(57)【要約】【課題】印刷の最適条件を効率的に決定して印刷難易度の高いスクリーン印刷で用いられるマスクの設計を適切に行う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】マスク設計におけるマスク開口寸法決定において、基板のランドに被接合物である部品の電極をはんだ接合するのに必要なはんだ体積に基づいてマスクに形成されるマスク開口部の開口寸法を算出し、この開口寸法より求めた印刷難易度を使用されるはんだペーストについて取得された印刷難易度限界値と比較することにより、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ようにしている。これにより、印刷の最適条件を効率的に決定して印刷難易度の高いスクリーン印刷で用いられるマスクの設計を適切に行うことができる。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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マスク設計装置であって、
前記ランドに被接合物をはんだ接合するのに必要なはんだ体積に基づいて前記マスクに形成される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、
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とを備える、マスク設計装置。
【請求項２】
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１に記載のマスク設計装置。
【請求項３】
前記印刷難易度評価部は、使用するはんだペーストに設定されている印刷難易度限界値と前記取得した印刷難易度とを比較して前記印刷難易度を評価する、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】
複数の前記マスク開口部の開口寸法の中で最小の前記開口寸法に基づいて選定された前記はんだペーストに設定されている前記印刷難易度限界値を適用する、請求項３に記載のマスク設計装置。
【請求項６】
最小の前記開口寸法に基づいてはんだ接合に使用するはんだの粒径を求め、少なくとも前記粒径に基づいて前記はんだペーストが選定される、請求項５に記載のマスク設計装置。
【請求項７】
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、
前記ランドに被接合物をはんだ接合するのに必要なはんだ体積に基づいて前記マスクに形成される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、
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とを含む、マスク開口寸法決定方法。
【請求項８】
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、前記請求項７に記載のマスク開口寸法決定方法。
【請求項９】
前記印刷難易度評価ステップにおいて、使用するはんだペーストに設定されている印刷難易度限界値と前記取得した印刷難易度とを比較して前記印刷難易度を評価する、請求項７または８のいずれかに記載のマスク開口寸法決定方法。
【請求項１０】
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前記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７から９のいずれかに記載のマスク開口寸法決定方法。
【請求項１１】
複数の前記マスク開口部の開口寸法の中で最小の前記開口寸法に基づいて選定された前記はんだペーストに設定されている前記印刷難易度限界値を適用する、請求項９に記載のマスク開口寸法決定方法。
【請求項１２】
最小の前記開口寸法に基づいてはんだ接合に使用するはんだの粒径を求め、少なくとも前記粒径に基づいて前記はんだペーストが選定される、請求項１１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】
電子機器の小型化・実装密度の高度化に伴い、基板に実装される部品の微少化、ランドの狭隣接化が進展している。このためスクリーン印刷における印刷難易度は高難度化し、印刷に使用されるはんだペーストなどの印刷材料の特性、例えばはんだ粒径や粘度などの物性と、マスクに形成されるマスク開口部の寸法などの印刷条件とのマッチングが適正であることが求められる。従来より、このマッチングを確認するために、既存の印刷材料を用いて実際にスクリーン印刷を試行した結果を評価するトライアルアンドエラーを反復して、印刷の最適条件、すなわち印刷材料と印刷条件との最適な組み合わせを決定するようにしていた。しかしながらこのような試行錯誤を伴う最適条件の決定においては、試行と評価を反復することによるコストと手間を要し、印刷の最適条件を効率的に決定することが困難であった。
