JP2004252743A

JP2004252743A - 多層配線基板の設計装置、その設計方法及び記録媒体

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Publication number: JP2004252743A
Application number: JP2003042940A
Authority: JP
Inventors: Isato Takeuchi; 勇人竹内; Toshio Murayama; 敏夫村山; Toshihiro Meitoma; 利博命苫
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2003-02-20
Filing date: 2003-02-20
Publication date: 2004-09-09

Abstract

【課題】多層配線基板を設計する場合に、信号層の直下または直上に電流帰還経路を設定できるようにすると共に、電磁放射ノイズを大幅に低減可能なプリント配線基板等を設計できるようにする。
【解決手段】４層配線基板を設計する表示画面を有して送信用ＩＣと受信用ＩＣとを描画するモニタ２１と、このモニタ２１に描画された信号層上の送信用ＩＣと受信用との間を接続する信号配線を指定する入力ツール２２と、この入力ツール２２により指定された信号層をモニタ２１に描画された４層配線基板の電源層及び接地層に投影処理し、電源層及び接地層に投影された特定領域を受信用ＩＣから送信用ＩＣへのリターン電流パスとする設定処理をし、このリターン電流パスを配線禁止領域とする処理をする制御手段２３とを備えるものである。信号層とリターン電流パスとを最短層間距離を維持して配線することができる。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁放射ノイズを大幅に低減可能な多層配線構造のプリント配線基板を設計するＣＡＤ設計装置等に適用して好適な多層配線基板の設計装置、その設計方法及び記録媒体に関する。
【０００２】
詳しくは、中間層に電源層及び接地層を有する多層配線基板を設計する場合に、信号層で指定された信号配線を表示画面に描画された多層配線基板の電源層又は／及び接地層に投影し、この電源層又は／及び接地層に投影された特定領域を負荷回路から信号源への電流帰還経路と設定し、この電流帰還経路を配線禁止領域に指定して、配線の直下または直上に電流帰還経路を設定できるようにすると共に、電磁放射ノイズを大幅に低減可能な多層配線基板を設計できるようにしたものである。
【０００３】
【従来の技術】
近年、携帯電話機や、ノート型のパーソナルコンピュータ（以下パソコンという）、各種ゲーム機、携帯端末装置等あるいは、デスクトップ型のパソコンが使用される場合が多くなってきた。これらの情報処理装置によれば、多機能ＩＣを実装するために、高密度配線が可能な多層配線基板を使用する場合が多い。例えば４層構造のプリント配線基板は上部の信号層、中間部の電源層、接地層及び下部の信号層から構成される。
【０００４】
この信号層にはＩＣチップ間を接続する信号配線が指定され、電源層には異種電圧を供給する場合にスリットが指定され、接地層にはリターン電流パスが指定される。リターン電流パスとは信号源から負荷回路に至る往路に対して、負荷回路から信号源に戻る復路をいう。リターン電流パスが指定された接地層は、リターン電流層とも呼ばれ、リターン電流層には信号層に流れる電流のリターン電流を流すようになされる。このような多層配線基板はＣＡＤ設計装置により設計される。
【０００５】
図９はＡ及びＢは従来例に係るＣＡＤ設計装置１０の構成例及びその処理例を示す図である。
図９Ａに示す従来方式のＣＡＤ設計装置１０では外部のデータベース４に接続され、レイアウトＣＡＤシステムが構成される。ＣＡＤ設計装置１０ではＣＡＤプログラムに基づいて多層配線基板が設計され、一般に、ＣＡＤ設計により得られたデータは実際に多層配線基板を製造する場合の製造データとして使用される。
【０００６】
このＣＡＤ設計装置１０はモニタ１、入力ツール２及び制御手段３を有している。モニタ１には多層配線基板を設計する際に、ＩＣチップや、入力・出力端子等を表示画面に描画するようになされる。制御手段３では、図９Ｂに示すフローチャートのステップＢ１でプレーン処理がなされる。プレーン処理とは多層配線基板において電源層又は接地層の平面形状（プレーン）を設計することをいい、例えば、電源層にスリットを指定して電源プレーンを描くようになされる。
【０００７】
そして、ステップＢ２では信号層に信号配線が描画される。その後、ステップＢ３でリターン電流パスが短くなるように信号配線を配線変更し、信号配線の位置を修正するようになされる。必要に応じてスリット位置もずらせるようになされている。
【０００８】
図１０Ａ及びＢは４多層配線基板５０’の設計例を示す工程図である。この種の４多層配線基板５０’の設計例は特許文献１に開示されている。この特許文献１によれば、まず、モニタ１には、図１０Ａに示すような２つに分割された電源プレーン５２Ａ、５２Ｂが描画される。電源プレーン５２Ａ、５２Ｂは電源層にスリット５８’を指定して描画したものである。
【０００９】
また、図１０Ａに示す電源プレーン５２Ａ、５２Ｂには例えば、送信用ＩＣ１１、その出力端子１３、入力端子１４及びコンタクトホール１７、１８がレイアウトされる。受信用ＩＣ１２や、その入力端子１５及び出力端子１６は電源プレーン５２Ａ、５２Ｂの外側にレイアウトされる。各々のコンタクトホール１７、１８は、リターン電流パス形成用の接地層に接続するために配置される。
【００１０】
そして、図１０Ｂに示す電源プレーン５２Ａ、５２Ｂにレイアウトされた送信用ＩＣ１１と受信用ＩＣ１２との間の接続を指定すると、これらの端子間が自動配線される。この例では他の電子部品を迂回するために、送信用ＩＣ１１の出力端子１３と受信用ＩＣ１２の入力端子１５の配置位置が垂直方向を基準にして水平方向にずれた位置にレイアウトされる。
【００１１】
