(57)【要約】【課題】製造工程の追加が無く、熱疲労寿命を延長することができるプリント配線基板の設計装置およびプリント配線基板の設計方法を提供する。【解決手段】フットプリント４の幅Ｗおよびフットプリント４に設けられるはんだ３の体積Ｖに基づいて当該フットプリント４におけるはんだフィレット厚ｄが最大値となるはんだフィレット長ｆを算出し、算出されたはんだフィレット長ｆに基づいてフットプリントサイズを決定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品が実装されるプリント配線基板の設計装置であって、
前記プリント配線基板上に形成する電極に設けられるはんだのフィレットが発生する方向と直交する方向の前記電極の長さおよび前記電極に設けられるはんだの体積が入力される入力手段と、
前記入力手段から入力された前記電極の長さおよび前記電極に設けられるはんだの体積に基づいて当該電極におけるフィレット厚が最大値となるフィレット長を算出する算出手段と、
前記算出手段が算出した前記フィレット長に基づいて前記電極の形状を決定する決定手段と、
を有していることを特徴とするプリント配線基板の設計装置。
【請求項２】
電子部品が実装されるプリント配線基板の設計装置であって、
前記プリント配線基板上の形成する電極の長さおよび幅と、前記電極にはんだを供給する際に前記プリント配線基板上に重ねられるマスクの開口部分の幅および前記マスクの厚みと、が入力される入力手段と、
前記入力手段から入力された前記電極の長さおよび幅と、前記マスクの開口部分の幅および前記マスクの厚みに基づいて当該電極におけるはんだのフィレット厚が最大値となる前記マスクの開口部分の長さを算出する算出手段と、
前記算出手段が算出した前記開口部分の長さに基づいて前記マスクの開口部分の形状を決定する決定手段と、
を有していることを特徴とするプリント配線基板の設計装置。
【請求項３】
電子部品が実装されるプリント配線基板の設計方法であって、
前記プリント配線基板上に形成する電極に設けられるはんだのフィレットが発生する方向と直交する方向の前記電極の長さおよび前記電極に設けられるはんだの体積を入力する入力工程と、
前記入力工程で入力された前記電極の長さおよび前記電極に設けられるはんだの体積に基づいて当該電極におけるフィレット厚が最大値となるフィレット長を算出する算出工程と、
前記算出工程で算出した前記フィレット長に基づいて前記電極の形状を決定する決定工程と、
を有していることを特徴とするプリント配線基板の設計方法。
【請求項４】
電子部品が実装されるプリント配線基板を設計する設計装置が実行するプリント配線基板の設計方法であって、
前記設計装置が実行する工程は、
前記プリント配線基板上の形成する電極の長さおよび幅と、前記電極にはんだを供給する際に前記プリント配線基板上に重ねられるマスクの開口部分の幅および前記マスクの厚みと、を入力する入力工程と、
前記入力工程で入力された前記電極の長さおよび幅と、前記マスクの開口部分の幅および前記マスクの厚みに基づいて当該電極におけるはんだのフィレット厚が最大値となる前記マスクの開口部分の長さを算出する算出工程と、
前記算出工程で算出した前記開口部分の長さに基づいて前記マスクの開口部分の形状を決定する決定工程と、
を含むことを特徴とするプリント配線基板の設計方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリント配線基板の設計装置およびプリント配線基板の設計方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガラスとエポキシ樹脂を主成分としたプリント配線基板（プリント配線板）に、電子部品を合金によりはんだ接合した電子回路基板では、プリント配線基板と電子部品の線膨張係数差により繰り返し応力がかかり、疲労破壊することがある。
【０００３】
このような熱疲労寿命をより長くするため、電子部品下側にエポキシ樹脂を塗布しはんだ高さを上げせん断応力を小さくすることが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載されているような電子部品下側にエポキシ樹脂を塗布しはんだ高さをあげせん断応力を小さくするという技術は，エポキシ樹脂を塗布する工程が追加され、製造効率が低下したりコストアップとなってしまうといた問題があった。