【０００５】
そこで本発明は、印刷の最適条件を効率的に決定して印刷難易度の高いスクリーン印刷で用いられるマスクの設計を適切に行う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】
【０００６】
本発明のマスク設計装置は、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マスク設計装置であって、前記ランドに被接合物をはんだ接合するのに必要なはんだ体積に基づいて前記マスクに形成される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、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とを備える。
【０００７】
本発明のマスク開口寸法決定方法は、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、前記ランドに被接合物をはんだ接合するのに必要なはんだ体積に基づいて前記マスクに形成される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、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とを含む。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、印刷の最適条件を効率的に決定して印刷難易度の高いスクリーン印刷で用いられるマスクの設計を適切に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【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の記憶部に記憶されるデータの説明図
【図５】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の相関テーブルを示す図
【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はんだの粘度と印刷難易度限界値の関係を示すグラフ
【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】
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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、マスク開口仮寸法算出部２ｃ、はんだ選定部２ｄ、印刷難易度評価部２ｅ、マスク開口寸法算出部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。
【００１３】
情報取得部２ａは、記憶部３に記憶されているデータから、設計対象となる基板のマスク開口の決定に必要な情報を取得する。これらの情報には、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】
はんだ体積算出部２ｂは、ランドに被接合物である部品の電極をはんだ接合するのに必要なはんだペーストの量であるはんだ体積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に含まれる部品寸法（図２（ｂ）参照）に基づいて接合後のはんだフィレット形状の体積を演算することにより行われる。なお、部品寸法に基づいてはんだ体積を算出する替わりに、部品種類毎のはんだ体積を既定値として予め記憶部３の必要はんだ量記憶部３ｄ（図２（ｄ）参照）に記憶させておくようにしてもよい。
【００１５】
マスク開口仮寸法算出部２ｃは、はんだ体積算出部２ｂにより算出された、または既定値より求められたはんだ体積Ｖに基づいて、マスクに形成されるマスク開口部の開口仮寸法３４ｂ＊（図３（ｂ）参照）を算出する処理を行う。ここでは、はんだ溶融によりはんだペーストの体積は半分になることを見込んで、上述のはんだ体積Ｖの２倍の印刷量（Ｖｐ：Ｖｐ＝２Ｖ）を与える開口サイズのマスク開口部の開口仮寸法３４ｂ＊を求める。すなわち印刷量Ｖｐをマスク情報３３に含まれるマスクＭの厚み（マスク厚みｔＭ）で除して開口面積ＡＭを求め、この開口面積ＡＭを与える開口サイズをマスク開口部の開口仮寸法３４ｂ＊として決定する。
【００１６】
はんだ選定部２ｄは、使用されるはんだペーストの種類を選定する処理を行う。ここでは、はんだペースト中に含有されるはんだ粒子の粒径や、ペーストの物性（粘度・チキソ指数）を決定する。この処理は、記憶部３に記憶されたはんだ情報３６に基づいて実行される。
【００１７】
