JP2006154983A - プリント回路基板の熱設計シミュレーション方法及びプリント回路基板の熱設計シミュレーション支援プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】
プリント回路基板の熱設計シミュレーション方法及びプリント回路基板の熱設計シミュレーション支援プログラムにおいて、実装部品を変更するときに設計者に与える作業負担を軽減可能なものを提供すること。
【解決手段】
２次元ＣＡＤ形式のデータファイルから、実装部品や基板の配線パターンなどの２次元形状に関するデータや部品情報データを抽出し、３次元のシミュレーションモデルを作成する。２次元ＣＡＤ形式のデータファイルから得られないＺ軸方向の形状、寸法情報や、実装部品の物性値に関する情報は、部品ライブラリの部品データライブラリ及びモデル形状データベースを検索して得る。このとき、対応する実装部品に関する情報が存在しないときには、近似する機能、物性を有する部品を代わりに使う。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ＡＮＳＹＳ（登録商標）、ＭＳＣ（登録商標）などで構築したシミュレーションシステムによる熱設計シミュレーションを支援する熱設計シミュレーション支援方法及び熱設計シミュレーション支援プログラムに係り、特に２層以上で構成されたプリント回路基板の熱設計シミュレーションに関するものである。

２層以上で構成されたプリント回路基板を設計する際には、一般的に発熱源の熱的影響を予測するためにシミュレーションや試作を繰り返し、発熱源に対する十分な配慮を行うようにしている。これは、基板上に設けられる発熱源が基板全体の熱設計に非常に大きな影響を与えるからであり、特許文献１に示すような２層以上で構成されたプリント回路基板の熱設計を支援するシミュレーションシステムやプログラムも様々なものが開発されている。

図１６は、従来技術に係る２層以上で構成されたプリント回路基板の熱設計シミュレーション方法を示す説明図である。図１６において、４０は熱設計シミュレーションモデルであり、４０ａは第１層、４０ｂは第２層、４０ｃは第３層、４０ｄは第４層、４１ａ〜４１ｈは配線パターン、４２ａ〜４２ｌはスルーホール、４３ａ，４３ｂは発熱源、４４ａ〜４４ｄは樹脂を示す。図１６（ａ）に示した熱設計シミュレーションモデル４０は、４つの層を持つプリント回路基板に関するものである。第１層４０ａ乃至第４層４０ｄは、４つの層をそれぞれモデル化したものである。発熱源４３ａ，４３ｂは、ＣＰＵ、トランスなどの発熱するデバイスをモデル化したものである。

図１６に示した従来技術におけるシミュレーションでは、シミュレーションモデル４０の発熱源４２ａ，ｂ以外の部分を均一な物質と仮定して伝熱解析を行い、発熱源４２ａ，ｂによる熱的影響を予測している。しかし、現実には、発熱源４３ａ，４３ｂ以外の部分には、図１６（ｂ）に示すように、配線パターン４１ａ〜４１ｈ、スルーホール４２ａ〜４２ｌ、樹脂４４ａ〜４４ｄなどプリント回路基板を構成する様々な要素が存在している。したがって、これらを図１６（ａ）のようにすべて均一化してしまえば、当然のことながら熱的影響を精確に予測することは困難になり、解析結果の信頼性は低くなる。結局のところ、設計者は、シミュレーションモデルを実際に試作してみて、実物における熱的影響を確かめなければならない。したがって、設計者は相当な作業負担を負うことになる。

そこで、本件発明者は、特許文献２に示す発明によってこの課題の解決を図った。図１４は、本件発明者が課題の解決を図ったシミュレーションモデルの構成を示す説明図である。図１４において、１０は熱設計シミュレーションモデルであり、１０ａは第１層、１０ｂは第２層、１０ｃは第３層、１０ｄは第４層、１１ａ〜１１ｈは配線パターン、１２ａ〜１２ｌはスルーホール、１３ａ，１３ｂは発熱源、１４ａ〜１４ｄは樹脂を示す。また、図１５は、本発明者が課題の解決を図った熱設計シミュレーションの作業概要を示すフローチャートである。

図１４（ａ）に示した熱設計シミュレーションモデル１０は、４つの層を持つプリント回路基板に関するものである。第１層１０ａ乃至第４層１０ｄは、４つの層をそれぞれモデル化したものである。図１４（ｂ）に示すように、第１層１０ａには、樹脂１４ａに対して、配線パターン１１ａ，１１ｂ、スルーホール１２ａ，１２ｂ、及び発熱源１３ａが配置され、第２層１０ｂには、樹脂１４ｂに対して、配線パターン１１ｃ，１１ｄ、及びスルーホール１２ｃ〜１２ｆが配置されている。また、第３層１０ｃには、樹脂１４ｃに対して、配線パターン１１ｅ，１１ｆ、及びスルーホール１２ｇ〜１２ｊが配置され、さらに第４層１０ｃには、樹脂１４ｄに対して、配線パターン１１ｇ，１１ｈ、スルーホール１２ｋ，１２ｌ、及び発熱源１３ｂが配置されている。