【０００５】
本発明はかかる問題を解決することを目的としている。
【０００６】
即ち、本発明は、例えば、製造工程の追加が無く、熱疲労寿命を延長することができるプリント配線基板の設計装置およびプリント配線基板の設計方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記に記載された課題を解決するために請求項１に記載された発明は、電子部品が実装されるプリント配線基板の設計装置であって、前記プリント配線基板上に形成する電極に設けられるはんだのフィレットが発生する方向と直交する方向の前記電極の長さおよび前記電極に設けられるはんだの体積が入力される入力手段と、前記入力手段から入力された前記電極の長さおよび前記電極に設けられるはんだの体積に基づいて当該電極におけるフィレット厚が最大値となるフィレット長を算出する算出手段と、前記算出手段が算出した前記フィレット長に基づいて前記電極の形状を決定する決定手段と、を有していることを特徴とするプリント配線基板の設計装置である。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１に記載の発明によれば、プリント配線基板上の電極に設けられるはんだのフィレットが発生する方向と直交する方向の前記電極の長さおよび前記電極に設けられるはんだの体積に基づいて当該電極におけるフィレット厚が最大値となるフィレット長を算出する。そして、算出されたフィレット長に基づいて電極の形状を決定する。したがって、はんだのフィレット厚が最大値となるはんだ形状とするような電極にすることができる。そのため、電子部品下側にエポキシ樹脂を塗布する工程を追加することなく熱疲労寿命を延長することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１の実施形態にかかるプリント配線基板の設計装置の構成図である。
【図２】図１に示されたプリント配線基板の設計装置が設計するフットプリントについての説明図である。
【図３】図２を簡素化した図である。
【図４】図１に示されたプリント配線基板の設計装置の動作のフローチャートである。
【図５】本発明の第２の実施形態にかかるプリント配線基板の設計装置が設計するマスクの説明図である。
【図６】本発明の第２の実施形態にかかるプリント配線基板の設計装置の動作のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態を、図１乃至図４を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施形態にかかるプリント配線基板の設計装置の構成図である。図２は、図１に示されたプリント配線基板の設計装置が設計するフットプリントについての説明図である。図３は、図２を簡素化した図である。図４は、図１に示されたプリント配線基板の設計装置の動作のフローチャートである。
【００１１】
図１に、本発明の一実施形態にかかるプリント配線基板の設計装置１０の構成図を示す。プリント配線基板の設計装置１０は、入力手段としての入力部１１と、算出手段、決定手段としての算出部１２と、データベース部１３と、出力手段としての出力部１４と、を備えている。
【００１２】
入力部１１は、例えば、キーボード、マウス等の入力手段で構成され、後述するフットプリントの幅および該フットプリントに設けられるはんだの体積が入力される。また、入力部１１は、ネットワークインタフェースやハードディスクドライブおよびメモリーカードなどの記憶媒体との接続インタフェースとして構成してもよい。そして、ネットワーク経由や記憶媒体からフットプリントの幅および該フットプリントに設けられるはんだの体積の情報が入力されるようにしてもよい。要するに、フットプリントの幅および該フットプリントに設けられるはんだの体積の情報が入力されて取得できればよい。
【００１３】
算出部１２は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）などの演算装置などで構成されている。算出部１２は、フットプリントの幅および該フットプリントに設けられるはんだの体積に基づいて当該フットプリントにおけるはんだのフィレット厚が最大値となるフィレット長を後述する算出式に基づいて算出する。そして、算出結果に基づいてフットプリントサイズを決定する。
