの上下面にフィレット状で付加的に形成されるはんだ部の体積を加味する。
【００２０】
したがってはんだ体積算出部２ｂは、部品Ａをスルーホール電極Ｌｈにはんだ接合するのに必要な必要はんだ量Ｖｒを求めるはんだ量決定部として機能する。なお上述のように部品情報３０、基板情報３２に基づいて必要はんだ量Ｖｒを演算により算出する替わりに、部品種類毎に必要はんだ量Ｖｒを既定値として予め記憶部３の必要はんだ量記憶部３ｂ（図２（ｃ）参照）に記憶させておくようにしてもよい。
【００２１】
基板開口部はんだペースト量推定部２ｃは、スルーホール電極Ｌｈの寸法に基づいて、基板Ｂの開口部Ｈに充填されるはんだペースト量Ｖｔ（はんだペーストＳｐの体積量）を推定する処理を行う。図４（ａ）に示すスクリーン印刷においては、開口部Ｈを挿通したスルーホール電極Ｌｈ内部へのはんだペーストＳｐの充填度合いを確定することが難しいことから、経験値または試験値に基づいてスルーホール電極Ｌｈ内部に充填されるはんだペースト量Ｖｔを推定により求める。
【００２２】
マスク開口部内はんだペースト量決定部２ｄは、はんだ接合するのに必要な必要はんだ量Ｖｒに対応したはんだペースト量と基板Ｂの開口部Ｈに充填されるはんだペースト量Ｖｔから、マスクＭのマスク開口部Ｐ内のはんだペースト量Ｖｍを求める。すなわちはんだ体積算出部２ｂによって求められた必要はんだ量Ｖｒ、基板開口部はんだペースト量推定部２ｃによって求められたはんだペースト量Ｖｔおよび前述の（Ｖｍ＋Ｖｔ＝２×Ｖｒ）の関係より、はんだペースト量Ｖｍを演算によって求める。
【００２３】
マスク開口寸法決定部２ｅは、マスク開口部Ｐ内のはんだペーストＳｐのはんだペースト量Ｖｍに基づいて、マスク開口部Ｐの開口寸法を算出する。すなわち、基板開口部はんだペースト量推定部２ｃによって求めたはんだペースト量Ｖｍを、マスクＭのマスク厚みｔＭ（隙間ａを考慮する場合は隙間ａ＋マスク厚みｔＭ）で除することにより、マスク開口部Ｐの開口面積ＡＭを求める。そしてこの開口面積ＡＭを与える開口寸法を、マスク開口部Ｐのマスク開口仮寸法として決定する。ここではマスク開口部Ｐの開口形状は「丸」であることから、マスク開口仮寸法として径寸法Ｄが決定される。そして決定されたマスク開口仮寸法は、以下に説明する記憶部３のマスク開口仮寸法記憶部３ｆに格納される。
【００２４】
マスク印刷難易度評価部２ｆは、少なくともマスク開口部Ｐのマスク開口仮寸法に基づいて取得した印刷難易度が印刷について適切であるか否かを評価する。すなわち、上述のはんだペーストＳｐを上述のマスクＭによって印刷する場合の印刷難易度を取得し、取得した印刷難易度が対象とするはんだペーストＳｐの基板Ｂへの印刷について適切であるか否かを評価する。
【００２５】
具体的には、マスク開口部の平面投影面積Ａｂと側壁面積Ａｓとの比率を示す面積比が１．５よりも小さい（条件１）または、マスク開口部の幅寸法Ｗ（または径寸法Ｄ）とマスク厚みｔＭとの比率を示すアスペクト比が０．５よりも小さい（条件２）、または、マスク厚みｔＭにマスクＭの下面とスルーホール電極Ｌｈが鍔状に延出したランド部の上面との間の隙間ａ（図４（ａ）参照）を加味した見かけ上アスペクト比が０．８よりも小さい（条件３）のいずれかを満たしていれば、良好な転写率が得られ印刷可能であると判定する。
【００２６】