この位置ずれを伴ったレイアウトの影響を受けて、図１０Ｂの実線に示すように「く」の字状に折れ曲がった状態で出力端子１３と入力端子１５との間が信号配線５５により接続される。このとき、受信用ＩＣ１２から送信用ＩＣ１１へのリターン電流パス５９’が設定される。リターン電流パス５９’は本来、信号配線５５の直下に設定するのが信号ループを最小とすることができるが、この場合、スリット５８’に沿って設定される。ここで設定されたリターン電流パス５９’は配線禁止領域に指定される。
【００１２】
図１１はＣＡＤ設計方法の問題点を説明するスリット修正例を示す図である。図１１に示す信号配線５５はスリット５８’を跨いでレイアウトされたため、スリット位置を左側へずらすように修正される。このスリット位置のシフトに伴うリターン電流パス５９’の設定位置も修正するようになされる。
【００１３】
【特許文献１】
特開平１１−３１６７７４号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来例に係るＣＡＤ設計装置１０によれば、以下のような問題がある。
▲１▼ 特許文献１に見られるように、電源層にスリットを先に指定して電源プレーン５２Ａ，５２Ｂの平面形状を決めた後に、信号層上に配線を描く工程を採っている。従って、リターン電流パス５９’が電源プレーン５２Ａ，５２Ｂの平面形状に依存することになり、信号配線５５の配線自由度が低くなっている。
【００１５】
▲２▼ また、多層配線基板で電磁放射ノイズを低減させるために、特許文献１によれば、信号電流について、そのリターン電流パス５９’のループの長さや面積を計算し、それが初期条件より長いまたは大きい場合は、信号配線５５を修正する方法を取っている。
【００１６】
従って、図１１に示したように、信号配線５５がスリット５８’を跨いでレイアウトされた場合、せっかくループの長さや面積を計算して設定したリターン電流パス５９’が、スリット位置を左側へずらすという修正に伴い、もう一度、そのループの長さや面積を計算し直して設定しなくてはならなくなる。しかも、再設定された信号ループは最小になるとは限らない。
【００１７】
そこで、この発明はこのような従来の課題を解決したものであって、中間層に電源層及び接地層を有する多層配線基板を設計する場合に、信号配線の直下または直上に電流帰還経路を設定できるようにすると共に、電磁放射ノイズを大幅に低減可能なプリント配線基板等を設計できるようにした多層配線基板の設計装置、その設計方法及び記録媒体を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上述した課題は、中間層に電源層及び接地層を有する多層配線基板を設計する装置であって、多層配線基板を設計する表示画面を有して信号源と負荷回路とを描画する表示手段と、この表示手段に描画された信号源と負荷回路との間を接続する配線を指定する入力手段と、この入力手段により指定された配線を表示手段に描画された多層配線基板の電源層又は／及び接地層に投影処理し、電源層又は／及び接地層に投影された特定領域を負荷回路から信号源への電流帰還経路とする設定処理をし、電流帰還経路を配線禁止領域とする処理をする制御手段とを備えることを特徴とする多層配線基板の設計装置によって解決される。
【００１９】
本発明に係る多層配線基板の設計装置によれば、中間層に電源層及び接地層を有する多層配線基板を設計する場合に、表示手段の表示画面には信号源と負荷回路とが描画される。この表示手段に描画された信号源と負荷回路との間を接続するために入力手段を使用して配線を指定するようになされる。制御手段では、この入力手段により指定された配線が、表示手段に描画された多層配線基板の電源層又は／及び接地層に投影処理される。そして、制御手段では、この電源層又は／及び接地層に投影された特定領域が、負荷回路から信号源への電流帰還経路とするように設定され、この電流帰還経路を配線禁止領域とする処理がなされる。
【００２０】
従って、信号配線の直下または直上に電流帰還経路を設定すること、及び、信号配線と電流帰還経路とを最短層間距離を維持して配線することができる。しかも、信号源から負荷回路に至る往路及び、負荷回路から信号源に戻る復路である信号ループを最小とすることができ、電磁放射を最小にすることができる。これにより、電磁放射ノイズを大幅に低減可能な多層配線基板を設計することができる。また、当該電流帰還経路が設定された配線禁止領域では、以後の信号層の設計等において、他の信号層の配置を排他処理できるので、他の負荷回路と信号源とを接続する信号層に対応した電流帰還経路の横切り等を防止できるようになる。
【００２１】
本発明に係る多層配線基板の設計方法は、中間層に電源層及び接地層を有する多層配線基板を設計する方法であって、多層配線基板を設計する表示画面に信号源と負荷回路とを描画し、表示画面に描画された信号源と負荷回路との間を接続する配線を指定し、ここで指定された配線を表示画面に描画される多層配線基板の電源層又は／及び接地層に投影し、ここで投影された電源層又は／及び接地層の特定領域を負荷回路から信号源への電流帰還経路に設定し、ここで設定された電流帰還経路を配線禁止領域に指定することを特徴とするものである。
【００２２】
本発明に係る多層配線基板の設計方法によれば、中間層に電源層及び接地層を有する多層配線基板を設計する際に、信号配線の直下または直上に電流帰還経路を設定すること、及び、信号配線と電流帰還経路とを最短層間距離を維持して配線することができる。
【００２３】
しかも、信号ループを最小とすることができ、電磁放射を最小にすることができる。これにより、電磁放射ノイズを大幅に低減可能な多層配線基板を設計することができる。また、実際に試作用の多層配線基板を作製しなくても、ＥＭＣ（Ｅｌｅｃｔｒｏ−ＭａｇｎｅｔｉｃＣｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ；電磁気的両立性）品質の高いプリント配線基板等の設計を行うことができるので、作製時間や作製費用等を削減することができる。
【００２４】
