JP2023082383A - Creation method and creation device of simple heat simulation model of multilayer substrate, and simple model creation program - Google Patents

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Abstract

To provide a simple model which can highly accurately simulate the influence of substrate heat release in comparison to a conventional simple model using the average equivalent thermal conductivity.SOLUTION: There is provided a simple heat simulation model corresponding to a virtual two-layer substrate having two wiring layers P11, P12 at positions satisfying a prescribed condition with respect to a thermal gravity center position HG by calculating the thermal gravity center position HG of a multilayer substrate. Here, the prescribed condition comprises: the first condition in which the thermal inertial moment of the multilayer substrate is equal to the thermal inertial moment of the virtual two-layer substrate replacing the multilayer substrate; and the second condition in which the thermal conductance of the multilayer substrate is equal to the thermal conductance of the virtual two-layer substrate. Consequently, the substrate heat release characteristics in a case where a heat generating component is placed on a substrate surface of a simple model can be simulated in consideration of a distance to the first wiring layer P11 from the substrate surface.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明は、多層基板の簡易熱シミュレーションモデルの作成方法および作成装置並びに簡易モデル作成プログラムに関し、特に、3層以上の複数の配線層と複数の絶縁層とを含む多層基板の簡易熱シミュレーションモデルを作成する方法および装置に関するものである。 The present invention relates to a simple thermal simulation model creation method, creation apparatus, and simple model creation program for a multilayer substrate, and more particularly to a simple thermal simulation model for a multilayer substrate including a plurality of wiring layers of three or more layers and a plurality of insulating layers. It relates to a method and apparatus for making.

従来、製品の設計において、製品をコンピュータ上のデータとして扱うことができるようにモデル化して、有限要素法等を用いたシミュレーションによって熱的評価を行うことが一般的に実施されている。例えば、小型チップ部品では、電子機器の小型化・高発熱化に伴い、放熱不足による過剰な温度上昇が問題となっており、モデルを用いた熱流体シミュレーション(CFD)によって小型チップ部品の温度上昇を予測することの重要性が高まっている。 2. Description of the Related Art Conventionally, in designing a product, it has been common practice to model the product so that it can be handled as data on a computer, and perform thermal evaluation by simulation using the finite element method or the like. For example, in small chip parts, as electronic devices become smaller and generate more heat, excessive temperature rise due to insufficient heat dissipation has become a problem. The importance of predicting

ここで、複数の材料が層状に積層されたプリント基板(多層基板)上に搭載される小型チップ部品の温度上昇は、多層基板の放熱状態に大きく影響される。この放熱状態をできだけ正確に熱流体シミュレーションに反映させるために、多層基板の各層の配線パターンを含めて詳細にモデル化することが行われている。熱伝導率が異なる複数の材料が層状に積層されている基板では、熱伝導率が面内方向と面直交方向とで異方性を持つことを踏まえて、面内方向および面直交方向の両面から詳細モデルが設計される。 Here, the temperature rise of small chip components mounted on a printed board (multilayer board) in which a plurality of materials are layered is greatly affected by the heat dissipation state of the multilayer board. In order to reflect this heat dissipation state in the thermal fluid simulation as accurately as possible, detailed modeling is performed including the wiring patterns of each layer of the multilayer substrate. In the case of substrates in which multiple materials with different thermal conductivities are laminated in layers, thermal conductivity is anisotropic between the in-plane direction and the perpendicular direction. A detailed model is designed from

しかしながら、上記のような詳細モデルを用いたシミュレーションでは、より多くの解析時間が必要になるという問題があった。特に近年の基板は多層化が進んでいるため、銅箔による配線パターンを含む配線層が10層以上にも及ぶこともある。このような多層基板上に搭載される部品の詳細な温度上昇を詳細モデルによるシミュレーションで求める場合には、モデル規模の増大により解析時間が増加してしまう。 However, the simulation using the detailed model as described above has the problem that more analysis time is required. In recent years, substrates in particular have become multi-layered, so there are cases where the number of wiring layers including wiring patterns made of copper foil reaches 10 or more. When the detailed temperature rise of components mounted on such a multilayer substrate is obtained by simulation using a detailed model, the analysis time increases due to the increase in model scale.

また、詳細な配線パターンを含む詳細モデルは、基板に含まれる配線パターンおよび基板上に搭載される部品の全ての配置が決定しないと、作成することができない。そのため、設計の初期段階などで大まかな傾向を把握したい場合には詳細モデルを利用できないという問題があった。 Further, a detailed model including detailed wiring patterns cannot be created unless the wiring patterns included in the board and the layout of all the components mounted on the board are determined. Therefore, there is a problem that a detailed model cannot be used when it is desired to grasp a rough trend in the initial stage of designing.

以上のような詳細モデルの問題に鑑みて、簡易モデルによってシミュレーションを行う技術も提供されている。現在提供されている一般的な簡易モデルでは、基板内装銅箔の影響を考慮するために、銅箔を含んだ基板の面内方向の熱抵抗と厚み方向(面直交方向)の熱抵抗とがそれぞれ等価となるような平均的な等価熱伝導率を求め、これを簡易的なシミュレーションモデルとして用いている。例えば、電子基板上の配線パターンを考慮した簡易モデルを利用して熱伝導率を算出する方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。 In view of the problems of detailed models as described above, techniques for performing simulations using simple models have also been provided. In the general simple model currently provided, the thermal resistance in the in-plane direction and the thermal resistance in the thickness direction (perpendicular to the plane) of the board containing the copper foil are calculated in order to consider the effect of the copper foil inside the board. An average equivalent thermal conductivity that is equivalent to each other is obtained and used as a simple simulation model. For example, there is known a method of calculating thermal conductivity using a simple model that takes into consideration wiring patterns on an electronic substrate (see, for example, Patent Document 1).

特許文献1に記載の方法では、電極パターン層に絶縁体が混じる割合が場所ごとに異なることを考慮して、電極パターン層の配線部分領域面積比情報を利用して電子基板の等価熱伝導率を計算する。すなわち、電子基板をより小さな領域に分割し、分割した小領域毎の各電極パターン層における配線部分面積比を算出した上で、各小領域に対して、電子基板の面内方向等価熱伝導率を算出する。 In the method described in Patent Document 1, the equivalent thermal conductivity of the electronic substrate is calculated using the wiring partial area area ratio information of the electrode pattern layer, taking into account that the ratio of the insulator mixed in the electrode pattern layer differs from place to place. to calculate That is, after dividing the electronic substrate into smaller regions and calculating the wiring partial area ratio in each electrode pattern layer for each divided small region, the in-plane equivalent thermal conductivity of the electronic substrate for each small region Calculate

特開2000-180395号Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-180395

特許文献1のような簡易モデル(等価熱伝導率)を用いることで、多層基板を単純なモデルとして表現することが可能である。しかしながら、現状では、比較的精度良く基板放熱の影響を勘案できる簡易モデルは提供されていない。すなわち、基板表面に実装された発熱部品の放熱性は、発熱部品から基板内層の銅箔までの距離により大きく異なるが、現状の簡易モデルでは、発熱部品から基板内層の銅箔までの距離が考慮されていないため、基板放熱特性の再現性において問題があるものとなっている。 By using a simple model (equivalent thermal conductivity) as disclosed in Patent Document 1, it is possible to express the multilayer substrate as a simple model. However, at present, there is no simple model that can take into account the influence of substrate heat radiation with relatively high accuracy. In other words, the heat dissipation performance of heat-generating components mounted on the board surface varies greatly depending on the distance from the heat-generating component to the copper foil on the inner layer of the board. Therefore, there is a problem in reproducibility of substrate heat dissipation characteristics.

本発明は、このような問題を解決するために成されたものであり、平均的な等価熱伝導率を用いた従来の簡易モデルに比べて精度良く基板放熱の影響をシミュレート可能な簡易モデルを提供できるようにすることを目的とする。 The present invention was made to solve such problems, and is a simple model that can simulate the effects of substrate heat radiation with higher accuracy than conventional simple models that use average equivalent thermal conductivity. The purpose is to be able to provide

上記した課題を解決するために、本発明では、3つ以上の複数の配線層と複数の絶縁層とを含む多層基板の熱的重心位置を算出し、当該熱的重心位置に対して所定条件を満たす位置に2つの配線層を有する仮想2層基板に対応する簡易熱シミュレーションモデルを生成するようにしている。ここで、所定条件は、多層基板の熱的慣性モーメントと、多層基板を置き換えた仮想2層基板の熱的慣性モーメントとが等しいという第1条件、および、多層基板の熱コンダクタンスと仮想2層基板の熱コンダクタンスとが等しいという第2条件を含む。 In order to solve the above-described problems, in the present invention, the thermal barycentric position of a multi-layer substrate including three or more wiring layers and a plurality of insulating layers is calculated, and a predetermined condition is applied to the thermal barycentric position. A simple thermal simulation model corresponding to a virtual two-layer board having two wiring layers at positions satisfying the following is generated. Here, the predetermined conditions are the first condition that the thermal moment of inertia of the multilayer substrate and the thermal moment of inertia of the virtual two-layer substrate replacing the multilayer substrate are equal, and the thermal conductance of the multilayer substrate and the virtual two-layer substrate. is equal to the thermal conductance of .

