JPS63226775A - 基板搭載部品の自動配置方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、電子計算機等を用いてプリント配線基板に複
数の部品を自動的に配置する方法に関するものである。

（従来の技術） 従来のこの種の方法としては、ペアリンキング法やクラ
スタ成長法が良く知られている。

ペアリンキング法とは、基板上に既に配置された部品（
以下、配置済の部品と称す。）と、基板上に未だ配置さ
れていない部品（以下、未配置部品と称す。）との間に
おいて、最も接続する配線数が多い一対の部品を選び、
その未配置部品を配置済の部品の近くに配置する方法で
あり、以下、そのアルゴリズムの概要を説明する。

（１）まず、未配置部品の集合Ａより一の部品、例えば
ａｌを選び、これを基板上の任意の位置に配置する。こ
の時、未配置部品の集合Ａより部品ａ１を消去し、該部
品ａｉを配置済の部品の集合Ｂ中の部品ｂｊとする。

（２）未配置部品の集合Ａ及び配置済の部品の集合Ｂに
おいて、最も接続する配線数が多い一対の部品ａｋ及び
ｂｌを選ぶ。

（３）基板上の部品ｂ１に最も近い空き位置に部品ａｋ
を配置する。この時、未配置部品の集合Ａより部品ａｋ
を消去し、該部品ａｋを配置済の部品の集合Ｂ中の部品
ｂ１１とする。

（４）集合Ａ中の部品数が０であれば終了とし、それ以
外の場合は前記（２）〜（３）を繰返す。

第２図は前述したペアリンキング法による部品配置のよ
うすを示すもので、図中、Ａは未配置部品の集合、Ｂは
配置済の部品の集合、ａｌ。

ａ２は未配置部品、ｂｌ、ｂ２．ｂ３は配置済の部品、
Ｃは配線である。ここでは前記集合Ａ及びＢにおいて、
部品ａ１と部品ｂ３との間の配線Ｃが最も多い（４本）
ため、該部品ａ１は部品ｂ３の近くに配置される。

一方、クラスタ成長法とは、配置済の部品の全てと接続
する配線数が最も多い未配置部品を選び、該未配置部品
を基板上に配置した時の配線の長さく以下、仮想配線長
と称す。）の総和が最小となる位置に配置する方法であ
り、以下、そのアルゴリズムの概要を説明する。

（１）まず、未配置部品の集合りより一の部品、例えば
ｄｌを選び、これを基板上の任意の位置に配置する。こ
の時、未配置部品の集合りより部品ｄ１を消去し、該部
品ｄ１を配置済の部品の集合Ｅ中の部品ｅｊとする。

（２）未配置部品の集合りにおいて、配置済の部品の集
合Ｅ内の部品と接続する配線数が最も多い未配置部品ｄ
ｋを選ぶ。

（３）部品ｄｋを基板上の全ての空き位置に仮配置し、
該部品ｄｋと集合Ｅ内の接続される全ての部品ｅｌ、ｅ
ｇ、・・・・・・との間の仮想配線長の総和を算出し、
これを最小とする空き位置を選出し、該空き位置に部品
ｄｋを配置する。この時、未配置部品の集合りより部品
ｄｋを消去し、該部品ｄｋを配置済の部品の集合Ｅ中の
部品ｅｎとする。