本発明に係る記録媒体は、中間層に電源層及び接地層を有する多層配線基板を設計するプログラムを記憶した媒体であって、多層配線基板を設計する表示画面に信号源と負荷回路とを描画し、表示画面に描画された信号源と負荷回路との間を接続する配線を指定し、ここで指定された配線を表示画面に描画される多層配線基板の電源層又は／及び接地層に投影し、ここに投影された電源層又は／及び接地層の特定領域を負荷回路から信号源への電流帰還経路に設定し、ここで設定された電流帰還経路を配線禁止領域に指定するためのプログラムを記憶して成ることを特徴とするものである。
【００２５】
本発明に係る記録媒体によれば、中間層に電源層及び接地層を有する多層配線基板を設計する場合に、当該記録媒体を使用することで、熟練していない設計者でも、ＥＭＣ品質の高いプリント配線基板等の設計を行うことができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
続いて、この発明に係る多層配線基板の設計装置、その設計方法及び記録媒体の一実施の形態について、図面を参照しながら説明をする。
この実施形態では、中間層に電源層及び接地層を有する多層配線基板を設計する場合に、信号層で指定された配線を表示画面に描画された多層配線基板の電源層又は／及び接地層に投影し、この電源層又は／及び接地層に投影された特定領域を負荷回路から信号源への電流帰還経路と設定し、この電流帰還経路を配線禁止領域に指定して、信号層の配線の直下または直上に電流帰還経路を設定できるようにすると共に、電磁放射ノイズを大幅に低減可能な多層配線基板を設計できるようにしたものである。
【００２７】
図１は本発明に係る実施形態としてのＣＡＤ設計装置によって設計される４層配線基板５０の構造例を示す斜視図である。図１に示す４層配線基板５０は多層配線基板の一例であり、携帯電話機や、ノート型のパーソナルコンピュータ（以下パソコンという）、各種ゲーム機、携帯端末装置等あるいは、デスクトップ型のパソコンに適用して極めて好適である。多層配線基板は高密度配線が可能で電子機器の小型化が図れる。
【００２８】
この例では４層配線基板５０は信号層５１、電源層５２、接地層５３及び信号層５４を有している。４層配線基板５０上には信号源の一例となる送信用ＩＣ１１が実装され、同基板面上に負荷回路の一例となる受信用ＩＣ１２が実装される。送信用ＩＣ１１は出力端子１３及び入力端子１４に接続され、受信用ＩＣ１２は入力端子１５及び出力端子１６に接続される。
【００２９】
この出力端子１３、１６及び入力端子１４、１５は共に信号層５１に形成される。この例では出力端子１３、１６及び入力端子１４、１５のいずれも送信用ＩＣ１１や受信用ＩＣ１２に対して、説明を簡略化するために１つを実装する場合を示している。もちろん、出力端子１３、１６及び入力端子１４，１５は１つに限られることはなく、２以上複数の入力・出力端子や電源供給部品が設けられる。これらの端子や部品をレイアウトして多層配線基板が設計される。この例で入力端子１４は接地層５３に接続され、出力端子１６は接地層５３に各々の接続される。
【００３０】
この出力端子１３と入力端子１５との間は信号層５１を成す信号配線（プリント配線パターン）５５により接続され、動作周波数の高い、例えば、数ＭＨｚ〜数十ＧＨｚ単位の動作信号を伝送するようになされる。この例では信号層５１の直下または直上に電流帰還経路（以下リターン電流パス５９という）が設定され、電磁放射ノイズを大幅に低減可能とする４層配線基板５０が設計される（図２参照）。なお、４層配線基板５０の設計例に関しては、図１中で一点鎖線で囲んだ領域（以下ＣＡＤ設計領域Ｉという）について、以下に説明をする。
【００３１】
図２は４層配線基板５０の内部構造例を示す斜視図である。図２に示す４層配線基板５０は上部に信号層５１、中間層に電源層５２、接地層５３及び、下部に信号層５４を有しており、４層を成している。各々層間は図示しないプリプレグ樹脂等の絶縁物（誘電体）により絶縁されている。４層配線基板５０の上部の信号層５１には図中四角印に示す出力端子１３及び入力端子１４を成すパッド電極が設けられる。
【００３２】
この４層配線基板５０の信号層５１、電源層５２及び接地層５３には丸印で示すコンタクトホール（開口部）１７及び１８が設けられ、電源層５２、接地層５３との絶縁を保持して貫通し、上部及び下部間の信号層５１及び５４を接続する際に使用される。もちろん、コンタクトホール１７、１８を使用して電源層５２に電源線を接続し、接地層５３に接地線を接続するようにしてもよい。送信用ＩＣ１１や受信用ＩＣ１２へ電源を供給するためである。
【００３３】
この例で信号層５１の下部には電源層５２が設けられ、この電源層５２にはスリット５８が設けられる。これは、１つの電源層５２に複数種類の電源を適用する場合に、各電源のパターン領域間を電気的に絶縁するためである。このパターン境界位置にスリット５８が形成される。この実施形態ではこのスリット５８を電源間スリットとも呼ぶ。広くは異なる種類の電源領域が隣接する場合の境界線を指すものである。多層配線基板設計時には自由に変更可能なものである。
【００３４】
電源層５２の下部には接地層５３が設けられ、この接地層５３には図中波線に示すリターン電流パス５９が設定される。リターン電流パス５９は送信用ＩＣ１１の出力端子１３と受信用ＩＣ１２の入力端子１５との間の信号層５１を成す信号配線５５の直下の位置に設定される。送信用ＩＣ１１から受信用ＩＣ１２に至る往路及び、受信用ＩＣ１２から送信用ＩＣ１１に戻る復路である信号（電流）ループを最小とするためである。接地層５３の下部には信号層５４が設けられる。この信号層５４には、図示せずも、上部の信号層５１と同様な出力端子１３及び入力端子１４を成すパッド電極や、コンタクトホール（開口部）１７、１８が設けられる。これらにより、多層配線基板の一例となる４層配線基板５０を構成する。
【００３５】
図３はＣＡＤ設計装置１００の内部構成例を示すブロック図である。図３に示すＣＡＤ設計装置１００は多層配線基板を設計する装置の一例であり、中間層に電源層５２及び接地層５３を有する２層以上のプリント配線基板等を設計する装置である。ＣＡＤ設計装置１００には汎用のコンピュータが使用され、従来方式のレイアウトＣＡＤシステムに本発明方式に係る付属モジュールを組み込んだものである。ＣＡＤ設計装置１００ではＣＡＤプログラムに基づいて多層配線基板が設計され、この設計により得られたデータは実際に多層配線基板を製造する際の製造データとして使用される。