上記のように構成した本発明によれば、多層基板の各配線層の熱伝導率および各絶縁層の熱伝導率が平均的な等価熱伝導率に単純に置き換えられてしまうのではなく、熱的慣性モーメントに関する第1条件および熱コンダクタンスに関する第2条件を満たす2つの配線層を有する仮想2層基板の簡易モデルに置き換えられる。このため、簡易モデルの基板表面に発熱部品を配置した場合における基板放熱特性を、基板表面から配線層までの距離を考慮してシミュレートすることが可能となる。熱的慣性モーメントに関する第1条件を満たすように簡易モデルが生成されるので、簡易モデルの基板表面から配線層までの距離は、多層基板の表面から配線層までの実際の距離と近いものになる。これにより、本発明を適用して生成される簡易モデルを用いれば、平均的な等価熱伝導率を用いた従来の簡易モデルに比べて精度良く基板放熱の影響をシミュレートすることが可能となる。 According to the present invention configured as described above, the thermal conductivity of each wiring layer and the thermal conductivity of each insulating layer of the multilayer substrate are not simply replaced by the average equivalent thermal conductivity, but the thermal conductivity is A simplified model of a hypothetical two-layer board having two wiring layers satisfying the first condition on the physical moment of inertia and the second condition on the thermal conductance is substituted. Therefore, it is possible to simulate the substrate heat dissipation characteristics when heat-generating components are arranged on the substrate surface of the simplified model, taking into consideration the distance from the substrate surface to the wiring layer. Since the simple model is generated so as to satisfy the first condition regarding the thermal moment of inertia, the distance from the board surface to the wiring layer in the simple model is close to the actual distance from the surface of the multilayer board to the wiring layer. . As a result, by using the simple model generated by applying the present invention, it is possible to simulate the effects of substrate heat dissipation with higher accuracy than with the conventional simple model using the average equivalent thermal conductivity. .

本実施形態による多層基板の簡易熱シミュレーションモデルの作成装置(簡易モデル作成装置)の機能構成例を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a functional configuration example of a simple thermal simulation model creation device (simple model creation device) for a multilayer substrate according to the present embodiment; FIG. 多層基板の詳細モデルから簡易モデルへの置き換えを模式的に示す図である。FIG. 4 is a diagram schematically showing replacement of a detailed model of a multilayer board with a simplified model; 一般的な慣性モーメントを説明するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining a general moment of inertia; 多層基板の詳細モデルおよびこれに関する各種情報を説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining a detailed model of a multilayer board and various information related thereto; 本実施形態の簡易モデルおよびこれに関する各種情報を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the simple model of this embodiment, and various information about this. 本実施形態による簡易モデル作成装置の動作例(本実施形態による多層基板の簡易熱シミュレーションモデルの作成方法の処理手順)を示すフローチャートである。4 is a flow chart showing an operation example of the simple model creating apparatus according to the present embodiment (processing procedure of a method for creating a simple thermal simulation model of a multilayer substrate according to the present embodiment). 熱的慣性モーメントが基準位置からの距離の2乗に比例するとの前提で作成された簡易モデルを用いたシミュレーションの結果を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing the results of a simulation using a simple model created on the premise that the thermal moment of inertia is proportional to the square of the distance from the reference position; 熱的慣性モーメントが基準位置からの距離の4乗に比例するとの前提で作成された簡易モデルを用いたシミュレーションの結果を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the results of a simulation using a simple model created on the premise that the thermal moment of inertia is proportional to the fourth power of the distance from the reference position; 本実施形態による簡易モデル作成装置の他の機能構成例を示すブロック図である。FIG. 5 is a block diagram showing another functional configuration example of the simple model creation device according to the present embodiment; 本実施形態によるモデル簡略化部の処理内容を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the processing content of the model simplification part by this embodiment.

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図1は、本実施形態による多層基板の簡易熱シミュレーションモデルの作成装置(以下、簡易モデル作成装置10と記す)の機能構成例を示すブロック図である。図1に示すように、本実施形態の簡易モデル作成装置10は、機能構成として、基板情報入力部11、重心算出部12および簡易モデル生成部13を備えている。簡易モデル生成部13は、より具体的な機能構成として、厚み算出部13A、熱伝導率算出部13Bおよび距離算出部13Cを備えている。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing an example of the functional configuration of an apparatus for creating a simple thermal simulation model of a multilayer substrate (hereinafter referred to as a simple model creating apparatus 10) according to this embodiment. As shown in FIG. 1, the simple model generating device 10 of the present embodiment includes a board information input unit 11, a gravity center calculator 12, and a simple model generator 13 as functional configurations. The simple model generation unit 13 includes a thickness calculation unit 13A, a thermal conductivity calculation unit 13B, and a distance calculation unit 13C as more specific functional configurations.

上記機能ブロック11~13は、ハードウェア、DSP(Digital Signal Processor)、ソフトウェアの何れによっても構成することが可能である。例えばソフトウェアによって構成する場合、上記機能ブロック11~13は、実際にはコンピュータのCPU、RAM、ROMなどを備えて構成され、RAMやROM、ハードディスクまたは半導体メモリ等の記憶媒体に記憶されたプログラムが動作することによって実現される。 The functional blocks 11 to 13 can be configured by hardware, DSP (Digital Signal Processor), or software. For example, when configured by software, the functional blocks 11 to 13 are actually configured with a computer CPU, RAM, ROM, etc., and a program stored in a storage medium such as RAM, ROM, hard disk, or semiconductor memory. It is realized by working.

本実施形態の簡易モデル作成装置10は、3つ以上の複数の配線層と複数の絶縁層とを含む多層基板の簡易熱シミュレーションモデル(以下、単に簡易モデルという)を作成する装置である。図2は、本実施形態の簡易モデル作成装置10により実行される多層基板の詳細モデルから簡易モデルへの置き換えを模式的に示す図である。本実施形態の簡易モデル作成装置10では、所定条件を満たすように詳細モデルを簡易モデルに置き換えることにより、簡易モデルを作成する。なお、本明細書では、配線層の数がn個の基板をn層基板と表現し、n≧3の場合を多層基板と表現している。 A simple model creating apparatus 10 of the present embodiment is an apparatus for creating a simple thermal simulation model (hereinafter simply referred to as a simple model) of a multilayer board including a plurality of wiring layers of three or more and a plurality of insulating layers. FIG. 2 is a diagram schematically showing the replacement of a detailed model of a multilayer board with a simple model executed by the simple model creating apparatus 10 of the present embodiment. The simple model creating apparatus 10 of this embodiment creates a simple model by replacing a detailed model with a simple model so as to satisfy a predetermined condition. In this specification, a substrate having n wiring layers is expressed as an n-layer substrate, and a substrate with n≧3 is expressed as a multilayer substrate.

図2(a)は、多層基板の詳細モデルを模式的に示す図である。ここでは、5つの配線層(銅箔パターン層)P1~P5と5つの絶縁層(樹脂層)S1~S5とが交互に配置された多層基板(5層基板)を例示している。図の上側が基板表面、下側が基板裏面であり、基板表面にチップ部品等の発熱部品が配置される。詳細モデルは、多層基板の各層P1~P5,S1~S5の厚みおよび熱伝導率をコンピュータ上のデータとして再現したモデルである。なお、本実施形態において扱う詳細モデルは、配線層P1~P5の詳細な配線パターンに関する情報を含むことを必須とせず、設計の初期段階でも設定可能なものである。 FIG. 2(a) is a diagram schematically showing a detailed model of a multilayer substrate. Here, a multilayer board (five-layer board) in which five wiring layers (copper foil pattern layers) P1 to P5 and five insulating layers (resin layers) S1 to S5 are alternately arranged is illustrated. The upper side of the drawing is the substrate surface, and the lower side is the substrate back surface. Heat-generating components such as chip components are arranged on the substrate surface. The detailed model is a model that reproduces the thickness and thermal conductivity of each layer P1 to P5 and S1 to S5 of the multilayer substrate as computer data. Note that the detailed model handled in this embodiment does not necessarily include information on the detailed wiring patterns of the wiring layers P1 to P5, and can be set even at the initial stage of design.