なお、印刷時のはんだ充填もしくは版離れ制御、マスク開口部の側壁面粗さ等の条件が取得した印刷難易度の評価に影響を及ぼす場合がある。すなわち、良好な転写率が得られ印刷可能かの判断基準となっている面積比の値１．５（条件１）は、前述の条件により１．５以外の値となる場合もある。同様に、アスペクト比の値０．５（条件２）も前述の条件により０．５以外の値となる場合があり、見かけ上アスペクト比の値０．８（条件３）も前述の条件により０．８以外の値となる場合がある。
【００２７】
そしてマスク印刷難易度評価部２ｆによって取得した印刷難易度が当該印刷について適切であると評価された場合には、マスク開口寸法決定部２ｅによって評価の対象となったマスク開口部の開口仮寸法を正規の設計上開口寸法として設定する処理を行う。設定された正規の設計上開口寸法は、記憶部３のマスク開口寸法記憶部３ｇに記憶される。
【００２８】
これに対し、マスク印刷難易度評価部２ｆによる印刷難易度の評価の結果が当該印刷について不適切である場合（上述の条件１，条件２，条件３）のいずれをも満たしていない場合）には、修正部２ｇによるマスク開口寸法の修正処理が実行される。すなわち修正部２ｇは評価の結果が適切となるようにマスク開口部Ｐの開口寸法を修正する処理を行う。そして修正されたマスク開口部Ｐの開口寸法を対象としてマスク印刷難易度評価部２ｆによる印刷難易度の評価が再度実行される。上述構成においてマスク開口寸法決定部２ｅは、マスク開口部Ｐ内のはんだペースト量Ｖｍに基づいてマスク開口部Ｐの開口寸法を算出するマスク開口寸法算出部として機能する。
【００２９】
次に記憶部３について説明する。記憶部３は、部品情報記憶部３ａ、必要はんだ量記憶部３ｂ、基板情報記憶部３ｃ、マスク情報記憶部３ｄ、印刷難易度指標−転写率テーブル記憶部３ｅ、マスク開口仮寸法記憶部３ｆ、マスク開口寸法記憶部３ｇを有している。
【００３０】
部品情報記憶部３ａは、接合の対象となる部品Ａの形状や寸法についての情報である部品情報３０を記憶する。図２（ｂ）に示すように、部品Ａは接続用のリードであるピンＡｐ（径サイズＰＤ、長さサイズＰＬ）が下面に設けられた挿入部品である。図２（ａ）に示すように、部品情報３０は当該部品の部品名（部品ＩＤ）を示す部品名３０ａのほか、ピンＡｐの径サイズＰＤ、長さサイズＰＬをそれぞれ示すピン直径３０ｂ、ピン長さ３０ｃを含んでいる。
【００３１】
必要はんだ量記憶部３ｂは、部品Ａをスルーホール電極Ｌｈにはんだ接合するのに必要なはんだ量を示す必要はんだ量情報３１を記憶する。図２（ｃ）に示すように、必要はんだ量情報３１は開口部番号３１ａに示す開口部Ｈ毎に、必要はんだ量３１ｂ（Ｖｒ）を記憶する。必要はんだ量Ｖｒは、前述のようにはんだ体積算出部２ｂによって演算により算出してもよく、あるいは部品種類毎に予め既定値として求められたものを用いてもよい。
【００３２】
基板情報記憶部３ｃは印刷の対象となる基板Ｂについての情報である基板情報３２を記憶する。すなわち、図３（ａ）に示すように、基板情報３２は、開口部番号３２ａ、位置座標３２ｂ、開口形状３２ｃ、基板厚み３２ｄ、開口径３２ｅ、基板開口充填はんだ量３２ｆ、ランド厚み３２ｇ、レジスト厚み３２ｈ、シルク厚み３２ｉを含んでいる。開口部番号３２ａは基板Ｂを貫通して形成された開口部Ｈを特定する番号であり、以下に示すマスク情報３３（図５（ａ）参照）における開口部番号３３ａに示すマスク開口部Ｐ（図５（ｄ）参照）に対応している。
【００３３】
