JP4499781B2 - 電磁界強度算出方法、電磁界強度算出装置、制御プログラム - Google Patents

Description

本発明は、電磁界強度算出方法、電磁界強度算出装置、制御プログラムに関し、特に、モーメント法に基づいて、電子機器や回路基板等の電気回路装置から放射する電磁界強度を算出する電磁波解析技術等に適用して有効な技術に関する。

たとえば、電子機器から放射される電磁波をシミュレーションして解析する方法として、特許文献１、特許文献２および特許文献３等に開示されているようなモーメント法を用いることが知られている。このモーメント法では、電子機器を構成する導体をパッチと呼ばれる面状の要素に分割し、隣接する要素間を流れる電流を計算し、この電流に基づいて発生する電界や磁界の分布を算出するものである。なお、このモーメント法は、境界要素法（Boundary Element Method）とも称される。

このモーメント法に基づいて電子機器等から放射される電界や磁界の強度を算出する電磁界強度算出装置においては、解析対象の電子機器の持つプリント基板の電源層およびグランド層等の平面導体パターンを的確に分割してモデル化することが、高精度かつ高速なシミュレーションを実現する上で重要である。

また、電磁波解析用のモデル作成において、プリント基板上の回路素子の配置／配線データは、プリント基板設計用の設計支援装置（ＣＡＤ：Computer Aided Design）からのＣＡＤデータの取り込みによって比較的容易に作成することができる。しかし、電源層やグランド層の平面導体パターンのパターン形状データはＣＡＤから取り込んだ後、モーメント法に適したメッシュモデルに分割する必要があり、このメッシュモデルを正確に、かつ素早く作成する方法が要求されている。

従来では、特許文献２に開示されているように、基板設計工程のＣＡＤデータから得られる電源層やグランド層等の平面導体パターンの形状を四角形および三角形が混在したメッシュモデルに分割していた。

また、多層配線構造のように、平面導体パターンが複数層ある場合には、各層毎に平面導体パターンを一つ一つ選択し、その都度、分割数を入力しながら各層毎にメッシュ分割する必要があった。

上述の従来技術では、ＣＡＤデータから得られる電源層やグランド層の平面導体パターンの形状を自動的にメッシュ分割する機能はあったものの、平面導体パターンをそのままメッシュ分割しているため、得られるメッシュパターン内に四角形や三角形が混在した状態となり、モーメント法には適さない技術であった。

すなわち、図１Ａに示される三角形のメッシュパターンでは、各頂点から対辺方向に流れる電流が計算される。また、図１Ｂに示される四角形のメッシュパターンでは、対辺方向に流れる電流が計算される。

このため、たとえば、図１Ｃのように複数の三角形からなるメッシュパターンや、三角形と四角形が混在するメッシュパターンでは、電流の流れが不均一になり、伝播遅延が発生する結果、解析精度が低下する原因となる。

これに対して、図１Ｄのように、四角形の組み合わせからなるメッシュパターンの場合には、電流がスムースに流れるため、伝播遅延等が発生せず、高い解析精度が期待できる。

このため、上述のように、平面導体パターンを単にメッシュ分割する従来技術では、解析精度を高くすべく、メッシュパターンを四角形のみで構成するためには、事前に、上流のＣＡＤ側で、平面導体パターンの形状を簡略化する必要がある。しかし、この場合には、ＣＡＤ工程において、ＣＡＤデータとは別に、電磁波解析用のＣＡＤデータを別に作成し直す必要があり、設計工程全体の工数が増大する、という別の技術的課題を生じる。

また、電源層やグランド層が複数階層からなる場合には、上述のように各層毎にメッシュデータの生成が行われるため、図２に示されるように、各層間でメッシュデータの境界に不整合が発生する懸念がある。

多層構造のプリント基板等の電磁波解析では、各層間の電磁気的な相互作用も考慮してシミュレーションを行うため、このような各層間のメッシュデータの境界の不整合は、解析精度の低下の一因となる。
特開平５−９５９３１号公報 特開平９−５３７５号公報 特開２００３−２１６６８１号公報

本発明の目的は、設計支援工程でのＣＡＤデータをそのまま用いて、モーメント法による電磁界強度のシミュレーション解析に供されるメッシュデータを的確に効率良く生成することが可能な技術を提供することにある。

本発明の他の目的は、電磁界強度のシミュレーション解析工程を含む、電子機器等の開発工程の所要期間を短縮することが可能な技術を提供することにある。
本発明の他の目的は、モーメント法による電磁界強度のシミュレーション解析に供されるメッシュデータに含まれるメッシュパターン数の削減による解析速度の高速化と、メッシュパターンの微細化による解析精度の向上とを両立させることが可能な技術を提供することにある。

本発明の第１の観点は、対象物の設計データから導体パターンのパターン形状データを抽出する第１工程と、
前記パターン形状データを四角形の複数のメッシュパターンに分割する第２工程と、
前記パターン形状データの輪郭を含む前記メッシュパターンを補正する第３工程と、
前記メッシュパターンを用いて前記対象物から放射される電磁界強度を算出する第４工程と、
を含む電磁界強度算出方法を提供する。

本発明の第２の観点は、第１の観点に記載の電磁界強度算出方法において、
前記第３工程では、前記パターン形状データの輪郭を含む前記メッシュパターンにおいて、当該メッシュパターン内で前記導体パターンが占めるパターン面積Ｓｃと空白面積Ｓｂとの比Ｓｒ（＝Ｓｂ／Ｓｃ）の大小に基づいて、前記メッシュパターン内の全域を前記導体パターンで埋めるか、または、すべて空白とすることで、前記メッシュパターンの補正を行う電磁界強度算出方法を提供する。