印刷難易度評価部２ｅは、マスク開口仮寸法算出部２ｃにより決定されたマスク開口部の開口寸法を有するマスクおよびはんだ選定部２ｄにより選定されたはんだペーストを用いて印刷を実行した場合の印刷難易度を評価する処理を行う。すなわち、上述のはんだペーストを上述のマスク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の基板への印刷について適切であるか否かを評価する。
【００１８】
マスク開口寸法算出部２ｆは、印刷難易度評価部２ｅ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、評価の対象となったマスク開口部の開口仮寸法３４ｂ＊（図３（ｂ）参照）を正規の設計上開口寸法３４ｂ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３４ｂは、以下に説明する記憶部３のマスク開口寸法記憶部３ｈに記憶される。
【００１９】
これに対し、印刷難易度評価部２ｅ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の開口寸法を対象として印刷難易度評価部２ｅによる印刷難易度の評価が再度実行される。
【００２０】
上述構成においてマスク開口仮寸法算出部２ｃおよびマスク開口寸法算出部２ｆは、ランドに被接合物である部品の電極をはんだ接合するのに必要なはんだペーストの量であるはんだ体積に基づいてマスクＭに形成されるマスク開口部の開口寸法を算出するマスク開口算出部として機能する。
【００２１】
記憶部３は、部品情報記憶部３ａ、基板情報記憶部３ｂ、マスク情報記憶部３ｃ、必要はんだ量記憶部３ｄ、はんだ情報記憶部３ｅ、印刷難易度指標−転写率テーブル記憶部３ｆ、マスク開口仮寸法記憶部３ｇ、マスク開口寸法記憶部３ｈを有している。
【００２２】
部品情報記憶部３ａは、接合の対象となる部品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。すなわち、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、当該部品Ａの各部寸法を示す部品全長３０ｂ（ＨＤ）、電極幅３０ｃ（ｂ）、電極平坦部長さ３０ｄ（Ｌ）、電極厚み３０ｅ（ｃ）を含んでいる。部品Ａは両端に電極Ａａが形成された矩形チップ部品であり、これらの各部寸法は、図２（ｂ）ではそれぞれ符号ＨＤ、ｂ、Ｌ、ｃで示されている。
【００２３】
前述のはんだ体積算出部２ｂは、部品情報３０によって与えられる部品の各部寸法に基づき、当該部品をランドに接合するのに必要なはんだ体積を算出する。すなわち、まず部品Ａの電極Ａａをランド（図示省略）に接合するために形成されるはんだフィレットの形状寸法（はんだフィレット寸法）を、部品Ａの各部寸法より求める。そして求められたはんだフィレット寸法よりはんだフィレットの体積を演算により求め、求められた体積を当該部品をランドに接合するのに必要なはんだ体積とする。
【００２４】
基板情報記憶部３ｂは印刷の対象となる基板についての情報である基板情報３１を記憶する。すなわち、図２（ｃ）に示すように、基板情報３１は、開口部番号３１ａ（Ｎ）、ランド厚み３１ｂ（ｔＬ）、レジスト厚み３１ｃ（ｔＲ）およびシルク厚み３１ｄ（ｔＳ）を含んでいる。開口部番号３１ａ（Ｎ）は以下に示すマスク情報３３（図３（ａ）参照）における開口部番号３３ａ（Ｎ）と同様であり、開口部番号３３ａ（Ｎ）が００１，００２である２つのマスク開口部に対応している。
【００２５】
ランド厚み３１ｂ、レジスト厚み３１ｃおよびシルク厚み３１ｄは、図６（ａ）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、はんだを転写する対象のランドＬａの厚みであり、レジスト厚みｔＲは基板Ｂの上面にランドＬａ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。これらは当該マスク開口部（図３（ｄ）に示すマスク開口部Ｐ１またはマスク開口部Ｐ２参照）に対応する基板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。
【００２６】
マスク情報記憶部３ｃ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３（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（Ｘ、Ｙ）、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（Ｎ）は、対象となるマスク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。
【００２７】