図2(b)は、本実施形態の簡易モデル作成装置10により作成する仮想2層基板の簡易モデルを模式的に示す図である。本実施形態では、詳細モデルの5つの配線層P1~P5を2つの配線層P11,P12に集約し、当該2つの配線層P11,P12を3つの絶縁層S11~S13で挟むように構成した簡易モデルを作成する。この簡易モデルは、基板全体での面内方向および厚み方向のトータル熱コンダクタンスが詳細モデルのそれと等しくなり、かつ、基板表面から数えて1つ目の配線層(以下、第1配線層という)の基板表面からの距離が詳細モデルのそれと略等しくなるように作成される。 FIG. 2B is a diagram schematically showing a simple model of a virtual two-layer board created by the simple model creating apparatus 10 of this embodiment. In this embodiment, the five wiring layers P1 to P5 of the detailed model are combined into two wiring layers P11 and P12, and the two wiring layers P11 and P12 are sandwiched between three insulating layers S11 to S13. Create a model. In this simplified model, the total thermal conductance in the in-plane direction and the thickness direction of the entire substrate is equal to that of the detailed model, and the first wiring layer (hereinafter referred to as the first wiring layer) counted from the substrate surface. It is created so that the distance from the substrate surface is approximately equal to that of the detailed model.

本実施形態では、簡易モデルの第1配線層P11の基板表面からの距離が、詳細モデルの第1配線層P1の基板表面からの距離と略等しくなるような簡易モデルを作成するために、熱的慣性モーメントという概念を導入する。図3は、物体をある回転軸まわりに回転させたときに生じる一般的な慣性モーメントを説明するための図である。図3は、回転軸AXから距離dだけ離れた位置に、質量M、厚みtの平板状の物体が、当該物体の面内方向の軸と回転軸AXとが平行となるように置かれた状態を示している。この物体を回転軸AXのまわりに回転させると、当該物体には以下の(式1)で示すような慣性モーメントIgが生じる。本実施形態では、物体の質量Mを1つの層の面内方向の熱コンダクタンスλt(λは熱伝導率、tは厚み)に置き換えて考えることにより、次の(式2)で示す熱的慣性モーメントHIgを導入する。この熱的慣性モーメントHIgの使い方については後述する。 In the present embodiment, in order to create a simple model such that the distance from the substrate surface of the first wiring layer P11 in the simple model is approximately equal to the distance from the substrate surface of the first wiring layer P1 in the detailed model, a thermal Introduce the concept of the physical moment of inertia. FIG. 3 is a diagram for explaining a general moment of inertia that occurs when an object is rotated around a certain rotation axis. In FIG. 3, a plate-like object having a mass of M and a thickness of t is placed at a position separated by a distance d from the rotation axis AX so that the in-plane axis of the object and the rotation axis AX are parallel. state. When this object is rotated around the rotation axis AX, the object generates a moment of inertia Ig as shown in (Equation 1) below. In this embodiment, by replacing the mass M of the object with the in-plane thermal conductance λt (λ is the thermal conductivity, t is the thickness) of one layer, the thermal inertia shown by the following (Equation 2) A moment HIg is introduced. How to use this thermal moment of inertia HIg will be described later.

Figure 2023082383000002
Figure 2023082383000002

以下に、図1に示す機能ブロック11~13の処理内容を説明する。基板情報入力部11は、多層基板の詳細モデルに関する基板情報を入力する。基板情報入力部11が入力する情報は、多層基板の構造的性質および熱的性質に関する情報であり、多層基板に関して既知の値の情報である。例えば、基板情報入力部11は、ユーザがキーボードやタッチパネル等の入力デバイスを用いてコンピュータに入力した基板情報を取得する。あるいは、基板情報入力部11は、記憶媒体にあらかじめ記憶されている基板情報を取得するようにしてもよい。 The processing contents of the functional blocks 11 to 13 shown in FIG. 1 will be described below. The board information input unit 11 inputs board information regarding a detailed model of a multilayer board. The information input by the board information input unit 11 is information relating to the structural properties and thermal properties of the multilayer board, and is information of known values for the multilayer board. For example, the board information input unit 11 acquires board information input by a user to a computer using an input device such as a keyboard or touch panel. Alternatively, the board information input unit 11 may acquire board information stored in advance in a storage medium.

図4は、多層基板の詳細モデルおよびこれに関する各種情報を説明するための図である。この図4に、基板情報入力部11が入力する情報を示している。図4に示す多層基板の詳細モデルは、図2(a)に示した詳細モデルである。基板情報入力部11は、多層基板の構造的性質を示す情報として、5つの配線層P1~P5および5つの絶縁層S1~S5のそれぞれの厚みt1~t10を入力するとともに、熱的性質に関する情報として、5つの配線層P1~P5および5つの絶縁層S1~S5のそれぞれの熱伝導率λ1~λ10を入力する。 FIG. 4 is a diagram for explaining a detailed model of a multilayer board and various information related thereto. FIG. 4 shows information input by the board information input unit 11. As shown in FIG. The detailed model of the multilayer substrate shown in FIG. 4 is the detailed model shown in FIG. The substrate information input unit 11 inputs the thicknesses t 1 to t 10 of the five wiring layers P1 to P5 and the five insulating layers S1 to S5 as information indicating the structural properties of the multilayer substrate, and also inputs the thermal properties. As information on the thermal conductivities λ 1 to λ 10 of the five wiring layers P1 to P5 and the five insulating layers S1 to S5, respectively, are input.

重心算出部12は、基板情報入力部11により入力された基板情報に基づいて、多層基板の熱的重心位置を算出する。熱的重心位置とは、質量M1~Mnの複数の物体の重心位置に対応する概念であり、質量M1~Mnを置き換えて考えた熱コンダクタンスλ11~λnnの熱的な重心位置をいう。図4には、この熱的重心位置HGを図示している。図4に示すように、基板表面から各層の厚み方向中心までの距離をそれぞれx1~x10とし、基板表面から熱的重心位置HGまでの距離をxgとすると、熱的重心位置HGは次の(式3)のように表される。なお、基板表面から各層の厚み方向中心までの距離x1~x10は、基板情報入力部11により入力された各層の厚みt1~t10から計算することが可能である。 The center-of-gravity calculation unit 12 calculates the thermal center-of-gravity position of the multilayer board based on the board information input by the board information input unit 11 . The thermal center-of-gravity position is a concept corresponding to the center-of-gravity positions of a plurality of objects having masses M 1 to M n , and the thermal conductances λ 1 t 1 to λ n t n obtained by replacing the masses M 1 to M n . The position of the thermal center of gravity. FIG. 4 shows this thermal center of gravity position HG. As shown in FIG. 4, when the distances from the substrate surface to the center of each layer in the thickness direction are x 1 to x 10 and the distance from the substrate surface to the thermal center of gravity HG is x g , the thermal center of gravity HG is It is represented by the following (Equation 3). The distances x 1 to x 10 from the substrate surface to the center of each layer in the thickness direction can be calculated from the thicknesses t 1 to t 10 of each layer input by the substrate information input section 11 .

Figure 2023082383000003
Figure 2023082383000003

簡易モデル生成部13は、重心算出部12により算出された熱的重心位置HGに対して所定条件を満たす位置に2つの配線層P11,P12を有する仮想2層基板に対応する簡易モデルを生成する。図5は、簡易モデル生成部13により生成される本実施形態の簡易モデル(特許請求の範囲の第1モデルに相当するもの)およびこれに関する各種情報を説明するための図であり、図2(b)に示したものに対応する。 The simple model generating unit 13 generates a simple model corresponding to a virtual two-layer board having two wiring layers P11 and P12 at positions satisfying a predetermined condition with respect to the thermal center of gravity position HG calculated by the center of gravity calculating unit 12. . FIG. 5 is a diagram for explaining the simple model (corresponding to the first model in the scope of claims) of the present embodiment generated by the simple model generation unit 13 and various information related thereto. b) corresponds to that shown.