本発明の第３の観点は、第１の観点に記載の電磁界強度算出方法において、
隣り合う複数の前記パターン形状データに属する前記導体パターンの動作電位が異なる場合、
前記第３工程では、複数の前記パターン形状データの各々から得られる前記メッシュパターンが短絡しないことを条件に、前記輪郭を含む前記メッシュパターンの内部を全て空白とするか、または前記メッシュパターンの内部を全て前記導体パターンで埋める電磁界強度算出方法を提供する。

本発明の第４の観点は、第１の観点に記載の電磁界強度算出方法において、
前記第３工程では、さらに、穴状または島状に孤立した前記パターン形状データを削除する処理を行う電磁界強度算出方法を提供する。

本発明の第５の観点は、第１の観点に記載の電磁界強度算出方法において、
前記対象物を構成する前記導体パターンが複数の階層をなしている場合、前記第２工程では、個々の前記階層毎の前記パターン形状データから得られる前記メッシュパターンの境界が、複数の前記階層間で整合するように、前記パターン形状データを前記メッシュパターンに分割する電磁界強度算出方法を提供する。

本発明の第６の観点は、第１の観点に記載の電磁界強度算出方法において、
前記第３工程では、前記第２工程において得られた複数の第１のメッシュパターンを、当該第１のメッシュパターンの配列状態の輪郭を損なわない範囲で、少数のより大きなサイズの第２のメッシュパターンに集約し、前記第１のメッシュパターンに隣接する前記第２のメッシュパターンは、前記第１のメッシュパターンの各辺を延長した分割線にて分割する電磁界強度算出方法を提供する。

本発明の第７の観点は、対象物を構成する導体パターンに流れる電流を境界要素法により算出し、算出された前記電流に基づいて前記対象物が放射する電磁界強度を計算して表示する電磁界強度算出装置であって、
前記対象物の設計データから前記導体パターンのパターン形状データを抽出する第１手段と、
前記パターン形状データを四角形の複数のメッシュパターンに分割する第２手段と、
前記パターン形状データの輪郭を含む前記メッシュパターンを補正する第３手段と、
前記メッシュパターンを用いて前記対象物から放射される電磁界強度を算出する第４手段と、
を含む電磁界強度算出装置を提供する。

本発明の第８の観点は、第７の観点に記載の電磁界強度算出装置において、
前記第３手段は、前記パターン形状データの輪郭を含む前記メッシュパターンにおいて、当該メッシュパターン内で前記導体パターンが占めるパターン面積Ｓｃと空白面積Ｓｂとの比Ｓｒ（＝Ｓｂ／Ｓｃ）の大小に基づいて、前記メッシュパターン内の全域を前記導体パターンで埋めるか、または、すべて空白とすることで、前記メッシュパターンの補正を行う機能を備えた電磁界強度算出装置を提供する。

本発明の第９の観点は、第７の観点に記載の電磁界強度算出装置において、
前記第３手段は、隣り合う複数の前記パターン形状データに属する前記導体パターンの動作電位が異なる場合、複数の前記パターン形状データの各々から得られる前記メッシュパターンが短絡しないことを条件に、前記輪郭を含む前記メッシュパターンの内部を全て空白とするか、または前記メッシュパターンの内部を全て前記導体パターンで埋めることで前記補正を行う機能を備えた電磁界強度算出装置を提供する。

本発明の第１０の観点は、第７の観点に記載の電磁界強度算出装置において、
前記第３手段は、さらに、穴状または島状に孤立した前記パターン形状データを削除する機能を備えた電磁界強度算出装置を提供する。

本発明の第１１の観点は、第７の観点に記載の電磁界強度算出装置において、
第２手段は、前記対象物を構成する前記導体パターンが複数の階層をなしている場合、前記個々の前記階層毎の前記パターン形状データから得られる前記メッシュパターンの境界が、複数の前記階層間で整合するように、前記パターン形状データを前記メッシュパターンに分割する機能を備えた電磁界強度算出装置を提供する。

本発明の第１２の観点は、第７の観点に記載の電磁界強度算出装置において、
前記第３手段は、前記第２手段において得られた複数の第１のメッシュパターンを、当該第１のメッシュパターンの配列状態の輪郭を損なわない範囲で、少数のより大きなサイズの第２のメッシュパターンに集約し、前記第１のメッシュパターンに隣接する前記第２のメッシュパターンは、前記第１のメッシュパターンの各辺を延長した分割線にて分割する機能を備えた電磁界強度算出装置を提供する。

本発明の第１３の観点は、コンピュータを電磁界強度算出装置として機能させる制御プログラムであって、
前記コンピュータに、
対象物の設計データから導体パターンのパターン形状データを抽出する第１工程と、
前記パターン形状データを四角形の複数のメッシュパターンに分割する第２工程と、
前記パターン形状データの輪郭を含む前記メッシュパターンを補正する第３工程と、
前記メッシュパターンを用いて前記対象物から放射される電磁界強度を算出する第４工程と、
を実行させる制御プログラムを提供する。

本発明の第１４の観点は、第１３の観点に記載の制御プログラムにおいて、
前記第３工程では、前記パターン形状データの輪郭を含む前記メッシュパターンにおいて、当該メッシュパターン内で前記導体パターンが占めるパターン面積Ｓｃと空白面積Ｓｂとの比Ｓｒ（＝Ｓｂ／Ｓｃ）の大小に基づいて、前記メッシュパターン内の全域を前記導体パターンで埋めるか、または、すべて空白とすることで、前記メッシュパターンの補正を行う制御プログラムを提供する。

本発明の第１５の観点は、第１３の観点に記載の制御プログラムにおいて、
隣り合う複数の前記パターン形状データに属する前記導体パターンの動作電位が異なる場合、
前記第３工程では、複数の前記パターン形状データの各々から得られる前記メッシュパターンが短絡しないことを条件に、前記輪郭を含む前記メッシュパターンの内部を全て空白とするか、または前記メッシュパターンの内部を全て前記導体パターンで埋めることで前記補正を行う制御プログラムを提供する。