位置座標３３ｂ（Ｘ、Ｙ）は、各開口部番号３３ａ（Ｎ）に対応するマスク開口部の当該マスク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３（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Ｐ１，Ｐ２が複数（ここではそれぞれ２つ）形成されている。マスク開口部Ｐ１のうち、開口部番号３３ａ（Ｎ）が００１のマスク開口部は、平面座標（ｘ１、ｙ１）によって位置が特定される。
【００２８】
またマスク開口部Ｐ２のうち、開口部番号３３ａ（Ｎ）が００２のマスク開口部は、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（ｔＭ）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。
【００２９】
必要はんだ量記憶部３ｄは、ランドに被接合物である部品の電極をはんだ接合するのに必要なはんだ量であるはんだ体積を示す必要はんだ量情報３２を記憶する。図２（ｄ）に示すように、必要はんだ量情報３２は、当該部品の部品名（部品ＩＤ）を示す部品名３２ａに、必要はんだ量３２ｂ（ＶＳ）を対応させている。すなわち、部品名３２ａがＡ００１，Ａ００２の部品の接合対象部位に対応するランドには、それぞれ必要はんだ量ＶＳ１、ＶＳ２を満たす量のはんだを、スクリーン印刷により転写する必要があることを示している。ここで必要はんだ量３２ｂ（ＶＳ）は、部品情報３０に基づいてはんだ体積算出部２ｂによって算出された演算値、または部品種毎に予め記憶された既定値のいずれであってもよい。はんだ情報記憶部３ｅは、当該部品のランドへの接合に使用されるはんだペーストに関するはんだ情報３６を記憶する。はんだ情報３６については、図４にて詳述する。
【００３０】
印刷難易度指標−転写率テーブル記憶部３ｆは、図５に示す印刷難易度指標−転写率テーブル３９を記憶する。印刷難易度指標−転写率テーブル３９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、マスク開口部内に充填されたはんだの体積のうち、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。
【００３１】
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の下面とランドＬａ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。
【００３２】
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Ｐ１の３次元形状を示している。マスク開口部Ｐ１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。
【００３３】
マスク開口部Ｐ１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。
【００３４】
図６（ｃ）は、開口形状が「丸」のマスク開口部Ｐ２の３次元形状を示している。マスク開口部Ｐ２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。
【００３５】
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の下面とランドＬａ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（マスク開口部Ｐ１、マスク開口部Ｐ２）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。
【００３６】
図５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３９の具体例を示している。ここでは、粘度（［Ｐａ・Ｓ］）が異なる３種類のはんだペーストを対象とする場合に対応した転写率曲線Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３が含まれている。転写率曲線Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３は、それぞれ粘度が２００より大きい高粘度のはんだペーストに、転写率曲線Ｃ２は粘度が１００〜２００の範囲の中粘度のはんだペーストに、また転写率曲線Ｃ３は粘度が１００より小さい低粘度のはんだペーストにそれぞれ対応している。
【００３７】
まず図５（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、中粘度のはんだペーストに対応する転写率曲線Ｃ２において、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、図５（ａ）における転写率αが１．０より小さくなる面積比の値は、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は変動することもある。すなわち、転写率αが１．０より小さくなる面積比の値は、前述の条件により１．５以外の値をとることがある。これは転写率曲線Ｃ１，Ｃ３において、転写率αが１．０より小さくなる面積比の値についても同様である。
