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技術 配線基板の設計方法、および電子装置

出願人 株式会社東芝
発明者 辻村俊博
出願日 2008年5月29日 (11年9ヶ月経過) 出願番号 2008-140604
公開日 2009年12月10日 (10年3ヶ月経過) 公開番号 2009-289011
状態 拒絶査定
技術分野 CAD プリント板の製造
主要キーワード DC抵抗値 グレードダウン アニュラリング 応力ストレス マイクロストリップ配線 パターン属性 ストリップ配線 伝送線路解析
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2009年12月10日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (8)

課題

より作業時間を軽減する配線基板設計技術を提供する。

解決手段

基板上に回路素子を配置する構成の配線基板の設計方法であって、CAD工程と、前記CAD工程の出力を受け前記回路素子のレイアウトパターンおよび配置に対応したバラツキを、パラメータを含む数式に一時的に数式化する解析工程と、前記配線基板についての製造工程のバラツキから求めた条件によって、前記素子パラメータ群中のパラメータをばらつかせる処理とばらつかせた前記パラメータを用いて、演算処理手段にて回路シミュレーションを実行する工程とを含むことを特徴とする配線基板の設計方法。

概要

背景

CAD進展に伴い配線基板の設計に関連する作業時間が問題となっている。例えば特許文献1は、PWB用製造データ自動補正ステムおよび方法なるものであって、CAD(Computer Aided Design)で作成されたプリント配線板(PWB)用データに対して、製造のための各種補正処理を自動的に行う補正処理システムに関するとある。

課題としてCADデータに対する補正処理の作業時間を自動化により大幅に短縮すると同時に、各パターン導体幅パターン属性等により個別に補正量を指示できるようにするとあり、解決手段としては、次のように記載されている。「プリント配線板製造データの補正処理システムでは、まず、CADデータ(設計データ)を解析することによって、設計データ中に含まれているパターン設計仕様に関する情報を自動的に生成するようにする。そして、ユーザインタフェースを介して補正情報を受け取れるように構成しておく。パターン設計仕様に関する情報は、アニュラリングに関する情報や、ラインアパーチャに関する情報を各層毎にリストアップされ、かつ、補正情報を入力するための欄が設けられた電子文書として生成する。さらに、受け取られた補正情報に基づいて、設計データに対する一括の補正処理を行うようにする。」

しかしながら実際のCADデータを変更することにおいて作業時間の軽減は不十分であるという問題があった。
特開2003−345846号公報

概要

より作業時間を軽減する配線基板の設計技術を提供する。基板上に回路素子を配置する構成の配線基板の設計方法であって、CAD工程と、前記CAD工程の出力を受け前記回路素子のレイアウトパターンおよび配置に対応したバラツキを、パラメータを含む数式に一時的に数式化する解析工程と、前記配線基板についての製造工程のバラツキから求めた条件によって、前記素子パラメータ群中のパラメータをばらつかせる処理とばらつかせた前記パラメータを用いて、演算処理手段にて回路シミュレーションを実行する工程とを含むことを特徴とする配線基板の設計方法。

目的

本発明は、より作業時間を軽減する配線基板の設計技術を提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

基板上に回路素子を配置する構成の配線基板設計方法であって、CAD工程と、前記CAD工程の出力を受け前記回路素子のレイアウトパターンおよび配置に対応したバラツキを、パラメータを含む数式に一時的に数式化する解析工程と、前記配線基板についての製造工程のバラツキから求めた条件によって、前記素子パラメータ群中のパラメータをばらつかせる処理とばらつかせた前記パラメータを用いて、演算処理手段にて回路シミュレーションを実行する工程とを含むことを特徴とする配線基板の設計方法。

請求項2

基板上に回路素子を配置する構成の配線基板の設計方法であって、CAD工程と、前記CAD工程の出力を受け前記回路素子のレイアウトパターンおよび配置に対応したバラツキを、パラメータを含む数式に一時的に数式化する解析工程と、前記配線基板についての使用条件のバラツキから求めた条件によって、前記素子パラメータ群中のパラメータをばらつかせる処理とばらつかせた前記パラメータを用いて、演算処理手段にて回路シミュレーションを実行する工程とを含むことを特徴とする配線基板の設計方法。

