JP4879163B2 - モデリング方法及び装置、プログラム及び記憶媒体 - Google Patents

Description

本発明は、モデリング方法及び装置、プログラム及び記憶媒体に係り、特にアートワークデータから高周波伝送解析用パラメータを抽出するための三次元解析モデルを作成するモデリング方法及び装置、コンピュータにそのような三次元解析モデルを作成させるプログラム、及びそのようなプログラムを格納するコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に関する。

プリント回路基板等の配線や素子のレイアウト等を含むアートワーク（Art Work）データに基づいて超ＧＨｚクラスの高周波の高精度シミュレーションを行う場合、ビアやパッドの周波数依存パラメータが必要となる。周波数依存パラメータとしては、周波数毎の振幅（ｄＢ）と位相(又は実部と虚部)が記述されたＳパラメータ等を使用する。ビアやパッドのＳパラメータは、プリント回路基板のアートワークデータにおけるビアやパッド部の三次元（３Ｄ）形状から電磁界解析ソルバを用いて抽出するが、このアートワークデータにおけるビアやパッドから引き出される配線は殆どが曲がり配線であるため、この曲がり配線をそのままモデリングすると非常に複雑な配線形状モデルとなってしまう。

電気回路装置等の金属筐体を、モーメント法の電流計算に適する四角形形状のメッシュに分割して、電磁界強度を算出する方法は、例えば特許文献１に記載されている。
特開２００２−２８８２４１号公報

電磁界解析を行う際には、空間をメッシュに分割するが、上記の如く、アートワークデータにおけるビアやパッドから引き出される配線は殆どが曲がり配線であり、非常に複雑な配線形状であるため、解析時間を大幅に増加させる原因となる微小メッシュが多く発生してしまい、Ｓパラメータ等の高周波伝送解析用パラメータの抽出には膨大な時間がかかってしまうという問題があった。

又、高周波伝送解析用パラメータを抽出するためには、解析空間、配線形状や配線長の最適化を行う必要もあり、解析モデル作成ノウハウの取得や解析モデルの作成作業にも膨大な時間がかかってしまうという問題もあった。

そこで、本発明の概括的目的は、新規、且つ、有用なモデリング方法及び装置、プログラム及び記憶媒体を提供することを目的とする。

本発明のより具体的な目的は、高周波伝送解析用パラメータを高精度に抽出可能で、且つ、抽出のための解析時間を大幅に短縮することができるモデリング方法及び装置、プログラム及び記憶媒体を提供することにある。

上記の課題は、高周波伝送解析用パラメータを抽出するための対象物の三次元解析モデルを作成するモデリング方法であって、該対象物のアートワークデータから、高周波伝送解析用パラメータを抽出する対象となる抽出対象領域を選択する選択ステップと、該抽出対象領域のうち、電磁界解析に影響を及ぼす抽出対象要素以外の、電磁界解析に影響を及ぼさない抽出対象外要素を削除する削除ステップと、該抽出対象要素のうち曲がり配線を直線化する直線化ステップと、直線化された配線を含む該抽出対象領域の配線長と、該抽出対象領域の解析空間寸法とを最適化して該三次元解析モデルを作成する最適化ステップとを含むことを特徴とするモデリング方法によって達成できる。

上記の課題は、高周波伝送解析用パラメータを抽出するための対象物の三次元解析モデルを作成するモデリング装置であって、該対象物のアートワークデータから、高周波伝送解析用パラメータを抽出する対象となる抽出対象領域を選択する選択手段と、該抽出対象領域のうち、電磁界解析に影響を及ぼす抽出対象要素以外の、電磁界解析に影響を及ぼさない抽出対象外要素を削除する削除手段と、該抽出対象要素のうち曲がり配線を直線化する直線化手段と、直線化された配線を含む該抽出対象領域の配線長と、該抽出対象領域の解析空間寸法とを最適化して該三次元解析モデルを作成する最適化手段とを備えたことを特徴とするモデリング装置によっても達成できる。