位置座標３２ｂは、基板Ｂにおける開口部Ｈの平面位置を示す。開口形状３２ｃは、開口部Ｈの開口形状を示している。ここでは、開口部番号３３ａが００１，００２のマスク開口部のいずれもが丸であることを示している。基板厚み３２ｄは、基板Ｂの厚みｔＢを示している。開口径３２ｅは、当該開口部Ｈを挿通するスルーホール電極Ｌｈの径サイズＬｄを示している。基板開口充填はんだ量３２ｆは、当該開口部Ｈ内を挿通するスルーホール電極Ｌｈに充填されるはんだペーストＳｐの量を体積で示すはんだペースト量Ｖｔを示している。
【００３４】
ランド厚み３２ｇ、レジスト厚み３２ｈおよびシルク厚み３２ｉは、図３（ｂ）に示すランド厚みｔＬ、レジスト厚みｔＲ、シルク厚みｔＳをそれぞれ示している。ランド厚みｔＬは、スルーホール電極Ｌｈにおいて基板Ｂの上面に鍔状に延出したランド部の厚みであり、レジスト厚みｔＲは基板Ｂの上面にランド部を囲んで形成されたレジストＲの厚みである。そしてシルク厚みｔＳは、レジストＲの上面に形成されるシルクＳｉの厚みを示す。これらは基板Ｂの上面の凹凸形状を特定する形状要素に関する情報である。これらの情報は、当該印刷における印刷難易度の評価に際して参照される。
【００３５】
マスク情報記憶部３ｄは印刷に用いられるマスクに関する情報であるマスク情報３３を記憶する。図５（ａ）に示すように、マスク情報３３は、開口部番号３３ａ（Ｎ）、位置座標３３ｂ、開口形状３３ｃ、マスク厚み３３ｄ（ｔＭ）をそれぞれ含んでいる。開口部番号３３ａは、対象となるマスクＭにおける複数のマスク開口部を個別に特定するために付与された番号であり、ここに示す例では、開口部番号３３ａ（Ｎ）が００１，００２である２つのマスク開口部が例示されている。
【００３６】
位置座標３３ｂは、各開口部番号３３ａ（Ｎ）に対応するマスク開口部Ｐの当該マスクＭにおける基準点に対する相対位置を平面座標（Ｘ、Ｙ）で示している。すなわち図５（ｄ）に示すように、マスクＭには開口形状がそれぞれ「四角」、「丸」のマスク開口部Ｐが複数（ここではそれぞれ２つ）形成されている。複数のマスク開口部Ｐのうち、開口部番号３３ａ（Ｎ）が００１のマスク開口部Ｐは、開口形状３３ｃが「四角」であり、平面座標（ｘ１、ｙ１）によって位置が特定される。
【００３７】
また複数のマスク開口部Ｐのうち、開口部番号３３ａ（Ｎ）が００２のマスク開口部は、開口形状３３ｃが「丸」であり、平面座標（ｘ２、ｙ２）によって位置が特定される。開口形状３３ｃは、各開口部番号Ｎに対応するマスク開口部の平面形状を示す。ここでは、開口形状として「四角」、「丸」の２種類が用いられている。マスク厚み３３ｄは、マスク開口部の位置におけるマスクＭの厚みを示す。なお、マスク厚み３３ｄ（ｔＭ）は一つのマスクＭについて同一の場合が多いが、マスクＭの上面を部分的に削り込んだハーフエッチ型のマスクＭの場合には、マスク開口部の位置によってマスク厚みｔＭが異なる。
【００３８】
マスク開口仮寸法記憶部３ｆは、図５（ｂ）に示すマスク開口仮寸法３４＊を記憶する。マスク開口仮寸法３４＊には、マスク開口寸法決定部２ｅによって算出されて仮に設定され、開口部番号３４ａに対応した開口仮寸法３４ｂ＊が含まれている。マスク開口寸法記憶部３ｇは、図５（ｃ）に示す設計上のマスク開口寸法として確定したマスク開口寸法３４を記憶する。マスク開口寸法３４には、マスク開口寸法決定部２ｅによって設計上開口寸法として設定され、開口部番号３４ａに対応した開口寸法３４ｂが含まれている。図５（ｄ）に示すように、開口仮寸法３４ｂ＊、開口寸法３４ｂのいずれについても、開口形状が「四角」のマスク開口部Ｐについては、長さ寸法Ｌ、幅寸法Ｗが規定されており、開口形状が「丸」のマスク開口部Ｐについては径寸法Ｄが規定されている。