請求項3

基板上に回路素子を配置する構成の配線基板の設計方法であって、CAD工程と、前記CAD工程の出力を受け前記回路素子のレイアウトパターンおよび配置に対応したバラツキを、パラメータを含む数式に一時的に数式化する解析工程と、前記配線基板についての製造工程または使用条件のバラツキから求めた条件によって、前記素子パラメータ群中のパラメータをばらつかせる処理とばらつかせた前記パラメータを用いて、演算処理手段にて回路シミュレーションを実行する工程とを含むことを特徴とする配線基板の設計方法により設計された配線基板。

請求項4

請求項3に記載の配線基板の設計方法により設計された前記配線基板を備えた電子機器

技術分野

0001

本発明は、配線基板設計方法、および電子装置に係わり、特にDC抵抗電圧ドロップ解析伝送線路解析の技術に関する。

背景技術

0002

CAD進展に伴い配線基板の設計に関連する作業時間が問題となっている。例えば特許文献1は、PWB用製造データ自動補正ステムおよび方法なるものであって、CAD(Computer Aided Design)で作成されたプリント配線板(PWB)用データに対して、製造のための各種補正処理を自動的に行う補正処理システムに関するとある。

0003

課題としてCADデータに対する補正処理の作業時間を自動化により大幅に短縮すると同時に、各パターン導体幅パターン属性等により個別に補正量を指示できるようにするとあり、解決手段としては、次のように記載されている。「プリント配線板製造データの補正処理システムでは、まず、CADデータ(設計データ)を解析することによって、設計データ中に含まれているパターン設計仕様に関する情報を自動的に生成するようにする。そして、ユーザインタフェースを介して補正情報を受け取れるように構成しておく。パターン設計仕様に関する情報は、アニュラリングに関する情報や、ラインアパーチャに関する情報を各層毎にリストアップされ、かつ、補正情報を入力するための欄が設けられた電子文書として生成する。さらに、受け取られた補正情報に基づいて、設計データに対する一括の補正処理を行うようにする。」

0004

しかしながら実際のCADデータを変更することにおいて作業時間の軽減は不十分であるという問題があった。
特開2003−345846号公報

発明が解決しようとする課題

0005

本発明は、より作業時間を軽減する配線基板の設計技術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

上記課題を解決するために、本発明の配線基板の設計方法は、基板上に回路素子を配置する構成の配線基板の設計方法であって、CAD工程と、前記CAD工程の出力を受け前記回路素子のレイアウトパターンおよび配置に対応したバラツキを、パラメータを含む数式に一時的に数式化する解析工程と、前記配線基板についての製造工程のバラツキから求めた条件によって、前記素子パラメータ群中のパラメータをばらつかせる処理とばらつかせた前記パラメータを用いて、演算処理手段にて回路シミュレーションを実行する工程とを含むことを特徴とする。

発明の効果

0007

本発明によれば、より作業時間を軽減する配線基板の設計技術が得られる。

発明を実施するための最良の形態

0008

以下、本発明の実施形態を説明する。

0009

本発明による実施形態1を図1乃至図7を参照して説明する。
図1は、この発明の一実施形態を説明するために示す基板断面図である。実際にPWBを製造すると、設計値通りには製造できずに製造誤差が生じる。図1では、ある銅層層厚設計値では35μmであるのに対し実測では38μmであって、層幅が設計値では110μmであるのに対し実測では105μmであって、またメーカ提示比誘電率が4.5であるのに対し実測では4.7であったという例を示している。

0010

図1は、例えば次に図2に示す電子装置の内部に設けられた半導体チップ実装されている配線基板の一部の構成を示すものである。
ここでまず、図2を参照して、本発明の一実施形態に係る電子装置の構成について説明する。この電子装置は、バッテリ駆動可能な携帯型のノートブック型パーソナルコンピュータ10として実現されている。

0011

図2は、ノートブック型パーソナルコンピュータ10のディスプレイユニットを開いた状態における斜視図である。本コンピュータ10は、コンピュータ本体11と、ディスプレイユニット12とから構成される。ディスプレイユニット12には、LCD17(Liquid Crystal Display)およびバックライトから構成される表示パネルが組み込まれており、そのLCD17の表示画面はディスプレイユニット12のほぼ中央に位置されている。