上記の課題は、コンピュータに、高周波伝送解析用パラメータを抽出するための対象物の三次元解析モデルを作成させるプログラムであって、該コンピュータに、該対象物のアートワークデータから、高周波伝送解析用パラメータを抽出する対象となる抽出対象領域を選択させて格納手段に格納させる選択手順と、該コンピュータに、該抽出対象領域のうち、電磁界解析に影響を及ぼす抽出対象要素以外の、電磁界解析に影響を及ぼさない抽出対象外要素を削除させ、該抽出対象外要素を削除後の抽出対象領域を該格納手段に格納させる削除手順と、該コンピュータに、該抽出対象要素のうち曲がり配線を直線化して該抽出対照領域を該格納手段に格納させる直線化手順と、該コンピュータに、直線化された配線を含む該抽出対象領域の配線長と、該抽出対象領域の解析空間寸法とを最適化して該三次元解析モデルを作成させる最適化手順とを含むことを特徴とするプログラムによっても達成できる。

上記の課題は、上記の如きプログラムが格納されたコンピュータ読み取り可能な記憶媒体によっても達成できる。

本発明によれば、高周波伝送解析用パラメータを高精度に抽出可能で、且つ、抽出のための解析時間を大幅に短縮することができるモデリング方法及び装置、プログラム及び記憶媒体を実現することができる。

本発明になるモデリング装置の一実施例において本発明が適用されるコンピュータシステムを示す斜視図である。 コンピュータシステムの本体部内の要部の構成を説明するブロック図である。 例えばプリント回路基板の設計、製造及び出荷までの一連の処理の概略を説明するフローチャートである。 図３に示す処理の要部を説明するフローチャートである。 抽出対象領域を示す斜視図である。 抽出対象要素以外を削除後の抽出対象領域を示す斜視図である。 アートワークデータから切り出した高周波伝送解析用パラメータ抽出用解析モデルを示す図である。 図７に示す解析空間のみを最適化した周波伝送解析用パラメータ抽出用解析モデルを示す図である。 全てが最適化された周波伝送解析用パラメータ抽出用解析モデルを示す図である。 抽出された振幅特性を示す図である。 抽出された位相特性を示す図である。 抽出されたＳパラメータを使用した高周波伝送シミュレーション波形を示す図である。

符号の説明

１１ ビア
１２，１３ 配線
２１〜２４ 絶縁層
４１〜４３ 電源およびグランド層
５１ 配線
１００ コンピュータシステム
１０１ 本体部
１０２ａ 表示画面
２０１ ＣＰＵ
２０２ メモリ部

本発明になるモデリング方法及び装置、プログラム及び記憶媒体の各実施例を、以下に図面と共に説明する。

本発明になるモデリング装置の一実施例は、本発明になるモデリング方法の一実施例、本発明になるプログラムの一実施例及び本発明になる記憶媒体の一実施例を用いる。本実施例では、本発明がコンピュータシステムに適用されている。図１は、本実施例において本発明が適用されるコンピュータシステムを示す斜視図である。

図１に示すコンピュータシステム１００は、ＣＰＵやディスクドライブ等を内蔵した本体部１０１、本体部１０１からの指示により表示画面１０２ａ上に画像を表示するディスプレイ１０２、コンピュータシステム１００に種々の情報を入力するためのキーボード１０３、ディスプレイ１０２の表示画面１０２ａ上の任意の位置を指定するマウス１０４及び外部のデータベース等にアクセスして他のコンピュータシステムに記憶されているプログラム等をダウンロードするモデム１０５を有する。

ディスク１１０等の可搬型記録媒体に格納されるか、モデム１０５等の通信装置を使って他のコンピュータシステムの記録媒体１０６からダウンロードされる、コンピュータシステム１００にモデリング機能を持たせるプログラム（モデリングソフトウェア）は、コンピュータシステム１００に入力されてコンパイルされる。本発明になる記憶媒体は、本発明になるプログラムを格納した、例えばディスク１１０等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体からなる。本発明になる記録媒体は、ディスク１１０、ＩＣカードメモリ、フロッピー（登録商標）ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬型記録媒体に限定されるものではなく、モデム１０５やＬＡＮ等の通信装置や通信手段を介して接続されるコンピュータシステムでアクセス可能な各種記録媒体を含む。

