KR100739407B1

KR100739407B1 - 유한 요소법을 이용한 구조 분석 방법

Info

Publication number: KR100739407B1
Application number: KR1020050116329A
Authority: KR
Inventors: 노부타카 이토; 데츠유키 구보타; 마미 나카다테; 아키라 다무라
Original assignee: 후지쯔 가부시끼가이샤
Priority date: 2005-01-31
Filing date: 2005-12-01
Publication date: 2007-07-18
Also published as: US7730444B2; US20060173660A1; KR20060088005A; TW200632750A; JP4597691B2; JP2006209629A; CN1815479B; CN1815479A; TWI285331B

Abstract

본 발명은 예측 정밀도를 떨어뜨리지 않고, 분석 시간을 단축하는 구조 분석 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

물성이 상이한 복수의 재료로 형성되는 분석 대상물의 구조 분석을 행하기 위한 구조 분석 방법을 제공한다. 구조 분석 방법은, 구조 분석 장치가 분석 대상물을 복수의 유한 요소로 분할할 때, 유한 요소마다, 유한 요소의 위치를 특정하는 위치 정보와, 유한 요소의 재료를 특정하는 재료 정보가 대응되는 요소 분할 데이터를 생성하는 공정과, 유한 요소보다 큰 단위로 분석 대상물을 분할하는 메시를 위치 정보에 의해 복수 정의하고, 각 메시에서 요소 분할 데이터에 기초하여, 메시에 포함되는 유한 요소를 차지하는 복수의 재료 중 하나의 재료 비율을 산출하는 공정과, 산출된 하나의 재료 비율이 소정의 임계값을 넘는 메시를 특정하며, 요소 분할 데이터의 재료 정보에서, 특정된 메시에 포함되는 유한 요소의 재료가 하나의 재료 이외의 것을 하나의 재료를 특정하는 재료 정보로 재기록한 메시 데이터를 생성하는 공정과, 생성된 메시 데이터에 기초하여, 분석 대상물에 발생하는 물리량을 산출하는 공정을 갖는다.

Description

유한 요소법을 이용한 구조 분석 방법{STRUCTURAL ANALYSIS METHOD EMPLOYING FINITE ELEMENT METHOD}

도 1은 본 발명의 실시 형태에 사용되는 프린트 배선 기판을 설명하는 도면.

도 2는 프린트 배선 기판에서 전자 부품이 탑재되는 표면을 설명하는 도면.

도 3은 본 발명의 실시 형태의 구조 분석 장치의 구성을 도시하는 도면.

도 4는 재료 물성 표의 데이터 구성예를 도시하는 도면.

도 5는 두께 표의 데이터 구성예를 도시하는 도면.

도 6은 본 발명의 실시 형태에서의 구조 분석 장치의 동작을 설명하는 흐름도.

도 7a는 유한 요소인 입방체를 도시하는 도면, 도 7b는 요소 분할 데이터의 데이터 구성예를 도시하는 도면.

도 8은 메시 데이터를 생성하는 모습을 설명하는 도면으로, 도 8a는 요소 분할 데이터에 기초하는 요소 분할 모델, 도 8b는 메시 데이터에 기초하는 메시 모델을 도시하는 도면.

도 9는 메시 데이터 생성 처리를 설명하는 흐름도.

도 10은 메시 데이터의 데이터 구성예.

도 11은 메시 데이터로부터 적층 쉘 데이터를 생성하는 처리를 설명하는 흐 름도.

도 12는 적층 쉘 데이터의 데이터 구성예.

도 13은 본 발명의 실시 형태에서의 구조 분석 장치(30)의 기능 블록도.

도 14는 프린트 배선 기판의 일부를 추출하여 구조 분석을 행하는 모습을 설명하는 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1: 프린트 배선 기판 2: 절단 길이(cut length)

3: 홈 4: 리브

5: 전자 부품 탑재 표면 6: 도체

7: 솔더 레지스트 8: 코어 재료

9: 프리프레그(prepreg) 10: 도금

11: 비아 12: 배선

13: BGA(Ball Grid Array) 수용부

14: SOP(Small 0utline Package) 수용부

15: QFP(Quad Flat Package) 수용부,

30: 구조 분석 장치 31: 제어부

32: RAM 33: 기억부

34: 버스 35: 주변기기 인터페이스

36: 입력부 37: 표시부

70: 유한 요소 81: 메시

311: 제1 생성부 312: 제1 산출부

313: 제2 생성부 314: 제2 산출부

315: 제3 생성부 316: 조정부

331: 임계값 332: 재료 물성 표

333: 두께 표 334: 요소 분할 데이터

335: 메시 데이터 336: 적층 쉘 데이터

본 발명은, 유한 요소법을 이용한 구조 분석 방법에 관한 것이며, 특히, 프린트 배선 기판의 구조 특성(예컨대, 변형(strain) 특성, 응력 특성, 열전도 특성 등)을 계산기를 이용한 수치 시뮬레이션에 의해 분석하는 구조 분석 방법, 관련된 프로그램 및 구조 분석 장치에 관한 것이다.

예컨대 특허 문헌 1에 나타나는 마스크 기술을 이용하여 기판 상에 집적회로 패턴이 형성되는 프린트 배선 기판은, 전자기기의 마더보드 등에 사용된다. 프린트 배선 기판에서는, 전자부품(예컨대, LSI: Large Scale Integration)을 실장하는 리플로 프로세스에서의 온도 조건에 의해, 뒤틀림이 발생하는 경우가 있다. 이러한 제조 과정에서의 조건에 의해 발생하는 뒤틀림은 프린트 배선 기판의 표면에 실장되는 전자 부품의 범프 접합부 등에 미도착이나 쇼트 등을 일으켜, 제품의 수율을 저하시킨다.

그래서, CAD(Computer Aided Design)와 유한 요소법을 조합하여 프린트 배선 기판을 구조 분석하여, 제조 과정에서의 조건에 의해 프린트 배선 기판에 발생하는 뒤틀림을 사전에 예측하는 것이 알려져 있다(특허 문헌 2, 3, 4). 사전 예측에 의해, 실장 과정에서 발생하는 뒤틀림이 적은 프린트 배선 기판으로 설계 변경할 수 있다.

[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 평9-218032호 공보

[특허 문헌 2] 일본 특허 공개 2004-13437호 공보

[특허 문헌 3] 일본 특허 제 3329667호 공보

[특허 문헌 4] 일본 특허 공개 2000-231579호 공보

그러나, 종래 기술에서는, 구조 분석의 분석 대상물인 프린트 배선 기판을 유한 요소로 분할할 때, 예측 정밀도를 올리기 위해서는 분할 수를 늘릴 필요가 있고, 그 결과로서 데이터 수가 방대해져, 예측 연산에 시간이 걸린다. 반대로 분할 수를 줄이면, 예측 정밀도가 떨어진다고 하는 문제를 갖고 있었다.

그래서, 본 발명의 목적은, 예측 정밀도를 떨어뜨리지 않고, 구조 분석 시간을 단축하는 구조 분석 방법, 구조 분석 프로그램, 구조 분석 장치를 제공하는 것에 있다.