0012

LCD17は、透過型液晶パネルから構成されている。
ディスプレイユニット12は、コンピュータ本体11に支持され、そのコンピュータ本体11に対してコンピュータ本体11の上面が露出される開放位置とコンピュータ本体11の上面を覆う閉塞位置との間を回動自由に取り付けられている。コンピュータ本体11は薄い箱形筐体を有しており、その上面にはキーボード13、本コンピュータ10を電源オンオフするためのパワーボタン14、入力操作パネル15、およびタッチパッド16などが配置されている。

0013

入力操作パネル15は、押されたボタンに対応するイベントを入力する入力装置であり、複数の機能をそれぞれ起動するための複数の機能をそれぞれ起動するための複数のボタンを備えている。

0014

図3は実施形態の解析方法を説明するために示すフローチャートである。従来の解析方法では、レイアウトCAD作成後にシミュレーション解析の結果により製造を開始するか判断する場合がある。しかし、実際に製造されたPWBでは製造誤差があり、解析結果と実測では異なってしまい、実際には動作しないという場合もある。その際には、またレイアウトCADの修正を加えるか、基板メーカに要求し、設計データ通りの層構成で製造してもらうが、時間やコストが余分にかかってしまうなどの問題がある。

0015

さて図3では、まずレイアウトCAD作成を行う(ステップS31)。次にシミュレーション解析の際に、あらかじめ製造誤差も考慮して解析を実施する(ステップS32)。OKとなった場合は製造に移る(ステップS33)。実動作による動作確認を行うが(ステップS34)、通常はNGとならず図3破線矢印のように後戻りすることは従来と比較して妨げられている。最後に量産製造を行う(ステップS35)。

0016

即ち、レイアウトCAD作成後のシミュレーション解析の際に、あらかじめ製造誤差も考慮して解析を実施する方法である。これは、解析にCADデータを回す際に、一次的にライン・プレーンの幅や厚さ、誘電体の比誘電率や誘電正接導体導電率などの変更を可能とすることにより、製造誤差を考慮した解析を可能とした。これにより、実際にCADデータを弄らなくても済むし、解析モデルの作り直しをしなくても、製造誤差を考慮した解析が可能となった。その効果として、PWB製造に誤差があっても、あらかじめ解析により誤差の分マージンを取ることができるため歩留り向上や後戻り工程の減少が実現できる。

0017

図4は上記方法のイメージ図である。
CADツールから解析ツールデータ転送または読み取る際に、解析条件を一次的に変更可能とすることにより製造誤差を考慮した解析も可能となる。
図5は解析条件変更操作画面GUIイメージ画面DC抵抗値IRドロップ値解析の例である。
図5の解析条件を変更することで製造誤差を考慮する。項目としては、層厚、ライン幅率、比誘電体率、誘電正接、抵抗率である。縦軸は各層を表現している。L1〜L6は銅層を表し、その間の層は誘電体層を表している。図1に関しL1の層厚が設計値では35μmであるのに対し実測では38μmであることを説明したがその例が表現されている。

0018

ここでは解析条件の変更に関し層厚の1項目しか変えていないが、一度に多数の項目を変えてもよい。
図6は解析例の一つである。DC抵抗値解析とDC電圧ドロップ解析の例である。
以下の式からも分かるように、ラインやプレーンの層厚と幅、抵抗率を変更することにより、抵抗値が変化する。過去の製造データより製造誤差を割出し、CADデータに補正をかけて解析することで、ワーストケースを求めることができる。これにより、ワーストケースでの電圧ドロップも解析可能である。

0019

0020

R :抵抗値[Ω]、L :導体長[m]、A :導体面積[m^2]、ρ :低効率[Ω・m]、V:電圧[V]、I:電流[A]
図7は解析例のもう一つである。伝送線路解析における線路モデル解析の例である。配線モデル特性インピーダンスZ0は、インダクタンスLとキャパシタンスCに依存する。インダクタンスLとキャパシタンスCはライン幅Wや導体厚、誘電率や誘電体厚によって変化する。このため、ラインやプレーンの幅や厚さを変更した解析結果を求めることでワーストケースでの伝送線路解析が可能となる。図7(a)はマイクロストリップ配線モデルを示す図であり、図7(b)はストリップ配線のモデルを示す図である。