（４）集合り中の部品数がＯであれば終了とし、それ以
外の場合は前記（２）〜（３）を繰返す。

第３図は前述したクラスタ成長法による部品配置のよう
すを示すもので、図中、Ｄは未配置部品の集合、Ｅは配
置済の部品の集合、ｄｉ、ｄ２は未配置部品、ｅｌ、ｅ
２．ｅ３．ｅ４は配置済の部品、Ｃは配線である。ここ
では前記集合りにおいて、部品ｄ１が集合Ｅ内の部品ｅ
１〜ｅ４と接続する配線Ｃの数が最も多く（部品ｅｌ、
ｅ２及びｅ３と接続し、その配線Ｃの合計は７本）、該
部品ｄ１を基板上の全ての空き位置に仮配置した時に部
品ｅｌ、ｅ２及びｅ３との仮想配線長の総和を最小にす
る位置、即ち、部品ｅｌ、ｅ２及びｅ３のほぼ中央に該
部品ｄ１は配置される。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、前述したいずれの方法も部品間の配線数
の多さから配置すべき部品を選び、該部品をその配線の
長さを短くするような位置に配置するものであるため、
部品を配置可能な基板上の領域（以下、配置有効領域と
称す。）の一部に全ての部品が集中して配置され、その
実装密度が高くなり、従って、部品間に充分な配線スペ
ースが確保できず、部品配置後の自動配線作業において
結線不能な配線数が多くなり、プリント配線基板の設計
工数及び設計期間の増大や品質低下を招くという問題点
があった。

本発明は前記問題点を除去し、部品の実装密度及び配線
作業時の配線密度が均一となるよう、複数の部品を基板
の配置有効領域に配置する基板搭載部品の自動配置方法
を提供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 本発明では前記問題点を解決するため、部品を配置可能
な基板上の領域（配置有効領域）を、搭載する部品の数
及び部品を搭載する予備の空間（部品予備空間）の数の
総和に基づいて、多数の領域（セグメント）に分割し、
複数の部品を各セグメントにペアリンキング法により配
置し、該配置結果に基づいて前記複数の部品の分散度の
標準偏差を算出し、該標準偏差が予め設定した所定の値
以上の場合は前記配置結果を採用し、前記標準偏差が前
記所定の値より小さい場合は前記配置結果に基づく各部
品間の配線と各セグメ・ントの境界線とが交差する数（
仮想配線密度）をセグメント毎に算出し、該仮想配線密
度の高い上位ｍ個のセグメントを除外した上でペアリン
キング法による配置を繰返し、該繰返しを複数回実行し
ても前記標準偏差が前記所定の値以上とならない場合は
該複数回目の配置結果を採用するようになした。

（作　用） 本発明によれば、基板の配置有効領域が多数のセグメン
トに分割され、複数の部品はペアリンキング法により各
セグメントに配置され、この配置における部品の６分散
度の標準偏差が所定値以上であれば、該配置結果がその
まま採用され、また、所定値より小さければ、仮想配線
密度の高い上位ｍ個のセグメントが除外されてペアリン
キング法による配置が繰返され、これが複数回繰返され
ても所定値以上とならない場合は該複数回目の配置結果
が採用される。

（実施例） 第１図は本発明の基板搭載部品の自動配置方法を実施す
る装置の概略構成を示すもので、図中、１はコンピュー
タ、２はキーボード、３はディスプレイ、４はプロッタ
である。

第４図は本発明の自動配置方法の処理の流れを示すもの
で、コンピュータ１はこれに従って部品の自動配置を実
行する。また、オペレータはキーボード２より必要なデ
ータ入力及び指示入力を行なう。ディスプレイ３は該入
力データやコンピュータ１による処理結果を表示する。

プロッタ４は該処理結果をオペレータの指示に基づいて
ハードコピー化し、出力する。

第５図（ａ）（ｂ）は自動配置を行なおうとする複数の
部品並びに該部品を搭載しようとする基板の一例を示す
もので、以下、これらを例にとって本発明による自動配
置方法を説明する。

第５図（ａ）において、ｆｌ−ｆＢは部品、Ｃは各部品
ｆ１〜ｆ６間を接続する配線であり、また、第５図（ｂ
）において、５は基板、６は基板５の配置有効領域を示
す。

まず、一部品の搭載領域（以下、セグメントと称す。）
の面積Ｒを下記式（１）に従って算出する（ステップＳ
ｌ）。

Ｒ−１（Ｓ−ｓ）　／　（Ｇ＋ｇ）　）　　・α・・・
・・・（１）前記式（１）において、Ｓは配置有効領域
６の面積、Ｓは配置禁止領域（但し、第５図（ｂ）では
示していない。）の面積、Ｇは搭載する部品の数、ｇは
部品を搭載する予備の空間（以下、部品予備空間と称す
。）の数、αはセグメント補正値（通常、０．７〜０．
９）である。なお、セグメント補正値とは後述する配置
有効領域の分割に際して余裕をもたせるための値である
。