本発明の第１６の観点は、第１３の観点に記載の制御プログラムにおいて、
前記第３工程では、さらに、穴状または島状に孤立した前記パターン形状データを削除する処理を行う制御プログラムを提供する。

本発明の第１７の観点は、第１３の観点に記載の制御プログラムにおいて、
前記対象物を構成する前記導体パターンが複数の階層をなしている場合、前記第２工程では、個々の前記階層毎の前記パターン形状データから得られる前記メッシュパターンの境界が、複数の前記階層間で整合するように、前記パターン形状データを前記メッシュパターンに分割する制御プログラムを提供する。

本発明の第１８の観点は、第１３の観点に記載の制御プログラムにおいて、
前記第３工程では、前記第２工程において得られた複数の第１のメッシュパターンを、当該第１のメッシュパターンの配列状態の輪郭を損なわない範囲で、少数のより大きなサイズの第２のメッシュパターンに集約し、前記第１のメッシュパターンに隣接する前記第２のメッシュパターンは、前記第１のメッシュパターンの各辺を延長した分割線にて分割する制御プログラムを提供する。

モーメント法による電磁界強度解析のシミュレーションにおける三角形のメッシュパターンでの電流の方向を示す概念図である。 モーメント法による電磁界強度解析のシミュレーションにおける四角形のメッシュパターンでの電流の方向を示す概念図である。 モーメント法による電磁界強度解析のシミュレーションにおける複数の三角形のメッシュパターンにおける電流の方向を示す概念図である。 モーメント法による電磁界強度解析のシミュレーションにおける複数の四角形のメッシュパターンにおける電流の方向を示す概念図である。 本発明の参考技術である電磁界強度解析技術における多層配線構造でのメッシュパターンの設定方法を示す概念図である。 本発明の一実施の形態である電磁界強度算出方法を実施する電磁界強度算出装置の構成の一例を示す概念図である。 本発明の一実施の形態である電磁界強度算出装置を実現する情報処理システムの構成の一例を示すブロック図である。 本発明の一実施の形態である電磁界強度算出方法および装置を用いた場合の電子機器の製造工程の一例を示すフローチャートである。 本発明の一実施の形態である電磁界強度算出方法および装置の作用の一例を示すフローチャートである。 本発明の一実施の形態である電磁界強度算出方法および装置における孤立パターンの除去処理の一例を示すフローチャートである。 本発明の一実施の形態である電磁界強度算出方法および装置におけるメッシュパターンの簡略化処理の一例を示すフローチャートである。 本発明の一実施の形態である電磁界強度算出方法および装置におけるＣＡＤデータの平面導体パターンとメッシュデータとの関係を示す概念図である。 本発明の一実施の形態である電磁界強度算出方法および装置における多層配線構造での層間のメッシュデータの位置合わせ方法を示す概念図である。 本発明の一実施の形態である電磁界強度算出方法および装置における孤立パターンの削除処理を示す概念図である。 本発明の一実施の形態である電磁界強度算出方法および装置における孤立パターンの削除処理を示す概念図である。 本発明の一実施の形態である電磁界強度算出方法および装置における部分欠落メッシュの補正方法の一例を示す概念図である。 本発明の一実施の形態である電磁界強度算出方法および装置における部分欠落メッシュの補正方法の一例を示す概念図である。 本発明の一実施の形態である電磁界強度算出方法および装置において、導体パターン間の短絡を考慮しない輪郭補正にて得られたメッシュデータを示す概念図である。 本発明の一実施の形態である電磁界強度算出方法および装置において、導体パターン間の短絡を考慮した輪郭補正にて得られたメッシュデータを示す概念図である。 本発明の一実施の形態である電磁界強度算出方法および装置において、図１５のメッシュデータに、簡略化処理を施した結果を示す概念図である。 本発明の一実施の形態である電磁界強度算出方法および装置において、図１６のメッシュデータに、部分的に分割線を付加した場合の処理結果を示す概念図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図３は、本発明の一実施の形態である電磁界強度算出方法を実施する電磁界強度算出装置の構成の一例を示す概念図であり、図４は、本実施の形態の電磁界強度算出装置を実現する情報処理システムの構成の一例を示すブロック図である。

また、図５は、本実施の形態の電磁界強度算出方法および装置を用いた場合のプリント基板等の電子機器の製造工程の一例を示すフローチャートである。図６、図７および図８は、本実施の形態の電磁界強度算出方法および装置の作用の一例を示すフローチャートである。

本実施の形態の情報処理システム１０は、ＭＰＵ（Micro ProcessorUnit）１１、主記憶１２、ディスプレイ１３、情報入力部１４、外部記憶装置１５、およびこれらを接続するバス１６を含んでいる。

ＭＰＵ１１は主記憶１２に格納されたオペレーティングシステム２０等のプログラムを実行することで、情報処理システム１０の全体を制御する。
主記憶１２は、ＭＰＵ１１が実行するプログラムやデータを記憶する。本実施の形態の場合、主記憶１２には、オペレーティングシステム２０、ＣＡＤプログラム２１、メッシュデータ作成プログラム２２および電磁界強度解析プログラム２３、が格納されている。

ＣＡＤプログラム２１は、情報処理システム１０を、電子機器やプリント基板等の電気回路装置の設計を支援するＣＡＤ装置として機能させるプログラムである。このＣＡＤプログラム２１から出力される回路パターン等の設計データは、ＣＡＤデータファイル３１に格納される。

電磁界強度解析プログラム２３は、情報処理システム１０を、ＣＡＤプログラム２１で設計されたプリント基板等における電磁界強度解析処理を行う電磁界強度解析装置として機能させるプログラムである。

なお、この電磁界強度解析プログラム２３が行うモーメント法による電磁界強度算出技術としては、本発明の出願人によって特開平９−５３７５号公報に開示された「電磁界強度算出装置」の技術を用いることができる。