【００３８】
次に図５（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、中粘度のはんだペーストに対応する転写率曲線Ｃ２において、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、図５（ｂ）における転写率βが１．０より小さくなるアスペクト比の値は、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は変動することもある。すなわち、転写率βがより小さくなるアスペクト比の値は、前述の条件により０．５以外の値をとることがある。これは転写率曲線Ｃ１，Ｃ３において、転写率βが１．０より小さくなるアスペクト比の値についても同様である。
【００３９】
また図５（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、中粘度のはんだペーストに対応する転写率曲線Ｃ２において、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、図５（ｃ）における転写率γが１．０より小さくなる見かけ上アスペクト比の値は、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は変動することもある。すなわち、転写率γが１．０より小さくなる見かけ上アスペクト比の値は、前述の条件により０．８以外の値をとることがある。これは転写率曲線Ｃ１，Ｃ３において、転写率γが１．０より小さくなる見かけ上アスペクト比の値についても同様である。
【００４０】
そして上述のいずれの場合においても、はんだペーストの粘度が低下するにしたがって、転写率が向上している。換言すれば粘度の高いはんだペーストを用いる場合ほど転写率が低下して印刷難易度は高くなる。すなわち、実際に印刷が実行可能な印刷難易度の限界値とはんだペーストの粘度との間には、相関関係が存在する。この相関関係は、従来からの経験の累積によりはんだペーストの種類毎に取得されたものであり、ここでは図７に示す「粘度と印刷難易度限界値の関係」４０に例示する２軸直交形式のグラフで示されている。図７は図５（ａ）を参考にしてはんだペーストの粘度と印刷難易度限界値との関係を例示したものである。なお、この「粘度と印刷難易度限界値の関係」４０は、図４に示すはんだ情報３６に含まれていてもよく、個別のデータとして記憶部３に含まれていてもよい。
【００４１】
図７に示すグラフにおいて、横軸は粘度４０ｂを示しており、ここでは粘度４０ｂは５０刻みで区分されている。また縦軸は印刷難易度４０ａであり、図５に示すグラフにおける印刷難易度を示している。安定した印刷が実行可能な印刷難易度４０ａの上限は、使用されるはんだペーストの粘度によって異なっており、印刷難易度４０ａがこの上限を超えると安定した印刷が困難となる。粘度４０ｂに設定された各区分には上述の上限である限界値を示す印刷難易度限界値４０ｃが規定されている。
【００４２】
なお、粘度４０ｂに設定された各区分（２００より大きい高粘度、粘度が１００〜２００の範囲の中粘度、粘度が１００より小さい低粘度）における前述の印刷難易度限界値４０ｃは、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は変動することもある。すなわち、図７における高粘度、中粘度、低粘度における印刷難易度限界値は、前述の条件によりそれぞれ１．３、１．５、１．８以外の値をとることもある。
【００４３】
そして所定の条件によって実行されるはんだ印刷において、印刷に使用されるはんだペーストの粘度４０ｂが特定され、さらにはんだ印刷の条件における印刷難易度４０ａが特定されると、その条件で実行されるはんだ印刷は問題なく印刷可能であるか、または印刷が困難であるかを判定することができる。
【００４４】
すなわち図７のグラフを参照して、特定されている印刷難易度４０ａ、粘度４０ｂの組み合わせが、印刷難易度限界値４０ｃより上の領域（印刷困難）、または印刷難易度限界値４０ｃより下の領域（印刷可）にいずれに該当するかを判別することにより、印刷難易度を評価することができる。この評価は印刷難易度評価部２ｅの処理機能によって実行され、この処理において印刷難易度評価部２ｅは、使用するはんだペーストに設定されている印刷難易度限界値４０ｃと、使用するマスクについて取得した印刷難易度４０ａとを比較して、当該印刷難易度が適正であるか否かを評価する。
【００４５】