상기 목적은, 본 발명의 제1 측면으로서, 물성이 상이한 복수의 재료로 형성되는 분석 대상물의 구조 분석을 행하는 구조 분석 장치에서 실행되는 구조 분석 방법으로서, 상기 구조 분석 장치가, 상기 분석 대상물을 복수의 유한 요소로 분할할 때, 상기 유한 요소마다 상기 유한 요소의 위치를 특정하는 위치 정보와, 상기 유한 요소의 재료를 특정하는 재료 정보가 대응되는 요소 분할 데이터를 생성하는 공정과, 상기 구조 분석 장치가, 상기 유한 요소보다 큰 단위로 상기 분석 대상물을 분할하는 메시를 위치 정보에 의해 복수 정의하고, 각 메시에서, 상기 요소 분할 데이터에 기초하여, 상기 메시에 포함되는 상기 유한 요소를 차지하는 상기 복수의 재료 중 하나의 재료 비율을 산출하는 공정과, 상기 구조 분석 장치가, 상기 산출된 하나의 재료 비율이 소정의 임계값을 넘는 메시를 특정하고, 상기 요소 분할 데이터의 재료 정보에서, 상기 특정된 메시에 포함되는 상기 유한 요소의 재료가 상기 하나의 재료 이외의 것을, 상기 하나의 재료를 특정하는 재료 정보로 재기록한 메시 데이터를 생성하는 공정과, 상기 구조 분석 장치가, 상기 생성된 메시 데이터에 기초하여, 상기 분석 대상물에 발생하는 물리량을 산출하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 구조 분석 방법을 제공함으로써 달성된다.

상기 발명의 측면에서 보다 바람직한 실시예에 의하면, 상기 구조 분석 장치가, 상기 요소 분할 데이터에 기초하여 산출되는 상기 분석 대상물을 차지하는 상기 하나의 재료의 제1 비율과, 상기 생성된 메시 데이터에 기초하여 산출되는 상기 분석 대상물을 차지하는 상기 하나의 재료의 제2 비율을 산출하는 공정과, 상기 구조 분석 장치가, 상기 제1 비율과 상기 제2 비율이 소정의 오차 범위에 있지 않은 경우, 상기 소정의 임계값을 변경하여 상기 메시 데이터를 재생성하는 공정을 갖는다.

상기 발명의 측면에서 보다 바람직한 실시예에 의하면, 상기 분석 대상물에는, 상기 유한 요소로의 분할에 의해 복수의 층이 형성되고, 또한 상기 구조 분석 장치가 상기 분석 대상물 표면의 소정 영역에 대응하는 위치를 상기 층마다 추출하는 공정을 가지며, 상기 메시는 상기 추출된 위치에 대해서 정의된다.

상기 발명의 측면에서 보다 바람직한 실시예에 의하면, 상기 분석 대상물에는 상기 유한 요소로의 분할에 의해 복수의 층이 형성되고, 또한 상기 구조 분석 장치가, 상기 생성된 메시 데이터에 기초하여 상기 분석 대상물을 차지하는 상기 하나의 재료 비율을 상기 층마다 산출하는 공정과, 상기 구조 분석 장치가, 상기 산출된 하나의 재료 비율이 고밀도 기준값을 넘는 상기 층에서, 상기 메시 데이터에 포함되는 소정의 유한 요소의 재료 정보를, 상기 분석 대상물을 형성하는 복수의 재료 중, 상기 하나의 재료 이외의 것으로 변경하여 상기 층마다 산출되는 상기 하나의 재료 비율이 소정의 값 범위에 수용되도록 조정하는 공정을 갖는다.

상기 발명의 측면에서 보다 바람직한 실시예에 의하면, 상기 구조 분석 장치가 상기 분석 대상물 표면의 소정 영역에 추가되는 부재를 새로운 분석 대상물로 하여, 새로운 메시 데이터를 생성하는 공정을 가지며, 상기 추가되는 부재에서의 메시 위치와, 이 추가되는 부재를 받는 상기 분석 대상물 표면의 소정 영역의 메시 위치가 일치한다.

상기 발명의 측면에서 보다 바람직한 실시예에 의하면, 상기 메시의 위치 정보는, 상기 분석 대상물 표면에 형성되는 2 차원 좌표와 상기 표면에 직교하는 두께 방향의 위치를 조합한 3 차원 좌표에 의해 특정되고, 또한 상기 구조 분석 장치 가 상기 2 차원 좌표가 동일하게 되는 상기 메시의 상기 두께 방향으로, 동일한 상기 재료가 연속하는 구간을 특정함으로써, 상기 연속하는 재료의 상기 재료 정보와 이 연속하는 재료의 두께를 상기 메시의 위치 정보에 대응시킨 적층 쉘 데이터를, 상기 메시 데이터에 기초하여 생성하는 공정을 가지며, 상기 분석 대상물에 발생하는 물리량은 상기 적층 쉘 데이터에 기초하여 산출된다.

상기 발명의 측면에서 보다 바람직한 실시예에 의하면, 상기 분석 대상물에는 상기 유한 요소로의 분할에 의해 복수의 층이 형성되고, 상기 구조 분석 장치는, 미리 상기 분석 대상물 표면의 위치와 상기 다층 구조의 분석 대상물에서의 층 방향의 두께가 대응되는 두께 데이터가 저장되는 기억부를 가지며, 또한 상기 구조 분석 장치가 상기 두께 데이터에 기초하여, 상기 메시 데이터를 갱신하는 공정을 갖는다.

또한, 상기 목적은, 제2 측면으로서, 물성이 상이한 복수의 재료로 형성되는 분석 대상물의 구조 분석을 행하는 컴퓨터에, 상기 분석 대상물을 복수의 유한 요소로 분할할 때, 상기 유한 요소마다, 상기 유한 요소의 위치를 특정하는 위치 정보와, 상기 유한 요소의 재료를 특정하는 재료 정보가 대응되는 요소 분할 데이터를 생성하는 단계와, 상기 유한 요소보다 큰 단위로 상기 분석 대상물을 분할하는 메시를 위치 정보에 의해 복수 정의하고, 각 메시에 있어서, 상기 요소 분할 데이터에 기초하여, 상기 메시에 포함되는 상기 유한 요소를 차지하는 상기 복수의 재료 중 하나의 재료 비율을 산출하는 단계와, 상기 산출된 하나의 재료 비율이 소정의 임계값을 넘는 메시를 특정하며, 상기 요소 분할 데이터의 재료 정보에서, 상기 특정된 메시에 포함되는 상기 유한 요소의 재료가 상기 하나의 재료 이외의 것을, 상기 하나의 재료를 특정하는 재료 정보로 재기록한 메시 데이터를 생성하는 단계와, 상기 생성된 메시 데이터에 기초하여, 상기 분석 대상물에 발생하는 물리량을 산출하는 단계를 실행시키기 위한 프로그램을 제공함으로써 달성된다.