メッシュデータ作成プログラム２２は、ＣＡＤデータファイル３１から、電磁界強度解析プログラム２３に供される後述のメッシュデータ４０を生成するプログラムである。
ディスプレイ１３は、主記憶１２に格納された各種プログラムの実行結果等の情報を可視化して表示する。

情報入力部１４は、キーボードやマウス等で構成され、ユーザによる情報入力に用いられる。
外部記憶装置１５は、主記憶１２にロードされる情報を不揮発に記憶する。本実施の形態の場合、この外部記憶装置１５には、ＣＡＤデータファイル３１、メッシュデータファイル３２、電界・磁界ファイル３３、電流ファイル３４、およびオプション情報３５が格納される。

ＣＡＤデータファイル３１は、ＣＡＤプログラム２１が生成したプリント基板の回路や構造等の設計データが格納されたファイルである。この設計データには、多層配線構造のプリント基板における各層の導体パターンの形状情報が含まれている。本実施の形態の場合には、この設計データには、後述の平面導体パターン５１、平面導体パターン５２、平面導体パターン５５等のデータが含まれている。

メッシュデータファイル３２には、メッシュデータ作成プログラム２２が、ＣＡＤデータファイル３１の情報から生成するメッシュデータ４０が格納されている。
電界・磁界ファイル３３には、電磁界強度解析プログラム２３から出力される電磁界強度の算出結果が記録される。

電流ファイル３４には、電磁界強度解析プログラム２３の実行中に適宜出力される、解析部位を流れる電流値が出力される。
ＣＡＤデータファイル３１、メッシュデータファイル３２、電界・磁界ファイル３３、および電流ファイル３４が格納する情報は、適宜、ディスプレイ１３に表示させることができる。

オプション情報３５は、ユーザから指定される情報であり、メッシュデータ作成プログラム２２の動作を制御するための制御情報として用いられる。この制御情報としては、たとえば、周波数ｆ、格子サイズＳ、補正判定閾値Ｓｔ、削除判定閾値Ｄｔ、最大格子サイズＳｍａｘ、等がある。

周波数ｆは、電磁界強度算出のシミュレーション時に、電磁波の放射源となるクロック素子などの高周波電流の周波数である。格子サイズＳは、この周波数ｆの電磁波の波長に基づいて設定される。

格子サイズＳは、後述の格子サイズＳ１〜格子サイズＳ３等である。通常、周波数ｆが高い程、格子サイズＳの設定値は小さくなる。
補正判定閾値Ｓｔは、後述の空白補正メッシュパターン４２、埋め込み補正メッシュパターン４３を生成する処理に用いられる。

削除判定閾値Ｄｔは、後述のビアホール５３、ランド５４等の孤立パターンの削除処理、埋め込み処理等の実行の可否を判定するために用いられる。
最大格子サイズＳｍａｘは、後述のメッシュ集約処理で許容される集約後の簡略化メッシュパターン４１Ｌの格子サイズＳの最大許容値を示す。

本実施の形態の場合、図３に例示されるように、メッシュデータ作成プログラム２２は、たとえば、電源／グランドデータ読み込み部２２ａ、同一層内平面導体パターン２２ｂ、層間メッシュ整合処理部２２ｃ、微小形状削除処理部２２ｄ、隣接部格子削除処理部２２ｅ、矩形形状補完処理部２２ｆ、メッシュ簡略化分割処理部２２ｇ、オーバーラップメッシュ分割処理部２２ｈ、メッシュデータ書き込み部２２ｉおよびメモリ部２２ｊの各モジュールで構成されている。メモリ部２２ｊは、他の各モジュールが共通に使用する作業記憶エリアである。

電源／グランドデータ読み込み部２２ａは、メッシュデータ作成プログラム２２の実行時に、ＣＡＤデータファイル３１から、図９に例示されるような平面導体パターン５１および平面導体パターン５２等のＣＡＤデータを読み込む動作を行う。

同一層内平面導体パターン２２ｂは、多層構造のプリント基板の各層のＣＡＤデータから、同一層内に属する平面導体パターン（本実施の形態の場合、図９の平面導体パターン５１および平面導体パターン５２）を収集する処理を行う。

層間メッシュ整合処理部２２ｃは、多層構造の各層について生成される複数のメッシュデータ４０の間におけるメッシュ境界（すなわち、各層におけるメッシュデータ４０の原点）を整合させる処理を行う。

たとえば、図１０に例示されるように、グランド層５０ａおよび電源層５０ｂが積層されている場合、下側のグランド層５０ａに属する平面導体パターン５５について生成されるメッシュデータ４０と、上側の電源層５０ｂに属する平面導体パターン５１および平面導体パターン５２について生成されるメッシュデータ４０の各々の格子原点Ｇ１および格子原点Ｇ２を、積層方向から見て一致するように設定する。これにより、メッシュデータ４０のサイズを上下の各層で同一に設定した場合、個々の層におけるメッシュデータ４０の境界は整合した状態となる。

微小形状削除処理部２２ｄは、削除判定閾値Ｄｔに基づいて、ビアホール５３、ランド５４等の孤立パターンのサイズを判定して、削除を行う。
すなわち、図１１のように、平面導体パターン５１等の内部に孤立したビアホール５３が存在する場合、ビアホール５３のサイズが、ユーザ指定した削除判定閾値Ｄｔよりも大きい場合に削除する（すなわち、ビアホール５３内に導体を埋め込んで消失させる）処理を行う。

また、図１２に例示されるランド５４等の孤立パターンの場合には、当該ランド５４のサイズの大小を削除判定閾値Ｄｔを基準として判別し、削除判定閾値Ｄｔ以下のサイズのランド５４は削除する処理を行う。