【００１４】
データベース部１３は、例えばハードディスクドライブや不揮発性の半導体メモリなどで構成され、算出部１２で使用される算出式が記憶されている。
【００１５】
出力部１４は、例えば、液晶ディスプレイなどの表示部で構成され、算出部１２で決定されたフットプリントサイズを出力（表示）する。また、入力部１１は、ネットワークインタフェースやハードディスクドライブおよびメモリーカードなどの記憶媒体との接続インタフェースとして構成してもよい。そして、ネットワーク経由で他のコンピュータや設計装置または記憶媒体へフットプリントサイズの情報が出力されるようにしてもよい。
【００１６】
次に、上述した構成のプリント配線基板の設計装置１０が設計するフットプリントについて図２を参照して説明する。図２は、フットプリント（電極）４が設けられたプリント配線基板２と電子部品１がはんだ３により接合されている状態を示した図である。
【００１７】
プリント配線基板２は、当該基板上に例えば銅箔などで矩形状に形成され、基板側の電極として機能するフットプリント４が複数設けられている。そして、複数のフットプリント４は、プリント配線基板２に実装される電子部品１などで構成される電子回路に応じて配線で接続されている。なお、図２では複数のフットプリント４のうち１箇所のみを表示している。
【００１８】
電子部品１は、例えば、抵抗素子やコンデンサ、あるいは集積回路などプリント配線基板２に実装されてプリント配線基板２上の回路を構成する回路素子となる部品である。電子部品１は、プリント配線基板２と接続するための端子１ａを備えている。なお、図２では端子１ａは１つしか表示していないが複数備えていてもよい。
【００１９】
電子部品１の端子１ａとプリント配線基板２のフットプリント４は、はんだ３によって接合されて固定される。そして、電子部品１の端子１ａとプリント配線基板２のフットプリント４を接合したはんだ３はフィレット３ａが形成される。
【００２０】
ここで、データベース部１３に記憶され算出部１２で用いる算出式について、図３を参照して説明する。図３は図２を簡素化した図である。つまり、図２に記載されているように、フィレット３ａのはんだ表面は曲線を描く。つまり、端子１ａの側面からフットプリント４の他端に向かって傾斜している。それを図３で示すように，直線であると簡素化し、はんだ３のフィレット厚ｄを算出する。なお、図２で端子１ａの下部分にあるはんだ３はフィレット３ａを形成するはんだ３と比較してごく少量であるので無視することができる。
【００２１】
フィレット厚ｄは、当該フットプリント４に印刷等により設けられる体積をＶ、フットプリント幅をＷ、フィレット長をｆとすると、次の（１）式で表される。なお、フットプリント４の幅Ｗは、図３においてフットプリント４の紙面に垂直な方向の長さ、つまり、フットプリント４のフィレット長ｆと直交する方向の長さである。即ち、フィレット３ａが発生する方向（端子１ａから離れる方向）と直交する方向の長さである。また、フィレット３ａはフットプリント４の先端まで濡れるとする。また、体積Ｖは、印刷等により設けられるはんだの体積であり、金属成分以外のはんだ付け時の加熱により揮発する有機溶剤やフラックス等も含むものである。（１）式で算出されるフィレット厚ｄは、はんだ付け後の値であるので、体積Ｖはそのうち金属成分のみの体積として１／２Ｖとなる。
【００２２】
【数１】
2014175449.tif 000003
【００２３】
そして、上述した（１）式のフィレット長ｆを変化させてフィレット厚ｄが最大値となるフィレット長ｆの値を求める。つまり、フィレット厚ｄが最大値となるフィレット長ｆの値を求めることにより、熱疲労寿命を向上させるのに最適なフットプリント長Ｌを求めることができる。フットプリント長Ｌは、電子部品１の端子１ａのサイズとフィレット長ｆにより定まる。即ち、フットプリント長Ｌは、フットプリント４のフィレット３ａが発生する方向と平行な方向の長さである。電子部品１の端子１ａのサイズは予め判明しているので、フィレット長ｆの値が定まることによりフットプリント長Ｌを決定することができる。したがって、フットプリント長Ｌとフットプリント幅Ｗからなるフットプリントサイズを決定することができるため、フットプリント４の形状を決定することができる。
【００２４】
