JPH087759B2 - 部品の自動配置処理方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［概要］ 回路・素子などの部品を基板上に自動配置する部品の
自動配置処理方式に関し、 部品配置の処理において自動配線処理の配線率を良好
にすることができる部品の自動配置処理方式を提供する
ことを目的とし、 部品の適正配置を計算する部品配置処理部と，部品形
状操作部とを備え，部品形状操作部は，部品の形状，ピ
ンの並びの方向とその数及び基板のトラック方向との関
係を識別する識別手段と，識別手段による識別結果とピ
ンの接続本数に従ってピンに対して接続されるトラック
数を算出するピン接続本数算出手段と，ピン接続本数算
出手段により算出されたピン本数に対応して拡大ピン領
域を算出するピン領域拡大手段と，拡大ピン領域と配線
禁止領域との交差を識別する配線禁止領域との交差識別
手段と，識別された交差する領域を無効分拡大ピン領域
として求める禁止ピン領域拡大手段と，元の部品形状の
領域と，拡大ピン領域および無効分拡大ピン領域を加算
することにより拡大した部品形状を獲得する拡大部品形
状算出手段とを備えるよう構成する。

［産業上の利用分野］ 本発明は回路・素子などの部品を基板上に自動配置す
る部品の自動配置処理方式に関する。

情報処理装置、通信装置をはじめとして電子機器の進
歩は目覚ましいが、そのような電子機器の性能はシステ
ムあるいは回路設計の進歩に負うところが大きいが、集
積回路等の部品の高性能化、プリント配線板と実装技術
の高度化によるところが大きい。

近年、電子機器の高密度実装の要求が更に厳しくなっ
て、電子素子，部品は多ピン化し、ピンのピッチ（間
隔）も従来より狭いものが採用されるようになって、回
路設計データを処理して基板上に回路設計に従った回路
部品を自動配置と配線処理をすることが困難になってき
た。このような自動配置・配線処理により良好な配線率
（回路設計通り、全ての素子・部品のピンが全て配線さ
れた時を100％とする配線の達成率）が得られれば、そ
のデータを用いて実際の回路の設計と製造に移ることが
できる。

ところが、自動配線処理での配線率は配置処理の良し
悪しにより大きく左右されるため、効率的な配置処理を
行うことが望まれている。

［従来の技術］ 第７図は従来例の説明図である。

第７図のA.に従来の回路実装設計の自動化システムの
流れ図を示す。

その概略を説明すると、初めにCAD（コンピュータ支
援設計）の技術を利用して要求された機能を備える回路
の設計が行われ（ステップ70）、次のその回路が要求さ
れた機能を実現するかシミュレーションを行う（ステッ
プ71）。この後、部品割付の処理において、その回路を
具体化するために設計上の個々の素子や回路を実際に存
在するどの素子や部品を割当るかの処理を行う（ステッ
プ72）。続いて、割付けられた素子・部品を所定の基板
上に置けば、最も効率的（高密度）な配置を得ることが
できるか判別する部品配置処理が行われる（ステップ7
3）。この部品配置では、配線率を評価して、未配線の
部分を検出してそれを修正するために部品の配置を修正
する等の処理が行われる。部品配置が完了すると、次
に、部品の各ピンと基板上のどのトラック間に配線を行
うかを示す配線のデータを得るための配線処理が行われ
る（ステップ74）。

上記の処理において、部品配置の処理（ステップ73）
は、部品割付処理（ステップ72）において割付けられた
素子・部品を回路設計どおりの接続が行われるようプリ
ント基板上に配置する処理を行う。

この部品の配置の良し悪しは引き続いて行われる配線
作業において配線が不都合なく行われるか否かできま
り、これを前もって評価することは問題が複雑になりす
ぎるので配線長の総和が少ないことや、他のラインを横
切る（交差）線が少ない等を基に評価が行われる。