そして、図１４のモデルを用いて、まずＣＡＤプログラムで２次元ＣＡＤ形式の作図データファイルを作成し（Ｓ１）、プリント回路基板の熱設計シミュレーション支援プログラムを操作して、２次元ＣＡＤ形式の作図データファイルから熱設計シミュレーションモデル１０の作成に必要な情報を取り出し、取り出した情報のＣＡＤプログラムの仕様等に起因して発生する不都合な部分を修正する。さらに、熱設計シミュレーションモデル１０を作成する上で不足する情報を入力し、熱設計シミュレーションモデル１０をシミュレーションシステムで利用可能なものにする（Ｓ２）。次に、シミュレーションプログラムに熱設計シミュレーションモデル１０のデータを入力し、解析条件などの設定を行った上で解析を実行し（Ｓ３）、その結果をディスプレイ等に表示する（Ｓ４）。表示されている発熱源の熱的影響の解析結果が、設計上想定された範囲内であるか確認する。そして、設計上想定された範囲からはずれている場合は、Ｓ３に戻って条件の再設定を行う（Ｓ５）。また、設計上想定された範囲内であれば、２層以上で構成されたプリント回路基板の試作を行って、熱的影響の最終的な確認を行う（Ｓ６）。

すなわち、発明したところの熱設計シミュレーション支援プログラムによって、２次元ＣＡＤ形式のデータファイルからプリント回路基板の配線パターンや実装部品に関する情報を取り出し、さらにこれらに対して材質、寸法などの熱設計シミュレーション上必要な情報を付加してシミュレーションモデルを作成し、さらにこのモデルをシミュレーションプログラムに渡した上で解析を実行できるようにした。これによって、解析結果の信頼性を高めることができた。

しかし、新たな実装部品を含むモデルに対してシミュレーションを行うときには、新たな部品に即した熱解析を行うために、熱設計シミュレーション支援プログラムの起動中に解析に必要な属性情報を手入力で設定する必要がある。一度解析した実装部品に対する情報を記憶手段に保存できるようにしても、プリント回路基板に実装される部品は極めて多種多様であり、未解析の部品を使って熱設計シミュレーションを実行することは避けがたいことと言える。この手入力の負担を軽減することがさらに解決すべき課題として残っていた。
特開平９−２４５０７６号公報 特願２００４−２２３５８号

本発明は、以上の課題に鑑みて、プリント回路基板の熱設計シミュレーション方法及びプリント回路基板の熱設計シミュレーション支援プログラムにおいて、実装部品を変更するときに設計者に与える作業負担を軽減可能なものを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するための手段として、本発明は、２以上のレイヤーを積層した構造を持つプリント回路基板をモデル化し、該モデルに対して伝熱解析を行って該プリント回路基板の予測することにより、コンピュータ上で前記プリント回路基板の熱設計を支援するプリント回路基板の熱設計シミュレーション方法であって、ＣＡＤシステムで生成された前記プリント回路基板及び前記プリント回路基板に実装される実装部品の２次元ＣＡＤ形式のデータファイルを準備し、該データファイルから、前記プリント回路基板及び前記実装部品のレイヤーの情報と、前記実装部品の識別情報を前記コンピュータに入力し、前記レイヤーの中から伝熱解析に必要な解析対象レイヤーを選択し、それぞれの前記解析対象レイヤーに関連する前記実装部品の前記識別情報を用いて、プリント基板に実装可能な部品の属性情報を格納した部品ライブラリに前記実装部品の属性情報があるか否か判断して、前記実装部品の属性情報がある場合にはこの属性情報を取得し、該部品ライブラリに前記実装部品の属性情報が存在しない場合には前記実装部品に機能的に最も近似する代替部品の属性情報を取得し、前記解析対象レイヤーの厚さに関する情報を前記コンピュータに入力し、前記プリント回路基板に形成されるビアホールに関する情報を前記コンピュータに入力し、前記解析対象レイヤーに発熱する実装部品が存在する場合には、該発熱する実装部品が発熱源であることを示す情報を前記コンピュータに入力し、前記プリント回路基板の層間樹脂、配線パターン及ビアの材質に関する情報、前記プリント回路基板の雰囲気の温度、及び、前記プリント回路基板から該雰囲気への熱放射に関する情報を前記コンピュータに入力し、前記コンピュータに入力したすべての情報と、前記実装部品の属性情報又は前記代替部品の属性情報とを熱解析の実行可能なシミュレーションシステムに入力し、該シミュレーションシステムにおいて熱解析を実行することを特徴とするものである。