또한, 상기 목적은, 제3 측면으로서, 물성이 상이한 복수의 재료로 형성되는 분석 대상물의 구조 분석을 행하는 구조 분석 장치로, 제어 프로그램을 포함하는 기억부와, 상기 제어 프로그램을 판독하여 실행하는 제어부를 가지며, 상기 제어부는 상기 분석 대상물을 복수의 유한 요소로 분할할 때, 상기 유한 요소마다, 상기 유한 요소의 위치를 특정하는 위치 정보와, 상기 유한 요소의 재료를 특정하는 재료 정보가 대응되는 요소 분할 데이터를 생성하는 제1 생성부와, 상기 유한 요소보다 큰 단위로 상기 분석 대상물을 분할하는 메시를 위치 정보에 의해 복수 정의하고, 각 메시에서 상기 요소 분할 데이터에 기초하여, 상기 메시에 포함되는 상기 유한 요소를 차지하는 상기 복수의 재료 중 하나의 재료 비율을 산출하는 제1 산출부와, 상기 산출된 하나의 재료 비율이 소정의 임계값을 넘는 메시를 특정하며, 상기 요소 분할 데이터의 재료 정보에 있어서, 상기 특정된 메시에 포함되는 상기 유한 요소의 재료가 상기 하나의 재료 이외의 것을, 상기 하나의 재료를 특정하는 재료 정보로 재기록한 메시 데이터를 생성하는 제2 생성부와, 상기 생성된 메시 데이터에 기초하여, 상기 분석 대상물에 발생하는 물리량을 산출하는 제2 산출부를 상기 제어 프로그램을 실행하여 실현하는 것을 특징으로 하는 구조 분석 장치를 제공함으로써 달성된다.

(실시예)

이하, 본 발명의 실시 형태에 관해서 도면에 따라서 설명한다. 그러나, 본 발명의 기술적 범위는 이러한 실시 형태에 한정되는 것이 아니고, 특허청구 범위에 기재된 발명과 그 균등물에까지 영향을 미치는 것이다.

본 발명의 실시 형태에서는, 분석 대상물로서 프린트 배선 기판이 이용되는 것으로 한다. 우선, 본 실시 형태에서 사용되는 프린트 배선 기판에 관해서 간단하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 사용되는 프린트 배선 기판을 설명하는 도면이다. 프린트 배선 기판(1)은 둘레가 절단 길이(cut length)(2)로 둘러싸인다. 프린트 배선 기판(1)과 절단 길이(2)는 리브(4)로 접속되어 있고, 리브(4) 이외의 지점에는 홈(3)이 형성된다. 리브(4)를 절단함으로써, 프린트 배선 기판(1)과 절단 길이(2)는 분리된다.

프린트 배선 기판(1), 리브(4) 그리고 절단 길이(2)는 다층 구조를 하고 있다. 동장(銅張) 적층판(코어 재료(8) + 동박(銅箔)(6))과 프리프레그(9)를 번갈아 배치하고, 가열 프레스하면, 프리프레그(9)가 녹아 접착 효과를 나타낸다. 프린트 배선 기판 표면(5)에는 땜납이 부착되지 않도록 코팅된 솔더 레지스트(7)가 형성된다.

비아(11)는 상이한 배선층을 접속하기 위해, 내벽에 도금(10)이 실시된 구멍이다. 이렇게, 동박(6)(도체), 프리프레그(9)(유전체) 그리고 비아(11)가 있는 경우의 공기 등에 의해, 배선층이 형성되어 있다.

도 2는 프린트 배선 기판(1)에서 전자 부품이 탑재되는 표면(5)을 설명하는 도면이다. 도 2에는 비아(11), BGA(Ball Grid Array) 수용부(13), SOP(Small Outline Package) 수용부(14), QFP(Quad Flat Package) 수용부(15) 등이 형성되고, 이들을 접속하는 배선(12)이 프린트 배선 기판(1)에 형성되어 있는 것이 도시된다. 도 2에 도시되는 배선이나 전자 부품의 수용부는 일부이며, 실제로는 도 2보다 많은 전자 부품 수용부가 배치되어, 이들을 접속하는 복잡한 배선이 형성된다.

본 실시 형태에서는, 도 1, 도 2에 도시되는 프린트 배선 기판(1) 또는 프린트 배선 기판(1)과 절단 길이(2)를 맞춘 것을 분석 대상물로 하여 구조 분석 장치를 이용한 구조 분석이 행해진다. 그 때, 분석 대상물을 유한 요소로 분할하고, 몇 개의 유한 요소를 모아 메시라고 하는 단위를 정의하며, 메시에 포함되는 도체(6)의 함유율에 따라 메시 내에 포함되는 유한 요소의 재료를, 도체나 그 이외의 재료로 간주함으로써, 구조 분석용 수치 시뮬레이션에 이용하는 모델을 간략화하여, 구조 분석 장치에서의 구조 분석의 계산 시간, 계산 부하를 단축하는 것이다.

간주 처리에는, 도체 함유율에 대해서 설정되는 임계값이 이용되고, 이 임계값을 미리 소정의 값으로 설정함으로써 정밀도가 높은 시뮬레이션을 실행할 수 있다. 또한, 이 임계값을 변경 가능하게 함으로써, 예컨대 간주 처리(assuming processing)를 실시하기 전의 분석 대상물의 도체 함유율과, 간주 처리 후의 분석 대상물의 도체 함유율이 소정의 오차 범위에 있도록, 임계값을 변경함으로써, 정밀도가 더 높은 시뮬레이션을 실행할 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시 형태의 구조 분석 장치(30)의 구성을 도시하는 도면 이다. 도 3의 구조 분석 장치(30)는 버스(34)를 통해 서로 접속되는 제어부(31), RAM(Random Access memory)(32), 기억부(33), 주변기기 접속용 인터페이스(주변기기 I/F)(35), 정보가 입력되는 입력부(36), 정보를 표시하는 표시부(37)를 포함한다.

제어부(31)는 도시 생략된 CPU(Central Processing Unit)를 포함하고, RAM(32)에 저장되는 프로그램을 실행하여, 구조 분석 장치(30)에 포함되는 각 부를 제어한다. RAM(32)은 구조 분석 장치(30)의 처리에서의 연산 결과나 프로그램이 일시적으로 저장되는 기억 수단이다. 기억부(33)는 하드디스크, 광디스크, 자기 디스크, 플래쉬 메모리 등의 불휘발성 기억 수단이며, 각종 데이터나 RAM(32)에 판독되기 전의 OS(Operating System) 등의 프로그램이 저장된다.

주변기기 I/F(35)는 구조 분석 장치(30)에 주변기기를 접속하기 위한 인터페이스이며, 패러렐 포트, USB(Universal Serial Bus) 포트나, PCI 카드 슬롯 등이다. 주변기기로서는 프린터, TV 튜너, SCSI(Small Computer System Interface) 기기, 오디오 기기, 드라이브 장치, 메모리 카드 리더 라이터, 네트워크 인터페이스 카드, 무선 LAN 카드, 모뎀 카드, 키보드나 마우스, 디스플레이 장치 등 다방면에 걸쳐있다. 주변기기와 구조 분석 장치(30)와의 접속 형태는 유선이든 무선이든 상관없다.