図5に示す簡易モデルは、熱的重心位置HGを中心として対称関係となり熱的重心位置HGから所定距離dpの位置に2つの配線層P11,P12が配置されるとともに、当該2つの配線層P11,P12を挟むように3つの絶縁層S11~S13が配置されている。2つの配線層P11,P12は何れも熱伝導率がλp、厚みがtp/2である。3つの絶縁層S11~S13は何れも熱伝導率がλsで、厚みはそれぞれts1,ts2,ts3である。なお、3つの絶縁層S11~S13の厚みの総和をts(=ts1+ts2+ts3)とする。 In the simplified model shown in FIG. 5, two wiring layers P11 and P12 are arranged at a predetermined distance dp from the thermal center of gravity position HG, and the two wiring layers P11 and P12 are arranged in a symmetrical relationship with respect to the thermal center of gravity position HG. Three insulating layers S11 to S13 are arranged so as to sandwich P11 and P12. Both of the two wiring layers P11 and P12 have a thermal conductivity of λ p and a thickness of t p /2. Each of the three insulating layers S11 to S13 has a thermal conductivity of λ s and a thickness of t s1 , t s2 and t s3 respectively. The total thickness of the three insulating layers S11 to S13 is t s (=t s1 +t s2 +t s3 ).

また、図5に示す簡易モデルは、仮想2層基板が有する配線層P11,P12の厚みの総和(=tp)および絶縁層S11~S13の厚みの総和(=ts)が、図4に示した多層基板が有する配線層P1~P5の厚みの総和(=Σt2k:k=1~5)および絶縁層S1~S5の厚みの総和(=Σt2k-1:k=1~5)とそれぞれ等しい。すなわち、以下に示す(式4)および(式5)が成り立つものとする。 In the simplified model shown in FIG. 5, the sum of the thicknesses of the wiring layers P11 and P12 (=t p ) and the sum of the thicknesses of the insulating layers S11 to S13 (=t s ) of the virtual two-layer board are shown in FIG. The sum of the thicknesses of the wiring layers P1 to P5 (=Σt 2k : k=1 to 5) and the sum of the thicknesses of the insulating layers S1 to S5 (=Σt 2k−1 : k=1 to 5) of the multilayer substrate shown, and each equal. That is, it is assumed that (Equation 4) and (Equation 5) shown below hold.

Figure 2023082383000004
Figure 2023082383000004

ここで、図5に示す簡易モデルについて満たすべき所定条件は、以下の第1条件および第2条件を含む。第1条件は、図4に示す多層基板の熱的慣性モーメントと、多層基板を置き換えた図5に示す仮想2層基板の熱的慣性モーメントとが等しいという条件である。第2条件は、図4に示す多層基板のトータルの熱コンダクタンスと、図5に示す仮想2層基板のトータルの熱コンダクタンスとが等しいという条件である。 Here, the predetermined conditions to be satisfied for the simple model shown in FIG. 5 include the following first and second conditions. The first condition is that the thermal moment of inertia of the multilayer substrate shown in FIG. 4 is equal to the thermal moment of inertia of the virtual two-layer substrate shown in FIG. 5 in which the multilayer substrate is replaced. The second condition is that the total thermal conductance of the multilayer substrate shown in FIG. 4 and the total thermal conductance of the virtual two-layer substrate shown in FIG. 5 are equal.

第1条件は、具体的には、多層基板が有する複数の配線層P1~P5の熱的重心位置HGに対する熱的慣性モーメントの総和と、仮想2層基板が有する2つの配線層P11,P12の熱的重心位置HGに対する熱的慣性モーメントの総和とが等しいという条件である。ここで、多層基板が有する複数の配線層P1~P5の熱的重心位置HGに対する熱的慣性モーメントの総和は、次の(式6)のように表される。また、仮想2層基板が有する2つの配線層P11,P12の熱的重心位置HGに対する熱的慣性モーメントの総和は、次の(式7)のように表される。第1条件は、(式6)で表される値と(式7)で表される値とが等しいという条件であり、(式8)で表される。 Specifically, the first condition is the sum of the thermal moments of inertia with respect to the thermal center of gravity position HG of the plurality of wiring layers P1 to P5 of the multilayer board, and the sum of the two wiring layers P11 and P12 of the virtual two-layer board. The condition is that the sum of the thermal moments of inertia with respect to the thermal center of gravity position HG is equal. Here, the sum of the thermal moments of inertia with respect to the thermal center-of-gravity position HG of the multiple wiring layers P1 to P5 of the multilayer substrate is represented by the following (Equation 6). Further, the sum of the thermal moments of inertia with respect to the thermal center of gravity position HG of the two wiring layers P11 and P12 of the virtual two-layer board is represented by the following (Equation 7). The first condition is that the value represented by (Equation 6) and the value represented by (Equation 7) are equal, and is represented by (Equation 8).

Figure 2023082383000005
Figure 2023082383000005

第2条件は、具体的には、多層基板が有する配線層P1~P5の熱伝導率λ2k(k=1~5)および絶縁層S1~S5の熱伝導率λ2k-1(k=1~5)から計算される面内方向の熱コンダクタンスおよび厚み方向の熱コンダクタンスと、仮想2層基板が有する配線層P11,P12の熱伝導率λpおよび絶縁層S11~S13の熱伝導率λsから計算される面内方向の熱コンダクタンスおよび厚み方向の熱コンダクタンスとがそれぞれ等しくなるという条件である。 Specifically, the second condition is the thermal conductivity λ 2k (k=1 to 5) of the wiring layers P1 to P5 and the thermal conductivity λ 2k−1 (k=1 to 5) of the insulating layers S1 to S5 of the multilayer substrate. 5), the thermal conductance in the in-plane direction and the thermal conductance in the thickness direction, the thermal conductivity λ p of the wiring layers P11 and P12 of the virtual two-layer substrate, and the thermal conductivity λ s of the insulating layers S11 to S13 The condition is that the thermal conductance in the in-plane direction and the thermal conductance in the thickness direction calculated from are equal to each other.

ここで、多層基板の面内方向のトータルの熱コンダクタンスと仮想2層基板の面内方向のトータルの熱コンダクタンスとが等しいという条件は、次の(式9)で表される。また、多層基板の厚み方向のトータルの熱コンダクタンスと仮想2層基板の厚み方向のトータルの熱コンダクタンスとが等しいという条件は、次の(式10)で表される。 Here, the condition that the total thermal conductance in the in-plane direction of the multilayer substrate and the total thermal conductance in the in-plane direction of the virtual two-layer substrate are equal is represented by the following (Equation 9). The condition that the total thermal conductance in the thickness direction of the multilayer substrate and the total thermal conductance in the thickness direction of the virtual two-layer substrate are equal is expressed by the following (Equation 10).

Figure 2023082383000006
Figure 2023082383000006

簡易モデル生成部13は、重心算出部12により算出された熱的重心位置HGを表す(式3)と、簡易モデルが満たすべき各種条件を表す(式4)~(式10)とを用いて、仮想2層基板が有する配線層P11,P12の厚みtp/2、配線層P11,P12および絶縁層S11~S13の熱伝導率λp,λs、および熱的重心位置HGから配線層P11,P12までの距離dpを算出することにより、図5に示す簡易モデルを生成する。なお、配線層P11,P12の厚みtp/2および熱的重心位置HGから距離dpが決まれば、絶縁層S11~S13のそれぞれの厚みts1,ts2,ts3も自ずと決まる。具体的には、上記の各情報を以下のように算出することが可能である。 The simple model generating unit 13 uses (Equation 3) representing the thermal center of gravity position HG calculated by the center of gravity computing unit 12 and (Equation 4) to (Equation 10) representing various conditions to be satisfied by the simple model. , the thickness t p /2 of the wiring layers P11 and P12 of the virtual two-layer board, the thermal conductivities λ p and λ s of the wiring layers P11 and P12 and the insulating layers S11 to S13, and the thermal barycentric position HG to the wiring layer P11 , P12, the simplified model shown in FIG . 5 is generated. If the distance d p is determined from the thickness t p /2 of the wiring layers P11 and P12 and the thermal center of gravity position HG, the thicknesses t s1 , t s2 and t s3 of the insulating layers S11 to S13 are also determined. Specifically, each of the above information can be calculated as follows.

厚み算出部13Aは、仮想2層基板が有する配線層P11,P12の厚みの総和tpを(式4)から算出するとともに、仮想2層基板が有する絶縁層S11~S13の厚みの総和tsを(式5)から算出する。 The thickness calculation unit 13A calculates the total thickness t p of the wiring layers P11 and P12 of the virtual two-layer board from (Equation 4), and calculates the total thickness t s of the insulating layers S11 to S13 of the virtual two-layer board. is calculated from (Equation 5).