マスク開口仮寸法記憶部３ｇは、図３（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、マスク開口仮寸法算出部２ｃ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３ｈは、図３（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、マスク開口寸法算出部２ｆ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３（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Ｐ１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Ｐ２については径寸法Ｄが規定されている。
【００４６】
以下に説明するはんだの選定では、マスク開口仮寸法記憶部３ｇに記憶された複数のマスク開口寸法３４＊の中で最小の開口仮寸法３４ｂ＊に基づいて、選定されたはんだペーストに設定されている印刷難易度限界値４０ｃを適用する。そして同様に最小の開口寸法に基づいてはんだ接合に使用するはんだの粒径を求め、少なくともこれらの粒径に基づいてはんだペーストが選定される（図４に示すはんだ粒子配列方向３７ａ参照）。
【００４７】
一般にはんだペーストのスクリーン印刷では、マスクに形成されたマスク開口部の開口寸法が小さいほど印刷難易度が高いため、適用される印刷難易度限界値４０ｃも開口寸法に対応していることが求められる。そして使用されるはんだペースト選定に際しても、同様に最小の開口寸法に基づいて求められたはんだの粒径に基づいてはんだペーストを選定するようになっている。
【００４８】
ここで、はんだ情報記憶部３ｅに記憶されたはんだ情報３６について、図４を参照して説明する。はんだ情報３６は使用されるはんだペーストに含有されるはんだ粒子Ｓのサイズを示す粒径情報３７と「はんだ粘度とチキソ指数との関係」３８が含まれている。これらのデータは、マスク開口寸法決定（図８に示すフロー参照）において、使用はんだの選定に際して参照される。粒径情報３７には、マスク開口内においてはんだ粒子Ｓが想定される最小の配列長さで配列された配列態様を示す「はんだ粒子配列方向」３７ａが含まれており、さらにはんだ粒子Ｓの個数と印刷性との相関を示す「粒子個数と印刷性の相関」３７ｂが含まれている。ここではんだ粒子配列方向３７ａの配列方向は、水平方向、垂直方向に区分して例示されている。
【００４９】
このうち水平方向では、図３（ｄ）の開口寸法３４ｂに示す長方形のマスク開口部Ｐ１、丸穴のマスク開口部Ｐ２のそれぞれについて示されている。長方形のマスク開口部Ｐ１では、開口寸法がより小さい幅寸法Ｗ方向に複数（ここでは５個）のはんだ粒子Ｓが配列されている。丸穴のマスク開口部Ｐ２では、同様に径寸法Ｄ方向に複数（ここでは８個）のはんだ粒子Ｓが配置されている。また垂直方向では、マスク開口部Ｐ１、マスク開口部Ｐ２の内側面に沿って複数（ここでは４個、３個のはんだ粒子Ｓ）が配列されている。
【００５０】
「粒子個数と印刷性の相関」３７ｂでは、水平方向３７ｅ、垂直方向３７ｆに配列されたはんだ粒子個数３７ｃと、当該開口部における印刷性３７ｄ（印刷形状の適否）との相関が示されている。ここで印刷性３７ｄは、印刷性の良否の度合いを示す◎、○、△の３つの区分に分けられており、◎、○の２つの区分に該当する条件範囲が採用可能となっている。水平方向３７ｅ、垂直方向３７ｆでは、はんだ粒子配列方向３７ａと同様に、長方形３７ｇ、丸穴３７ｈに区分されている。そして長方形３７ｇ、丸穴３７ｈ、垂直方向３７ｆのそれぞれに、◎、○、△に該当するはんだ粒子個数が示されている。
【００５１】
すなわちここに指定されている個数以上のはんだ粒子を当該方向に配列するようにはんだ粒子Ｓの粒径や含有密度を規定することにより、所期の印刷性を得られることを示している。本実施の形態においては、粒径情報３７に基づいて印刷難易度が適切であるか否かを判定するようにしている。なお「マスク厚みとはんだ粒径との関係」３７ｉは、マスクＭのマスク開口部Ｐ１またはマスク開口部Ｐ２の垂直方向３７ｆにおけるはんだ粒子Ｓの個数が４個の場合の例示である。ここでは、マスク厚み３７ｊが１２０μｍ、１００μｍ、８０μｍ、４５μｍである場合には、はんだ粒径３７ｋとして３０μｍ、２５μｍ、２０μｍ、１０μｍが採用されることが参考記載されている。
【００５２】
次に「はんだ粘度とチキソ指数との関係」３８は、はんだペーストの粘度とチキソ指数の適正な組み合わせを示している。ここでは、縦方向、横方向にそれぞれ粘度３８ａ、チキソ指数３８ｂを対応させた領域テーブルによって、粘度とチキソ指数組み合わせが適正であるか否かを判定するようにしている。すなわち粘度３８ａは、「低（１００以下）」、「中（１００〜２００）」、「高（２００以上）」の３つの区分に区分けされている。またチキソ指数３８ｂは、「低（０．４以下）」「中（０．４〜０．６）」「高（０．６以上）」の３つの区分に区分分けされている。