基板上に配置される部品としては、第７図C.のイ．に
示すように従来は、接続ピンが基板の穴を貫通して、裏
面で半田付けされる貫通実装部品が多く用いられていた
が、現在は部品を高密度実装するために、第７図C.の
ロ．に示すように基板表面に取り付けることができる表
面実装部品（SMD）が採用されるようになった（基板の
表面と裏面の両面に実装可能）。

一方、基板上に素子・部品を配置する場合に、部品の
足であるピンとこれに接続する他のピンの間は基板に設
けられたトラック（チャネルとも称される）を用いて行
われる。

そのトラックは、１層の配線基板を用いると交差接続
を行うことが困難であるため、従来から第７図E.に示す
多層基板が利用され、層間を接続するスルーホールが設
けられている。

第７図D.には、ピン間の交差接続が容易に行うことが
できるＸ・Ｙ法の概要が示されている。この方法は、図
に示すように、層１にXY座標系のＸ軸方向に多数のトラ
ックを設け、他の層２にＹ軸方向に多数のトラックを設
けて、層１と層２の間にE.に示すようなスルーホールを
適宜設ける方法である。

部品配置において、素子・部品の結合度合、接続線の
優先度などをもとにして配線長（マンハッタン距離）が
最短になるように制御されていた。

マンハッタン距離とは、２つの点の水平距離と垂直距
離（座標上のＸ軸における距離とＹ軸における距離）の
和を意味し、第７図B.の場合で示すと、ａ＋ｂ（＝ｃ＋
ｇ＋ｈ）の距離であり、それより長いルートであるc,d,
e,fを経る距離は該当しない。

上記のような、各種の要素を考慮して部品の配置が行
われるが、従来から種々の方法が用いられている。公知
の代表的な方法の原理を簡単に説明する。

ペア・リンキング法 既に配置済の部品とこれに最も多く接続している部品
の対を選び近くに配置する方法。

クラスタ成長法 既に配置済のすべての部品と最も多く接続している部
品を選び、仮想配線長が最も短くなる位置に配置する方
法。

重心法 互いに接続されている部品間の張力を考え、ある部品
に対する他部品からの張力の合成ベクトルが零となる位
置（重心）に部品を配置する方法。

［発明が解決しようとする課題］ 従来の部品配置の方法では配線長が最短になるように
処理が行われているが、その結果によって自動配線処理
を行うと、部品ピンのまわりに配線用のトラックがない
ために未配線となってしまう場合が多く、自動配線処理
の配線率が悪くなるという問題があった。すなわち、前
の配線でトラックが使用された後でそのトラックが使用
できなくなる。

本発明は部品配置の処理において自動配線処理の配線
率を良好にすることができる部品の自動配線処理方式を
提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 第１図は本発明の原理的構成図である。

第１図において、10は部品配置処理部、11は設計・部
品データ、12は部品形状操作部を表す。

部品形状操作部12において、13は部品形状・ピンの並
びと方向の識別手段、14はピン接続本数算出手段、15は
ピン領域拡大手段、16は配線禁止領域との交差識別手
段、17は禁止ピン領域拡大手段、18は拡大部品形状算出
手段である。

本発明は配置しようとしている部品のピンの配線に必
要な配線容量を求めてピンの領域を拡大して元の部品形
状に拡大した領域を加えたものを新たな部品形状とし
て、部品配置の処理を行うものである。

［作用］ 部品配置処理部10は設計・部品データ11に格納された
配置データ、部品割付データおよび部品データ（各部品
の形状，サイズ，ピンの配列等）を用いて基板上に各部
品の配置を行う。一方、部品形状操作部12では、配置さ
れた各部品について部品形状の拡大の操作を行う。

最初に、部品形状，ピンの並びと方向の識別手段13に
おいて、部品の形状を識別し、その部品に設けられたピ
ンの構成、および配置された方向を識別する。方向の識
別は、部品のピンの並びの方向が、部品が配置される基
板のトラックの方向と平行か、直交するかの関係を調べ
る。この時、部品の形状（領域）は元の部品形状データ
131としてメモリに格納する。