【００３６】
このＣＡＤ設計装置１００はモニタ２１、入力ツール２２及び制御手段２３を有している。モニタ２１は表示手段の一例であり、このモニタ２１には液晶表示ディスプレイや、ＣＲＴ、ＰＤＰ表示装置が使用される。モニタ２１は４層配線基板５０等を設計する際に、送信用ＩＣ１１や、受信用ＩＣ１２、入力・出力端子等を表示画面に描画するようになされる。
【００３７】
制御手段２３はシステムバス３１を有しており、このシステムバス３１には、例えば、ＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）３２、ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）３３、ＨＤＤ（ＨａｒｄＤｉｓｃＤｒｉｖｅｒ）３４、Ｉ／Ｏ（Ｉｎｐｕｔ／Ｏｕｔｐｕｔ）インタフェース３５、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ；中央処理ユニット）３６及び、自動配線エディタ３７が接続されている。システムバス３１に接続された入力ツール（入力手段）２２は、モニタ２１に描画された信号層５１で送信用ＩＣ１１と受信用ＩＣ１２との間を接続する信号配線５５を指定するように操作される。入力ツール２２にはキーボード２４やマウス２５等が使用される。
【００３８】
このシステムバス３１には記録媒体の一例となるＲＯＭ３２が接続され、４層配線基板５０を設計する際のプログラムが記憶される。ＲＯＭ３２には、例えば、４層配線基板５０を設計する表示画面に送信用ＩＣ１１と受信用ＩＣ１２とを描画し、表示画面に描画された信号層５１で送信用ＩＣ１１と受信用ＩＣ１２との間を接続する信号配線５５を指定し、この表示画面に描画される４層配線基板５０の電源層５２及び接地層５３に、信号層５１で指定された信号配線５５を投影し、ここに投影された電源層５２及び接地層５３の特定領域を受信用ＩＣ１２から送信用ＩＣ１１へのリターン電流パス５９に設定し、ここで設定されたリターン電流パス５９を配線禁止領域に指定するためのＣＡＤ設計プログラムが格納される。この記録媒体は制御手段２３と共に付属モジュールを構成する。
【００３９】
もちろん、ＲＯＭ３２には当該ＣＡＤ設計装置全体を制御するためのシステムプログラムが格納される。記録媒体にはＲＯＭやＥＥＰＲＯＭ等の半導体メモリの他に、ＣＤ−ＲＯＭ、磁気ディスク等が使用される。このＣＡＤ設計装置１００によれば、４層配線基板５０を設計する場合に、当該ＲＯＭ３２に基づくＣＡＤ設計プログラムを使用することで、熟練していない設計者でも、ＥＭＣ品質の高い４層構造のプリント配線基板等の設計を行うことができる。
【００４０】
ＲＡＭ３３はワークメモリとして使用され、例えば、制御コマンド等を一時記憶するようになされる。ＣＰＵ３６は電源がオンされると、ＲＯＭ３２からシステムプログラムを読み出してシステムを起動し、入力ツール２２からの操作データに基づいて当該ＣＡＤ設計装置全体を制御するようになされる。
【００４１】
Ｉ／Ｏインタフェース３５には外部のデータベースが接続され、４層配線基板５０の設計に必要なデータ（以下ＣＡＤデータという）が格納される。Ｉ／Ｏインタフェース３５にはシステムバス３１を通じてＨＤＤ（ハードディスク装置）３４が接続され、データベースから読み出したＣＡＤデータ等が格納され、このＣＡＤ設計時において必要なデータをＣＡＤデータから抽出するようになされる。ＨＤＤ３４にはスリット５８や、ＩＣ、端子等を配置するためのレイアウトエディタや、各々の端子間を自動配線する自動配線エディタ３７、設計ルールを表示するルールエディタを構成する機能プログラムも格納されている。
【００４２】
ＣＰＵ３６では入力ツール２２により信号層５１で指定された信号配線５５をモニタ２１に描画された４層配線基板５０の電源層５２又は／及び接地層５３に投影処理し、電源層５２又は／及び接地層５３に投影された特定領域を受信用ＩＣ１２から送信用ＩＣ１１へのリターン電流パス５９とする設定処理をし、このリターン電流パス５９を配線禁止領域とする処理をする。例えば、信号層５１に流れる電流のリターン電流を流す接地層５３をリターン電流層としたとき、ＣＰＵ３６は信号層５１で信号配線５５が指定されると同時に、リターン電流層にリターン電流パス５９を描画するようにモニタ２１を表示制御する。
【００４３】
この例で４層配線基板５０の中間層に１種類以上の電源層５２を設ける場合であって、この電源層５２の平面形状を設計するプレーン処理をする際に、ＣＰＵ３６はリターン電流パス５９を含むように当該電源層５２の平面形状を指定するようにモニタ２１を制御する。例えば、４層配線基板５０の中間層に２種類の電源層５２を設ける場合であって、この電源層５２を２つに分割してスリット５８を設けるプレーン処理をする際に、ＣＰＵ３６はリターン電流パス５９を除く領域にスリット５８を指定するように制御する。このようにすると、リターン電流パス５９を分断しないようにプレーン処理することができる。電源層５２にスリット５８を設けることで、基板実装後の実動作時には、スリット５８により画定された電源層５２に、３．３Ｖ電圧や、５Ｖ電圧といった異種電源を供給するようになされる。
【００４４】
自動配線エディタ３７は、配線経路の位置及び電源間のスリット位置を検出したり、その検出結果に基づいて配線経路とスリット５８との重なりを判断したり、この判断結果により配線経路とスリット５８の重なりを避けるように配線経路、信号配線５５、電源間のスリット５８等の設計データを変更して自動配線するように機能するものである。
【００４５】