図２は、コンピュータシステム１００の本体部１０１内の要部の構成を説明するブロック図である。同図中、本体部１０１は、バス２００により接続されたＣＰＵ２０１、ＲＡＭやＲＯＭ等からなるメモリ部２０２、ディスク１１０用のディスクドライブ２０３及びハードディスクドライブ２０４からなる。本実施例では、ディスプレイ１０２、キーボード１０３及びマウス１０４も、バス２００を介してＣＰＵ２０１に接続されているが、これらは直接ＣＰＵ２０１に接続されていても良い。又、ディスプレイ１０２は、入出力画像データの処理を行う周知のグラフィックインタフェース（図示せず）を介してＣＰＵ２０１に接続されていても良い。

尚、コンピュータシステム１００の構成は図１及び図２に示す構成に限定されるものではなく、代わりに各種周知の構成を使用しても良い。

図３は、例えばプリント回路基板の設計、製造及び出荷までの一連の処理の概略を説明するフローチャートである。ステップＳ１〜Ｓ７の処理は、対象物であるプリント回路基板についてＣＰＵ２０１により行われる。

図３において、ステップＳ１は、製造するべきプリント回路基板の設計データを作成して例えばメモリ部２０２に格納し、ステップＳ２は、ＣＰＵ２０１により設計データに基づいて配線や素子のレイアウト等を含むアートワークデータの概略設計を行い、概略アートワークデータをメモリ部２０２に格納する。ステップＳ３は、ステップＳ２で設計又は後述する如く修正された概略アートワークデータに基づいて、ＣＰＵ２０１により概略シミュレーションモデルを作成してメモリ部２０２に格納する。ステップＳ４は、ステップＳ３で作成された概略シミュレーションモデルに基づいてＣＰＵ２０１により概略アートワーク伝送シミュレーションを行い、概略シミュレーション結果が正常であるか否かを判定する。ステップＳ４の判定結果がＮＯであると、処理はステップＳ２へ戻り、正常な概略シミュレーション結果が得られるように、例えばオペレータの入力に応じて概略アートワークデータを修正する。

他方、ステップＳ４の判定結果がＹＥＳであると、ステップＳ５は、ステップＳ２で得られた概略アートワークデータに基づいてＣＰＵ２０１によりアートワークデータの詳細設計を行い、詳細アートワークデータをメモリ部２０２に格納する。ステップＳ６は、ステップＳ５で設計又は後述する如く修正された詳細アートワークデータに基づいて、ＣＰＵ２０１により詳細シミュレーションモデルを作成してメモリ部２０２に格納する。ステップＳ７は、ステップＳ５で作成された詳細シミュレーションモデルに基づいてＣＰＵ２０１により詳細アートワーク伝送シミュレーションを行い、詳細シミュレーション結果が正常であるか否かを判定する。ステップＳ７の判定結果がＮＯであると、処理はステップＳ５へ戻り、正常な詳細シミュレーション結果が得られるように、例えばオペレータの入力に応じて詳細アートワーデータを修正する。

ステップＳ７の判定結果がＹＥＳであると、ステップＳ８は、正常と判定された詳細シミュレーションモデルに基づいて製造装置（図示せず）によりプリント回路基板を製造する。ステップＳ９は、製造されたプリント回路基板を用いて任意の装置を組み立て装置（図示せず）等を用いて組み立て、ステップＳ１０は、組み立てられた装置を試験装置（図示せず）等を用いて周知の方法で評価する。装置が正常であると評価されると、ステップＳ１１は、装置を出荷し、処理は終了する。

本発明は、特にステップＳ３及びステップＳ６の処理に特徴がある。図４は、図３に示す処理の要部、即ち、ステップＳ３又はステップＳ６の処理を説明するフローチャートである。

図４において、ステップＳ３１は、アートワークデータから、高周波伝送解析用パラメータ（Ｓパラメータ）を抽出する対象となる図５に示す如き抽出対象領域を選択してメモリ部２０２に格納する。抽出対象領域の選択は、オペレータの入力に基づいて行っても、ＣＰＵ２０１により順次自動的に行うようにしても良い。図５は、抽出対象領域を示す斜視図である。図５に示す抽出対象領域は、破線で囲んで示す抽出対象要素であるビア１１と配線１２，１３、絶縁層２１，２２，２３，２４、電源又はグランド層４１，４２，４３及び抽出対象外要素である配線５１を有する。絶縁層２１〜２４のうちのいずれかが、基板であっても良い。ステップＳ３２は、選択された抽出対象領域内に、ビアや配線等の高周波伝送解析用パラメータ(Ｓパラメータ)を抽出する抽出対象要素以外の、配線やパッド等の抽出対象外要素が存在するか否かを判定する。