これらが識別されると、ピン接続本数算出手段14にお
いてピンに対して接続されるトラック数が算出され、こ
れがピンの接続本数となる。この時、多層基板の複数の
層に分散してピン接続を行う場合には、操作入力で分散
する数を指定する。

次に前記のピン接続本数算出手段14により得られたピ
ン接続本数（トラック数）に対応したピン領域をピン領
域拡大手段15により判別し、結果を拡大ピン領域データ
151としてメモリに格納する。配線が基板の複数の層に
渡る場合は、関係する層毎に求める。

次に部品配置データから、上記により得られたピン接
続用のトラックが、熱を発生する部品の下部やクロスト
ークの恐れがある信号線に近い等の配線禁止領域と交差
するかどうかを交差識別手段16により識別する。

この結果配線禁止領域に交差することが分かると、禁
止領域に交差するトラックを更に拡大する処理を禁止ピ
ン領域拡大手段17により判別し、結果を無効分拡大ピン
領域データ171としてメモリに格納する。

これらの処理により得られた各データ131,151,171の
内容は拡大部品形状算出手段18において加算され、拡大
部品形状として部品配置処理部10に供給され、そのデー
タを元に部品配置がさらに実行される。

このように、部品の領域をピンにより必要とするトラ
ック領域を考慮した上で配置を行うことにより、単にピ
ンとピンの間の接続距離を基準に考える従来の部品配置
の方法に比べて、配線処理を行う場合に接続すべきトラ
ックが無いという事態の発生を少なくし、配線率を向上
することができる。

［実施例］ 第２図は実施例の処理フロー図、第３図は実施例の部
品形状操作処理フロー図、第４図は部品のピン，トラッ
クと相互の関係を示す図、第５図はトラック容量および
配線容量の関係説明図、第６図は複数層の配分と禁止領
域の説明図である。

第２図において、最初のステップ20で、データファイ
ルから回路図データ、配線条件データ、設計基準デー
タ、基板データ、部品データ、形状データおよび既設計
データ等を処理装置（図示せず）のメモリに読み込む。
この時、操作者または設計者が部品形状について変更を
指示したい場合は、その形状変更に関するデータも入力
される。

次いで、部品の配置順序を決定し（ステップ21）、そ
の配置順序に従って最適配置面と位置を計算する（ステ
ップ22）。この場合の最適配置は従来の部品配置の方法
（上記従来の技術の項において説明した）の一つを用い
て実行される。最適配置が得られると、その配置におけ
る部品形状の操作を実行する（ステップ23）。この部品
形状の操作は本発明により新たに追加されたものであ
り、その詳細は第３図に示され、その内容は後述する。
また、ステップ23実行後にステップ22を実行する場合も
ある。

部品形状の操作により得られた新たな部品形状（拡大
部品形状）を元にして基板上に配置可能かどうかを判断
し（ステップ24）、配置ができないと判断されると、他
に配置可能な位置があるかどうかを判別し（ステップ2
5）、ない場合は、部品形状の操作を再び実行する（ス
テップ23）。この場合、配置可能なように部品形状を操
作する。

もし、ステップ24において、配置可能となれば全配置
対象部品が終了かどうかを調べる（ステップ26）。この
結果全配置対象部品が終了しない時は最適配置面・位置
の計算（ステップ22）に戻り、全部終了したら終了す
る。

第３図は本発明による部品形状の操作処理フローであ
り、この処理は上記第２図のステップ23で行われる操作
の詳細が示されている。

その内容を第４図および第５図を参照しがら説明す
る。

最初にステップ30において、形状を変更するかどうか
を判別する。この場合、予め形状変更の指示があるかど
うかの判別を行う。ここでは変更指示がなされているも
のとし、次に部品形状・ピンの並びを調べる（ステップ
31）。この場合、第２図のステップ22において部品の配
置が行われ、配置された部品データ，形状データなどは
ステップ20において予め読み込んであるのでそのデータ
を参照して調べる。