次に、１セグメントの横辺の長さＸ及び縦辺の長さｙを
、前記セグメントの面積Ｒ及び配置有効領域６（又は基
板５）の外形の比率に基づいて、下記式（２）に従っ゛
で算出する（ステップＳ２）。

ｘ　　＊　　ｙｍＲ，ｘ／ｙｗｘ−／ｙ　　−・・・・
・・（２）前記式（２）において、Ｘ゛及びｙ゛は配置
有効領域６（又は基板５）の横辺及び縦辺の長さく既知
）である。

さらに前記長さＸ及びｙに基づいて、配置有効領域６を
セグメント、例えばＦ１〜Ｆ９に分割する（ステップＳ
３）。

次に、後述する再配置の繰返し回数のカウント値ｎをＯ
に設定しくステップＳ４）、部品ｆｌ〜ｆ６をセグメン
トＦｌ〜Ｆ９に対して、ペアリンキング法により配置す
る（ステップＳ５）。なお、この１回目の配置は初期配
置と称し、その−例を第６図に示す。

この際、配置不能な部品があるか否かを調べ（ステップ
Ｓ６）、第６図に示すように全ての部品ｆ１〜ｆ６が配
置できれば、後述するようにして部品の分散度の標準偏
差ｋを算出する（ステップＳ７）。なお、配置できない
部品がある場合とは、例えば縁部品数が配置可能なセグ
メント数を上回るような場合である。

前記標準偏差には予め設定された部品の分散度の標準偏
差の基準値にと比較される（ステップＳ８）。該比較の
結果、ｋ≧にであれば、この時の配置結果、即ち初期配
置の結果が採用され、周知のベア交換法による配置改善
が実行され（ステップＳ９）、部品の自動配置は終了す
る。

一方、前記比較の結果、ｋ＜Ｋであれば、その時の再配
置の回数ｎが予め設定された最大値Ｎと比較される（ス
テップ５１０）。ここでｎ−１であれば、後述するよう
にして仮想配線密度を各セグメント毎に算出する（ステ
ップ５１１）。

仮想配線密度とは各部品間の配線と各セグメントの境界
線とが交差する数のことであり、第６図の例ではセグメ
ントＦｌについては８本であり、以下、セグメントＦ２
．Ｆ３．Ｆ４．Ｆ５．Ｆ８゜Ｆ７．Ｆ８．Ｆ９の仮想配
線密度は、それぞれ１３本、５本、７本、７本、２本、
４本、２本。

０本である。

次に、各セグメントのうち、前記仮想配線密度の高い上
位ｍ個のセグメントを部品予備空間セグメント（又は配
置禁止セグメント）として設定する。ここで、ｍ−１と
すると、第６図の例では仮想配線密度の最大のセグメン
トはＦ２（１３本）であるから、セグメントＦ２が部品
予備空間セグメントに設定される。

部品予備空間セグメントが設定されると、再配置回数ｎ
に１加算しくステップＳ　１３）　、ペアリンキング法
による部品配置を再度実行する（ステップＳ５）。

第７図は再配置の結果の一例を示すもので、図中、Ｈｌ
は部品予備空間セグメントである。ここで、セグメント
Ｆｌ、Ｆ３．Ｆ４．Ｆ５．ＦＢ。

Ｆ７．Ｆ８．Ｆ９に対する仮想配線密度は、それぞれ８
本、４本、９本、９本、５本、３本、０本。

０本であり、第６図の例より仮想配線密度の最大値が小
さい、即ち配線がより分散されたことがわかる。

以後、前記同様な処理が繰返されるが、その過程におい
て、分散度の標準偏差ｋが基準値に以上となれば、その
時点の配置結果が採用され、また、ｋ＜Ｋの状態であっ
ても再配置の回数ｎが設定値Ｎに達した場合は同様にそ
の時点の配置結果が採用される。