【００３９】
印刷難易度指標−転写率テーブル記憶部３ｅは、図７に示す印刷難易度指標−転写率テーブル３５を記憶する。印刷難易度指標−転写率テーブル３５は、上述の印刷難易度の指標と転写率との関係を示しており、経験的に蓄積されたデータを相関テーブルの形で表したものである。ここで転写率とは、マスク開口部Ｐ内に充填されたはんだペーストの体積のうち、マスクＭから基板Ｂを離隔させる版離れにおいてランドに実際に転写されるはんだペーストの体積の割合を示す。一般に印刷難易度が高くなるにつれて転写率は低下する。すなわち印刷対象のランドに所望量のはんだペーストを転写する場合において、印刷難易度が高いほど転写率が低く、実際に転写されるはんだペーストの転写量は少なくなることから、マスク開口部の内容積を転写率に応じて適切に設定する必要がある。
【００４０】
すなわち本実施の形態では、印刷難易度として、マスク開口部の平面投影面積Ａｂと側壁面積Ａｓとの比率を示す面積比、またはマスク開口部の幅寸法Ｗ（または径寸法Ｄ）とマスク厚みｔＭとの比率を示すアスペクト比、またはマスク厚みｔＭにマスクＭの下面とスルーホール電極Ｌｈが鍔状に延出したランド部の上面との間の隙間ａを加味して求められた見かけ上アスペクト比のいずれかを用いるようにしている。
【００４１】
スクリーン印刷においては、図６（ａ）に示すように、マスクＭの下面に印刷対象の基板Ｂを当接させる。図６（ｂ）、（ｃ）は、基板Ｂに形成されるマスク開口部の３次元形状を模式的に示している。図６（ｂ）は、開口形状が「四角」のマスク開口部Ｐの３次元形状を示している。マスク開口部Ｐは、幅寸法Ｗに長さ寸法Ｌを乗じた平面投影面積Ａｂと、幅寸法Ｗ及び長さ寸法Ｌで求められる開口部外周長さにマスク厚みｔＭを乗じた側壁面積Ａｓによって形状が特定される。
【００４２】
マスク開口部Ｐを対象とするスクリーン印刷における印刷の難度の指標となる印刷難易度としては、側壁面積Ａｓ／平面投影面積Ａｂで表される面積比が一般的に用いられる。すなわち平面投影面積Ａｂに対する側壁面積Ａｓの割合が大きいほど、はんだペーストが抜けにくいことを示している。なお、開口形状が正方形の場合、幅寸法Ｗとマスク厚みｔＭとの比率を示すアスペクト比ｔＭ／Ｗを印刷難易度として用いてもよい。この場合においても同様に、幅寸法Ｗに対するマスク厚みｔＭの比率が大きいほど、はんだペーストが抜けにくくなる。
【００４３】
図６（ｃ）は、開口形状が「丸」のマスク開口部Ｐの３次元形状を示している。マスク開口部Ｐを対象とする印刷難易度としては、径寸法Ｄとマスク厚みｔＭとの比率を示すアスペクト比ｔＭ／Ｄが印刷難易度として用いられる。この場合においても上述例と同様に、径寸法Ｄに対するマスク厚みｔＭの比率が大きいほど、はんだペーストが抜けにくくなる。
【００４４】
なお、上面に図６（ａ）に示すような凹凸形状を有する基板Ｂを対象とするスクリーン印刷では、マスクＭの下面とスルーホール電極Ｌｈのランドの上面との間には、シルク厚みｔＳ＋レジスト厚みｔＲ−ランド厚みｔＬで表される隙間ａが存在する。この隙間ａは、マスクＭに形成されたマスク開口部Ｐと連通していることから、スクリーン印刷における印刷難易度の指標となるアスペクト比（ｔＭ／ＷまたはｔＭ／Ｄ）を求める上で、マスク厚みｔＭに上述の隙間ａを加味した見かけ上アスペクト比（（ｔＭ＋ａ）／Ｗまたは（ｔＭ＋ａ）／Ｄ）を、印刷難易度として用いることもできる。
【００４５】