したがって、上記の手段によれば、前記プリント回路基板の実装部品に関する情報を取得するときに、部品の属性情報を格納した部品ライブラリに実装部品の属性情報が存在しない場合には実装部品に機能的に最も近似する代替部品の属性情報を取得するので、代替部品の属性情報を用いてシミュレーションシステムで熱解析を実行することができる。

なお、本発明は、上記の熱設計シミュレーション支援方法において、前記部品ライブラリは、少なくとも、プリント基板に実装可能な各部品の識別情報と、これらの部品の属性情報であるこれらの名称、物性値、形状及び高さに関する情報とが格納されたものにできる。

さらに、本発明は、前記部品ライブラリは、これに格納されている前記部品同士の機能的近似性によって規定された部品分類情報が格納されているものにできる。

また、上記の課題を解決するための手段として、本発明は、プリント回路基板の熱設計シミュレーション支援プログラムにおいて、２以上のレイヤーを積層した構造を持つプリント回路基板及び該プリント回路基板に実装される実装部品の２次元ＣＡＤ形式の作図データファイルから全てのレイヤーの情報を取得して記憶手段に保存する第１の手順と、前記記憶手段に保存した前記レイヤーの情報の中から伝熱解析に必要な解析対象レイヤーを選択する第２の手順と、それぞれの前記解析対象レイヤーに関連する前記実装部品の識別情報を前記記憶手段に保存した前記レイヤーの情報の中から読み出し、該識別情報を用いてプリント基板に実装可能な部品の属性情報が格納された部品ライブラリに前記実装部品の属性情報があるか否か判断して、前記実装部品の属性情報がある場合にはこの属性情報を取得し、該部品ライブラリに前記実装部品の属性情報が存在しない場合には前記実装部品に属性が近似する代替部品の属性情報を取得する第３の手順と、入力手段から入力された、前記プリント回路基板に形成されるビアホールに関する情報を前記記憶手段に保存する第４の手順と、入力手段から入力された、前記解析対象レイヤーに存在する発熱源となる実装部品を特定する情報を前記記憶手段に保存する第５の手順と、入力手段から入力された、前記プリント回路基板の層間樹脂、配線パターン及ビアの材質に関する情報、前記プリント回路基板の雰囲気の温度、及び、前記プリント回路基板から該雰囲気への熱放射に関する情報を前記記憶手段に保存する第６の手順と、前記記憶手段に記憶されている入力手段から入力されたすべての情報と、前記部品の属性情報又は前記部代替部品の属性情報とを熱解析の実行可能なシミュレーションシステムにおいて利用可能な所定形式データに変換する第７の手順と、前記所定形式データをファイルとして出力する第８の手順と、をコンピュータ上で実行することを特徴とするものとした。

したがって、上記の手段によれば、前記プリント回路基板の実装部品に関する情報を取得するときに、部品の属性情報を格納した部品ライブラリに実装部品の属性情報が存在しない場合には実装部品に機能的に最も近似する代替部品の属性情報を取得するので、代替部品の属性情報を用いてシミュレーションシステムで熱解析を実行することができる。

なお、本発明は、プリント回路基板の熱設計シミュレーション支援プログラムにおいて、前記第３の手順において、該部品ライブラリに前記部品の属性情報が存在しない場合に、前記部品ライブラリに格納されているそれぞれの前記部品同士の機能的近似性によって規定された部品分類情報を前記ライブラリから読み出し、該部品分類情報から前記実装部品に機能的に最も近似する部品を前記代替部品とする処理を実行するものにもできる。

本発明は、解析対象となる実装部品の属性情報が存在しない場合にも、代替部品の属性情報を利用して熱設計シミュレーションを実行できるようにしたので、シミュレーションを行う際に必要となっていた属性情報の手入力負担を軽減することができる。ひいては、
２以上のレイヤーを積層した構造を持つプリント回路基板の設計業務の効率化が可能となる。

以下に、本発明の実施例について図面を参照しながら詳しく説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施例に限定されるものではなく、例えば、データの入力方法や、データベースに格納するデータなどに関する具体的な構成については、各請求項に記載した範囲を逸脱しない限りにおいて種々の変形を加えることが可能である。また、本発明の対象となるシミュレーションモデルは、例えば図１４に示したモデルのように、２以上のレイヤーを積層した構造を持つプリント回路基板（これ以降、多層プリント回路基板と記述する）に部品を実装したものであればどのようなものにも適用できる。

まず、本発明の多層プリント回路基板の熱設計シミュレーション支援プログラムをインストールするコンピュータ及びこのコンピュータを含むネットワークシステムの構成例について説明する。図１２は、多層プリント回路基板の熱設計シミュレーション支援プログラムをインストールしたコンピュータの構成例を示すブロック図である。図１２において、３０はコンピュータ、３１はＣＰＵ、３２はＲＯＭ、３３はＲＡＭ、３４はキーボード、３５はメディアドライブ、３６はディスプレイ、３７はネットワークインタフェース、３８はハードディスクドライブ、３９はバスである。また、図１３は、図１２に示したコンピュータを含むネットワークシステムの構成例を示すブロック図である。図１３において、２５，２６，２７は解析用端末、２８はデータベースサーバー、２９はシミュレーションサーバーを示す。