第４図A.に部品の形状とピンの方向の例が示され、
イ．の例では部品本体に対し、左右の両側に２列のピン
が並べられ、ロ．の例では部品本体に対し、上下、左右
の両側に、それぞれ２列のピンが並べられていることが
分かる。なお、このイ．とロ．の部品を点線で囲った部
分（部品本体とピンの領域）を、元の部品形状といい、
その領域を元の部品形状領域という。

次に、その部品（ピン）が接続すべき相手の部品と一
列に並んでるかどうかを識別する（ステップ32）。一列
に並んでない場合は、ステップ35に移り、その部品が拡
大が必要な部品として予め指定されているかどうかを判
別して、指定されてない場合この処理を終了し、拡大が
必要な場合ステップ36へ移行する。

一列に並んでいる場合、その部品のピンの並びの方向
とそのピン数を調べる（ステップ33）。

すなわち、第４図A.イ．の例に示す場合、部品のピン
がイ．のようにＹ軸方向に、６個のピンが２列並んでい
ることが識別され、ロ．の例ではＸ軸方向とＹ軸方向の
両方にそれぞれ６個のピンが２列並んでいることが識別
される。

次に、部品が配置される層の配線方向と同じ方向のピ
ンがあるかどうかを判別する（ステップ34）。この判別
は、その層（基板）に設けられた配線用トラック（チャ
ネル）が第４図B.のイ．に示すＸ方向か、ロ．に示すＹ
方向か、の何れであるかを調べ、その配線用トラックの
方向と同じ方向のピンがあるかどうかを識別する。

第４図C.およびＤを参照して説明すると、ピン配列方
向とトラック（基板上の当該配線層）の方向が直交（一
致してない）している時は、通常の場合C.に示すよう
に、各ピンはトラックにより他の部品のピンに接続する
ことができるので、この場合は、ステップ34においてNO
と判別され、ステップ35に移る。他方、D.の場合は、
イ．に示すように層の配線方向（トラック）とピンの並
びが同じ（イ．に示す部品がＹ軸方向のトラックにより
相手部品のピンと接続する場合）である例を示し、次の
ステップ36に移る。

このステップ36では、ピン数とピンの平均接続本数を
調べ、必要な配線容量の計算が行われる。すなわち、第
４図D.の例で説明すると、イ．に示す元の部品に対し、
各ピンをＹ軸方向のトラックに接続して相手の部品ピン
に接続するには、それぞれ異なるトラックに接続する必
要がある。そのために、ロ．に示すように右側の６個の
ピン用に３つのトラック（１つのトラックは分断して利
用可能）を割当てる。この３つのトラックが必要な配線
容量となる。

このトラック容量の算出基準を第５図A.に具体例で示
す。

１つのピンから接続される相手のピンの数に対応して
容量が決まり、イ．のように平均接続ライン数が２の時
は、６つのピンに対してトラック容量は６となり、ロ．
のように平均接続ライン数が１の時はトラック容量は３
となる。このトラック容量は、次式で求めることができ
る。

トラック容量＝（ピン数 ×１ピン当たりの平均接続ライン数）÷２ 次にこのステップ36で得られた配線容量に対応して、
ピン領域を拡大する（ステップ37）。

この処理は、第４図D.のロ．の例では、３つの割当て
られたトラックは、この部品をこのトラックに配置した
時に、配線を完全に行う上で必要なトラック数であり、
この部品により占有する３つのトラック分の領域（片側
だけ図示してるが反対側にも同様の領域がある）を拡大
領域として計算を行う。

この場合、トラック数に対する配線容量（トラック数
に対応する領域）を定めるに際しては複数の方式があ
り、適宜選択することができる。第５図B.のイ．の場
合、固定座標上にトラック位置が設けられている場合の
例であり、この場合、副配線トラック（チャネル）に対
し複数本（図では２本）の主配線トラック（チャネル）
が固定的に配置され、その順序が繰り返した形態でトラ
ックが設けられている。この場合、必要なトラック容量
が決まると、必要とする配線領域が一義的に決まる。