図７は、上述の３種類の印刷難易度を用いた印刷難易度指標−転写率テーブル３５の具体例を示している。まず図７（ａ）は、印刷難易度として面積比（側壁面積Ａｓ／平面投影面積Ａｂ）を用いた場合を示している。ここに示す例では、面積比の値が１．５において転写率αが１．０となり、面積比の値が２．０において転写率αが０．８となっている。すなわち面積比が増大して印刷難易度が高くなるに伴って転写率αが低下することを示している。なお、印刷時のはんだ充填もしくは版離れ制御、マスク開口部の側壁面粗さ等の条件によって、転写率αが１．０から低下し始める変化点に対応する面積比の値は変動することもある。すなわち、転写率αが１．０から低下し始める面積比の値は前述の条件により１．５以外の値となることがある。
【００４６】
次に図７（ｂ）は、印刷難易度としてアスペクト比（マスク厚みｔＭ／幅寸法Ｗ（または径寸法Ｄ））を用いた場合を示している。ここに示す例では、アスペクト比の値が０．５において転写率βが１．０となり、アスペクト比の値が０．７において転写率βが０．８となっている。すなわちアスペクト比が増大して印刷難易度が高くなるに伴って転写率βが低下することを示している。なお、印刷時のはんだ充填もしくは版離れ制御、マスク開口部の側壁面粗さ等の条件によって、転写率βが１．０から低下し始める変化点に対応するアスペクト比の値は変動することもある。すなわち、転写率βが１．０から低下し始めるアスペクト比の値は前述の条件により０．５以外の値となることがある。
【００４７】
また図７（ｃ）は、印刷難易度として前述の見かけ上アスペクト比（マスク厚み（ｔＭ＋ａ）／幅寸法Ｗ（または径寸法Ｄ））を用いた場合を示している。この例では、見かけ上アスペクト比の値が０．８において転写率γが１．０となり、見かけ上アスペクト比の値が１．０において転写率γが０．８となっている。すなわちこの例においても、見かけ上アスペクト比が増大して印刷難易度が高くなるに伴って転写率γが低下することを示している。なお、印刷時のはんだ充填もしくは版離れ制御、マスク開口部の側壁面粗さ等の条件によって、転写率γが１．０から低下し始める変化点に対応するアスペクト比の値は変動することもある。すなわち、転写率γが１．０から低下し始めるアスペクト比の値は前述の条件により０．８以外の値となることがある。
【００４８】
次にスクリーン印刷によってはんだペーストを基板のランドへ印刷する際に使用するマスク開口寸法を決定するマスク開口寸法決定方法について、図８に示すマスク開口寸法決定のフローに則して説明する。
【００４９】
演算が開始されると（ＳＴ１）、まず情報取得が行われる（ＳＴ２）。すなわち記憶部３に記憶された部品情報３０、必要はんだ量情報３１、基板情報３２、マスク情報３３、印刷難易度指標−転写率テーブル３５を取得する。そしてこれら取得した情報に基づいて、以下の演算処理が順次実行される。
【００５０】
まず接合に必要なはんだ量を決定する（ＳＴ３）。ここでは、はんだ体積算出部２ｂの処理機能により、部品情報３０によって与えられる部品Ａ（図２（ｂ））のピン直径３０ｂ、基板情報３２によって与えられる基板厚み３２ｄ、開口径３２ｅに基づき、当該部品Ａをスルーホール電極Ｌｈに接合するのに必要な必要はんだ量Ｖｒを算出する。なお、必要なはんだ体積を算出して求める替わりに、各部品種毎に予め規定されて記憶部３の必要はんだ量記憶部３ｂに記憶された既定値を用いるようにしてもよい。
【００５１】