コンピュータ３０には、熱設計シミュレーション支援プログラムと、２次元ＣＡＤプログラムとがインストールされており、熱設計シミュレーションに必要となるすべてのデータ作成を行う。勿論、図１２の構成は一例を示したにすぎず、マウス、ペンタブレットなど他のデバイスを備えていても良い。また、ＡＮＳＹＳなどのシミュレーションプログラムをコンピュータ３０にインストールして、熱設計シミュレーションにも利用できるようにしても良い。さらに、後述する部品ライブラリをメディアドライブ３５にあるＣＤ−Ｒ／Ｗなどの記憶媒体に格納しておくことも可能である。

また、図１３は、コンピュータ３０をネットワークシステムに組み込んだ事例を示す。ここでは、コンピュータ３０は、クライアントコンピュータの一つとして利用される。また、データベースサーバー２８では、物性値データベース及びモデル形状データベースの二つのデータベースで構成された部品ライブラリをクライアントコンピュータ側に提供している。また、シミュレーションサーバー２９では、ＡＮＳＹＳなどによるシミュレーションを実行する。なお、この実施例を実施可能なハードウェア的構成は図１２及び図１３のものに限られるものではなく、以下に説明する処理が可能であればどのような構成であっても良い。

ここで、物性値データベース及びモデル形状データベースについて説明する。図3は、物性値データベースのデータテーブルの一例を示す説明図である。図４は、モデル形状データベースのデータテーブルの一例を示す説明図である。

図３に示すように、物性値データベースは、各実装部品及び基板構成材の熱伝導率など部品等の発熱の影響を解析するのに必要な物性値データを保持している。また、部品情報データとそれらのデータに対応する物性値とが一つのテーブルとして記述されているので、部品情報をキーとして検索することが簡単にできる。また、図４に示すように、モデル形状データベースは、各実装部品及び基板構成材の３次元形状を座標値として保持している。部品情報データとそれらのデータに対応する座標値とが一つのテーブルとして記述されているので、部品情報をキーとして検索することが簡単にできる。

次に、本発明の実施例における熱設計シミュレーションの作業概要について説明する。図１は、本発明の実施例における熱設計シミュレーションの作業概要を示すフローチャートである。

本発明においては、まず２次元ＣＡＤプログラムで解析対象となるモデルに対応する２次元ＣＡＤ形式の作図データファイルを作成しておく。その際、それぞれの実装部品に対して後述する部品情報を必ず付加しておく。次に、作図データファイルの中に含まれる部品情報データを取り出してコンピュータの記憶手段に格納する。さらに、後述する多層プリント回路基板の熱設計シミュレーション支援プログラムのモデルを作成するツールを起動させて、２次元ＣＡＤ形式の作図データファイルから熱設計シミュレーションモデルの作成に必要となる、部品及び基板の形状データと、後述する部品情報データを取り出す（Ｓ１）。次に、熱設計シミュレーションモデルを作成する上で不足する情報を入力し、熱設計シミュレーションモデルをシミュレーションシステムで利用可能なものにする（Ｓ２）。

なお、熱設計シミュレーションモデルを作成する上で不足する情報とは、後述するように、本来閉じているべき配線パターンの図形が閉じていない状態のままファイルとして出力される場合などである。入力を終えたら、部品ライブラリを参照して、２次元ＣＡＤデータから得られた部品と配線パターンの２次元情報を３次元化すると共に、必要な部品及び配線パターンの物性値を取得してシミュレーションモデルを構築する。また、部品ライブラリに部品情報データに対応する物性値が存在しなかった場合、つまりその部品の物性値の情報が得られなかった場合には、最も近い物性を持つ部品を代用する。

次に、熱設計シミュレーションモデルの不足するデータの補充と、解析条件などの設定を行い、熱解析を実行し（Ｓ３）する。そして、その結果をディスプレイ等に表示する（Ｓ４）。表示されている発熱源の熱的影響の解析結果が、設計上想定された範囲内であるか確認する。そして、設計上想定された範囲からはずれている場合は、Ｓ３に戻って条件の再設定を行う（Ｓ５）。また、設計上想定された範囲内であれば、多層プリント回路基板の試作を行って、熱的影響の最終的な確認を行う（Ｓ６）。