隣接部格子削除処理部２２ｅは、図９に例示されるように、同一層内の複数の平面導体パターン５１および平面導体パターン５２の輪郭領域に位置し、導体パターンの一部を含むメッシュパターン４１（以下、このようなメッシュパターン４１を部分欠落メッシュ４１Ｐと記す）を削除（空白化）する処理を行う。

すなわち、図１３Ａに例示されるように、部分欠落メッシュ４１Ｐ内に占める導体パターン領域４１ａの面積（パターン面積Ｓｃ）と、空白領域４１ｂの面積（空白面積Ｓｂ）の比Ｓｒ（＝Ｓｂ／Ｓｃ）を算出し、この値がユーザから指定された補正判定閾値Ｓｔよりも小さい（Ｓｒ＜Ｓｔ）場合には、部分欠落メッシュ４１Ｐを、全て空白化した空白補正メッシュパターン４２に置換する処理を行う。

一方、矩形形状補完処理部２２ｆは、部分欠落メッシュ４１Ｐを平面導体パターンで埋める形状補完処理を行う。すなわち、図１３Ｂに例示されるように、部分欠落メッシュ４１Ｐ内に占める導体パターン領域４１ａの面積（パターン面積Ｓｃ）と、空白領域４１ｂの面積（空白面積Ｓｂ）の比Ｓｒ（＝Ｓｂ／Ｓｃ）を算出し、この値がユーザから指定された補正判定閾値Ｓｔよりも大きい場合（Ｓｒ≧Ｓｔ）には、部分欠落メッシュ４１Ｐを、全て導体パターン補完した埋め込み補正メッシュパターン４３に置換する処理を行う。

この隣接部格子削除処理部２２ｅおよび矩形形状補完処理部２２ｆの処理により、図９に例示される平面導体パターン５１および平面導体パターン５２に関して設定されるメッシュデータ４０を構成するメッシュパターン４１の状態は、図１４あるいは図１５に例示されるように変化する。

すなわち、図１４は、図９に例示される平面導体パターン５１および平面導体パターン５２の動作時の電位が同一の場合で、両者を短絡させてもよい場合の処理結果である。一方、図１５は、平面導体パターン５１および平面導体パターン５２の動作時の電位が異なる場合で、補正判定閾値Ｓｔによる判定の他に、両者が短絡しない、という条件をさらに付加して、空白補正メッシュパターン４２または埋め込み補正メッシュパターン４３の補完を行った場合の処理結果である。

メッシュ簡略化分割処理部２２ｇは、図１４または図１５のように、平面導体パターン５１および平面導体パターン５２に対して輪郭部のメッシュパターン４１の補正処理を行った後において、当該メッシュパターン４１の配列状態の輪郭形状を損なわない範囲で、複数のメッシュパターン４１をまとめて、よりサイズの大きな簡略化メッシュパターン４１Ｌに置換する処理を行う。

したがって、この集約処理後は、サイズの大きな簡略化メッシュパターン４１Ｌの配列領域の周囲の一部または全部が、サイズの小さなメッシュパターン４１や埋め込み補正メッシュパターン４３によって取り囲まれた状態となる。

この置換後の処理結果が図１６に例示されている。なお、この図１６は、図１５の状態のメッシュパターン４１および埋め込み補正メッシュパターン４３（格子サイズＳ１）から簡略化メッシュパターン４１Ｌ（格子サイズＳ２）に置換した場合である。

オーバーラップメッシュ分割処理部２２ｈは、上述のメッシュ簡略化分割処理部２２ｇの処理によって、メッシュデータ４０の内部において、サイズの異なるメッシュパターン４１と簡略化メッシュパターン４１Ｌが混在する場合に、小サイズのメッシュパターン４１に隣接する大サイズの簡略化メッシュパターン４１Ｌに対して、メッシュパターン４１の各辺の長さに対応した分割線を設定する処理を行うものである。

電磁界強度算出のシミュレーションでは、隣接するメッシュパターン間で辺を跨いで流れる電流を算出するので、隣接するメッシュパターンの辺の長さが一致する必要がある。両者の辺長が一致しないと精度が低下する。このため、上述の分割線を設定する処理を行う。

すなわち、オーバーラップメッシュ分割処理部２２ｈは、図１７に例示されるように、小サイズのメッシュパターン４１に隣接する大サイズの簡略化メッシュパターン４１Ｌに対して、メッシュパターン４１の各辺の長さに対応した分割線６１を設定するためのオーバーラップパターン６０を重畳させる処理を行う。この分割線６１は、サイズの異なるメッシュパターン４１と簡略化メッシュパターン４１Ｌの間のシミュレーションにのみ用いられ、簡略化メッシュパターン４１Ｌ同士のシミュレーションでは無視され、実際の簡略化メッシュパターン４１Ｌの辺長を用いた電流の計算が行われる。

メッシュデータ書き込み部２２ｉは、上述のような処理によって最終的に得られたメッシュデータ４０を、メッシュデータファイル３２に出力する処理を行う。
以下、本実施の形態の作用について、図５〜図８のフローチャート等を参照して説明する。

まず、プリント基板等の電子機器の製造工程を概観すると、図５のフローチャートのようになる。
すなわち、ＣＡＤプログラム２１を実行して、プリント基板の設計支援を行い、設計データをＣＡＤデータファイル３１に出力する（ステップ１０１）。

次に、メッシュデータ作成プログラム２２の実行結果として得られるメッシュデータ４０をメッシュデータファイル３２に出力する（ステップ２００）。
その後、メッシュデータファイル３２の情報を入力として、電磁界強度解析プログラム２３を実行して、プリント基板を構成する平面導体パターン５１、平面導体パターン５２等を発生源とする電界や磁界の強度分布を解析する電磁界強度解析を行う（ステップ１０２）。

このステップ１０２の結果に基づいて、必要に応じて、たとえば、電磁波障害（ＥＭＩ）対策等を実施する（ステップ１０３）。
その後、プリント基板の製造を行う（ステップ１０４）。