上述したプリント配線基板の設計装置１０の動作（プリント配線基板の設計装置１０が実行する設計方法）を図４のフローチャートにまとめる。まず、入力工程としてのステップＳ１１において、フットプリント幅Ｗおよびフットプリント４に設けられるはんだ３の体積Ｖを入力部１１から入力する。次に、算出工程としてのステップＳ１２において、算出部１２で、（１）式によりフィレット厚ｄを算出し、フィレット長ｆを変化させてフィレット厚ｄが最大値となるフィレット長ｆの値を選択する。
【００２５】
次に、決定工程としてのステップＳ１３において、算出部１２で、選択されたフィレット長ｆからフットプリント長Ｌを決定し、フットプリントサイズ（フットプリント長Ｌ、フットプリント幅Ｗ）を決定する。次に、出力工程としてのステップＳ１４において、出力部１４からフットプリントサイズを出力する。出力されたフットプリントサイズは、例えばプリント配線基板２の製造装置や他の設計装置等に出力されて利用される。
【００２６】
本実施形態によれば、フットプリント幅Ｗおよびフットプリント４に設けられるはんだ３の体積Ｖに基づいて当該フットプリント４におけるフィレット厚ｄが最大値となるフィレット長ｆを算出する。そして、算出されたフィレット長ｆに基づいてフットプリントサイズを決定する。したがって、フィレット厚ｄが最大値となるはんだ形状とするフットプリントにすることができる。フィレット厚ｄを大きくすることができることで、熱疲労によってはんだ３接合部に亀裂などが発生しにくくなる。また、亀裂が発生した場合でも、その亀裂が進展していく経路を長くすることができる。そのため、電子部品１の下側にエポキシ樹脂を塗布する工程を追加することなく熱疲労寿命を延長することができる。
【００２７】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態にかかるプリント配線基板の設計装置１０を図５および図６を参照して説明する。なお、前述した第１の実施形態と同一部分には、同一符号を付して説明を省略する。図５、本発明の第２の実施形態にかかるプリント配線基板の設計装置が設計するマスクの説明図である。図６、本発明の第２の実施形態にかかるプリント配線基板の設計装置の動作のフローチャートである。
【００２８】
本実施形態にかかるプリント配線基板の設計装置１０は、構成は図１と同様であるが、入力および出力が異なる。
【００２９】
図５は、本実施形態にかかるプリント配線基板の設計装置１０が設計するマスク開口部と、フットプリントの関係についての説明図である。図５（ａ）は、フットプリント（電極）４が設けられたプリント配線基板２と電子部品１がはんだ３により接合されている状態を示した図であり、図３と同様であるので説明は省略する。
【００３０】
図５（ｂ）は、フットプリント４にはんだ３を供給する際に用いるマスク５の上面図と断面図である。マスク５は、例えばステンレス等で形成されたメタルマスクが用いられ、プリント配線基板２上のフットプリント４の対応する位置に開口部（開口部分）６が設けられている。そして、プリント配線基板２のフットプリント４とマスク５の開口部６の位置が合うようにマスク５を重ねて開口部６からソルダーペースト（はんだ）を充填し、フットプリント４へ転写することにより電子部品１をプリント配線基板２に接合するためのはんだ３を与える。本実施形態では、マスク５の開口部６の開口長を算出する。
【００３１】
次に、本実施形態におけるデータベース部１３に記憶され算出部１２で用いる算出式について説明する。
【００３２】
まず、はんだ３がマスク５から充填される体積（印刷体積）Ｖは、開口部６の開口長をＰ、開口幅をＭ、マスク厚をｔとすると、次の（２）式で表される。なお、開口長Ｐは、開口部６においてフットプリント長Ｌと平行な方向の長さ、開口幅Ｍは、開口部６においてフットプリント幅Ｗと平行な方向の長さを示している。即ち、開口長Ｐは、はんだのフィレットが発生する方向と平行な方向の長さ、開口幅Ｍは、フィレットが発生する方向と直交する方向の長さを示している。
【００３３】
【数２】
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【００３４】
そして、（２）式を（１）式に代入すると、次の（３）式となる。
【００３５】
【数３】