図４はモニタ２１における実装設計表示画面Ｐ１の表示例を示すイメージ図である。図４に示すモニタ２１の表示例によれば、実装設計表示画面Ｐ１が表示される。実装設計表示画面Ｐ１には、４層配線基板５０の信号層５１（半田付け面）のレイアウトパターンが表示される。この実装設計表示画面Ｐ１はレイアウトエディタを選択することにより表示される。実装設計表示画面Ｐ１には「配置配線ルール登録ツールを開始します」のメッセージや、レイアウトパターンの他に、「ファイル」、「編集」、「表示」、「作図」、「設定」、「ツール」、「配線」、「修正」、「部品移動」、「自動配線」及び「ヘルプ」の機能選択スイッチタグが設けられる。
【００４６】
例えば、「ファイル」を選択して「ルールエディタ」をマウス２５でクリックすると、表示画面中の一部領域に重ねて「ルールエディタ」を表示するようになされる。「ルールエディタ」には、「部品実装面制限」、「部品配置角度制限」、「部品クリアランス制限」、「ネット毎クリアランス定義」、「配線長制限」、「平行配線長制限」、「等長ペア配線制限」、「同層分岐制限」、「スタブ長制限」、「使用パターン幅制限」、「パッドスタック制限」、「ネット毎層定義」・・・が表示される。
【００４７】
この例で「ルールエディタ」の表示画面中で「使用パターン幅制限」をマウス２５でクリックすると、表示画面中の一部領域に重ねて「使用パターン幅制限」を表示するようになされる。「使用パターン幅制限」にはネット名と共に、層名及び配線幅の値が表示される。この例ではＣＰＵ３６によって、送信用ＩＣ１１、受信用ＩＣ１２及び信号層５１を指定するレイアウト設計を行うと同時にルールチェック及びシミュレーションが行われる。このルールチェックやシミュレーションを行うことで、従来方式に比べて修正に時間がかからなくなる。
【００４８】
図５はモニタ２１における自動配線表示画面Ｐ２の表示例を示すイメージ図である。図５に示すモニタ２１の表示例によれば、図４に示した機能選択スイッチタグで「自動配線」をマウス２５でクリックすると、自動配線エディタ３７が起動され、図５に示す自動配線表示画面Ｐ２が表示される。この例では送信用ＩＣ１１と受信用ＩＣ１２との間を自動配線機能により接続するようになされる。
【００４９】
自動配線表示画面Ｐ２は例えば、上下２つの表示領域に分割される。上部の表示領域には送信用ＩＣ１１や受信用ＩＣ１２が表示され、これらのＩＣの複数の入力端子及び出力端子が表示され、これらの入力端子及び出力端子の間が自動配線される。下部の表示領域にはネットリストが表示される。自動配線エディタ３７ではネットリストに基づいて各々の端子間を自動配線するようになされる。信号層５１で端子間を接続する信号配線５５は、予め定められた設計ルール（配線規則）に従って配線設計がなされる。例えば、信号層５１上で水平方向に延在する信号配線と垂直方向に延在する信号配線とを組合せて形成される。
【００５０】
続いて、本発明に係る４層配線基板５０の設計方法について説明をする。図６及び図７は４層配線基板５０の設計例（その１及び２）を示す工程図である。
この実施形態では中間層に電源層５２及び接地層５３を有する４層配線基板５０を設計する場合を前提とする。この例では、４層配線基板５０の設計例に関しては、図１中で一点鎖線で囲んだＣＡＤ設計領域Ｉを抽出して説明をする。
【００５１】
図６Ａにおいて、まず、ＣＡＤ設計しようとする４層配線基板５０のＣＡＤ設計領域Ｉをモニタ２１に描画する。ＣＡＤ設計領域Ｉにはこの時点で従来方式のように電源間を分割するスリットが指定されていない。先にスリット５８を指定してしまうと、送信用ＩＣ１１や受信用ＩＣ１２の配線後に、スリット位置を修正する場合が発生するからである。
【００５２】
また、図６Ｂに示すＣＡＤ設計領域Ｉに送信用ＩＣ１１や受信用ＩＣ１２等をレイアウトすると共に、出力端子１３、１６及び入力端子１４、１５、コンタクトホール１７、１８を配置する。この例では送信用ＩＣ１１がＣＡＤ設計領域Ｉの上部にかかるように配置され、出力端子１３及び入力端子１４は当該領域内に配置される。受信用ＩＣ１２、入力端子１５及び出力端子１６はＣＡＤ設計領域Ｉの下部外に各々配置される。コンタクトホール１７は入力端子１４の下部に配置される。コンタクトホール１８はＣＡＤ設計領域内の所定の位置に配置される。各々のコンタクトホール１７、１８は、リターン電流パス形成用の接地層５３に接続するために配置される。
【００５３】
送信用ＩＣ１１の出力端子１３は信号電流の送信点であり、入力端子１４は信号電流の帰路入力点である。受信用ＩＣ１２の入力端子１５は信号電流の受信点であり、出力端子１６は信号電流の帰路出力点である。これらの電子部品はレイアウトエディタにより配置される。
【００５４】
そして、図７Ａに示すＣＡＤ設計領域Ｉにレイアウトされた送信用ＩＣ１１と受信用ＩＣ１２との間の接続を指定すると、これらの端子間が自動配線される。この例では送信用ＩＣ１１の出力端子１３と受信用ＩＣ１２の入力端子１５の配置位置が垂直方向を基準にして水平方向にずれた位置にレイアウトされている。これは他の電子部品を迂回する場合において、配線間隔を保持する必要性から生ずる。
【００５５】
従って、出力端子１３と入力端子１５との間を接続する信号配線５５は、図７Ａの実線に示すように「く」の字状に折れ曲がった状態で信号層５１に配線される。このとき、信号層５１上でコンタクトホール１７と入力端子１４との間が信号配線５６により接続され、出力端子１６とコンタクトホール１８とが信号配線５７により配線される。
【００５６】
この例では、表示画面に描画される４層配線基板５０の接地層５３に、信号層５１上で指定された信号配線５５が投影される。ここで投影された接地層５３の特定領域は、受信用ＩＣ１２から送信用ＩＣ１１へのリターン電流パス５９に設定される。つまり、接地層５３には図中波線に示すリターン電流パス５９が設定される。
【００５７】
この信号層５１上の信号配線５５を接地層５３に投影するようにしたのは、信号層５１上の出力端子１３と入力端子１５との間の信号配線５５の直下の位置にリターン電流パス５９を設定できるからであり、送信用ＩＣ１１から受信用ＩＣ１２に至る往路及び、受信用ＩＣ１２から送信用ＩＣ１１に戻る復路である信号ループを最小とするためである。信号ループを最小とすることで電磁放射ノイズを大幅に低減できるようになる。
【００５８】