上述のステップ２００の処理を、図６のフローチャートを参照して詳細に説明する。
メッシュデータ作成プログラム２２を起動し、まず、情報入力部１４等を用いて各種の閾値等のオプション情報３５の設定を行う（ステップ２０１）。オプション情報３５の入力は、ファイルを用いても良い。

その後、層間メッシュ整合処理部２２ｃが、図１０に例示されるように、多層構造の複数の導体層毎に設定される複数のメッシュデータ４０の間で格子原点Ｇ１および格子原点Ｇ２を共通化する処理を行う（ステップ２０２）。これにより、たとえば多層配線構造の各層に設定されるメッシュデータ４０の間でメッシュパターン４１の境界を整合させることができる。

次に、電源／グランドデータ読み込み部２２ａが、一つの導体層を選択して、当該導体層に属する平面導体パターン５１および平面導体パターン５２のデータをＣＡＤデータファイル３１からメモリ部２２ｊに読み出す。読み出したデータは、図９のように、ディスプレイ１３に表示される（ステップ２０３）。

そして、まず、微小形状削除処理部２２ｄが、図１１および図１２に例示されるような、孤立パターン削除処理を行う（ステップ３００）。
このステップ３００の詳細が、図７のフローチャートに示されている。まず、平面導体パターン５１、平面導体パターン５２から一つのビアホール５３、ランド５４等の孤立パターンを選択し（ステップ３０１）、そのサイズが削除判定閾値Ｄｔよりも大きいか否かを判別する（ステップ３０２）。

そして、削除判定閾値Ｄｔよりも小さい場合には、当該孤立パターンの削除また埋め込みによる消失処理を行う（ステップ３０３）。ステップ３０２でサイズが削除判定閾値Ｄｔよりも大きいと判定された場合には、ステップ３０３はスキップされる。

この処理を、全ての孤立パターンについて反復する（ステップ３０４）。
図６のフローチャートに戻って、ステップ３００の次には、格子原点Ｇ２に基づいて、平面導体パターン５１、平面導体パターン５２を多数のメッシュパターン４１からなるメッシュデータ４０に分割する（ステップ２０４）。

次に、隣接部格子削除処理部２２ｅ、矩形形状補完処理部２２ｆを起動し、部分欠落メッシュ４１Ｐを探索し（ステップ２０５）、その空白面積Ｓｂとパターン面積Ｓｃとの比Ｓｒを計算する（ステップ２０６）。

そして、比Ｓｒが補正判定閾値Ｓｔよりも大きい場合には（ステップ２０７）、部分欠落メッシュ４１Ｐを空白補正メッシュパターン４２で置換する（ステップ２１３）。
一方、ステップ２０７で、比Ｓｒが補正判定閾値Ｓｔよりも小さい場合には、さらに、隣接する平面導体パターン５１と平面導体パターン５２との間で、異なる電位間での短絡発生の有無を判定し（ステップ２０８）、異なる電位間で短絡が発生する場合は、当該短絡を回避するために、ステップ２１３に分岐して空白補正メッシュパターン４２に置換する。

ステップ２０８で異なる電位間での短絡がないと判定された場合には、部分欠落メッシュ４１Ｐを埋め込み補正メッシュパターン４３に置換する（ステップ２０９）。
そして、このステップ２０３〜ステップ２０９およびステップ２１３の処理を、同一層内での全ての部分欠落メッシュ４１Ｐについて行う（ステップ２１０）。

その後、必要に応じて、メッシュ簡略化処理（ステップ４００）を実行した後、図１４、図１５に例示されるような処理結果をメッシュデータ４０として、メッシュデータファイル３２に出力する（ステップ２１１）。

このような各層毎の処理を、全ての階層の平面導体パターンについて行う（ステップ２１２）。
これにより、電磁界強度算出の解析対象となる平面導体パターン５１、平面導体パターン５２の輪郭形状を所望の精度にて反映し、しかも、モーメント法に適した四角形のみからなる複数のメッシュパターンからなるメッシュデータ４０が、メッシュデータファイル３２に記録される。

図８のフローチャートを参照して、上述のステップ４００のメッシュ簡略化処理について説明する。
上述の図５のステップ１０２における電磁界強度解析工程では、入力されるメッシュデータ４０を構成するメッシュパターン４１や埋め込み補正メッシュパターン４３の数に比例して計算量が増大し、解析所要時間が長くなる。

そこで、本実施の形態では、必要に応じて、図１７に例示されるように、隣接する通常のサイズ（格子サイズＳ１）の複数のメッシュパターン４１、埋め込み補正メッシュパターン４３をまとめて、より大きなサイズ（格子サイズＳ３）の簡略化メッシュパターン４１Ｌを生成し、メッシュパターンの総数を削減して、後段の電磁界強度解析工程における計算量を削減する。

ただし、格子サイズＳが大きくなると、隣接メッシュパターン間の電流の計算精度は低くなるため、上述のオプション情報３５にて指定された精度を下回らない範囲で、簡略化メッシュパターン４１Ｌの格子サイズＳ３が最大となるようにする。

すなわち、メッシュ簡略化処理では、メッシュ分割された部分の精度を維持しつつ、メッシュパターン４１の数を最少限にするため、格子サイズＳの最大許容値（最大格子サイズＳｍａｘ）以内で更にメッシュ間隔を大きくし再分割を行う。この最大許容値は、要求精度に応じて決定され、オプション情報３５の一部としてメッシュデータ作成プログラム２２に与えられる。

この時、まず、ステップ２０１で既に指定された分割間隔（格子サイズＳ）に対し２^ｎ（ｎ＝１，２，３，．．）倍の分割長でメッシュパターン４１を簡略化メッシュパターン４１Ｌに併合する処理を行う（ステップ４０１、ステップ４０２）。