なお、図１に示した例においては、多層プリント回路基板の熱設計シミュレーション支援プログラムの操作と、シミュレーションプログラムの操作を連続的に行うものとして説明したが、多層プリント回路基板の熱設計シミュレーション支援プログラムとシミュレーションプログラムを全く別個に操作するようにしても良い。すなわち、多層プリント回路基板の熱設計シミュレーション支援プログラムにおいて、熱設計シミュレーションモデルの作成、及び、シミュレーションプログラムに必要な設定を行い、熱設計シミュレーションモデルをシミュレーションプログラムで利用可能なファイル形式で出力して作業を終了できるようにすることも可能である。この場合、出力したファイルでシミュレーションだけを実行できるので、熱設計シミュレーションモデルの作成から解析結果の表示までの作業を適宜分割して行うことができる。

ここで部品情報データについて説明する。部品情報データは、各部品毎に割り付けられるものであり、また部品の種類に応じて体系化されている。部品の体系化の一例を図２及び図５に示す。図２は、２次元ＣＡＤで作製した図面における部品の実装状態の一例を示す平面図である。図５は、実装部品の分類方法の一例を示す説明図である。

部品情報データは、各部品を識別する上で最も基本となる情報である。具体的には、図２に示すように、実装する各部品の種類に応じて、ＭＯＳＦＥＴなどの半導体素子に「Ｑ１」、「Ｑ２」などのＱ系統の記号、抵抗素子に「Ｒ１」、「Ｒ２」などのＲ系統の記号、キャパシタにＣ１などのＣ系統の記号、制御用ＣＰＵなどのＩＣに「ＩＣ１」などＩＣ系統の記号を付している。

なお、部品情報データの分類方法としては、図５に示すように、それぞれの機能及び熱的性状（物性）に応じて系統的に分け、この分類に応じた記号体系にすることが好ましい。また、各記号の後に付加する数字は、シリアル番号である。このシリアル番号は、機能及び物性が近い部品同士が近い数字となるように付与することが好ましい。また、機能及び物性が最も近い部品同士が隣り合う数字（例えば、「１４」と「１５」）となるように付与することがさらに好ましい。このように分類すれば、後述する代替部品を利用したモデルの作成をする際に、プログラムが選択した代替部品が本当に適当なものか否かを設計者等が確認することが容易になるからである。また、例えば部品メーカーなど別の情報に応じた記号をさらに付加することも可能である。

次に、実施例１における多層プリント回路基板の熱設計シミュレーション支援プログラムの動作について説明する。図６乃至図８は、多層プリント回路基板の熱設計シミュレーション支援プログラムの動作を示すフローチャート（１）乃至（３）である。

なお、この熱設計シミュレーション支援プログラムは、本来、２次元ＣＡＤ形式の作図データファイルからシミュレーションプログラムで利用可能な熱設計シミュレーションモデルを作成するためのものであるが、以下の説明では、さらにシミュレーションプログラムと連動可能としたものについて説明する。また、これらのプログラムは、図１２に示したコンピュータにインストールされ、さらに図１３に示したネットワークシステム上で利用されるものとして説明する。

図６に示すように、まず多層プリント回路基板の熱設計シミュレーション支援プログラムに対して必要なフォーマットを設定できるように、設計者等のキーボード３４の操作に従って、２次元ＣＡＤ形式の作図データファイルのフォーマットをＲＡＭ３３に記憶しておく（Ｓ１１）。これは、２次元ＣＡＤ形式のフォーマットには、ＤＸＦ、ＧＤＳなど多様なフォーマットが存在し、設計者等が利用しているフォーマットに合わせる必要があるからである。なお、設計者等が設定した内容をその場で確認できるようにするために、ディスプレイ３６に設定用のユーザインタフェースを常時表示し、作業状況が確認できるようになっていることが好ましい。

次に、キーボード３４の操作に従って、入力される２次元ＣＡＤ形式の作図データファイルの図形パターンデータの寸法単位（ｍｍ、ｃｍ、ｐｏｉｎｔなど）をＲＡＭ３３に記憶しておく（Ｓ１２）。同様に、出力する熱設計シミュレーションモデルに対する出力オプションの設定もＲＡＭ３３に記憶しておく（Ｓ１３）。この出力オプションは、シミュレーションプログラムによって異なる部分があるが、例えばＡＮＦ形式（ＡＮＳＹＳによる形式）で出力するのであれば、モデルの寸法単位などの設定を可能とする。Ｓ１２及びＳ１３の動作は、多層プリント回路基板の大きさ等を設定する上で必要である。

さらに、キーボード３４の操作に従って、メディアドライブ３５に装着されたメディアからシミュレーションモデルを作成するファイルを読み出し（Ｓ１４）、読み出した各レイヤーのパターンをディスプレイ３６に表示し、設計者等が確認できるようにする（Ｓ１５）。なお、このファイルがハードディスクドライブ３８やネットワークシステム上の他のコンピュータに存在するものであっても良い。

さらに、作図データファイルから前述の部品情報データを抽出して、ハードディスクドライブ３８に格納しておく（Ｓ１６）。なお、この処理は、Ｓ１７又はＳ１８の後に行うことも可能である。