次に基板開口部はんだペースト量を推定する（ＳＴ４）。ここでは、基板開口部はんだペースト量推定部２ｃの処理機能により、スルーホール電極Ｌｈの寸法に基づいて、基板Ｂの開口部Ｈに充填されるはんだペースト量Ｖｔ（はんだペーストＳｐの体積量）を推定する処理を行う。すなわち図４（ａ）に示すスクリーン印刷においては、開口部Ｈを挿通したスルーホール電極Ｌｈ内部へのはんだペーストＳｐの充填度合いを確定することが難しいことから、経験値または試験値に基づいてはんだペースト量Ｖｔを推定により求める。
【００５２】
次いで、マスク開口部内はんだペースト量を決定する（ＳＴ５）。ここでは、マスク開口部内はんだペースト量決定部２ｄの処理機能により、はんだ接合するのに必要な必要はんだ量Ｖｒに対応したはんだペースト量と基板Ｂの開口部Ｈに充填されるはんだペースト量Ｖｔから、マスクＭのマスク開口部Ｐ内のはんだペースト量Ｖｍを求める。すなわちはんだ体積算出部２ｂによって求められた必要はんだ量Ｖｒ、基板開口部はんだペースト量推定部２ｃによって求められたはんだペースト量Ｖｔおよび図４に示す（Ｖｍ＋Ｖｔ＝２×Ｖｒ）の関係より、はんだペースト量Ｖｍを演算によって求める。
【００５３】
次に、マスク開口仮寸法の算出を行う（ＳＴ６）。ここではマスク開口寸法決定部２ｅの処理機能により、マスク開口部Ｐ内のはんだペーストＳｐのはんだペースト量Ｖｍに基づいて、マスク開口部Ｐの開口寸法を算出する。すなわち、（ＳＴ２）において求めたはんだペースト量Ｖｍを、マスクＭのマスク厚みｔＭ（隙間ａを考慮する場合は隙間ａ＋マスク厚みｔＭ）で除することにより、マスク開口部Ｐの開口面積ＡＭを求める。そしてこの開口面積ＡＭを与える開口サイズをマスク開口部Ｐの開口仮寸法として決定する。ここではマスク開口部Ｐの開口形状は「丸」であることから、マスク開口仮寸法として径寸法Ｄが決定される。
【００５４】
次いで、マスク開口部印刷難易度を算出する（ＳＴ７）。ここでは、マスク印刷難易度評価部２ｆの処理機能により、少なくともマスク開口部Ｐのマスク開口仮寸法に基づいて印刷難易度を取得する。そして取得した印刷難易度が印刷について適切であるか否かを評価する（ＳＴ８）。すなわち、上述のはんだペーストＳｐを上述のマスクＭによって印刷する場合の印刷難易度を取得し、取得した印刷難易度が対象とするはんだペーストＳｐの基板Ｂへの印刷について適切であるか否かを評価する。
【００５５】
具体的には、マスク開口部の平面投影面積Ａｂと側壁面積Ａｓとの比率を示す面積比が１．５よりも小さい（条件１）、またはマスク開口部の幅寸法Ｗ（または径寸法Ｄ）とマスク厚みｔＭとの比率を示すアスペクト比が０．５よりも小さい（条件２）、またはマスク厚みｔＭにマスクＭの下面とスルーホール電極Ｌｈが鍔状に延出したランド部の上面との間の隙間ａ（図４（ａ）参照）を加味した見かけ上アスペクト比が０．８よりも小さい（条件３）のいずれかを満たしていれば、良好な転写率が得られ印刷可能であると判定する。
【００５６】
なお、印刷時のはんだ充填もしくは版離れ制御、マスク開口部の側壁面粗さ等の条件が取得した印刷難易度の評価に影響を及ぼす場合もある。すなわち、良好な転写率が得られ印刷可能かの判断基準となっている面積比の値１．５（条件１）は、前述の条件により１．５以外の値となる場合もある。同様に、アスペクト比の値０．５（条件２）も前述の条件により０．５以外の値となる場合があり、見かけ上アスペクト比の値０．８（条件３）も前述の条件により０．８以外の値となる場合がある。
【００５７】