입력부(36)는 키보드, 마우스 등 사용자로부터의 지시 요구가 입력되는 입력 수단이다. 표시부(37)는 CRT(Cathode Ray Tube), 액정 디스플레이 등 사용자에게 정보를 제시하는 표시 수단이다. 구조 분석 장치(30)로서는, 데스크탑형 PC, 노트 북형 PC, PDA(Personal Digital Assistance), 서버 등으로 실현할 수 있다.

본 실시 형태에서는, 기억부(33)에, 전술한 간주 처리를 실시하기 위한 임계값(331)이 미리 저장된다. 그 외에 기억부(33)는 분석 대상물에 포함되는 재료와 그 물성이 대응되는 재료 물성 표(332)와, 표면(5)에 형성되는 2 차원 좌표(도 1 또는 도 2의 xy 좌표)에 의해 특정되는 지점과, 분석 대상물의 두께 방향(도 1에 도시하는 z 축 방향)의 두께가 대응되는 두께 표(333)를 포함한다.

도 4는 재료 물성 표(332)의 데이터 구성예를 나타내는 도면이다. 도 4의 재료 물성 표(332)는 「재료」, 「물성값 리스트」라고 하는 데이터 항목을 포함한다. 「재료」는 구성 재료를 특정하는 재료명이며, 예컨대 도체, 유전체, 공기 등이 값으로서 저장된다. 「물성값 리스트」는 재료의 물성을 특정하는 물성값을 나열한 리스트이며, 예컨대 유전율, 투자율, 도전율, 자기 저항, 밀도 등을 항목으로서 들 수 있다. 도 4의 재료 물성 표(332)를 참조함으로써, 재료를 특정하면 그 물성값을 얻을 수 있다.

도 5는 두께 표(333)의 데이터 구성예를 도시한 도면이다. 도 5의 두께 표(333)는 「위치 정보」, 「두께」라고 하는 데이터 항목을 포함한다. 「위치 정보」는 도 1의 표면(5)에서의 점의 위치를 특정하는 정보이며, 예컨대 도 2에 도시되는 xy 좌표에 의해 특정된다. 「두께」는 「위치 정보」에 의해 특정되는 위치에서의 두께 방향(도 1 z 축 방향)의 두께를, 설계 단계에서의 프린트 배선 기판(1)의 두께를 100 %로 할 때의 비율로 나타내는 수치이다.

예컨대, 두께 데이터에서 「두께」가 80 %인 경우, 설계 단계에서의 두께가 5 밀리미터라고 하면, 그 지점에서의 두께는 구조 분석에 사용될 때 4 밀리미터로 수정된다. 「두께」의 지정은 비율만으로 한정하지 않고, 길이로서의 지정이라도 상관없다.

이 두께 데이터는 예컨대, 완성품에서의 두께의 실측 데이터를 구조 분석에 반영시키는 경우에 사용된다. 또는, 어느 제조 라인을 통과하였을 때에 완성품의 두께에 나타나는 「특성」이 판명되어 있고, 그 「특성」을 사용한 구조 분석을 행하는 경우에 사용된다.

계속해서, 본 실시 형태에서의 구조 분석 장치(30)의 동작을 설명한다.

도 6은 본 발명의 실시 형태에서의 구조 분석 장치(30)의 동작을 설명하는 흐름도이다. 미리 분석 대상물의 형상을 특정하는 CAD(Computer Aided Design) 데이터가 구조 분석 장치(30)에 부여되는 것으로 한다. 구조 분석 장치(30)는 주어진 CAD 데이터로부터, 분석 대상물을 유한 요소로 분할하여, 요소 분할 데이터(334)를 생성한다(S2). 생성된 요소 분할 데이터(334)는 기억부(33)에 저장된다.

단계(S2)에서는, 구조 분석 장치(30)는 유한 요소로서 입방체를 이용한다. 예컨대, CAD 툴의 CAD 데이터를 시판의 전자(電磁)장 분석 툴인 Poynting에 임포트함으로써, 분석 대상물인 프린트 배선 기판(1)을 미소한 입방체로 분할하는 것은 가능하다

도 7a는, 유한 요소인 입방체를 도시하는 도면, 도 7b는 요소 분할 데이터(334)의 데이터 구성예를 나타내는 도면이다. 분석 대상물은 각 유한 요소의 재료를 특정할 수 있는 정도로, 도 7a에 도시하는 미소한 입방체(70)로 분할된다.

각 유한 요소는 예컨대, 입방체(70) 정점의 좌표를 특정함으로써, 그 위치가 특정되게 된다. 입방체의 정점은, 여기에서는 절점으로 불리고, 두께 방향(z 축 방향)의 위치에 의해, 상측 절점(제1 절점(71) 내지 제4 절점(74))과 하측 절점(제5 절점(75) 내지 제8 절점(78))으로 나누어진다.

도 7b의 요소 분할 데이터(334)는 「요소 ID」, 「층 번호」, 제1 내지 제8까지의 「절점」, 「재료」라고 하는 데이터 항목을 포함한다. 「요소 ID」는 각 유한 요소를 특정하기 위해 붙이는 식별자이다.

「층 번호」는 각 유한 요소가 포함되는 층을 특정하는 식별자이다. 하나의 층의 두께는 유한 요소인 입방체(70)를 하나 쌓아 올리는 높이 만큼으로 하고, 유한 요소가 속하는 층은 구체적으로는, 각 유한 요소의 상측 절점(예컨대, 제1 절점)과 하측 절점(예컨대, 제5 절점)의 z 좌표에 의해 결정된다. 도 1에 도시하는 배선층과의 관계로 말하면, 유한 요소의 크기에 따라 하나의 배선층이 유한 요소를 하나 쌓아 올린 높이에 대응하는 경우도 있으면, 하나의 배선층이 유한 요소를 복수 개 쌓아 올린 높이에 대응하는 경우도 있다.

제1 내지 제8까지의 「절점」은 유한 요소인 도 7a의 입방체(70)의 정점을 특정하는 좌표를 나타낸다. 「재료」는 각 요소의 구성 재료를 특정하는 재료명(도 4의 재료 표에서의 「재료」)이다. 도 7b에 나타낸 바와 같이, 같은 재료가 연속되는 경우, 요소 ID가 상이해도 재료가 같아지는 경우가 있다. 또한, 유한 요소의 위치는 정육면체(70)의 정점 좌표에 의한 특정에 한하지 않고, 예컨대 제1 절점(71)(도 7a의 ●)과 입방체 한 변의 길이에 의해 특정할 수도 있다.

도 6을 다시 참조하여, 단계(S2)의 처리가 끝나면, 구조 분석 장치(30)는 단계(S2)에서 분할한 유한 요소보다 큰 단위로 분석 대상물을 분할하는 메시를 정의하여, 메시 데이터(335)를 생성한다(S4). 단계(S4)에서는 우선, 유한 요소로 분할된 분석 대상물을 층마다 나누고, 2 차원 평면(도 1 xy 좌표)에 투영된다. 그리고, 그 2 차원 평면에 메시가 정의되고, 메시를 차지하는 도체의 비율이 소정의 임계값 이상인 경우, 그 메시에 포함되는 유한 요소 전체의 재료를 도체로 간주하는 간주 처리가 행해진다.