次に、ＣＡＤプログラムの構成の関係上、配線等のパターンが閉じた図形になっていないので、パターンを閉じたものに修復する（Ｓ１７）。Ｓ１７について、さらに詳しく説明する。図９は、多層プリント回路基板の熱設計シミュレーション支援プログラムによるパターン修復の説明図である。ファイルから読み出したときの図形パターンは、図９（ａ）に示すように、ポリライン頂点Ｉ及びＪが重なっており、さらに、これらとポリライン頂点Ｋの間が分断されている。そこで、Ｓ１７では、重なったポリライン頂点を整理すると共に、分断されたポリライン頂点を接続して図９（ｂ）に示すように修復し、ＲＡＭ３３に記憶しておく。なお、このような分断を生じることなしに作図データファイルを出力できるプログラムを使用する場合には、Ｓ１７を省略できるようにすることが好ましい。

図６に戻り、多層プリント回路基板の層数、各レイヤーの材質、さらに作図データファイルから実装部品や基板の配線パターンなどの２次元形状に関するデータを抽出し、ＲＡＭ３３に記憶しておく（Ｓ１８）。なお、多層プリント回路基板の全体を解析対象としない場合には、必要なものだけを抽出するようにしても良い。

次に、図７に示すように、ＲＡＭ３３に記憶した部品情報データをキーとして部品データライブラリ及びモデル形状データベースを検索する（Ｓ１９）。そして、これらのデータベースに部品情報データに対応する情報が存在するか否か確認する（Ｓ２０）。そして、対応する情報が存在する場合には、実装部品等の伝熱解析に必要な物性値を抽出する。さらに、モデル形状データベースを検索して２次元形状を３次元形状に変換し、物性値と合わせて部品モデルを作成する。そして、作成した部品モデルをハードディスクドライブ３８に保存する（Ｓ２１）。

また、Ｓ２０において、部品情報データに対応する情報が存在しなかった場合には、最も近似する部品を代替部品として選択し（Ｓ２２）、Ｓ２１の処理を行う。なお、代替部品を選択する際のルールは、部品の分類方法や部品情報データの構造によって異なるが、例えば同系統の記号の最も近い数字を選択することをルールとする。なお、それぞれの部品とその代替部品との組合せを予めテーブル化しておき、このテーブルを利用して選択するようにしても良い。Ｓ２１を終えた段階で、設計者等の作業を終了することも可能である。

次に、設計者等の指示に従って、伝熱解析のためのシミュレーションモデルを自動的に作成するツールを起動させる（Ｓ２３）。そして、指示されたモデルを読み込み、Ｓ２１で作成したモデルをディスプレイ３６に表示する（Ｓ２４）。そして、設計者等がＳ２１で作成したモデルを手直しするか否かを設計者等の指示によって判断する（Ｓ２５）。そして、手直しの指示があった場合には、モデルの実装部品等の手作業による入れ替えや修正を可能にする（Ｓ２６）。このとき、設計者等がモデルを修正でき、かつ、入力間違い等を確認できるように、ディスプレイ３６に表示されたウインドー上にモデル作成に必要となる情報を分かりやすく列挙することが非常に望ましい。また、手直しの必要がない場合にはＳ２５からＳ２７へ進む。

次に、図８に示すように、スルーホールを始めとして、各種パターンの厚さなどの情報をキーボード３４から入力を可能にする（Ｓ２７）。また、このときの入力した情報をディスプレイ３６上で表示する。図１１は、モデル作成に必要となる情報のディスプレイ表示例を示す説明図である。この実施例では図１１のように表示するが、勿論これは一例であり、別の構成を採用しても良い。例えば、まず情報入力の対象となるパターンを表示しておき、そのパターンに必要となる厚さ等の情報を入力したら次の対象となるパターンが表示されるなどの構成であっても良い。なお、図１１に示したウインドーに対してキーボード３４から数値等の入力があったときには、それを直ちにディスプレイ３６に表示することが好ましい。

図８に戻り、キーボード３４からの指示に従って、指示されたレイヤーのパターンをディスプレイ３６に表示すると共に、指定された内部樹脂パターンの抜き取りを実行し、その結果をＲＡＭ３３に記憶し、さらにディスプレイ３６に表示する（Ｓ２８）。

ここで、内部樹脂パターンの抜き取りについて具体的に説明しておく。図１０は、内部樹脂パターンの抜き取り例を示す説明図である。図１０において、２０，２２は金属パターン、２１は樹脂パターンを示す。図１０（ａ）に示すように、配線パターンによっては、金属パターン２０と金属パターン２２との間に介在している樹脂パターン２１のように、孤島のような樹脂パターンを含んでいるものがある。樹脂パターン２１のような金属パターン内部にあるものは、伝熱解析のためのシミュレーションモデルを自動的に作成する上で障害になる場合がある。そこで、伝熱解析の計算精度を向上させるために、設計者等の指示に従って予め抜き取っておくことがこの手順の目的である。