そして（ＳＴ８）にてマスク印刷難易度評価部２ｆによって取得した印刷難易度が当該印刷について適切であると評価された場合には、マスク開口寸法を決定する（ＳＴ９）。すなわち、マスク開口寸法決定部２ｅによって評価の対象となったマスク開口部の開口仮寸法を正規の設計上開口寸法として設定する処理を行う。設定された正規の設計上開口寸法は、記憶部３のマスク開口寸法記憶部３ｇに記憶される。
【００５８】
これに対し、マスク印刷難易度評価部２ｆによる印刷難易度の評価の結果が当該印刷について不適切である場合（上述の条件１，条件２，条件３のいずれをも満たしていない場合）には、修正部２ｇによるマスク開口寸法の修正処理が実行される。すなわち修正部２ｇは評価の結果が適切となるようにマスク開口部Ｐの開口寸法を修正する情報修正処理を行う（ＳＴ１０）。そして（ＳＴ７）に戻って修正されたマスク開口部Ｐの開口寸法を対象としてマスク印刷難易度評価部２ｆによる印刷難易度の評価が再度実行される。
【００５９】
上述処理の実行過程においては、全ての部品について演算処理が終了したか否かが確認される（ＳＴ１１）。ここで未終了であれば、（ＳＴ２）に戻って以降の処理ステップを反復実行する。そして（ＳＴ１１）にて、全ての部品についての演算処理の終了が確認されたならば、上述のマスク開口寸法決定フローを終了する（ＳＴ１２）。
【００６０】
上記説明したように、本実施の形態では、基板Ｂにおいて部品ＡのリードであるピンＡｐが挿入されるスルーホール電極Ｌｈへスクリーン印刷によってはんだペーストを充填する際に使用するマスクＭに形成されるマスク開口部Ｐの開口寸法を決定するマスク開口寸法決定方法において、部品Ａをスルーホール電極Ｌｈにはんだ接合するのに必要な必要はんだ量Ｖｒを求め、スルーホール電極Ｌｈの寸法に基づいて基板Ｂの開口部Ｈに充填されるはんだペースト量Ｖｔを推定し、はんだ接合するのに必要な必要はんだ量Ｖｒに対応したはんだペースト量と基板Ｂの開口部Ｈに充填されるはんだペースト量Ｖｔから、マスクＭのマスク開口部Ｐ内のはんだペースト量Ｖｍを求め、求められたマスク開口部Ｐ内のはんだペースト量Ｖｍに基づいてマスク開口部Ｐの開口寸法を算出するようにしている。
【００６１】
これにより、実際にスクリーン印刷およびリフローを実行した結果を評価する試行錯誤の結果に基づいてマスク開口寸法を決定するという非効率な方法を排することが可能となり、基板に挿入部品を表面実装する形態において、スクリーン印刷に使用されるマスクを適正に効率よく設計することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明のマスク設計装置およびマスク開口寸法決定方法は、基板に挿入部品を表面実装する形態において、スクリーン印刷に使用されるマスクを適正に効率よく設計することができるという効果を有し、スクリーン印刷に用いられるマスクを設計する分野において有用である。
【符号の説明】
【００６３】
１  マスク設計装置
Ｍ  マスク
Ｐ  マスク開口部
Ｗ  幅寸法
Ｄ  径寸法
Ｂ  基板
Ｈ  開口部
Ｌｈ  スルーホール電極
Ａｂ  平面投影面積
Ａｓ  側壁面積
ｔＭ  マスク厚み
ｔＲ  レジスト厚み
ｔＳ  シルク厚み
ａ  隙間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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