그리고, 구조 분석 장치(30)는 메시 데이터(335)가 생성되면, 두께 표(333)를 참조하여 두께를 수정한다(S6). 도 5에서 설명한 바와 같이, 두께 표(333)에서의 「두께」는 「위치 정보」에 의해 특정되는 위치에서의 두께 방향(도 1 z 축 방향)의 두께를, 설계 단계에서의 프린트 배선 기판(1)의 두께를 100 %로 할 때의 비율로 나타내는 수치이다. 그래서, 단계(S6)의 처리로서, 구조 분석 장치(30)는 층마다의 두께로서 입방체(70)의 변 길이에 「두께」로 특정되는 비율을 가중한 수치를 산출하면 된다.

이상의 처리에 의해 생성된 메시 데이터(두께가 단계(S6)에서 수정되는 경우도 포함한다)에 기초하여, 구조 분석 장치(30)는 다양한 솔버 프로그램(강성 방정식의 해법)을 이용하여, 구조 분석을 행한다(S8). 솔버 프로그램으로서, 예컨대 구조 분석 솔버, 유체 분석 솔버, 충격 분석 솔버 등을 이용함으로써, 구조 분석 장치(30)는 프린트 배선 기판에서의 열전도 분석, 열응력 분석, 충격 분석이라고 하는 각종 분석을 행한다.

또한, 도 6의 단계(S4)의 메시 데이터(335) 생성 처리에 있어서, 구조 분석 장치(30)는 한 번 생성된 메시 데이터에 기초하여, 층마다 도체 함유율을 산출하고, 산출된 도체 함유율이 미리 설정된 고밀도 기준값을 넘는 층에서, 도체 함유율을 줄이기 위해, 유한 요소의 재료를 도체 이외의 것으로 변경하여 메시 데이터(335)를 갱신하여도 좋다. 이 처리에서는 층마다 산출되는 도체 함유율이 소정의 값 범위에 있도록 조정된다. 그러면, 배선 밀도가 각 층에서 균형적이고, 프린트 배선 기판에서의 뒤틀림을 억제 가능한 메시 모델을 구조 분석 시뮬레이션에 사용할 수 있다.

도 8은 도 6의 단계(S4)에서의 메시 데이터를 생성하는 모습을 설명하는 도면이다. 도 8a는 요소 분할 데이터(334)에 기초하는 요소 분할 모델, 도 8b는 메시 데이터에 기초하는 메시 모델을 도시하는 도면이다.

도 8의 메시(81)는 4 x 4 개의 유한 요소를 정리한 정방형으로서 정의된다. 또한, 임계값을 일례로서 50 %로 설정하고 있다. 또한, 도체를 ■, 비도체를 □로 나타내기로 한다.

도 8a의 요소 분할 모델에서, 우측 상부 모서리의 메시(82)에서는 16 개의 유한 요소 중, 도체가 차지하는 수는 6 개다. 따라서, 메시(82)에서의 도체 함유율은 50 % 미만이며, 단계(S4)의 처리에서, 이 메시에 포함되는 유한 요소 전체가 비도체(예컨대, 유도체)로 간주된다.

메시(82) 아래의 메시(83)에서는, 16 개의 유한 요소 중, 도체가 차지하는 수는 8 개다. 따라서, 메시(83)에서의 도체 함유율은 50 % 이상이 되고, 단계(S4) 의 처리에서 이 메시에 포함되는 유한 요소 전체는 도체로 간주된다. 같은 처리를 실시함으로써, 도 8b에 도시하는 메시 모델(및 이에 대응하는 메시 데이터)이 생성된다.

도 9는 도 8의 단계(S4)에 도시하는 메시 데이터 생성 처리를 설명하는 흐름도이다. 구조 분석 장치(30)는 각 메시에서, 메시 내의 도체 함유율을 산출한다(S41). 구조 분석 장치(30)는 예컨대, 메시에 포함되는 유한 요소를 특정함으로써, 메시를 정의한다.

그리고, 도 7의 요소 분할 데이터(334)를 참조하여, 각 메시에 포함되는 유한 요소 중 재료가 도체인 유한 요소의 비율을 산출하면 좋다. 구체예는 도 8에 도시한 바와 같다.

다음에, 구조 분석 장치(30)는 단계(S41)에서 산출된 도체 함유율이 소정의 임계값 이상인지를 판정한다(S42). 소정의 임계값은 기억부(33)에 미리 임계값(331)으로서 저장되어 있고, 예컨대 50 % 등이다. 산출된 도체 함유율이 소정의 임계값 이상인 경우(S42 Yes), 구조 분석 장치(30)는 그 메시에 포함되는 유한 요소의 재료를 「도체」로 한다(S43).

산출된 도체 함유율이 소정의 임계값 미만인 경우(S42 No), 구조 분석 장치(30)는 그 메시에 포함되는 유한 요소의 재료를 「도체」 이외의 것으로 한다(S44). 예컨대, 도체 이외에 복수의 재료가 있으면, 도체 이외의 재료의 함유율이 최고인 것이 선택된다. 도체 이외의 재료가 1 개 밖에 없으면, 그 도체 이외의 재료가 선택된다.

이렇게 단계(S43, S44)의 처리에 의해, 단계(S2)에서 생성된 유한 요소 데이터의 「재료」를 각 메시에서의 도체 함유율에 따라 도체나 비도체로 재기록함으로써 메시 데이터(335)가 생성된다. 그러면, 같은 메시에 포함되는 유한 요소에 관해서는 같은 재료가 연속되기 때문에, 다음 도면에 도시하는 바와 같이 집약한 것을 메시 데이터로 하여도 좋다.

도 10은 메시 데이터(335)의 데이터 구성예이다. 도 10의 메시 데이터는 동일한 메시에 포함되는 유한 요소를 하나의 데이터 엔트리에 집약하는 것으로, 요소 분할 데이터(334)에서 「재료」를 치환하여 할 수 있는 것과 다르지 않다. 다만, 집약하는 것에 의해, 메시의 위치 정보의 대응을 용이하게 할 수 있다.

도 10의 메시 데이터는 「메시 ID」, 「층 번호」, 「대응 요소 리스트」, 제1 내지 제4까지의 「절점」, 「도체 함유율」, 「재료」라고 하는 데이터 항목을 포함한다. 「메시 ID」는 각 메시를 특정하기 위해 붙이는 식별자이다.

「층 번호」는 각 메시가 속하는 층을 특정하는 식별자이다. 「대응 요소 리스트」는 그 메시에 포함되는 유한 요소를 특정하는 「요소 ID」(도 7b 참조)를 나열하여 놓은 것이다.