図８に戻り、キーボード３４からの指示に従って、指示されたトランス、ＣＰＵなどのパターンを発熱源と、発熱源が接続されるレジストパターンを設定し、さらに発熱源を部品面に指定するか、はんだ面に指定するかの設定も指示に従って行い、これらの設定情報をＲＡＭ３３に記憶する（Ｓ２９）。さらに、キーボード３４からの指示に従って、各パターンの熱伝導率や熱放射率や、熱輻射の有無等の設定（Ｓ３０）、多層プリント回路基板の設置方向、各シミュレーションプログラムに特有なオプションの設定などをＲＡＭ３３に記憶する（Ｓ３１）。なお、Ｓ２８からＳ３１まで設定内容についても、ディスプレイ３６に表示して設計者等の確認を容易にすることが非常に望ましい。また、Ｓ２７からＳ３１までの順序は、適宜入れ替えが可能である。

そして、ＲＡＭ３３に記憶した情報をＡＮＳＹＳなどの各シミュレーションプログラムに渡して伝熱解析を実行させる（Ｓ３２）。解析が終了したら、その解析結果画像をシミュレーションプログラムがディスプレイ３６に表示し（Ｓ３３）、さらにこの画像をメディアドライブ３５のメディアなどに保存する（Ｓ３４）。以上で、多層プリント回路基板の熱設計シミュレーション支援プログラムを終了する。なお、伝熱解析を繰り返し実行することを容易にするために、多層プリント回路基板の熱設計シミュレーション支援プログラムを、Ｓ３４の終了後にＳ２５以降の手順を実行可能な状態で待機するようにしても良い。なお、以上の各手順の動作制御は、ＣＰＵ３１で行う。

また、本発明では、実施例１で説明した多層プリント回路基板の熱設計シミュレーション支援プログラムをモデル作成に関する部分と、作成したモデルに作業者が手入力で情報を付与又は設定する部分と、を全く別個のプログラムとし、別々に利用することも可能である。この構成によれば、多層プリント回路基板の熱設計シミュレーション支援プログラムをシミュレーションプログラムを利用することが困難な旧式のコンピュータにインストールすることができる。

本発明の実施例における熱設計シミュレーションの作業概要を示すフローチャートである。 ２次元ＣＡＤで作製した図面における部品の実装状態の一例を示す平面図である。 物性値データベースのデータテーブルの一例を示す説明図である。 モデル形状データベースのデータテーブルの一例を示す説明図である。 実装部品の分類方法の一例を示す説明図である。 多層プリント回路基板の熱設計シミュレーション支援プログラムの動作を示すフローチャート（１）である。 多層プリント回路基板の熱設計シミュレーション支援プログラムの動作を示すフローチャート（２）である。 多層プリント回路基板の熱設計シミュレーション支援プログラムの動作を示すフローチャート（３）である。 多層プリント回路基板の熱設計シミュレーション支援プログラムによるパターン修復の説明図である。 内部樹脂パターンの抜き取り例を示す説明図である。 モデル作成に必要となる情報のディスプレイ表示例を示す説明図である。 多層プリント回路基板の熱設計シミュレーション支援プログラムをインストールしたコンピュータの構成例を示すブロック図である。 図１２に示したコンピュータを含むネットワークシステムの構成例を示すブロック図である。 本件発明者が課題の解決を図ったシミュレーションモデルの構成を示す説明図である。 本発明者が課題の解決を図った熱設計シミュレーションの作業概要を示すフローチャートである。 従来技術に係る２層以上で構成されたプリント回路基板の熱設計シミュレーション方法を示す説明図である。

符号の説明

１０：熱設計シミュレーションモデル
１０ａ：第１層
１０ｂ：第２層
１０ｃ：第３層
１０ｄ：第４層
１１ａ〜１１ｈ：配線パターン
１２ａ〜１２ｌ：スルーホール
１３ａ，１３ｂ：発熱源
１４ａ〜１４ｄ：樹脂
２０：金属パターン
２１：樹脂パターン
２２：金属パターン
３１：ＣＰＵ
３２：ＲＯＭ
３３：ＲＡＭ
３４：キーボード
３５：メディアドライブ
３６：ディスプレイ
３７：ネットワークインタフェース
３８：ハードディスクドライブ
３９：バス
４０：熱設計シミュレーションモデル
４０ａ：第１層
４０ｂ：第２層
４０ｃ：第3層
４０ｄ：第４層
４１ａ〜４１ｈ：配線パターン
４２ａ〜４２ｌ：スルーホール
４３ａ，４３ｂ：発熱源
４４ａ〜４４ｄ：樹脂

Claims (5)