また、配置不能な部品が発生した場合は、その時点にお
ける再配置の回数ｎが０であるか否かが調べられ（ステ
ップ５１４）、ｎ−１の場合、即ち再配置を１回以上行
なっている場合はその１回前の配置結果（即ち、配置不
能な部品が発生していない時点の配置結果）が採用され
（ステップ５１５）、ｎ＝０の場合、即ち初期配置の場
合は該初期配置の結果をそのまま採用する。

第８図（ａ）　（ｂ）は部品配置の結果の一例を示すも
ので、第８図（ａ）は従来の自動配置方法による配置結
果を示し、第８図（ｂ）は本発明の自動配置方法による
配置結果を示す。同図において、７は基板、８は部品で
あり、従来の方法では部品８が基板７の左側に集中して
配置されているが、本発明によれば部品８が基板７全体
に分散して配置されているのがわかる。ちなみに、自動
配置に続けて行なわれる自動配線作業において、配線不
能な本数は第８図（ａ）の配置では５８本であり、第８
図（ｂ）の配置では１２本であった。

次に、部品の分散度の標準偏差にの算出方法を第９図の
流れ図に従って説明する。

まず、セグメントに対応してＸ及びＹ座標軸を設定しく
ステップ５Ｐ１）、各セグメントの中心座標値ｘｉ　　
（ｉ＝１．２．・・・・・・ｎｋ）を決定する（ステッ
プ５Ｐ２）。第１０図は前述したセグメントＦｌ−Ｆ９
に対応する座標軸を示すもので、ここではｎｋ腸３であ
る。

次に座標値ｘ１に対応するセグメント中の部品数Ｎ、ｋ
ｌを求め（ステップ５ｐ３）、該座標値ｘ１と部品数Ｎ
ｋｌとの積Ｕｉを求める（ステップ５Ｐ４）。該積Ｕ１
を座標値ｘ１からｘｎｋまで全て算出すると（ステップ
５Ｐ５）、積Ｕ１から積Ｕｎｋまでの平均値Ｕｘを求め
（ステップ５Ｐ６）、さらに残差平方和Ｓｘを求め（ス
テップ５Ｐ７）、さらにＸ方向の標準偏差σＸを求める
（ステップ５Ｐ８）。

さらに前記同様にしてＹ方向の標準偏差σｙを求め（ス
テップ５Ｐ９）、該標準偏差σＸ。

σｙの積より分散度の標準偏差ｋを算出する（ステップ
５ＰＩＯ）。

次に、仮想配線密度の算出方法を第１１図の流れ図に従
って説明する。

まず、セグメントに対応してＸ及びＹ座標軸を設定しく
ステップａｐｌ）、各セグメントの区分点の座標値Ｘ“
１（ｉ−１，２，・・・・・・ｎｃ）及びｙ’ｊ（ｊ−
１，２，・・・・・・ｍｅ）を決定する（ステップ５ｐ
２）。第１２図は前述したセグメントＦ１〜Ｆ９に対応
する座標軸を示すもので、ここではｎｃ　−ｍｅ−３で
ある。

次に、配線Ｃで接続された２つの部品の接続点Ｐ及びＱ
の座標値（ｘｐ、ｙｐ）及び（ｘｑ。

ｙＱ）を入力しくステップ５ｐ３）、接続点Ｐ及びＱを
通る線分の方程式、即ち ｙ＝　ｆ　（ｙｑ　−ｙｐ　）　／　（ｘｑ　−ｘｐ　
）　）　　・Ｘ十（ｘｑ　ｙｐ　−ｘｐ　ｙｑ　）　／
　（ｘｑ　−ｘｐ　）（但し、ｘｐ≦Ｘ≦ｘｑ、）／ｐ
≦ｙ≦ｙｑ）を算出する（ステップ５ｐ４）。