제1 내지 제4까지의 「절점」은 정방형인 메시의 정점을 특정하는 좌표를 나타낸다. 「도체 함유율」은 각 메시에 포함되는 유한 요소 중, 도체가 차지하는 비율을 나타내는 수치이다.

그리고 「재료」는, 각 메시의 구성 재료를 특정하는 재료명(도 4의 재료 표에서의 「재료」)이다. 메시의 구성 재료의 결정에 관해서는 도 8, 도 9의 단계 (S43, S44)에서 설명한 바와 같다.

도 9를 다시 참조하여, 단계(S43, S44)의 처리가 끝나면, 구조 분석 장치(30)는 모든 메시에 관해서 단계(S41 부터 S44까지의) 처리가 종료하였는지를 판정한다(S45). 미처리의 메시가 존재하면 (S45 No), 단계(S41)로 복귀하여 처리가 속행된다.

모든 메시에 관해서 단계(S41부터 S44까지의) 처리를 종료한 경우(S45 Yes), 구조 분석 장치(30)는 메시 데이터(335)에 기초하여, 층마다의 도체 함유율을 산출한다. 그러면, 도 8b에 도시하는 바와 같은 간주 처리 후의 메시 모델에서의 도체 함유율이 산출된다.

그리고, 구조 분석 장치(30)는 요소 분할 데이터(334)에 기초하여, 층마다 도체 함유율을 산출하여, 이를 단계(S46)에서 산출된 도체 함유율과 비교한다(S47). 요소 분할 데이터(334)에 기초하는 도체 함유율은 도 8a에 도시하는 간주 처리 전의 요소 분할 모델에서의 도체 함유율이다.

양자의 차이가 소정의 오차 범위 내인 경우(S47 Yes), 메시 데이터 생성 처리는 종료하고, 후단의 단계(S6)로 처리가 진행된다. 단계(S47)에서 사용되는 오차 범위는 미리 기억부(33)에 저장되는 것으로 한다.

양자의 차이가 소정의 오차 범위 내에 없는 경우(S47 No), 구조 분석 장치(30)는 기억부(33)에 저장된 소정의 임계값(331)을 변경한다(S48). 예컨대, 메시 모델에서의 도체 함유율이 요소 분할 모델에서의 도체 함유율보다 크면, 구조 분석 장치(30)는 임계값을 올리고, 메시 모델에 있어서 도체로 인식되기 어렵게 한다. 반대인 경우, 구조 분석 장치(30)는 임계값을 내리고, 메시 모델에 있어서 도체로 인식되기 쉽게 하면 좋다. 단계(S48)의 처리가 끝나면, 단계(S41)로 복귀하여 처리가 속행된다.

도 6에 설명한 흐름에서는 메시 데이터(335)가 생성되지만, 구조 분석 장치(30)는 이 메시 데이터로부터, 데이터 사이즈가 보다 압축된 적층 쉘 데이터(336)를 자동 생성하도록 하여도 좋다. 예컨대, 구조 분석 장치(30)는 도 6의 단계(S4)와 단계(S6) 사이에서, 다음 도면에 나타내는 적층 쉘 데이터 생성 처리를 행한다.

도 11은 메시 데이터로부터 적층 쉘 데이터를 생성하는 처리를 설명하는 흐름도이다. 구조 분석 장치(30)는 메시 데이터(335)로부터 2 차원 쉘 모델을 작성한다(S51). 2 차원 쉘 모델은 상이한 층에 있어서, 제1 절점부터 제4 절점까지가 같은 2 차원 좌표를 갖는 메시를 1 개로 집약한 것을, z 축의 좌표값이 작은 것부터 배열한 것이다. 즉, xy 평면에 각 층을 투영할 경우에, 겹친 메시를 집약한 것이다.

그리고, 구조 분석 장치(30)는 2 차원 메시 모델에 집약하는 각 메시에 있어서, 두께 방향으로 연속하는 재료를 특정한다(S52). 그리고, 구조 분석 장치(30)는 각 재료가 몇 층분 연속하는지에 의해 각 재료의 두께를 산출하여, 적층 쉘 데이터(336)를 생성한다(S53).

도 12는 적층 쉘 데이터의 데이터 구성예이다. 도 12의 메시 데이터는 「2 차원 메시 ID」, 제1 내지 제4까지의 「절점」, 「재료·두께 리스트」라고 하는 데이터 항목을 포함한다.

「2 차원 메시 ID」는 두께 방향(도 1 z 축 방향)으로 층 형상으로 존재하는 메시를, 2 차원 평면(도 1 xy 축 방향)에 투영할 때, 동일한 절점으로 특정할 수 있는 메시를 특정하는 식별자이다. 제1 내지 제4까지의 「절점」은 정방형인 2 차원 메시의 정점을 특정하는 좌표를 나타낸다.

「재료·두께 리스트」는 두께 방향으로 연속하는 재료와 두께를 쌍으로 한 리스트이다. 두께는 실제의 길이라도 좋고, 연속하는 층의 수라도 좋다. 후자의 경우, 유한 요소인 정육면체(70)의 변의 길이를 알 수 있으면, 길이로 환산할 수 있다.

또한, 도 12에 나타낸 바와 같은 적층 쉘 데이터(336)가 사용되는 경우, 도 6의 단계(S6)에서의 두께의 수정 처리는, 예컨대 「재료·두께 리스트」에서의 각 재료의 두께에 메시의 중앙에서의 위치에서의 「두께」(도 5의 두께 표(333))의 비율을 곱하는 것이 행해진다. 예컨대, 도 12의 2 차원 메시 ID가 1인 메시의 중앙 위치에서의 두께가 80 %로 설정되어 있는 경우, 도 6의 단계(S6)에서는 재료(M1)에 대응하는 두께(T11)에 0.8을 곱한 수치가 재료(M1)의 두께로서 수정된다. 2 차원 메시 ID가 1인 메시에 포함되는 다른 재료(M2, M3)에 대해서도 같은 처리가 행해진다.

도 13은 본 발명의 실시 형태에서의 구조 분석 장치(30)의 기능 블록도이다. 구조 분석 장치(30)의 제어부(31)는 제1 생성부(311), 제1 산출부(312), 제2 생성부(313), 제2 산출부(314), 제3 생성부(315), 조정부(316)를 포함한다. 제어부(31)의 각 기능부는 제어부(31)에 구비할 수 있는 도시 생략된 CPU로 실행되는 프로그 램으로서 실현되지만, 하드웨어에 의해 실현되는 것도 가능하다.

제1 생성부(311)는 분석 대상물을 복수의 유한 요소로 분할하여, 유한 요소의 위치와 재료가 대응되는 요소 분할 데이터(334)를 생성한다. 제1 산출부(312)는 유한 요소보다 큰 단위로 분석 대상물을 분할하는 메시를 복수 정의하고, 각 메시에 있어서, 메시에 포함되는 도체 함유율을 요소 분할 데이터에 기초하여 산출한다.