熱伝導率算出部13Bは、基板情報入力部11により入力された基板情報(各層の厚みt1~t10および各層の熱伝導率λ1~λ10)と、厚み算出部13Aにより算出された配線層P11,P12の厚みの総和tpおよび絶縁層S11~S13の厚みの総和tsを(式9)および(式10)に代入して連立方程式を解くことにより、仮想2層基板が有する配線層P11,P12の熱伝導率λpおよび絶縁層S11~S13の熱伝導率λsを算出する。 The thermal conductivity calculator 13B uses the substrate information (the thicknesses t 1 to t 10 of each layer and the thermal conductivity λ 1 to λ 10 of each layer) input by the substrate information input unit 11 and the thickness calculated by the thickness calculator 13A. By substituting the total thickness t p of the wiring layers P11 and P12 and the total thickness t s of the insulating layers S11 to S13 into (Equation 9) and (Equation 10) and solving the simultaneous equations, the virtual two-layer board has The thermal conductivity λ p of the wiring layers P11 and P12 and the thermal conductivity λ s of the insulating layers S11 to S13 are calculated.

距離算出部13Cは、以上のようにして算出された配線層P11,P12の厚みの総和tpおよび熱伝導率λpと、基板情報入力部11により入力された基板情報(配線層P1~P5の厚みt2kおよび熱伝導率λ2k)と、基板表面から配線層P1~P5までの距離x2kと、基板表面から熱的重心位置HGまでの距離xgとを(式8)に代入して方程式を解くことにより、熱的重心位置HGから配線層P11,P12までの距離dpを算出する。 The distance calculation unit 13C calculates the total thickness t p and the thermal conductivity λ p of the wiring layers P11 and P12 calculated as described above, and the substrate information input by the substrate information input unit 11 (wiring layers P1 to P5 (thickness t 2k and thermal conductivity λ 2k ), the distance x 2k from the substrate surface to the wiring layers P1 to P5, and the distance x g from the substrate surface to the thermal center of gravity position HG are substituted into (Equation 8). The distance d p from the thermal center of gravity position HG to the wiring layers P11 and P12 is calculated by solving the equation.

図6は、以上のように構成した本実施形態による簡易モデル作成装置10の動作例(本実施形態による多層基板の簡易熱シミュレーションモデルの作成方法の処理手順)を示すフローチャートである。 FIG. 6 is a flow chart showing an operation example of the simple model creating apparatus 10 according to this embodiment configured as described above (processing procedure of a method for creating a simple thermal simulation model of a multilayer substrate according to this embodiment).

まず、基板情報入力部11は、多層基板の詳細モデルに関する基板情報(各層の厚みt1~t10および熱伝導率λ1~λ10)を入力する(ステップSP1)。次に、重心算出部12は、基板情報入力部11により入力された基板情報に基づいて、多層基板の熱的重心位置HGを算出する(ステップSP2)。そして、簡易モデル生成部13は、重心算出部12により算出された熱的重心位置HGに対して第1条件および第2条件を満たす位置に2つの配線層P11,P12を有する仮想2層基板に対応する簡易モデルを生成する(ステップSP3~SP5)。 First, the substrate information input unit 11 inputs substrate information (thicknesses t 1 to t 10 and thermal conductivities λ 1 to λ 10 of each layer) regarding a detailed model of a multilayer substrate (step SP1). Next, the center-of-gravity calculation unit 12 calculates the thermal center-of-gravity position HG of the multilayer board based on the board information input by the board information input unit 11 (step SP2). Then, the simple model generator 13 creates a virtual two-layer board having two wiring layers P11 and P12 at positions that satisfy the first condition and the second condition with respect to the thermal center of gravity position HG calculated by the center of gravity calculator 12 . A corresponding simple model is generated (steps SP3 to SP5).

すなわち、簡易モデル生成部13の厚み算出部13Aは、上記した(式4)および(式5)に基づいて、仮想2層基板が有する配線層P11,P12の厚みの総和tpを算出するとともに、仮想2層基板が有する絶縁層S11~S13の厚みの総和tsを算出する(ステップSP3)。次いで、熱伝導率算出部13Bは、上記した(式9)および(式10)に基づいて、配線層P11,P12の熱伝導率λpおよび絶縁層S11~S13の熱伝導率λsを算出する(ステップSP4)。そして、距離算出部13Cは、上記した(式8)に基づいて、熱的重心位置HGから配線層P11,P12までの距離dpを算出する(ステップSP5)。以上により、図6に示す簡易モデルの作成処理が完了する。 That is, the thickness calculation unit 13A of the simple model generation unit 13 calculates the total thickness t p of the wiring layers P11 and P12 of the virtual two-layer board based on the above-described (Equation 4) and (Equation 5). , the total thickness t s of the insulating layers S11 to S13 of the virtual two-layer board is calculated (step SP3). Next, the thermal conductivity calculator 13B calculates the thermal conductivity λ p of the wiring layers P11 and P12 and the thermal conductivity λ s of the insulating layers S11 to S13 based on the above-described (equation 9) and (equation 10). (step SP4). Then, the distance calculator 13C calculates the distance d p from the thermal center of gravity position HG to the wiring layers P11 and P12 based on the above-described (Equation 8) (step SP5). As described above, the process of creating the simple model shown in FIG. 6 is completed.

以上詳しく説明したように、本実施形態では、3つ以上の複数の配線層と複数の絶縁層とを含む多層基板の熱的重心位置HGを算出し、当該熱的重心位置HGに対して所定条件を満たす位置に2つの配線層P11,P12を有する仮想2層基板に対応する簡易モデルを生成するようにしている。ここで、所定条件は、多層基板の熱的慣性モーメントと、多層基板を置き換えた仮想2層基板の熱的慣性モーメントとが等しいという第1条件、および、多層基板の熱コンダクタンスと仮想2層基板の熱コンダクタンスとが等しいという第2条件を含む。 As described in detail above, in the present embodiment, the thermal barycentric position HG of a multilayer substrate including a plurality of wiring layers of three or more and a plurality of insulating layers is calculated, and a predetermined A simple model corresponding to a virtual two-layer board having two wiring layers P11 and P12 at positions satisfying the conditions is generated. Here, the predetermined conditions are the first condition that the thermal moment of inertia of the multilayer substrate and the thermal moment of inertia of the virtual two-layer substrate replacing the multilayer substrate are equal, and the thermal conductance of the multilayer substrate and the virtual two-layer substrate. is equal to the thermal conductance of .

以上のように構成した本実施形態によれば、多層基板の各配線層P1~P5の熱伝導率λ2kおよび各絶縁層S1~S5の熱伝導率λ2k-1が平均的な等価熱伝導率に単純に置き換えられてしまうのではなく、熱的慣性モーメントに関する第1条件および熱コンダクタンスに関する第2条件を満たす2つの配線層P11,P12を有する仮想2層基板の簡易モデルに置き換えられる。このため、簡易モデルの基板表面に発熱部品を配置した場合における基板放熱特性を、基板表面から配線層P11までの距離を考慮してシミュレートすることが可能となる。 According to this embodiment configured as described above, the thermal conductivity λ 2k of each of the wiring layers P1 to P5 of the multilayer substrate and the thermal conductivity λ 2k of each of the insulating layers S1 to S5 are equal to the average equivalent thermal conductivity. Instead of being simply replaced by the coefficient, it is replaced by a simplified model of a virtual two-layer board having two wiring layers P11 and P12 that satisfy the first condition regarding the thermal moment of inertia and the second condition regarding the thermal conductance. Therefore, it is possible to simulate the substrate heat dissipation characteristics when heat-generating components are arranged on the substrate surface of the simplified model, taking into consideration the distance from the substrate surface to the wiring layer P11.