次に座標値Ｘ“１．Ｘ’２．・・・・・・ｘ’ｎｃに基
づいて、セグメント単位のＸ方向の線分と線分ＰＱとの
交点を求め（ステップ５ｐ５）、さらに該交点を有する
Ｘ方向の線分を含むセグメントを求め、重み付けをする
（ステップ５ｐ６）。同様に、座標値ｙ’Ｌ　　ｙ’２
ｔ　・・・・・・ｙ　’ｍｅに基づいて、セグメント単
位のＹ方向の線分と線分ＰＱとの交点を求め（ステップ
５ｐ７）、さらに該交点を有するＹ方向の線分を含むセ
グメントを求め、重み付けをする（ステップ５ｐ８）。

前述した処理を全ての接続点に対して実行する（ステッ
プ５ｐ９）と、各セグメント毎に重みの総和を算出する
（ステップｓ　ｐ　１０）。この重みの総和が仮想配線
密度となる。

（発明の効果） 以上説明したように本発明によれば、基板上の部品の実
装密度や仮想配線密度をほぼ均一とすることができ、部
品間の配線の収容性が向上するため、部品配置後の自動
配線作業の際に結線不能となる配線数が減少し、該結線
不能となった配線の人手による入力作業等の設計工数が
減少し、設計期間の短縮を図ることができ、さらに部品
の実装密度が均一となることにより、信頼性が向上し、
且つメインテナンスが容易となる等の効果が期待できる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基板搭載部品の自動配置方法を実施す
る装置の概略構成図、第２図は従来の自動配置方法の一
例を示す説明図、第３図は従来の自動配置方法の他の例
を示す説明図、第４図は本発明の基板搭載部品の自動配
置方法の処理の流れ図、第５図（ａ）（ｂ）は自動配置
を行なおうとする複数の部品並びに該部品を搭載しよう
とする基板の一例を示す図、第６図は初期配置の結果の
一例を示す図、第７図は再配置の結果の一例を示す図、
第８図（ａ）は従来の自動配置方法による部品配置の結
果の一例を示す図、第８図（ｂ）は本発明の自動配置方
法による部品配置の結果の一例を示す図、第９図は部品
の分散度の標準偏差にの算出方法の処理の流れ図、第１
０図は部品の分散度の標準偏差にの算出のための座標軸
を示す図、第１１図は仮想配線密度の算出方法の処理の
流れ図、第１２図は仮想配線密度の算出のための座標軸
を示す図である。 １・・・コンピュータ、２・・・キーボード、３・・・
ディスプレイ、４・・・ブロック、５・・・基板、６・
・・配置有効領域、ｆｌ−ｆ８・・・部品、Ｃ・・・配
線、Ｆｌ−Ｆ９・・・セグメント、Ｈｌ・・・部品予備
空間セグメント。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　部品を配置可能な基板上の領域（配置有効領域）を、
   搭載する部品の数及び部品を搭載する予備の空間（部品
   予備空間）の数の総和に基づいて、多数の領域（セグメ
   ント）に分割し、 複数の部品を各セグメントにペアリンキング法により配
   置し、 該配置結果に基づいて前記複数の部品の分散度の標準偏
   差を算出し、 該標準偏差が予め設定した所定の値以上の場合は前記配
   置結果を採用し、 前記標準偏差が前記所定の値より小さい場合は前記配置
   結果に基づく各部品間の配線と各セグメントの境界線と
   が交差する数（仮想配線密度）をセグメント毎に算出し
   、該仮想配線密度の高い上位ｍ個のセグメントを除外し
   た上でペアリンキング法による配置を繰返し、 該繰返しを複数回実行しても前記標準偏差が前記所定の
   値以上とならない場合は該複数回目の配置結果を採用す
   るようになした ことを特徴とする基板搭載部品の自動配置方法。