また、この分割は最大許容値（Ｓｍａｘ）として設定された分割間隔以下であれば、この処理を繰り返し、ｎを順次、１ずつ増やして、更に２^ｎ倍の分割間隔で再分割（メッシュパターン４１、埋め込み補正メッシュパターン４３の簡略化メッシュパターン４１Ｌへの併合）を行う（ステップ４０３）。

その後、オーバーラップメッシュ分割処理部２２ｈによって、メッシュパターン４１および埋め込み補正メッシュパターン４３と、簡略化メッシュパターン４１Ｌとの境界部分にオーバーラップパターン６０を重畳し、隣接部の相互の辺長を境界部分で整合させる（ステップ４０４）。

上述のようにして生成されたメッシュデータ４０はメッシュデータファイル３２に保存され、このメッシュデータファイル３２が電磁界強度解析プログラム２３（電磁界強度算出装置）の入力データとなり、モーメント法等によるプリント基板の電源層／グランド層等からの電磁波の放射解析を行うことができる。

以上説明したように、本実施の形態の場合、ＣＡＤデータファイル３１を事前に修正することなくそのまま利用して、モーメント法による電磁界強度算出のシミュレーションに適した四角形のみからなり、しかも平面導体パターン５１および平面導体パターン５１の輪郭形状を反映したメッシュパターン群からなるメッシュデータ４０を自動的に生成できる。このため事前に手作業でＣＡＤデータファイル３１を修正する等の準備作業が全く不要となり、メッシュデータファイル３２の生成のための所要工数や時間を大幅に削減できる。

また、電磁界強度算出における要求精度の許す範囲で、複数のメッシュパターン４１、埋め込み補正メッシュパターン４３を簡略化メッシュパターン４１Ｌに集約化して、メッシュデータ４０に含まれるメッシュパターン数を削減することで、電磁界強度算出において、解析精度を維持しつつ、簡略化された最少限のメッシュパターン数を用いた高速なシミュレーションを実現することができる。

また、メッシュパターン４１および埋め込み補正メッシュパターン４３と、これらを集約化した簡略化メッシュパターン４１Ｌとの境界部に、オーバーラップパターン６０を重畳して、サイズの異なるメッシュパターン間の接続部での辺長を整合させることで、当該境界部における電磁界強度算出の精度低下を防止できる。

この結果、電磁界強度のシミュレーション解析工程を含む、プリント基板や電子機器等の開発工程の所要期間を短縮することができる。
また、たとえば、最初に微細な格子サイズＳを指定して、平面導体パターンの輪郭を必要なサイズで反映したメッシュデータ４０を生成し、さらに、輪郭を損なわない範囲で、中央部のメッシュパターン４１を、より少数の簡略化メッシュパターン４１Ｌに集約する処理を行うことで、モーメント法による電磁界強度のシミュレーション解析に供されるメッシュデータに含まれるメッシュパターン数の削減による解析速度の高速化と、メッシュパターンの微細化による解析精度の向上とを両立させることができる。

なお、本発明は、上述の実施の形態に例示した構成に限らず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
たとえば、本発明の技術は、モーメント法による電磁界強度算出のシミュレーションに供されるメッシュデータの生成に限らず、境界要素法を用いる一般のシミュレーションに供されるメッシュデータモデルの生成に広く適用することができる。

本発明によれば、設計支援工程でのＣＡＤデータをそのまま用いて、モーメント法による電磁界強度のシミュレーション解析に供されるメッシュデータを的確に効率良く生成することが可能となる。

また、電磁界強度のシミュレーション解析工程を含む、電子機器等の開発工程の所要期間を短縮することが可能となる。
また、モーメント法による電磁界強度のシミュレーション解析に供されるメッシュデータに含まれるメッシュパターン数の削減による解析速度の高速化と、メッシュパターンの微細化による解析精度の向上とを両立させることが可能となる。

Claims (18)