基板表面に発熱部品を配置した場合、基板表面から第1配線層までの距離の遠近によって基板内の温度分布は大きく異なってくる。例えば、第1配線層が基板表面に近いほど放熱性が向上し、熱抵抗が下がる。本実施形態によれば、熱的慣性モーメントに関する第1条件を満たすように簡易モデルが生成されるので、簡易モデルの基板表面から配線層P11までの距離は、多層基板の表面から配線層P1までの実際の距離と近いものになる。これにより、本実施形態を適用して生成される簡易モデルを用いれば、基板内の配線層の配置の差を勘案したシミュレートションを行うことができるので、平均的な等価熱伝導率を用いた従来の簡易モデルに比べて精度良く基板放熱の影響をシミュレートすることが可能となる。 When a heat-generating component is arranged on the substrate surface, the temperature distribution in the substrate greatly differs depending on the distance from the substrate surface to the first wiring layer. For example, the closer the first wiring layer is to the substrate surface, the better the heat dissipation and the lower the thermal resistance. According to this embodiment, since the simple model is generated so as to satisfy the first condition regarding the moment of inertia, the distance from the substrate surface of the simple model to the wiring layer P11 is the distance from the surface of the multilayer substrate to the wiring layer P1. becomes close to the actual distance of As a result, by using the simple model generated by applying this embodiment, it is possible to perform a simulation that takes into account the difference in arrangement of the wiring layers in the substrate, so that the average equivalent thermal conductivity is used. It is possible to simulate the influence of substrate heat radiation with higher accuracy than the conventional simple model used.

図7は、多層基板の詳細モデルと仮想2層基板の簡易モデルとを用いてシミュレーションを行い、基板の熱抵抗を算出した結果を示す図である。横軸は詳細モデルを用いて算出した熱抵抗を示し、縦軸は簡易モデルを用いて算出した熱抵抗を示している。シミュレーションは、複数の配線層の配置を異ならせた複数種類の多層基板についてそれぞれ行った。ここで、複数の配線層の厚みと熱伝導率は何れも同じ値とし、複数の絶縁層の熱伝導率は何れも同じ値として、複数の絶縁層の厚みを異ならせて複数種類の多層基板の詳細モデルを設定するとともに、それぞれの詳細モデルに対応する複数種類の簡易モデルを作成した。各層の厚みの総和は、複数種類の多層基板の何れも同じとなるようにした。これにより、複数種類の詳細モデルおよびこれに対応する複数種類の簡易モデルは、基板表面から第1配線層までの距離がそれぞれ異なるものとなるようにした。 FIG. 7 is a diagram showing the result of calculating the thermal resistance of the substrate by simulating using the detailed model of the multilayer substrate and the simplified model of the virtual two-layer substrate. The horizontal axis indicates the thermal resistance calculated using the detailed model, and the vertical axis indicates the thermal resistance calculated using the simple model. The simulation was performed for each of multiple types of multilayer substrates in which multiple wiring layers were arranged differently. Here, the thickness and thermal conductivity of the plurality of wiring layers are assumed to be the same value, and the thermal conductivity of the plurality of insulating layers are assumed to be the same value. In addition to setting the detailed model, multiple types of simple models corresponding to each detailed model were created. The total thickness of each layer was set to be the same for all types of multilayer substrates. As a result, a plurality of types of detailed models and a plurality of types of corresponding simplified models are made to have different distances from the substrate surface to the first wiring layer.

図7に示す複数のプロット点は、この複数種類の多層基板について詳細モデルから算出した熱抵抗と簡易モデルから算出した熱抵抗との組み合わせに対応する座標位置を示している。図7中に示す斜めの実線L1は、詳細モデルから算出した熱抵抗と簡易モデルから算出した熱抵抗とが完全に一致する座標位置を示している。図7に示すように、複数のプロット点は何れもこの実線L1の近傍に位置している。これは、簡易モデルから算出した熱抵抗と詳細モデルから算出した熱抵抗との誤差が所定範囲内に収まっていることを意味する。 A plurality of plotted points shown in FIG. 7 indicate coordinate positions corresponding to combinations of the thermal resistance calculated from the detailed model and the thermal resistance calculated from the simple model for the plurality of types of multilayer substrates. A solid oblique line L1 shown in FIG. 7 indicates a coordinate position where the thermal resistance calculated from the detailed model and the thermal resistance calculated from the simple model completely match. As shown in FIG. 7, all plotted points are located near the solid line L1. This means that the error between the thermal resistance calculated from the simple model and the thermal resistance calculated from the detailed model is within a predetermined range.

一方、図7中に示す点線L2は、平均的な等価熱伝導率を用いて作成した簡易モデルから算出される熱抵抗の座標位置を示している。従来の簡易モデルは、基板内の配線層の位置を考慮して作成されていないため、複数の配線層の配置を異ならせた複数種類の多層基板を用意しても、それから作成される簡易モデルは何れも同じものとなり、その簡易モデルから算出される熱抵抗は一定値となる。実線L1と点線L2とは1点においてのみ交わり、その交点から離れるほど、簡易モデルから算出した熱抵抗と詳細モデルから算出した熱抵抗との誤差が大きくなる。この図7から明らかなように、本実施形態によれば、平均的な等価熱伝導率を用いた従来の簡易モデルに比べて精度良く基板放熱の影響をシミュレートすることができている。 On the other hand, the dotted line L2 shown in FIG. 7 indicates the coordinate position of the thermal resistance calculated from the simple model created using the average equivalent thermal conductivity. Conventional simple models are not created considering the position of the wiring layers in the board, so even if you prepare multiple types of multilayer boards with different wiring layer arrangements, the simple models created from them are the same, and the thermal resistance calculated from the simple model is a constant value. The solid line L1 and the dotted line L2 intersect only at one point, and the further away from the intersection, the greater the error between the thermal resistance calculated from the simple model and the thermal resistance calculated from the detailed model. As is clear from FIG. 7, according to the present embodiment, the effect of substrate heat radiation can be simulated with higher accuracy than the conventional simplified model using the average equivalent thermal conductivity.

なお、上記実施形態において用いた熱的慣性モーメントに関する第1条件は、(式2)に示したように、熱的慣性モーメントが基準位置からの距離の2乗に比例するとの前提のもとに設定した。これに対し、熱的慣性モーメントが基準位置からの距離の4乗に比例するとの前提のもとに第1条件を設定するようにしてもよい。熱的慣性モーメントが基準位置からの距離の4乗に比例するとの前提に立った場合、上記の(式2)は次の(式11)のように置き換えられる。また、上記の(式8)は次の(式12)のように置き換えられる。 Note that the first condition regarding the thermal moment of inertia used in the above embodiment is based on the premise that the thermal moment of inertia is proportional to the square of the distance from the reference position as shown in (Equation 2). set. Alternatively, the first condition may be set on the premise that the thermal moment of inertia is proportional to the fourth power of the distance from the reference position. Assuming that the thermal moment of inertia is proportional to the fourth power of the distance from the reference position, the above (Equation 2) is replaced by the following (Equation 11). Also, the above (Equation 8) is replaced by the following (Equation 12).

Figure 2023082383000007
Figure 2023082383000007

このように、距離の重みを4乗とした場合、作成される簡易モデルには、熱的重心位置HGからの距離dpの依存性がより明確に表れてくる。これにより、距離dpの算出精度を向上させ、より精度良く基板放熱の影響をシミュレートすることが可能となる。図8は、図7において説明した複数種類の多層基板について、(式8)に代えて(式12)を用いて簡易モデルを作成した場合におけるシミュレーションの結果を示す図である。詳細モデルは図7で説明した通りである。図7と図8とを比較すると分かるように、簡易モデルから算出した熱抵抗と詳細モデルから算出した熱抵抗との誤差は、距離の重みを2乗として作成した簡易モデルよりも、距離の重みを4乗として作成した簡易モデルの方が小さくなっている。 Thus, when the weight of the distance is set to the fourth power, the dependency of the distance d p from the thermal center of gravity position HG appears more clearly in the simple model to be created. This makes it possible to improve the calculation accuracy of the distance d p and simulate the influence of substrate heat dissipation with higher accuracy. FIG. 8 is a diagram showing simulation results when a simple model is created using (Equation 12) instead of (Equation 8) for the multiple types of multilayer substrates described in FIG. The detailed model is as explained in FIG. As can be seen by comparing FIG. 7 and FIG. 8, the error between the thermal resistance calculated from the simple model and the thermal resistance calculated from the detailed model is greater than that of the simple model created with the weight of the distance squared. is smaller in the simplified model created by raising to the 4th power.

また、上記実施形態では、熱的重心位置HGから距離dpの対称位置に2つの配線層P11,P12が配置された第1モデルを簡易モデルとして作成する例について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、第1モデルを更に、1つの配線層のみを有する第2モデルに簡略化するようにしてもよい。 Further, in the above-described embodiment, an example was described in which the first model in which the two wiring layers P11 and P12 were arranged at symmetrical positions a distance d p from the thermal center of gravity HG was created as a simple model. is not limited to For example, the first model may be further simplified to a second model having only one wiring layer.