【００５３】
これらの粘度３８ａ、チキソ指数３８ｂの区分の組み合わせによって規定される領域のうち、粘度３８ａが「低」である領域に、チキソ指数３８ｂが「低」である領域を加えた領域３８ｃは、印刷品質が不安定な品質不安定領域である。そしてチキソ指数３８ｂが「中」であって且つ粘度３８ａが「中」もしくは「高」である領域３８ｅは、印刷品質が安定していて且つ印刷難易度が低い領域である。またチキソ指数３８ｂが「高」であって粘度３８ａが「中」である領域３８ｆ、チキソ指数３８ｂが「高」であって粘度３８ａが「高」である領域３８ｇは、印刷品質が安定していて且つ印刷難易度が高い領域となっている。
【００５４】
これらの領域のうち、領域３８ｅ、領域３８ｆ、領域３８ｇを包含する包含領域３８ｄは、実際の印刷において採用可能な領域である。これらの採用可能な包含領域３８ｄのうち、領域３８ｆ、領域３８ｇは、印刷対象となる製品の種類や用途に応じて選択される特定領域である。
【００５５】
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。
【００５６】
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、基板情報３１、印刷難易度指標−転写率テーブル３９、マスク情報３３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。
【００５７】
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））の各部寸法に基づき、当該部品をランドに接合するのに必要なはんだ体積を算出する。すなわち、まず部品Ａの電極Ａａをランド（図示省略）に接合するために形成されるはんだフィレットの形状寸法（はんだフィレット寸法）をこれらの各部寸法より求める。そして求められたはんだフィレット寸法より、はんだフィレットの体積を演算により求め、求められた体積を当該部品をランドに接合するのに必要なはんだ体積とする。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３ｄに記憶された既定値を用いるようにしてもよい。
【００５８】
次にマスク開口仮寸法を決定する（ＳＴ４）。ここでは、マスク開口仮寸法算出部２ｃの処理機能により、はんだ体積算出部２ｂにより算出された、または記憶部３に記憶された既定値より求められたはんだ体積Ｖに基づいて、マスクに形成されるマスク開口部の開口仮寸法３４ｂ＊を算出する。すなわちはんだ溶融によりはんだペーストの体積は半分になることを見込んで、上述のはんだ体積Ｖの２倍の印刷量（Ｖｐ：Ｖｐ＝２Ｖ）を与える開口サイズのマスク開口部の開口仮寸法３４ｂ＊を求める。次いで印刷量Ｖｐをマスク情報３３に含まれるマスクＭの厚み（マスク厚みｔＭ）で除して開口面積ＡＭを求め、この開口面積ＡＭを与える開口サイズをマスク開口部の開口仮寸法３４ｂ＊として決定する。決定された開口仮寸法３４ｂ＊は、記憶部３のマスク開口仮寸法記憶部３ｇに格納される。
【００５９】
次に、全てのマスク開口部について開口仮寸法３４ｂ＊を求めたか否かを確認する（ＳＴ５）。ここでＹＥＳであれば以下のステップに進み、ＮＯであれば（ＳＴ２）に戻ってこれ以降のステップを反復する。そして（ＳＴ５）において全てのマスク開口部について開口仮寸法３４ｂ＊を求めたことが確認されたならば、使用されるはんだペーストに含有されるはんだ粒子の粒径を決定するはんだ粒径決定が行われる（ＳＴ６）。
【００６０】
ここでは、全てのマスク開口部の中で、マスク開口仮寸法記憶部３ｇに格納された開口仮寸法３４ｂ＊が最も小さいマスク開口部に基づいてはんだ粒子の粒径が決定される。すなわち記憶部３のはんだ情報記憶部３ｅに記憶されたはんだ情報３６に含まれる「粒子個数と印刷性の相関」３７ｂを参照して、最も小さいマスク開口部についても印刷性が◎または○となるはんだ粒子個数が確保されるような粒径を選定する。
【００６１】
次いで、はんだ粘度・チキソ指数決定が行われる（ＳＴ７）。ここでは、はんだペーストの性状が安定して印刷可能な範囲となるようにペーストの物性を調整するために加えるべき希釈剤や添加樹脂の種類・量を選定する。すなわち、はんだ情報３６に含まれる「はんだ粘度とチキソ指数との関係」３８を参照して、粘度３８ａとチキソ指数３８ｂとの組み合わせが包含領域３８ｄの範囲内に収まるように物性調整を行う。そしてこのようにして物性が調整されたはんだペーストについての印刷難易度限界値４０ｃを取得する（ＳＴ８）。この印刷難易度限界値４０ｃの取得は、はんだ情報記憶部３ｅに予め記憶されたはんだ物性データから取得するようにしてもよく、調整された物性に基づきその都度入力するようにしてもよい。
【００６２】