次に第５図B.のロ．に示す場合は、ピンからの必要距
離のトラック位置を算出する例である。この例では、ピ
ンから配線トラックまでの必要間隙と配線トラックの線
幅を定めて、仮想的なトラック（設計上設ける）を設定
し、トラック容量がｎなら、ｎ×（必要間隙＋線幅）に
より配線容量が求められる。

このようにして、配線容量が求められると第３図のス
テップ37のピン領域の拡大を行う。このピン領域の拡大
は、元の部品領域（第４図A.参照）に対して、上記で求
めた配線容量に対応する領域をピン領域として拡大する
ものである。

このピン領域の拡大は、部品が実装される層とそれ以
外の層とに分散して拡大することもできる。第６図A.に
拡大領域の複数層への配分の例が示されている。この例
は、第４図D.のロ．のように３つのトラック分の容量を
２つの層により拡大する場合、第６図A.の左側に示す１
層目で１トラック分を拡大し、右側に示す第５層目（ス
ルーホールで第１層と接続）の対応するピンを２トラッ
ク分だけ拡大した場合を示す。

次に第３図のステップ38において、配線禁止領域と交
差するか否かを、設計データや配置図（第２図のステッ
プ22で作成）などのデータを調べることにより識別す
る。

配線禁止領域とは、ピン，トラック等の配線用の領域
（拡大領域を含む）が熱を発生する部品領域と交差した
り、クロストークを起こす恐れのある信号線と交差する
領域などである。この配線禁止領域との交差が検出され
ると、次のステップ39において無効となった配線容量が
確保できるようにピン領域を更に拡大する処理を行う。

この例を第６図B.に示す。すなわち、イ．に示すよう
に拡大した１列分のピン領域が禁止領域であった場合、
ロ．に示すように禁止領域外への拡大が行われる。この
場合の拡大処理は上記ステップ36,37と同様に行われ
る。

このようにして、得られた配線容量により拡大したピ
ン領域は、ステップ40において元の部品形状と論理和が
とられて、その結果新たな部品形状（領域）が得られ、
この処理を終了する。

なお、この処理により得られた部品形状を元に第２図
の処理フローのステップ24以下の処理が行われることは
いうまでもない。

［発明の効果］ 本発明によれば部品の自動配置処理において、配置す
る部品ピンの配線用トラックを確保して自動配置するこ
とができるので自動配線での配線率の向上を実現するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理的構成図、第２図は実施例の処理
フロー図、第３図は実施例の部品形状操作処理フロー
図、第４図は部品のピン，トラックと相互の関係を示す
図、第５図はトラック容量および配線容量の関係説明
図、第６図は複数層の配分と禁止領域の説明図、第７図
は従来例の説明図である。 第１図中、 10:部品配置処理部 11:設計・部品データ 12:部品形状操作部 13:部品形状・ピンの並びと方向の識別手段 14:ピン接続本数算出手段 15:ピン領域拡大手段 16:配線禁止領域との交差識別手段 17:禁止ピン領域拡大手段 18:拡大部品形状算出手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回路・素子などの部品を基板上に自動配置
   する部品の自動配置処理方式において， 部品の適正配置を計算する部品配置処理部と，部品形状
   操作部とを備え， 前記部品形状操作部は， 部品の形状，ピンの並びの方向とその数及び基板のトラ
   ック方向との関係を識別する識別手段と， 前記識別手段による識別結果とピンの接続本数に従って
   ピンに対して接続されるトラック数を算出するピン接続
   本数算出手段と， 前記ピン接続本数算出手段により算出されたピン本数に
   対応して拡大ピン領域を算出するピン領域拡大手段と， 前記拡大ピン領域と配線禁止領域との交差を識別する配
   線禁止領域との交差識別手段と， 前記識別された交差する領域を無効分拡大ピン領域とし
   て求める禁止ピン領域拡大手段と， 元の部品形状の領域と，前記拡大ピン領域および無効分
   拡大ピン領域を加算することにより拡大した部品形状を
   獲得する拡大部品形状算出手段とを備えることを特徴と
   する部品の自動配置処理方式。