1. ２以上のレイヤーを積層した構造を持つプリント回路基板をモデル化し、該モデルに対して伝熱解析を行って該プリント回路基板の予測することにより、コンピュータ上で前記プリント回路基板の熱設計を支援するプリント回路基板の熱設計シミュレーション方法であって、
   ＣＡＤシステムで生成された前記プリント回路基板及び前記プリント回路基板に実装される実装部品の２次元ＣＡＤ形式のデータファイルを準備し、
   該データファイルから、前記プリント回路基板及び前記実装部品のレイヤーの情報と、前記実装部品の識別情報を前記コンピュータに入力し、
   前記レイヤーの中から伝熱解析に必要な解析対象レイヤーを選択し、
   それぞれの前記解析対象レイヤーに関連する前記実装部品の前記識別情報を用いて、プリント基板に実装可能な部品の属性情報を格納した部品ライブラリに前記実装部品の属性情報があるか否か判断して、前記実装部品の属性情報がある場合にはこの属性情報を取得し、該部品ライブラリに前記実装部品の属性情報が存在しない場合には前記実装部品に機能的に最も近似する代替部品の属性情報を取得し、
   前記解析対象レイヤーの厚さに関する情報を前記コンピュータに入力し、
   前記プリント回路基板に形成されるビアホールに関する情報を前記コンピュータに入力し、
   前記解析対象レイヤーに発熱する実装部品が存在する場合には、該発熱する実装部品が発熱源であることを示す情報を前記コンピュータに入力し、
   前記プリント回路基板の層間樹脂、配線パターン及ビアの材質に関する情報、前記プリント回路基板の雰囲気の温度、及び、前記プリント回路基板から該雰囲気への熱放射に関する情報を前記コンピュータに入力し、
   前記コンピュータに入力したすべての情報と、前記実装部品の属性情報又は前記代替部品の属性情報とを熱解析の実行可能なシミュレーションシステムに入力し、
   該シミュレーションシステムにおいて熱解析を実行することを特徴とするプリント回路基板の熱設計シミュレーション方法。
2. 前記部品ライブラリは、少なくとも、プリント基板に実装可能な各部品の識別情報と、これらの部品の属性情報であるこれらの名称、物性値、形状及び高さに関する情報とが格納されていることを特徴とする請求項１に記載のプリント回路基板の熱設計シミュレーション支援方法。
3. 前記部品ライブラリは、これに格納されている前記部品同士の機能的近似性によって規定された部品分類情報が格納されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のプリント回路基板の熱設計シミュレーション支援方法。
4. ２以上のレイヤーを積層した構造を持つプリント回路基板及び該プリント回路基板に実装される実装部品の２次元ＣＡＤ形式の作図データファイルから全てのレイヤーの情報を取得して記憶手段に保存する第１の手順と、
   前記記憶手段に保存した前記レイヤーの情報の中から伝熱解析に必要な解析対象レイヤーを選択する第２の手順と、
   それぞれの前記解析対象レイヤーに関連する前記実装部品の識別情報を前記記憶手段に保存した前記レイヤーの情報の中から読み出し、該識別情報を用いてプリント基板に実装可能な部品の属性情報が格納された部品ライブラリに前記実装部品の属性情報があるか否か判断して、前記実装部品の属性情報がある場合にはこの属性情報を取得し、該部品ライブラリに前記実装部品の属性情報が存在しない場合には前記実装部品に属性が近似する代替部品の属性情報を取得する第３の手順と、
   入力手段から入力された、前記プリント回路基板に形成されるビアホールに関する情報を前記記憶手段に保存する第４の手順と、
   入力手段から入力された、前記解析対象レイヤーに存在する発熱源となる実装部品を特定する情報を前記記憶手段に保存する第５の手順と、
   入力手段から入力された、前記プリント回路基板の層間樹脂、配線パターン及ビアの材質に関する情報、前記プリント回路基板の雰囲気の温度、及び、前記プリント回路基板から該雰囲気への熱放射に関する情報を前記記憶手段に保存する第６の手順と、
   前記記憶手段に記憶されている入力手段から入力されたすべての情報と、前記部品の属性情報又は前記部代替部品の属性情報とを熱解析の実行可能なシミュレーションシステムにおいて利用可能な所定形式データに変換する第７の手順と、
   前記所定形式データをファイルとして出力する第８の手順と、
   をコンピュータ上で実行することを特徴とするプリント回路基板の熱設計シミュレーション支援プログラム。
5. 前記第３の手順において、該部品ライブラリに前記部品の属性情報が存在しない場合に、前記部品ライブラリに格納されているそれぞれの前記部品同士の機能的近似性によって規定された部品分類情報を前記ライブラリから読み出し、該部品分類情報から前記実装部品に機能的に最も近似する部品を前記代替部品とする処理を実行することを特徴とする請求項４に記載のプリント回路基板の熱設計シミュレーション支援プログラム。

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