제2 생성부(313)는 산출된 도체 함유율이 소정의 임계값을 넘는 메시를 특정하고, 요소 분할 데이터의 재료 정보에 있어서, 특정된 메시에 포함되는 유한 요소의 재료를 도체로서 재기록하여 할 수 있는 메시 데이터(335)를 생성한다. 제2 산출부(314)는 각종 솔버를 이용하고, 메시 데이터에 기초하여 분석 대상물에 발생하는 물리량을 산출하여, 분석 결과를 출력한다.

또한, 구조 분석 장치(30)는 메시 데이터로부터 2 차원 좌표가 동일하게 되는 메시의 두께 방향으로, 동일한 재료가 연속하는 구간을 특정함으로써, 그 연속하는 재료와 연속하는 재료의 두께를 메시의 위치에 대응시킨 적층 쉘 데이터(336)를 생성하는 제3 생성부(316)를 구비하고 있어도 좋다. 그 경우, 제2 산출부(314)는 제3 생성부(136)에 의해 생성된 적층 쉘 데이터를 각종 솔버에 전달하여, 구조 분석을 행할 수 있다.

또한, 구조 분석 장치(30)는 메시 데이터(335)에 기초하여, 층마다 도체 함유율을 산출하고, 산출된 도체 함유율이 고밀도 기준값을 넘는 층에서, 도체 함유율을 줄이기 위해, 유한 요소의 재료를 도체 이외의 것으로 변경하고, 층마다 산출 되는 도체 함유율이 소정의 값 범위에 있도록 조정하는 조정부(316)를 구비하고 있어도 좋다.

이상의 설명으로는, 프린트 배선 기판(1)의 구조 분석을 행하는 경우를 설명하였지만, 본 실시 형태는 프린트 배선 기판(1)과 절단 길이(2)를 맞춘 것의 구조 분석을 행하는 경우에도 적용시킬 수 있다. 또한, 프린트 배선 기판(1)이나, 절단 길이(2)의 일부를 추출하여 구조 분석을 행하는 경우에도 적용시킬 수 있다

도 14는 프린트 배선 기판(1)의 일부를 추출하여 구조 분석을 행하는 모습을 설명하는 도면이다. 도 14에서는 도 2에 도시하는 BGA 수용부(13)를 추출하여 소정 온도에서의 응력의 분석을 행한 결과를 나타내는 화면(141)이 도시된다. 예컨대, 영역(142)은 뒤틀림이 큰 지점으로서 분류되는 영역이다.

본 실시 형태의 구조 분석 장치(30)는, 분석 대상물로서 프린트 배선 기판(1)에 탑재되는 전자 부품을 사용한 분석을 행할 수도 있다. 예컨대, 도 14에 도시되는 바와 같이, BGA 수용부(13)에 탑재되는 BGA(143)의 구조 분석에도 본 실시 형태가 적용된다. 또한, 이 경우, BGA(143)에 형성되는 메시를, BGA(143)를 탑재하는 BGA 수용부(13)와 같은 배치로 할 수 있다. 메시의 정의를 전자 부품측, 전자 부품의 탑재측에서 동일하게 함으로써, 각종 솔버에 의한 분석에 있어서, 간단한 구속 조건이나 경계 조건을 부여함으로써, 전자 부품 탑재시의 프린트 배선 기판의 구조 분석을 용이하게 행하는 것도 가능하게 된다.

이상으로 설명한 실시 형태에 의하면, 구조 분석 장치(30)가 프린트 배선 기판의 형상을 특정하는 CAD 데이터로부터, 구조 분석용 솔버에 전달하기 위한 메시 데이터를 자동 생성할 수 있다. 또한, 생성되는 메시 데이터는 메시 단위로 단일의 재료 특성을 갖도록 간략화(압축)되기 때문에, 메시에 포함되는 유한 요소마다 재료 특성을 정의하는 종래 기술보다 구조 분석 장치(30)는, 단시간이면서 저부하로 구조 분석에 필요한 계산을 실행할 수 있다.

또한, 구조 분석 장치(30)는 간략화(간주 처리) 전후에서의 도체 함유율을 층마다 비교하고, 소정의 오차 범위에 있도록, 간주 처리에 이용되는 임계값을 변경할 수 있으며, 간략화에 의해 예측 정밀도가 떨어지는 것이 방지된다. 또한, 구조 분석 장치(30)는 프린트 배선 기판의 일부를 추출하여 구조 분석을 행할 수도 있다.

또한, 구조 분석 장치(30)는 프린트 배선 기판에 탑재되는 전자 부품과, 그 전자 부품을 기판측에서 받는 부분에 관해서, 같은 메시를 정의함으로써, 프린트 배선 기판에 전자 부품을 실장하는 프로세스에서의 열·압력에 의한 뒤틀림 상태 등을 정확하게 단시간에 예측할 수 있고, 뒤틀림을 감소시키기 위한 대책 효과를 사전에 검증할 수 있다. 절단 길이에 관해서도 같은 분석이 가능하고, 구조 분석 장치(30)는 프린트 배선 기판의 제조 프로세스에서의 뒤틀림 등을 예측할 수도 있다.

이상 정리하면 부기와 같이 된다.

(부기 1)

물성이 상이한 복수의 재료로 형성되는 분석 대상물의 구조 분석을 행하는 구조 분석 장치에서 실행되는 구조 분석 방법으로서,

상기 구조 분석 장치가, 상기 분석 대상물을 복수의 유한 요소로 분할할 때, 상기 유한 요소마다, 상기 유한 요소의 위치를 특정하는 위치 정보와, 상기 유한 요소의 재료를 특정하는 재료 정보가 대응되는 요소 분할 데이터를 생성하는 공정과,

상기 구조 분석 장치가, 상기 유한 요소보다 큰 단위로 상기 분석 대상물을 분할하는 메시를 위치 정보에 의해 복수 정의하고, 각 메시에서 상기 요소 분할 데이터에 기초하여, 상기 메시에 포함되는 상기 유한 요소를 차지하는 상기 복수의 재료 중 하나의 재료 비율을 산출하는 공정과,

상기 구조 분석 장치가, 상기 산출된 하나의 재료 비율이 소정의 임계값을 넘는 메시를 특정하고, 상기 요소 분할 데이터의 재료 정보에 있어서, 상기 특정된 메시에 포함되는 상기 유한 요소의 재료가 상기 하나의 재료 이외의 것을, 상기 하나의 재료를 특정하는 재료 정보로 재기록한 메시 데이터를 생성하는 공정과,

상기 구조 분석 장치가, 상기 생성된 메시 데이터에 기초하여, 상기 분석 대상물에 발생하는 물리량을 산출하는 공정

을 갖는 것을 특징으로 하는 구조 분석 방법.

(부기 2)

부기 1에 있어서,

상기 구조 분석 장치가, 상기 요소 분할 데이터에 기초하여 산출되는 상기 분석 대상물을 차지하는 상기 하나의 재료의 제1 비율과, 상기 생성된 메시 데이터에 기초하여 산출되는 상기 분석 대상물을 차지하는 상기 하나의 재료의 제2 비율 을 산출하는 공정과,

상기 구조 분석 장치가, 상기 제1 비율과 상기 제2 비율이 소정의 오차 범위에 있지 않은 경우, 상기 소정의 임계값을 변경하여 상기 메시 데이터를 재생성하는 공정

을 더 갖는 것을 특징으로 하는 구조 분석 방법.