ここで設定されたリターン電流パス５９は配線禁止領域に指定される。これは、リターン電流パス５９が設定された配線禁止領域では、以後の信号層５１の設計等において、他の信号層５１上での信号配線の配置を排他処理することができ、他の受信用ＩＣと送信用ＩＣとを接続する信号配線５５に対応したリターン電流パス５９の横切り等を防止できるようにしたためである。
【００５９】
図８はＣＡＤ設計装置１００における４層配線基板設計時の処理例を示すフローチャートである。この実施形態では中間層に電源層５２及び接地層５３を有する４層配線基板５０を設計する場合を前提とする。この例では、４層配線基板５０の中間層に二種類の電源層５２を設ける場合であって、電源層５２の平面形状を設計するプレーン処理を含めてＣＡＤ設計する場合を想定する。この４層配線基板５０の設計例に関しては、図６及び図７を参照しながら説明をする。
【００６０】
これらをＣＡＤ設計条件にして、図８に示すフローチャートのステップＡ１で初期設定処理をする。この初期設定処理では、図３に示したＨＤＤ３４から、信号配線名、ＩＣ名、電源供給部品名、電源種類等の４層配線基板５０の設計に用いられる各種データが読み出され、ＣＡＤ設計条件が設定される。信号配線名は例えば、送信用ＩＣ１１の出力端子１３と受信用ＩＣ１２の入力端子１５の間を結ぶ、信号線の名前等をいい、信号配線５５等がプリント配線基板の設計に応じて複数ある場合には複数の信号配線名が予め準備される。
【００６１】
ＩＣ名は図１に示した送信用ＩＣ１１や受信用ＩＣ１２に付した名称等であり、４層配線基板５０の設計回路に応じて名称の数は複数個存在する。電源供給部品名は電源端子電極などであり、必要に応じて何個有っても良い。電源種類は電源層５２を分割する電源プレーンの種類を示すもので、例えば、５Ｖプレーン、３．３Ｖプレーンなどが対象となり、ＣＡＤ設計上の必要に応じて何種類有っても良い。ＣＡＤ設計時に必要なデータは、ＨＤＤ３４からＣＡＤデータとして読み出される。このＣＡＤデータから４層配線基板５０の設計に関連する必要なデータが抽出される。
【００６２】
そして、ステップＡ２に移行して４層配線基板５０を設計する表示画面に送信用ＩＣ１１や受信用ＩＣ１２等のレイアウト部品を描画する。このとき、モニタ２１の表示画面には図６Ｂに示したように送信用ＩＣ１１、受信用ＩＣ１２、出力端子１３、１６入力端子１４、１５及びコンタクトホール１７、１８がＣＡＤデータに基づいて描画される。また、このとき、設計者は入力ツール２２を使用して図６Ａに示したようなＣＡＤ設計領域Ｉをモニタ２１に表示し、このＣＡＤ設計毎に信号層５１とリターン電流層とを指定しＣＡＤ設計準備をする。ここにリターン電流層とは、信号層５１上の信号配線５５に流れる電流に対してその帰路におけるリターン電流を流す層をいう。
【００６３】
このリターン電流層は層間絶縁物等の誘電体を挟んで上層または下層となる位置に指定されることが望ましい。信号層５１が誘電体の上層に位置する場合は、リターン電流層が下層に位置し、反対に信号層５１が誘電体の下層に位置する場合は、リターン電流層が上層に位置するように指定するとよい。この例で、リターン電流層は、接地（グランド）層５３又は電源層５２であることが望ましい。ここで図示せずも、信号配線５５が形成される信号層５１とリターン電流層との間の距離を層間距離という。この例では、最短層間距離を維持して、信号層５１条の信号配線５５の直下の接地層５３にリターン電流パスが設定される。
【００６４】
この例では、ある信号層５１上の信号配線５５にとってリターン電流層として指定した中間層が、この信号層５１上の別の信号配線であると指定することもできる。この場合、その信号配線に対するリターン電流層を更に多の中間層に指定するようになされる。
【００６５】
そして、ステップＡ３で表示画面に描画された信号層５１上で送信用ＩＣ１１と受信用ＩＣ１２との間を接続する信号配線を指定して配線する。このとき、設計者はモニタ２１に描画された送信用ＩＣ１１と受信用ＩＣ１２との間を接続するために入力ツール２２を使用して信号層５１に配線を引く（指定する）ようになされる。もちろん、自動配線エディタ３７を使用してこの間を自動配線してもよい。これにより、モニタ２１には図７Ａの実線で示したような信号配線５５が信号層５１上に描画される。
【００６６】
その後、ステップＡ４に移行して表示画面に描画される４層配線基板５０の電源層５２及び接地層５３に、ステップＡ３で信号層５１に指定された信号配線５５を投影する。この信号配線５５は４層配線基板５０の厚み方向へ投影される。このとき、ＣＰＵ３６では、入力ツール２２により信号層５１に指定された信号配線５５が、モニタ２１に描画された４層配線基板５０の電源層５２及び接地層５３に投影処理される。
【００６７】
次のステップでリターン電流パス５９を設定するためである。このリターン電流パス５９は、投影幅をもつ太線であってもよいし、投影幅を持たない細線であってもよい。投影幅を持つ場合には、ＣＡＤ設計条件として固定値を与えるか、または最小値を与えることができる。固定値の場合は、例えば、信号配線５５の特性インピーダンスをある値に特定するような投影幅をＣＡＤ設計条件として与えることができ、信号配線５５のインピーダンスを一定に保つことができるようになる。この信号配線５５に関して配線幅よりも投影幅を大きくなるように投影した場合には、配線禁止領域を広く確保できるようになる。
【００６８】
従って、ステップＡ４で投影された電源層５２及び接地層５３の特定領域をステップＡ５で受信用ＩＣ１２から送信用ＩＣ１１へのリターン電流パス５９として設定する。このとき、ＣＰＵ３６では、電源層５２及び接地層５３に投影された特定領域が、図７Ａに示した受信用ＩＣ１２から送信用ＩＣ１１へのリターン電流パス５９とするように設定される。例えば、信号層５１に流れる電流のリターン電流を流す接地層５３をリターン電流層としたとき、信号層５１で信号配線５５を指定すると同時に、リターン電流層にリターン電流パス５９が描画される。これと共に、リターン電流パス５９を含むように当該電源層５２の平面形状が指定される。
【００６９】