1. 対象物の設計データから導体パターンのパターン形状データを抽出する第１工程と、
   前記パターン形状データを四角形の複数のメッシュパターンに分割する第２工程と、
   前記パターン形状データの輪郭を含む前記メッシュパターンを補正する第３工程と、
   前記メッシュパターンを用いて前記対象物から放射される電磁界強度を算出する第４工程と、
   を含むことを特徴とする電磁界強度算出方法。
2. 請求項１記載の電磁界強度算出方法において、
   前記第３工程では、前記パターン形状データの輪郭を含む前記メッシュパターンにおいて、当該メッシュパターン内で前記導体パターンが占めるパターン面積Ｓｃと空白面積Ｓｂとの比Ｓｒ（＝Ｓｂ／Ｓｃ）の大小に基づいて、前記メッシュパターン内の全域を前記導体パターンで埋めるか、または、すべて空白とすることで、前記メッシュパターンの補正を行うことを特徴とする電磁界強度算出方法。
3. 請求項１記載の電磁界強度算出方法において、
   隣り合う複数の前記パターン形状データに属する前記導体パターンの動作電位が異なる場合、
   前記第３工程では、複数の前記パターン形状データの各々から得られる前記メッシュパターンが短絡しないことを条件に、前記輪郭を含む前記メッシュパターンの内部を全て空白とするか、または前記メッシュパターンの内部を全て前記導体パターンで埋めることを特徴とする電磁界強度算出方法。
4. 請求項１記載の電磁界強度算出方法において、
   前記第３工程では、さらに、穴状または島状に孤立した前記パターン形状データを削除する処理を行うことを特徴とする電磁界強度算出方法。
5. 請求項１記載の電磁界強度算出方法において、
   前記対象物を構成する前記導体パターンが複数の階層をなしている場合、前記第２工程では、個々の前記階層毎の前記パターン形状データから得られる前記メッシュパターンの境界が、複数の前記階層間で整合するように、前記パターン形状データを前記メッシュパターンに分割することを特徴とする電磁界強度算出方法。
6. 請求項１記載の電磁界強度算出方法において、
   前記第３工程では、前記第２工程において得られた複数の第１のメッシュパターンを、当該第１のメッシュパターンの配列状態の輪郭を損なわない範囲で、少数のより大きなサイズの第２のメッシュパターンに集約し、前記第１のメッシュパターンに隣接する前記第２のメッシュパターンは、前記第１のメッシュパターンの各辺を延長した分割線にて分割することを特徴とする電磁界強度算出方法。
7. 対象物を構成する導体パターンに流れる電流を境界要素法により算出し、算出された前記電流に基づいて前記対象物が放射する電磁界強度を計算して表示する電磁界強度算出装置であって、
   前記対象物の設計データから前記導体パターンのパターン形状データを抽出する第１手段と、
   前記パターン形状データを四角形の複数のメッシュパターンに分割する第２手段と、
   前記パターン形状データの輪郭を含む前記メッシュパターンを補正する第３手段と、
   前記メッシュパターンを用いて前記対象物から放射される電磁界強度を算出する第４手段と、
   を含むことを特徴とする電磁界強度算出装置。
8. 請求項７記載の電磁界強度算出装置において、
   前記第３手段は、前記パターン形状データの輪郭を含む前記メッシュパターンにおいて、当該メッシュパターン内で前記導体パターンが占めるパターン面積Ｓｃと空白面積Ｓｂとの比Ｓｒ（＝Ｓｂ／Ｓｃ）の大小に基づいて、前記メッシュパターン内の全域を前記導体パターンで埋めるか、または、すべて空白とすることで、前記メッシュパターンの補正を行う機能を備えたことを特徴とする電磁界強度算出装置。
9. 請求項７記載の電磁界強度算出装置において、
   前記第３手段は、隣り合う複数の前記パターン形状データに属する前記導体パターンの動作電位が異なる場合、複数の前記パターン形状データの各々から得られる前記メッシュパターンが短絡しないことを条件に、前記輪郭を含む前記メッシュパターンの内部を全て空白とするか、または前記メッシュパターンの内部を全て前記導体パターンで埋めることで前記補正を行う機能を備えたことを特徴とする電磁界強度算出装置。
10. 請求項７記載の電磁界強度算出装置において、
    前記第３手段は、さらに、穴状または島状に孤立した前記パターン形状データを削除する機能を備えたことを特徴とする電磁界強度算出装置。
11. 請求項７記載の電磁界強度算出装置において、
    第２手段は、前記対象物を構成する前記導体パターンが複数の階層をなしている場合、前記個々の前記階層毎の前記パターン形状データから得られる前記メッシュパターンの境界が、複数の前記階層間で整合するように、前記パターン形状データを前記メッシュパターンに分割する機能を備えたことを特徴とする電磁界強度算出装置。
12. 請求項７記載の電磁界強度算出装置において、
    前記第３手段は、前記第２手段において得られた複数の第１のメッシュパターンを、当該第１のメッシュパターンの配列状態の輪郭を損なわない範囲で、少数のより大きなサイズの第２のメッシュパターンに集約し、前記第１のメッシュパターンに隣接する前記第２のメッシュパターンは、前記第１のメッシュパターンの各辺を延長した分割線にて分割する機能を備えたことを特徴とする電磁界強度算出装置。
13. コンピュータを電磁界強度算出装置として機能させる制御プログラムであって、
    前記コンピュータに、
    対象物の設計データから導体パターンのパターン形状データを抽出する第１工程と、
    前記パターン形状データを四角形の複数のメッシュパターンに分割する第２工程と、
    前記パターン形状データの輪郭を含む前記メッシュパターンを補正する第３工程と、
    前記メッシュパターンを用いて前記対象物から放射される電磁界強度を算出する第４工程と、
    を実行させることを特徴とする制御プログラム。
14. 請求項１３記載の制御プログラムにおいて、
    前記第３工程では、前記パターン形状データの輪郭を含む前記メッシュパターンにおいて、当該メッシュパターン内で前記導体パターンが占めるパターン面積Ｓｃと空白面積Ｓｂとの比Ｓｒ（＝Ｓｂ／Ｓｃ）の大小に基づいて、前記メッシュパターン内の全域を前記導体パターンで埋めるか、または、すべて空白とすることで、前記メッシュパターンの補正を行うことを特徴とする制御プログラム。
15. 請求項１３記載の制御プログラムにおいて、
    隣り合う複数の前記パターン形状データに属する前記導体パターンの動作電位が異なる場合、
    前記第３工程では、複数の前記パターン形状データの各々から得られる前記メッシュパターンが短絡しないことを条件に、前記輪郭を含む前記メッシュパターンの内部を全て空白とするか、または前記メッシュパターンの内部を全て前記導体パターンで埋めることで前記補正を行うことを特徴とする制御プログラム。
16. 請求項１３記載の制御プログラムにおいて、
    前記第３工程では、さらに、穴状または島状に孤立した前記パターン形状データを削除する処理を行うことを特徴とする制御プログラム。
17. 請求項１３記載の制御プログラムにおいて、
    前記対象物を構成する前記導体パターンが複数の階層をなしている場合、前記第２工程では、個々の前記階層毎の前記パターン形状データから得られる前記メッシュパターンの境界が、複数の前記階層間で整合するように、前記パターン形状データを前記メッシュパターンに分割することを特徴とする制御プログラム。
18. 請求項１３記載の制御プログラムにおいて、
    前記第３工程では、前記第２工程において得られた複数の第１のメッシュパターンを、当該第１のメッシュパターンの配列状態の輪郭を損なわない範囲で、少数のより大きなサイズの第２のメッシュパターンに集約し、前記第１のメッシュパターンに隣接する前記第２のメッシュパターンは、前記第１のメッシュパターンの各辺を延長した分割線にて分割することを特徴とする制御プログラム。

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