図9は、第2モデルを作成する場合における簡易モデル作成装置10’の機能構成例を示すブロック図である。この図9において、図1に示した符号と同一の符号を付したものは同一の機能を有するものであるので、ここでは重複する説明を省略する。図9に示す簡易モデル作成装置10’は、モデル簡略化部14を更に備えている。図10は、モデル簡略化部14の処理内容を説明するための図であり、図10(a)が第1モデルを示し、図10(b)が第2モデルを示している。 FIG. 9 is a block diagram showing a functional configuration example of the simple model creating device 10' when creating the second model. In FIG. 9, the components denoted by the same reference numerals as those shown in FIG. 1 have the same functions, and redundant description will be omitted here. The simple model creation device 10 ′ shown in FIG. 9 further includes a model simplification unit 14 . 10A and 10B are diagrams for explaining the processing contents of the model simplification unit 14. FIG. 10A shows the first model, and FIG. 10B shows the second model.

モデル簡略化部14は、簡易モデル生成部13により生成された第1モデルが有する2つの配線層P11,P12およびその間の絶縁層S13をまとめて1つの配線層P21に置き換えた第2モデルを生成する。ここで、モデル簡略化部14は、第1モデルの熱コンダクタンスと第2モデルの熱コンダクタンスとが等しいという条件を満たすように、第1モデルから第2モデルへの置き換えを行う。すなわち、配線層P21の厚みをtps、熱伝導率をλpsとして、次の(式13)および(式14)の連立方程式を解くことにより、第2モデルの配線層P21の熱伝導率λpsを算出する。 The model simplification unit 14 generates a second model in which the two wiring layers P11 and P12 and the insulating layer S13 therebetween of the first model generated by the simple model generation unit 13 are replaced with one wiring layer P21. do. Here, the model simplification unit 14 replaces the first model with the second model so as to satisfy the condition that the thermal conductance of the first model and the thermal conductance of the second model are equal. That is, by setting the thickness of the wiring layer P21 to t ps and the thermal conductivity to λ ps , the following simultaneous equations (Equation 13) and (Equation 14) are solved to obtain the thermal conductivity λ of the wiring layer P21 of the second model. Calculate ps .

Figure 2023082383000008
Figure 2023082383000008

このように、1つの配線層P21に集約することによって第1モデルを更に簡略化した第2モデルを作成することにより、第2モデルを用いたシミュレーションの計算負荷を軽減することができる。また、上記の方法で簡略化を行うことにより、第2モデルにおける基板の表面から配線層P21の表面までの距離(=第1絶縁層S11の厚み)を、第1モデルにおける基板の表面から第1配線層P11の表面までの距離(=第1絶縁層S11の厚み)から変えずに、第1モデルを第2モデルに簡略化することができるので、内層までの距離の影響を同等程度に考慮したシミュレーションを行うことができる。 In this way, the calculation load of the simulation using the second model can be reduced by creating the second model that further simplifies the first model by consolidating into one wiring layer P21. Further, by performing the simplification by the above method, the distance from the surface of the substrate to the surface of the wiring layer P21 in the second model (=thickness of the first insulating layer S11) is changed from the surface of the substrate in the first model to Since the first model can be simplified to the second model without changing the distance to the surface of the first wiring layer P11 (=thickness of the first insulating layer S11), the effect of the distance to the inner layer is equally affected. Considering the simulation can be performed.

なお、図10では、第1モデルが有する2つの配線層P11,P12およびその間の絶縁層S13をまとめて1つの配線層P21に置き換える例について説明したが、これに限定されない。例えば、第2モデルにおける基板の表面から配線層の表面までの距離が第1絶縁層S11の厚みと同じとなる位置に、2つの配線層P11,P12の厚みの合計(=tp)と同じ厚みを有する1つの配線層を配置するような態様で、第1モデルを第2モデルに置き換えるようにしてもよい。 Although FIG. 10 illustrates an example in which the two wiring layers P11 and P12 of the first model and the insulating layer S13 therebetween are collectively replaced with one wiring layer P21, the present invention is not limited to this. For example, at a position where the distance from the surface of the substrate to the surface of the wiring layer in the second model is the same as the thickness of the first insulating layer S11, The first model may be replaced with the second model in such a manner that one wiring layer having a thickness is arranged.

また、上記実施形態では、各層の熱的性質に関する情報として熱伝導率λk(k=1~n)を用いる例について説明したが、層内に含まれる銅箔の残存率εkを乗算したεkλkを用いるようにしてもよい。銅箔残存率εkの値は、配線層の場合は0~1となり、絶縁層の場合は1となる。簡易モデルの配線層P11,P12における銅箔残存率εpの値は、例えば、詳細モデルの配線層P1~P5の銅箔残存率ε2k(k=1~5)の平均値とすることが可能である。 In the above embodiment, the thermal conductivity λ k (k = 1 to n) is used as information on the thermal properties of each layer. ε k λ k may be used. The value of the copper foil residual ratio ε k is 0 to 1 for the wiring layer and 1 for the insulating layer. The value of the copper foil residual ratio ε p in the wiring layers P11 and P12 of the simple model can be, for example, the average value of the copper foil residual ratios ε 2k (k=1 to 5) of the wiring layers P1 to P5 in the detailed model. It is possible.

また、上記実施形態では、5つの配線層P1~P5および5つの絶縁層S1~S5から成る詳細モデルから簡易モデルを作成する例について説明したが、この詳細モデルは一例に過ぎず、これに限定されるものではない。例えば、層数は5層以外であってもよい。また、配線層の数と絶縁層との数が同数でなくてもよく、例えば最も裏側に絶縁層が配置される構成であってもよい。 Further, in the above embodiment, an example of creating a simple model from a detailed model composed of five wiring layers P1 to P5 and five insulating layers S1 to S5 has been described, but this detailed model is only an example and is limited to this. not to be For example, the number of layers may be other than five layers. Also, the number of wiring layers and the number of insulating layers may not be the same. For example, the insulating layer may be arranged on the backmost side.

その他、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。 In addition, the above-described embodiments are merely examples of specific implementations of the present invention, and the technical scope of the present invention should not be construed in a limited manner. Thus, the invention may be embodied in various forms without departing from its spirit or essential characteristics.

10,10’ 簡易モデル作成装置
11 基板情報入力部
12 重心算出部
13 簡易モデル生成部
13A 厚み算出部
13B 熱伝導率算出部
13C 距離算出部
14 モデル簡略化部
10, 10' Simple model creation device 11 Board information input unit 12 Gravity center calculation unit 13 Simple model generation unit 13A Thickness calculation unit 13B Thermal conductivity calculation unit 13C Distance calculation unit 14 Model simplification unit

Claims (10)