ここで設定されたリターン電流パス５９をステップＡ６で配線禁止領域とする処理がなされる。このリターン電流パス５９を配線禁止領域に指定することで、以後の信号層５１の設計等において、他の信号層５１の配置を排他処理することができ、他の送信用ＩＣと受信用ＩＣ等とを接続する信号層５１に対応したリターン電流パス５９の横切り等を防止できるようになる。
【００７０】
そして、ステップＡ７で当該送信用ＩＣ１１と受信用ＩＣ１２との他の端子間を配線するか否かをチェックする。当該他の端子間を配線する場合はステップＡ３に戻って表示画面に描画された信号層５１上で送信用ＩＣ１１と受信用ＩＣ１２との間を接続する信号配線を指定して配線する。このとき、配線描画（リターン電流層）及び、配線禁止領域を避けて配線を描画するようになされる。
【００７１】
上述のステップＡ７で他の送受信用ＩＣ１２等の端子間を全て配線した場合は、ステップＡ８に移行してプレーン処理を実行する。このプレーン処理では、リターン電流パス５９を含むように電源層５２の平面形状（プレーン）が描かれる。この信号層５１の直下には必ずリターン電流層を成す接地層５３のプレーンが存在する。この例では、図７Ｂに示すように電源層５２の分割に関して、リターン電流パス５９を除く領域にスリット５８が指定される。このようにすると、リターン電流パス５９を分断しないようにプレーン処理することができる。従って、配線の最適なリターン電流パス５９が必ず確保されることになる。また、信号層５１の配線自由度を高くすることができる。この例では、送信用ＩＣ１１、受信用ＩＣ１２及び信号層５１を指定するレイアウト設計を行うと同時にルールチェック及びシミュレーションが行われる。このことで、従来例に比べて修正に時間がかからなくなる。
【００７２】
そして、ステップＡ９に移行して当該４層配線基板５０に関して全ての設計を済んだか否かをチェックする。４層配線基板５０の設計が済んでいない場合は、ステップＡ２に戻って上述した処理を繰り返すようになされる。４層配線基板５０の設計が全て済んだ場合は、ＣＡＤ設計により得られたデータをＨＤＤ３４や、外部のデータベースに格納してＣＡＤ設計処理を終了する。
【００７３】
このように、本発明に係る実施形態としてのＣＡＤ設計装置及び多層配線基板の設計方法によれば、中間層に電源層５２及び接地層５３を有する４層配線基板５０を設計する制御手段２３を備え、この制御手段２３は、信号層５１上で指定された信号配線５５を表示画面に描画された４層配線基板５０の電源層５２及び接地層５３に投影処理し、この接地層５３に投影された特定領域を受信用ＩＣ１２から送信用ＩＣ１１へのリターン電流パス５９とする設定処理をすると共に、このリターン電流パス５９を配線禁止領域とする処理をし、更に、電源層５２に投影された領域にはスリット５８が指定されないように処理するものである。
【００７４】
従って、信号層５１上の信号配線５５の直下または直上にリターン電流パス５９を設定すること、及び、信号層５１上の信号配線５５とリターン電流パス５９とを最短層間距離を維持して配線することができる。しかも、送信用ＩＣ１１から受信用ＩＣ１２に至る往路及び、受信用ＩＣ１２から送信用ＩＣ１１に戻る復路である信号ループを最小とすることができ、電磁放射を最小にすることができる。これにより、電磁放射ノイズを大幅に低減可能な４層配線基板５０を設計することができる。
【００７５】
また、当該リターン電流パス５９が設定された配線禁止領域では、以後の信号層５１上の信号配線の設計等において、信号層５１上の他の信号配線の配置を排他処理できるので、他の受信用ＩＣと送信用ＩＣとを接続する信号配線に対応したリターン電流パスの横切り等を防止できるようになる。更にまた、実際に試作用の４層配線基板５０を作製しなくても、誰でも簡単に、ＥＭＣ品質の高いプリント配線基板等の設計を行うことができるので、作製時間や作製費用等を削減することができる。
【００７６】
この実施形態では送信用ＩＣ１１と受信用ＩＣ１２とを接続する信号配線５５に関してリターン電流パス５９を必要とする場合について説明したが、これに限られることはなく、信号層５１毎にリターン電流パス５９を必要とするか否かを選択してもよい。例えば、動作周波数が低い信号配線５５を取り扱う場合は、リターン電流パス５９を設定する必要性が低いので、ステップＡ４における信号層５１の投影処理を省略するようにしてもよい。これにより、リターン電流層の配線自由度が高くなって、誰でも簡単に、ＥＭＣ品質の高いプリント配線基板等を設計できるようになる。
【００７７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るプリント配線基板の設計装置によれば、中間層に電源層及び接地層を有する多層配線基板を設計制御する制御手段を備え、この制御手段は、指定された信号層を表示画面に描画された多層配線基板の電源層及び接地層に投影処理し、この電源層及び接地層に投影された特定領域を負荷回路から信号源への電流帰還経路とする設定処理をし、この電流帰還経路を配線禁止領域とする処理をするものである。
【００７８】
この構成によって、信号層の直下または直上に電流帰還経路を設定すること、及び、信号層と電流帰還経路とを最短層間距離を維持して配線することができる。従って、信号ループを最小とすることができ、電磁放射を最小にすることができる。これにより、電磁放射ノイズを大幅に低減可能な多層配線基板を設計することができる。しかも、当該電流帰還経路が設定された配線禁止領域では、以後の信号層の設計等において、他の信号層の配置を排他処理できるので、他の負荷回路と信号源とを接続する信号層に対応した電流帰還経路の横切り等を防止できるようになる。実際に試作用の多層配線基板を作製しなくても、ＥＭＣ品質の高いプリント配線基板等の設計を行うことができるので、作製時間や作製費用等を削減することができる。
【００７９】
本発明に係る記録媒体によれば、多層配線基板を設計する表示画面に信号源と負荷回路とを描画し、この表示画面に描画された信号源と負荷回路との間を接続する信号層を指定し、ここで指定される信号層を表示画面に描画される多層配線基板の電源層及び接地層に投影し、ここで投影された電源層及び接地層の特定領域を負荷回路から信号源への電流帰還経路に設定し、ここで設定された電流帰還経路を配線禁止領域に指定するためのプログラムを記憶して成るものである。