0021

・基板伝送線路の特性インピーダンス算出
基板伝送線路の場合、線路の幅Wとベタ面からの距離Hおよびその間の絶縁材の比誘電率により特性インピーダンスが決まる。基板伝送線路には、例えば、図7(a)に示すマイクロストリップ配線や、図7(b)に示すストリップ配線がある。

0022

図7(a)に示すマイクロストリップ配線のモデルは、グランドプレーン71、第1誘電体層72、第2誘電体層73、マイクロストリップ配線74を有する。第1誘電体層72の誘電率および厚さは、それぞれεr1およびHである。マイクロストリップ配線74の厚さ、トップ幅、およびボトム幅は、それぞれtp、Wt、およびWbである。第1誘電体層72の誘電率は、εr2である。また、マイクロストリップ配線74の表面からの第2誘電体層73の厚さはtsである。

0023

図7(b)に示すストリップ配線のモデルは、グランドパターン81、誘電体層82、ストリップ配線83、および回路パターン84を有する。誘電体層82の誘電率はεrである。グランドパターン81の底面からのストリップ配線83の底面の高さはH2である。ストリップ配線83の表面からの誘電体層82の厚さはH1である。ストリップ配線83のトップ幅およびボトム幅は、それぞれWhおよびWtである。

0024

本発明による実施形態2を図1乃至図2図4乃至図7を参照して説明する。実施形態1と共通する部分は説明を省略する。実施形態1においては、製造誤差を扱ったが製品使用条件(のばらつき)を扱うのも有効である。後者は前者とは大きさや要因が異なる場合が多い。

0025

図2のような電子装置内にあるとき、外気温度湿度応力ストレス、材料の劣化や場合により磨耗の影響は装置により異なってくる。評価に用いる所謂ワーストケースの適切な設定が困難な場合は、損失関数L(Loss Function)による評価により過剰品質を抑制することができる。図3のステップS34の評価としては実動作をOKまたはNGの2値判断するのではなく、定量的に危険要因を金額的に評価しグレードアップグレードダウンを図るのが好適である。

0026

以上、概要としてPWB製造誤差等を考慮したDC抵抗・電圧ドロップ解析で、解析条件として、層厚、ライン幅率、比誘電率、誘電正接、抵抗率を一時的に変更可能にした。特徴は次のようである。

0027

1.CADデータを一次的に変更し、PWB製造誤差を考慮した解析を実施する方法。
2. PWB製造誤差を考慮し、ワーストケースでの解析実施により歩留りや後戻りを減らすことができる。
3.ライン・プレーンの幅や厚さ、誘電体の比誘電率や誘電正接、導体の導電率に対して、製造誤差などの補正をかける。
4. CADデータの変更や新しい解析モデルの作成時間が要らないので、解析に至るまでの時間が縮小できる。
5. 具体的に上げると、電源設計における電源プレーンのDC抵抗・電圧ドロップ解析、伝送線路解析における配線モデルの特性インピーダンス解析などで製造誤差を考慮した解析が可能になる。

0028

また実施形態の効果は以下のようである。
1.製造誤差等を考慮し、ワーストケースでの解析ができるため、製品の歩留りが向上する。
2.CADデータを変更しないで製造誤差等を考慮できるため、解析に至るまでの時間が縮小できる。
なお、この発明は上記実施形態に限定されるものではなく、この外その要旨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。
また、上記した実施の形態に開示されている複数の構成要素を適宜に組み合わせることにより、種々の発明を形成することができる。例えば、実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除しても良いものである。さらに、異なる実施の形態に係る構成要素を適宜組み合わせても良いものである。

図面の簡単な説明

0029

この発明の一実施形態を説明するために示す基板断面図。
同実施形態に係る電子装置の構成を示す斜視図。
同実施形態の解析方法を説明するために示すフローチャート。
同実施形態のイメージ図。
同実施形態に用いられる解析条件変更操作画面(GUIイメージ画面)。
同実施形態の解析例1。
同実施形態の解析例2(マイクロストリップ配線のモデルを示す図と、ストリップ配線のモデルを示す図)。

符号の説明

0030

11…コンピュータ本体、12…ディスプレイユニット、13…キーボード、13…パワーボタン、15…入力操作パネル、16…タッチパッド、17…LCD、
71…グランドプレーン、72…第1誘電体層、73…第2誘電体層、74…マイクロストリップ配線、81…グランドパターン、82…誘電体層、83…ストリップ配線、84…回路パターン。

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