3つ以上の複数の配線層と複数の絶縁層とを含む多層基板の簡易熱シミュレーションモデルを作成する方法であって、
コンピュータの重心算出部が、上記多層基板の熱的重心位置を算出する重心算出工程と、
上記コンピュータの簡易モデル生成部が、上記熱的重心位置に対して所定条件を満たす位置に2つの配線層を有する仮想2層基板に対応する簡易熱シミュレーションモデルを生成する簡易モデル生成工程とを有し、
上記所定条件は、
上記多層基板の熱的慣性モーメントと、上記多層基板を置き換えた上記仮想2層基板の熱的慣性モーメントとが等しいという第1条件、および
上記多層基板の熱コンダクタンスと、上記仮想2層基板の熱コンダクタンスとが等しいという第2条件を含む
ことを特徴とする多層基板の簡易熱シミュレーションモデルの作成方法。
A method for creating a simple thermal simulation model of a multilayer substrate including a plurality of wiring layers of three or more and a plurality of insulating layers, comprising:
a center-of-gravity calculation step in which a center-of-gravity calculator of a computer calculates a thermal center-of-gravity position of the multilayer substrate;
a simple model generating step of generating a simple thermal simulation model in which the simple model generating unit of the computer generates a simple thermal simulation model corresponding to a virtual two-layer board having two wiring layers at positions satisfying a predetermined condition with respect to the thermal center of gravity position; death,
The above predetermined conditions are
A first condition that the thermal moment of inertia of the multilayer substrate and the thermal moment of inertia of the virtual two-layer substrate replacing the multilayer substrate are equal, and the thermal conductance of the multilayer substrate and the heat of the virtual two-layer substrate. A method for creating a simple thermal simulation model for a multi-layer substrate, characterized by including a second condition that conductance and conductance are equal to each other.
上記簡易モデルは、上記仮想2層基板が有する配線層の厚みの総和および絶縁層の厚みの総和が、上記多層基板が有する配線層の厚みの総和および絶縁層の厚みの総和とそれぞれ等しく、かつ、上記熱的重心位置を中心として対称関係となり上記熱的重心位置から所定距離の位置に上記2つの配線層が配置された第1モデルであることを特徴とする請求項1に記載の多層基板の簡易熱シミュレーションモデルの作成方法。 In the simple model, the sum of the thicknesses of the wiring layers and the sum of the thicknesses of the insulating layers of the virtual two-layer board are equal to the sum of the thicknesses of the wiring layers and the sum of the thicknesses of the insulating layers of the multilayer board, and 2. The multi-layer board according to claim 1, wherein said first model is a first model in which said two wiring layers are arranged at positions at a predetermined distance from said thermal center of gravity and are symmetrical with respect to said thermal center of gravity. How to create a simple thermal simulation model. 上記コンピュータのモデル簡略化部が、上記簡易モデル生成部により生成された上記第1モデルが有する上記2つの配線層を1つの配線層に置き換えた第2モデルを生成するモデル簡略化工程を更に有し、
上記第2モデルは、当該第2モデルの基板の表面から上記1つの配線層の表面までの距離が、上記第1モデルにおける基板の表面から第1配線層の表面までの距離と同じとなり、かつ、上記第1モデルの熱コンダクタンスと上記第2モデルの熱コンダクタンスとが等しいという条件を満たすモデルである
ことを特徴とする請求項2に記載の多層基板の簡易熱シミュレーションモデルの作成方法。
A model simplification step of generating a second model in which the model simplification unit of the computer replaces the two wiring layers of the first model generated by the simple model generation unit with one wiring layer. death,
In the second model, the distance from the surface of the substrate to the surface of the one wiring layer in the second model is the same as the distance from the surface of the substrate to the surface of the first wiring layer in the first model, and 3. The method of creating a simple thermal simulation model for a multilayer substrate according to claim 2, wherein the model satisfies the condition that the thermal conductance of the first model and the thermal conductance of the second model are equal.
上記第2モデルは、上記第1モデルが有する上記2つの配線層およびその間の絶縁層をまとめて上記1つの配線層に置き換えたモデルであることを特徴とする請求項3に記載の多層基板の簡易熱シミュレーションモデルの作成方法。 4. The multilayer substrate according to claim 3, wherein the second model is a model in which the two wiring layers and the insulating layer therebetween of the first model are collectively replaced with the one wiring layer. How to create a simple thermal simulation model. 上記第1条件は、上記多層基板が有する上記複数の配線層の上記熱的重心位置に対する熱的慣性モーメントの総和と、上記仮想2層基板が有する上記2つの配線層の上記熱的重心位置に対する熱的慣性モーメントの総和とが等しいという条件であることを特徴とする請求項2~4の何れか1項に記載の多層基板の簡易熱シミュレーションモデルの作成方法。 The first condition is the sum of the thermal moments of inertia of the plurality of wiring layers of the multilayer board with respect to the thermal center of gravity, and the two wiring layers of the virtual two-layer board with respect to the thermal center of gravity. 5. The method for creating a simple thermal simulation model of a multilayer substrate according to claim 2, wherein the condition is that the sum of the thermal moments of inertia is equal. 上記第1条件は、上記熱的慣性モーメントが基準位置からの距離の2乗に比例するとの前提のもとに設定されたものであることを特徴とする請求項5に記載の多層基板の簡易熱シミュレーションモデルの作成方法。 6. A simplified multilayer substrate according to claim 5, wherein said first condition is set on the premise that said thermal moment of inertia is proportional to the square of the distance from the reference position. How to create a thermal simulation model. 上記第1条件は、上記熱的慣性モーメントが基準位置からの距離の4乗に比例するとの前提のもとに設定されたものであることを特徴とする請求項5に記載の多層基板の簡易熱シミュレーションモデルの作成方法。 6. A simplified multilayer substrate according to claim 5, wherein said first condition is set on the premise that said thermal moment of inertia is proportional to the fourth power of the distance from the reference position. How to create a thermal simulation model. 上記第2条件は、上記多層基板が有する配線層の熱伝導率および絶縁層の熱伝導率から計算される面内方向の熱コンダクタンスおよび厚み方向の熱コンダクタンスと、上記仮想2層基板が有する配線層の熱伝導率および絶縁層の熱伝導率から計算される面内方向の熱コンダクタンスおよび厚み方向の熱コンダクタンスとがそれぞれ等しくなるという条件であることを特徴とする請求項2~7の何れか1項に記載の多層基板の簡易熱シミュレーションモデルの作成方法。 The second condition includes the thermal conductance in the in-plane direction and the thermal conductance in the thickness direction calculated from the thermal conductivity of the wiring layer and the thermal conductivity of the insulating layer of the multilayer substrate, and the wiring of the virtual two-layer substrate. 8. The condition is that the thermal conductance in the in-plane direction and the thermal conductance in the thickness direction calculated from the thermal conductivity of the layer and the thermal conductivity of the insulating layer are equal to each other. A method for creating a simple thermal simulation model for a multilayer substrate according to item 1. 3つ以上の複数の配線層と複数の絶縁層とを含む多層基板の簡易熱シミュレーションモデルを作成する装置であって、
上記多層基板の熱的重心位置を算出する重心算出部と、
上記熱的重心位置に対して所定条件を満たす位置に2つの配線層を有する仮想2層基板に対応する簡易熱シミュレーションモデルを生成する簡易モデル生成部とを備え、
上記所定条件は、
上記多層基板の熱的慣性モーメントと、上記多層基板を置き換えた上記仮想2層基板の熱的慣性モーメントとが等しいという第1条件、および
上記多層基板の熱コンダクタンスと、上記仮想2層基板の熱コンダクタンスとが等しいという第2条件を含む
ことを特徴とする多層基板の簡易熱シミュレーションモデルの作成装置。
An apparatus for creating a simple thermal simulation model of a multi-layer substrate including a plurality of wiring layers of three or more and a plurality of insulating layers,
a center-of-gravity calculation unit for calculating a thermal center-of-gravity position of the multilayer substrate;
a simple model generating unit for generating a simple thermal simulation model corresponding to a virtual two-layer board having two wiring layers at positions satisfying a predetermined condition with respect to the thermal center of gravity position;
The above predetermined conditions are
A first condition that the thermal moment of inertia of the multilayer substrate and the thermal moment of inertia of the virtual two-layer substrate replacing the multilayer substrate are equal, and the thermal conductance of the multilayer substrate and the heat of the virtual two-layer substrate. 1. An apparatus for creating a simple thermal simulation model for a multi-layer substrate, characterized by including a second condition that the conductance and the conductance are equal to each other.
3つ以上の複数の配線層と複数の絶縁層とを含む多層基板の簡易熱シミュレーションモデルを作成する処理をコンピュータに実行させる簡易モデル作成プログラムであって、
上記多層基板の熱的重心位置を算出する重心算出手段、および
上記熱的重心位置に対して所定条件を満たす位置に2つの配線層を有する仮想2層基板に対応する簡易熱シミュレーションモデルを生成する簡易モデル生成手段として上記コンピュータを機能させ、
上記所定条件は、
上記多層基板の熱的慣性モーメントと、上記多層基板を置き換えた上記仮想2層基板の熱的慣性モーメントとが等しいという第1条件、および
上記多層基板の熱コンダクタンスと、上記仮想2層基板の熱コンダクタンスとが等しいという第2条件を含む
ことを特徴とする簡易モデル作成プログラム。
A simple model creation program for causing a computer to execute a process of creating a simple thermal simulation model of a multi-layer board including a plurality of wiring layers of three or more and a plurality of insulating layers,
a center-of-gravity calculation means for calculating a thermal center-of-gravity position of the multilayer board; and a simple thermal simulation model corresponding to a virtual two-layer board having two wiring layers at positions satisfying a predetermined condition with respect to the thermal center-of-gravity position. functioning the computer as a simple model generating means,
The above predetermined conditions are
A first condition that the thermal moment of inertia of the multilayer substrate and the thermal moment of inertia of the virtual two-layer substrate replacing the multilayer substrate are equal, and the thermal conductance of the multilayer substrate and the heat of the virtual two-layer substrate. A simple model creation program characterized by including a second condition that conductance and conductance are equal.
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