【００８０】
この構成によって、中間層に電源層及び接地層を有する多層配線構造の多層配線基板を設計する場合に、当該記録媒体を使用することで、熟練していない設計者でも、ＥＭＣ品質の高いプリント配線基板等の設計を行うことができる。
【００８１】
この発明は電磁放射ノイズを大幅に低減可能な多層配線構造のプリント配線基板を設計するＣＡＤ設計装置等に適用して極めて好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施形態としてのＣＡＤ設計装置によって設計される多層配線基板の構造例を示す斜視図である。
【図２】４層配線基板５０の内部構造例を示す斜視図である。
【図３】ＣＡＤ設計装置１００の内部構成例を示すブロック図である。
【図４】モニタ２１における実装設計表示画面Ｐ１の表示例を示すイメージ図である。
【図５】モニタ２１における自動配線表示画面Ｐ２の表示例を示すイメージ図である。
【図６】Ａ及びＢは４層配線基板５０の設計例（その１）を示す工程図である。
【図７】Ａ及びＢは４層配線基板５０の設計例（その２）を示す工程図である。
【図８】ＣＡＤ設計装置１００における４層配線基板設計時の処理例を示すフローチャートである。
【図９】Ａ及びＢは従来例に係るＣＡＤ設計装置１０の構成例及びその処理例を示す図である。
【図１０】Ａ及びＢはその４層配線基板５０’の設計例を示す工程図である。
【図１１】その問題点を説明する修正例を示す図である。
【符号の説明】
１１・・・送信用ＩＣ（信号源）、１２・・・受信用ＩＣ（負荷回路）、２１・・・モニタ、２２・・・入力ツール（入力手段）、２３・・・制御手段、３２・・・ＲＯＭ（記録媒体）、５０，５０’・・・４層配線基板（多層配線基板）、５１，５４・・・信号層、５２・・・電源層、５３・・・接地層、５５・・・信号配線、５８・・・スリット、５９・・・リターン電流パス（電流帰還経路）、１００・・・ＣＡＤ設計装置（多層配線基板の設計装置）

Claims

中間層に電源層及び接地層を有する多層配線基板を設計する装置であって、
前記多層配線基板を設計する表示画面を有して信号源と負荷回路とを描画する表示手段と、
前記表示手段に描画された信号源と負荷回路との間を接続する配線を指定する入力手段と、
前記入力手段により指定された前記配線を前記表示手段に描画された多層配線基板の電源層又は／及び接地層に投影処理し、前記電源層又は／及び接地層に投影された特定領域を前記負荷回路から信号源への電流帰還経路とする設定処理をし、前記電流帰還経路を配線禁止領域とする処理をする制御手段とを備えることを特徴とする多層配線基板の設計装置。
前記配線に流れる電流のリターン電流を流す電源層又は接地層をリターン電流層としたとき、
前記制御手段は、
前記配線が指定されると同時に、前記リターン電流層に電流帰還経路を描画するように制御することを特徴とする請求項１に記載の多層配線基板の設計装置。
前記多層配線基板の中間層に一種類の電源層を設ける場合であって、
前記電源層の平面形状を設計するプレーン処理をする際に、
前記制御手段は、
前記電流帰還経路を含むように当該電源層の平面形状を指定するように制御することを特徴とする請求項１に記載の多層配線基板の設計装置。
前記多層配線基板の中間層に複数種類の電源層を設ける場合であって、
前記電源層を分割してスリットを設けるプレーン処理をする際に、
前記制御手段は、
前記電流帰還経路を除く領域に前記スリットを指定するように制御することを特徴とする請求項１に記載の多層配線基板の設計装置。
前記制御手段は、
前記信号源、負荷回路及び配線を指定するレイアウト設計を行うと同時にルールチェック及びシミュレーションを行うことを特徴とする請求項１に記載の多層配線基板の設計装置。
前記信号源と負荷回路との間を接続する自動配線機能を備えることを特徴とする請求項１に記載の多層配線基板の設計装置。
中間層に電源層及び接地層を有する多層配線基板を設計する方法であって、
前記多層配線基板を設計する表示画面に信号源と負荷回路とを描画し、
前記表示画面に描画された信号源と負荷回路との間を接続する配線を指定し、
指定された前記配線を前記表示画面に描画される多層配線基板の電源層又は／及び接地層に投影し、
投影された前記電源層又は／及び接地層の特定領域を前記負荷回路から信号源への電流帰還経路に設定し、
設定された前記電流帰還経路を配線禁止領域に指定することを特徴とする多層配線基板の設計方法。
前記信号源、負荷回路及び配線を指定するレイアウト設計を行うと同時にルールチェック及びシミュレーションを行うことを特徴とする請求項７に記載の多層配線基板の設計方法。
前記配線に流れる電流のリターン電流を流す電源層又は接地層をリターン電流層としたとき、
前記配線を指定すると同時に、前記リターン電流層に電流帰還経路を描画することを特徴とする請求項７に記載の多層配線基板の設計方法。
前記多層配線基板の中間層に一種類の電源層を設ける場合であって、
前記電源層の平面形状を設計するプレーン処理をする際に、
前記電流帰還経路を含むように当該電源層の平面形状を指定することを特徴とする請求項７に記載の多層配線基板の設計方法。
前記多層配線基板の中間層に複数種類の電源層を設ける場合であって、
前記電源層を分割してスリットを設けるプレーン処理をする際に、
前記電流帰還経路を除く領域に前記スリットを指定することを特徴とする請求項７に記載の多層配線基板の設計方法。
中間層に電源層及び接地層を有する多層配線基板を設計するプログラムを記憶した媒体であって、
前記多層配線基板を設計する表示画面に信号源と負荷回路とを描画し、
前記表示画面に描画された信号源と負荷回路との間を接続する配線を指定し、
指定された前記配線を前記表示画面に描画される多層配線基板の電源層又は／及び接地層に投影し、
投影された前記電源層又は／及び接地層の特定領域を前記負荷回路から信号源への電流帰還経路に設定し、
設定された前記電流帰還経路を配線禁止領域に指定するためのプログラムを記憶して成ることを特徴とする記録媒体。