ステップＳ３２の判定結果がＹＥＳであると、ステップＳ３３は、選択された抽出対象領域内の抽出対象要素以外を、図６に示す如く自動的に削除し、削除後の抽出対象領域をメモリ部２０２に格納する。図６は、抽出対象要素以外を削除後の抽出対象領域を示す斜視図である。本実施例では、電磁界解析に影響を及ぼす配線、パッドやビア等を抽出対象要素と言う。他方、抽出対象要素と電源又はグランド層で分離されており、且つ、電磁界解析に影響を及ぼさない配線、パッドやビア等を、抽出対象外要素として削除する。これにより、図５に示す抽出対象外要素である配線５１は、図６に示すように削除される。

ステップＳ３３の後、或いは、ステップＳ３２の判定結果がＮＯであると、ステップＳ３４は、選択された抽出対象領域内に曲がり配線が存在するか否かを判定する。ステップＳ３４の判定結果がＹＥＳであると、ステップＳ３５は、配線を直線化して抽出対象領域をメモリ部２０２に格納する。配線の直線化については、図７以降と共に後述する。

ステップＳ３５の後、或いは、ステップＳ３４の判定結果がＮＯであると、ステップＳ３６は、抽出対象領域、即ち、抽出対象要素モデルのうち、配線モデルの配線長の最適値と解析空間寸法の最適値を、事前評価等に基づいて例えばメモリ部２０２に格納することで、高周波伝送解析用パラメータ抽出用三次元（３Ｄ）解析モデル自動作成プログラム内に設定する。尚、ステップＳ３６は、図４に示すタイミングで行う必要はなく、例えば任意の時点で予め行っておき、配線モデルの配線長の最適値と解析空間寸法の最適値を、予め高周波伝送解析用パラメータ抽出用３Ｄ解析モデル自動作成プログラム内に設定しておくようにしても良い。

ステップＳ３７は、配線が直線化されて配線長が最適化されている最適化された抽出対象要素モデルと最適化された解析空間寸法に基づいて、上記３Ｄ解析モデル自動作成プログラムにより高周波伝送解析用パラメータ抽出用３Ｄ解析モデルを自動的に作成してメモリ部２０２に格納する。ステップＳ３８は、高周波伝送解析用パラメータ抽出用３Ｄ解析モデルの解析により、高周波伝送解析用パラメータを抽出してメモリ部２０２に格納する。又、ステップＳ３９は、抽出した高周波伝送解析用パラメータを超ＧＨｚクラスの高周波伝送シミュレーション等に適用し、図４に示す処理がステップＳ３の場合であれば処理は図３に示すステップＳ４へ戻り、図４に示す処理がステップＳ６の場合であれば処理は図３に示すステップＳ７へ戻る。

図７は、上記の如くアートワークデータから切り出した高周波伝送解析用パラメータ抽出用３Ｄ解析モデルを示す図である。図７は、アートワークデータから２つのビア１１−１，１１−２を含むビア部１１１を任意の範囲で切り出した３Ｄ解析モデルであるが、配線部の形状が非常に複雑であるため、配線１２，１３の曲がり部のメッシュがＣ１，Ｃ２で示すように曲がり角毎に分割されてしまい、非常に微小なメッシュが発生してしまう。又、解析空間も適切でないため、高精度な高周波伝送解析用パラメータの抽出は難しい。図７において、配線１２は表面層に設けられ、配線１３は内層に設けられている。又、配線５１は配線１３とは別の内層に設けられ、配線１２，１３の電磁界解析に影響を及ぼさない抽出対象外要素である。