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【００３６】
ここで、フットプリント４のサイズ（フットプリント長Ｌ、フットプリント幅Ｗ）を固定、マスク厚ｔ、開口幅Ｍも固定とし、上述した（３）式の開口長Ｐを変化させてフィレット厚ｄが最大値となる開口長Ｐの値を求める。つまり、フィレット厚ｄが最大値となる開口長Ｐの値を求めることにより、熱疲労寿命を向上させるのに最適な開口長Ｐを求めることができる。したがって、開口長Ｐと開口幅Ｍからなる開口部６のサイズを決定することができるため、開口部６の形状を決定することができる。
【００３７】
上述したプリント配線基板の設計装置１０の動作（プリント配線基板の設計装置１０が実行する設計方法）を図６のフローチャートにまとめる。まず、入力工程としてのステップＳ２１において、フットプリント４のサイズ、マスク厚ｔ、開口部６の開口幅Ｍを入力部１１から入力する。次に、算出工程としてのステップＳ２２において、算出部１２で、（３）式によりフィレット厚ｄを算出し、開口長Ｐを変化させてフィレット厚ｄが最大値となる開口長Ｐの値を求める。
【００３８】
次に、決定工程としてのステップＳ２３において、算出部１２で、選択された開口長Ｐから開口部６のサイズ（開口長Ｐ、開口幅Ｍ）を決定する。次に、出力工程としてのステップＳ２４において、出力部１４から開口部６のサイズを出力する。出力された開口部６のサイズは、例えばマスク５の製造装置や他の設計装置等に出力されて利用される。
【００３９】
本実施形態によれば、フットプリント長Ｌと、フットプリント幅Ｗと、マスク５の開口幅Ｍおよびマスク厚ｔに基づいて当該フットプリント４におけるフィレット厚ｄが最大値となるマスク５の開口長Ｐを算出する。そして、算出された開口長Ｐに基づいてマスク５の開口部６のサイズを決定する。したがって、フィレット厚ｄが最大値となるはんだ形状とするマスク５の開口部６にすることができる。そのため、電子部品１の下側にエポキシ樹脂を塗布する工程を追加することなく熱疲労寿命を延長することができる。
【００４０】
なお、上述した２つの実施形態ではフットプリント４やマスク５の開口部６の形状を矩形状として説明したが、円形や楕円形としてもよい。その場合は円の直径や楕円の長径、短径がフットプリント長Ｌ、フットプリント幅Ｗまたは開口長Ｐ、開口幅Ｍとなる。
【００４１】
また、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。即ち、当業者は、従来公知の知見に従い、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。かかる変形によってもなお本発明のプリント配線基板の設計装置およびプリント配線基板の設計方法の構成を具備する限り、勿論、本発明の範疇に含まれるものである。
【符号の説明】
【００４２】
１          電子部品
２          プリント配線基板
３          はんだ
４          フットプリント（電極）
５          マスク
６          開口部（開口部分）
１０        プリント配線基板の設計装置
１１        入力部（入力手段）
１２        算出部（算出手段、決定手段）
１３        データベース部
１４        出力部（出力手段）
Ｓ１１      フットプリント幅、はんだ体積入力（入力工程）
Ｓ１２      はんだフィレット厚算出（算出工程）
Ｓ１３      フットプリントサイズ決定（決定工程）
Ｓ１４      フットプリントサイズ出力（出力工程）
Ｓ２１      フットプリントサイズ、マスク厚、開口幅入力（入力工程）
Ｓ２２      はんだフィレット厚算出（算出工程）
Ｓ２３      マスク開口部サイズ決定（決定工程）
Ｓ２４      マスク開口部サイズ出力（出力工程）
【先行技術文献】
【特許文献】
【００４３】
【特許文献１】特開平１１−１６３５１０号公報
【図１】
2014175449.tif 000006
【図２】
2014175449.tif 000007
【図３】
2014175449.tif 000008
【図４】
2014175449.tif 000009
【図５】
2014175449.tif 000010
【図６】
2014175449.tif 000011