なおここで適用される印刷難易度限界値４０ｃは、複数のマスク開口部の開口寸法の中で最小の開口寸法に基づいて選定されたはんだペーストに設定されている印刷難易度限界値４０ｃが適用される。そしてここで用いられた最小の開口寸法に基づいてはんだ接合に使用するはんだの粒径を求め、少なくともこの粒径に基づいてはんだペーストが選定されるようになっている。
【００６３】
次に、取得された印刷難易度限界値４０ｃとマスク開口仮寸法３４＊とがマッチングしているか否かを確認するために、マスク開口仮寸法３４＊を取得する（ＳＴ９）。すなわち、マスク開口仮寸法記憶部３ｇからマスク開口仮寸法３４＊を読み出す。そして読み出されたマスク開口仮寸法３４＊に基づいて印刷難易度４０ａを求め、求められた印刷難易度が適切か否かを評価する（ＳＴ１０：印刷難易度評価ステップ）。この印刷難易度評価ステップにおいては、使用するはんだペーストに設定されている印刷難易度限界値４０ｃと、マスク開口仮寸法３４＊に基づいて取得した印刷難易度４０ａとを比較して印刷難易度を評価する。
【００６４】
なお、ここで適用される印刷難易度は、前述のように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）と前記マスク厚み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の下面とランドＬａ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が適宜選択されて用いられる。
【００６５】
ここで印刷難易度が適切であると評価された場合には、評価対象となったマスク開口仮寸法３４＊を正規の設計上マスク開口寸法３４として決定し、マスク開口寸法記憶部３ｈに格納する（ＳＴ１１）。これに対し、印刷難易度が適切でないと評価された場合には、マスク開口仮寸法修正を行う（ＳＴ１２）。すなわち、印刷難易度が適切と評価されるようにマスク開口寸法を修正し、再度（ＳＴ１０）印刷難易度の評価を行う。
【００６６】
次いで（ＳＴ１１）の後、全てのマスク開口部について開口寸法を求めたか否かを確認し（ＳＴ１３）、ここで全てのマスク開口部についての確認ができていない場合には、（ＳＴ９）に戻って以降、同様の処理を反復する。そして（ＳＴ１３）にて全てのマスク開口部について開口寸法を求めたことが確認されたことを以て、上述のマスク開口寸法決定の演算終了となる（ＳＴ１４）。
【００６７】
上述の演算は、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となっている。そしてこのマスク開口寸法決定方法は、ランドに被接合物をはんだ接合するのに必要なはんだ体積に基づいてマスクに形成される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、少なくとも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とを含む形態となっている。そして上述フローの（ＳＴ１２）において、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、評価の結果が適切となるようにマスク開口部の開口寸法を修正するようにしている。
【００６８】
上記説明したように、本実施の形態に示すマスク設計におけるマスク開口寸法決定においては、基板のランドに被接合物である部品の電極をはんだ接合するのに必要なはんだ体積に基づいてマスクに形成されるマスク開口部の開口寸法を算出し、この開口寸法より求めた印刷難易度４０ａを使用されるはんだペーストについて取得された印刷難易度限界値４０ｃと比較することにより、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ようにしている。これにより、印刷に使用されるはんだペーストの物性とマスクに形成されるマスク開口部の開口寸法との適正なマッチングが確保され、印刷の最適条件を効率的に決定して印刷難易度の高いスクリーン印刷で用いられるマスクの設計を適切に行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
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、印刷の最適条件を効率的に決定して印刷難易度の高いスクリーン印刷で用いられるマスクの設計を適切に行う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】
【００７０】
１  マスク設計装置
Ｍ  マスク
Ｐ１，Ｐ２  マスク開口部
Ｗ  幅寸法
Ｄ  径寸法
Ｂ  基板
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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