このようにメッシュの分割が細かい程、解析時間がかかってしまうため、図８のように解析空間の最適化のみを行っても、Ｍ１で示すように微小なメッシュはそのままであるため、膨大な解析時間がかかってしまう。図８は、図７に示す解析空間のみを最適化した高周波伝送解析用パラメータ抽出用３Ｄ解析モデルを示す図である。尚、図８及び図９は、プリント回路基板の厚さ方向の解析空間も最適化された３Ｄモデルである。

そこで、解析精度を維持し、且つ、解析時間の大幅短縮化を図るため、本実施例では、図９に示す如き配線モデルの配線１２，１３を直線化し、配線長を最適化し、解析空間寸法を最適化することにより、図８の場合と同様の高周波伝送解析用パラメータの抽出精度を維持し、且つ、抽出のための解析時間を大幅に短縮することを可能としている。図９は、配線モデルの配線の直線化と配線長及び解析空間寸法の全てが最適化された高周波伝送解析用パラメータ抽出用３Ｄ解析モデルを示す図である。図９において、ＬＷは直線化された配線１２の最適化された配線長を示し、ＳＤは最適化された解析空間寸法を示す。図９にＭ２で示すように、微小メッシュは無くなり、解析精度を低下させることなく解析時間の大幅な短縮が可能となる。尚、ここで使用する配線１２，１３は、電磁界解析に必要な電極接続用であり、これらの配線１２，１３からなる配線部の最適化も、高周波伝送解析用パラメータの抽出に必須なものである。

解析空間だけを最適化した図８に示す高周波伝送解析用パラメータ抽出用３Ｄ解析モデルと、解析空間に加えて配線モデルも最適化（配線の直線化及び配線長の最適化）を行った図９に示す高周波伝送解析用パラメータ抽出用３Ｄ解析モデルとを比較すると、両方とも同様な特性を持つ高精度な高周波伝送解析用パラメータを抽出することが可能である。しかし、高周波伝送解析用パラメータ抽出のための解析時間は、図８の高周波伝送解析用パラメータ抽出用３Ｄ解析モデルの場合は例えば約２６４時間（約１１日）であるに対し、図９の高周波伝送解析用パラメータ抽出用３Ｄ解析モデルの場合は約１８時間（約０．７５日）と解析時間が図８の場合と比較すると約１／１５に短縮されて解析の高速化が可能となることが確認された。この抽出された高周波伝送解析用パラメータ(Ｓパラメータ)を図１０及び図１１に示し、この高周波伝送解析用パラメータを適用した高周波伝送シミュレーション波形を図１２に示す。

図１０は、抽出された振幅特性を示す図であり、図１１は、抽出された位相特性を示す図である。図１０及び図１１において、Ｐ１１は高周波伝送解析用パラメータ抽出用３Ｄ解析モデルの第１のポートの反射特性、Ｐ１２はこの３Ｄ解析モデルの第１のポートから第２のポートへの透過特性、Ｐ１３は第１のポートから第３のポートへのクロストーク特性、Ｐ１４は第１のポートから第４のポートへのクロストーク特性を示す。

又、図１２は、抽出されたＳパラメータを使用した高周波伝送シミュレーション波形を示す図である。図１２に示す波形は、高周波伝送解析用パラメータ抽出用３Ｄ解析モデルから抽出したＳパラメータを用いてトランジエント（Transient）解析を行ったシミュレーション結果であり、縦軸は信号振幅、横軸は時間を示す。

又、ビアではなくパッドの場合も上記と同様であり、図８及び図９におけるビア部をパッド部に置き換えた場合、上記と同様の結果が得られることも確認できた。

本発明により、実施例のようにＳパラメータ等の高周波伝送解析用パラメータを抽出するための要素モデルと解析空間を自動的に最適化することで、高周波伝送解析用パラメータの抽出精度を維持し、且つ、大幅な解析時間の短縮を図ることが可能となり、装置の高周波化に伴い、装置への適用が拡大している超ＧＨｚ伝送シミュレーションへ大きく貢献することが可能となる。

本発明は、プリント回路基板等のアートワークデータに基づいて超ＧＨｚクラスの高周波の高精度シミュレーションを行う場合等に適用可能である。

Claims (6)

1. 高周波伝送解析用パラメータを抽出するための対象物の三次元解析モデルを作成するコンピュータによるモデリング方法であって、
   該対象物の三次元のアートワークデータから、高周波伝送解析用パラメータを抽出する対象となる三次元の抽出対象領域を前記コンピュータにより選択して格納手段に格納する選択ステップと、
   前記格納手段に格納された該抽出対象領域のうち、電磁界解析に影響を及ぼす抽出対象要素以外の、電磁界解析に影響を及ぼさない抽出対象外要素を前記コンピュータにより削除して該抽出対象外要素を削除後の抽出対象領域を前記格納手段に格納する削除ステップと、
   前記格納手段に格納された該抽出対象外要素を削除後の抽出対象領域の該抽出対象要素のうち曲がり配線を前記コンピュータにより直線化して抽出対照領域を前記格納手段に格納する直線化ステップと、
   前記格納手段に格納された直線化された配線を含む該抽出対象領域の配線長と、当該抽出対象領域の解析空間寸法とを前記コンピュータにより最適化して該三次元解析モデルを作成する最適化ステップとを含むことを特徴とする、モデリング方法。
2. 該選択ステップ、該削除ステップ、該直線化ステップ及び該最適化ステップは、前記コンピュータにより概略アートワーク伝送シミュレーションに用いる概略シミュレーションモデルの作成時に行われることを特徴とする、請求項１記載のモデリング方法。
3. 該選択ステップ、該削除ステップ、該直線化ステップ及び該最適化ステップは、前記コンピュータにより詳細アートワーク伝送シミュレーションに用いる詳細シミュレーションモデルの作成時に行われることを特徴とする、請求項１又は２記載のモデリング方法。
4. 高周波伝送解析用パラメータを抽出するための対象物の三次元解析モデルを作成するモデリング装置であって、
   該対象物の三次元のアートワークデータから、高周波伝送解析用パラメータを抽出する対象となる三次元の抽出対象領域を選択する選択手段と、
   該抽出対象領域のうち、電磁界解析に影響を及ぼす抽出対象要素以外の、電磁界解析に影響を及ぼさない抽出対象外要素を削除する削除手段と、
   該抽出対象外要素を削除後の抽出対象領域の該抽出対象要素のうち曲がり配線を直線化する直線化手段と、
   直線化された配線を含む抽出対象領域の配線長と、当該抽出対象領域の解析空間寸法とを最適化して該三次元解析モデルを作成する最適化手段とを備えたことを特徴とする、モデリング装置。
5. コンピュータに、高周波伝送解析用パラメータを抽出するための対象物の三次元解析モデルを作成させるプログラムであって、
   該対象物の三次元のアートワークデータから、高周波伝送解析用パラメータを抽出する対象となる三次元の抽出対象領域を選択して格納手段に格納する選択手順と、
   該格納手段に格納された該抽出対象領域のうち、電磁界解析に影響を及ぼす抽出対象要素以外の、電磁界解析に影響を及ぼさない抽出対象外要素を削除し、該抽出対象外要素を削除後の抽出対象領域を該格納手段に格納する削除手順と、
   該格納手段に格納された該抽出対象外要素を削除後の抽出対象領域の抽出対象要素のうち曲がり配線を直線化して抽出対象領域を該格納手段に格納する直線化手順と、
   前記格納手段に格納された直線化された配線を含む該抽出対象領域の配線長と、当該抽出対象領域の解析空間寸法とを最適化して該三次元解析モデルを作成する最適化手順と
   を該コンピュータに実行させることを特徴とする、プログラム。
6. 前記対象物はプリント回路基板であり、
   前記アートワークデータは前記プリント回路基板の配線及び素子のレイアウトを含み、
   前記抽出対象要素は前記電磁界解析に影響を及ぼす配線、パッド、ビアからなるグループから選択されたの少なくとも１つを含み、
   前記抽出対象外要素は前記抽出対象要素と電源又はグランドで分離された配線、パッド、ビアからなるグループから選択されたの少なくとも１つを含み、
   前記最適化手順は前記三次元解析モデルを前記格納手段に格納し、
   前記格納手段に格納された前記三次元解析モデルを解析して前記高周波伝送解析用パラメータを抽出する抽出手順を該コンピュータに更に実行させることを特徴とする、請求項５記載のプログラム。

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