(부기 3)

부기 1 또는 2에 있어서,

상기 분석 대상물에는, 상기 유한 요소로의 분할에 의해 복수의 층이 형성되고,

상기 구조 분석 장치가, 상기 분석 대상물 표면의 소정 영역에 대응하는 위치를 상기 층마다 추출하는 공정을 더 가지며,

상기 메시는 상기 추출된 위치에 대해서 정의되는 것을 특징으로 하는 구조 분석 방법.

(부기 4)

부기 1 또는 부기 2에 있어서,

상기 구조 분석 장치가, 상기 생성된 메시 데이터에 기초하여 상기 분석 대상물을 차지하는 상기 하나의 재료 비율을 상기 층마다 산출하는 공정과,

상기 구조 분석 장치가, 상기 산출된 하나의 재료 비율이 고밀도 기준값을 넘는 상기 층에서, 상기 메시 데이터에 포함되는 소정의 유한 요소의 재료 정보를, 상기 분석 대상물을 형성하는 복수의 재료 중, 상기 하나의 재료 이외의 것으로 변경하고, 상기 층마다 산출되는 상기 하나의 재료 비율이 소정의 값 범위에 있도록 조정하는 공정

을 더 갖는 것을 특징으로 하는 구조 분석 방법.

(부기 5)

부기 1 또는 부기 2에 있어서,

상기 구조 분석 장치가, 상기 분석 대상물 표면의 소정 영역에 추가되는 부재를 새로운 분석 대상물로 하여, 새로운 메시 데이터를 생성하는 공정을 더 가지며,

상기 추가되는 부재에서의 메시 위치와, 이 추가되는 부재를 받는 상기 분석 대상물 표면의 소정 영역의 메시 위치가 일치하는 것을 특징으로 하는 구조 분석 방법.

(부기 6)

부기 1 또는 2에 있어서,

상기 메시의 위치 정보는, 상기 분석 대상물 표면에 형성되는 2 차원 좌표와 상기 표면에 직교하는 두께 방향의 위치를 조합한 3 차원 좌표에 의해 특정되고,

상기 구조 분석 장치가, 상기 2 차원 좌표가 동일해지는 상기 메시의 상기 두께 방향으로, 동일한 상기 재료가 연속하는 구간을 특정함으로써, 상기 연속하는 재료의 상기 재료 정보와 이 연속하는 재료의 두께를 상기 메시의 위치 정보에 대 응한 적층 쉘 데이터를, 상기 메시 데이터에 기초하여 생성하는 공정을 더 가지며,

상기 분석 대상물에 발생하는 물리량은, 상기 적층 쉘 데이터에 기초하여 산출되는 것을 특징으로 하는 구조 분석 방법.

(부기 7)

부기 1 또는 2에 있어서,

상기 구조 분석 장치는, 미리 상기 분석 대상물의 표면의 위치와 상기 다층 구조의 분석 대상물에서의 층 방향의 두께가 대응되는 두께 데이터가 저장되는 기억부를 가지며,

상기 구조 분석 장치가, 상기 두께 데이터에 기초하여, 상기 메시 데이터를 갱신하는 공정을 더 갖는 것을 특징으로 하는 구조 분석 방법.

(부기 8)

물성이 상이한 복수의 재료로 형성되는 분석 대상물의 구조 분석을 행하는 컴퓨터에,

상기 분석 대상물을 복수의 유한 요소로 분할할 때, 상기 유한 요소마다, 상기 유한 요소의 위치를 특정하는 위치 정보와, 상기 유한 요소의 재료를 특정하는 재료 정보가 대응되는 요소 분할 데이터를 생성하는 단계와,

상기 유한 요소보다 큰 단위로 상기 분석 대상물을 분할하는 메시를 위치 정보에 의해 복수 정의하고, 각 메시에 있어서, 상기 요소 분할 데이터에 기초하여, 상기 메시에 포함되는 상기 유한 요소를 차지하는 상기 복수의 재료 중 하나의 재료 비율을 산출하는 단계와,

상기 산출된 하나의 재료 비율이 소정의 임계값을 넘는 메시를 특정하고, 상기 요소 분할 데이터의 재료 정보에 있어서, 상기 특정된 메시에 포함되는 상기 유한 요소의 재료가 상기 하나의 재료 이외의 것을, 상기 하나의 재료를 특정하는 재료 정보로 재기록한 메시 데이터를 생성하는 단계와,

상기 생성된 메시 데이터에 기초하여, 상기 분석 대상물에 발생하는 물리량을 산출하는 단계

를 실행시키기 위한 프로그램.

(부기 9)

부기 8에 있어서, 상기 컴퓨터에,

상기 요소 분할 데이터에 기초하여 산출되는 상기 분석 대상물을 차지하는 상기 하나의 재료의 제1 비율과, 상기 생성된 메시 데이터에 기초하여 산출되는 상기 분석 대상물을 차지하는 상기 하나의 재료의 제2 비율을 산출하는 단계와,

상기 제1 비율과 상기 제2 비율이 소정의 오차 범위에 있지 않은 경우, 상기 소정의 임계값을 변경하여 상기 메시 데이터를 재생성하는 단계

를 더 실행시키는 것을 특징으로 하는 프로그램.

(부기 10)

부기 8 또는 9에 있어서,

상기 분석 대상물에는 상기 유한 요소로의 분할에 의해 복수의 층이 형성되 고,

상기 컴퓨터에, 상기 분석 대상물 표면의 소정 영역에 대응하는 위치를 상기 층마다 추출하는 단계를 더 실행시키며,

상기 메시는 상기 추출된 영역에 대해서 정의되는 것을 특징으로 하는 프로그램.

(부기 11)

부기 8 또는 9에 있어서,

상기 분석 대상물에는 상기 유한 요소로의 분할에 의해 복수의 층이 형성되고,

상기 컴퓨터에,

상기 생성된 메시 데이터에 기초하여 상기 분석 대상물을 차지하는 상기 하나의 재료 비율을 상기 층마다 산출하는 단계와,

상기 산출된 하나의 재료 비율이 고밀도 기준값을 넘는 상기 층에서, 상기 메시 데이터에 포함되는 소정의 유한 요소의 재료 정보를, 상기 분석 대상물을 형성하는 복수의 재료 중, 상기 하나의 재료 이외의 것으로 변경하여, 상기 층마다 산출되는 상기 하나의 재료 비율이 소정의 값 범위에 있도록 조정하는 단계

를 더 실행시키는 것을 특징으로 하는 프로그램

(부기 12)

부기 8 또는 9에 있어서,

상기 컴퓨터에, 상기 분석 대상물 표면의 소정 영역에 추가되는 부재를 새로 운 분석 대상물로 하여, 새로운 메시 데이터를 생성하는 단계를 더 실행시키고,

상기 추가되는 부재에서의 메시 위치와, 이 추가되는 부재를 받는 상기 분석 대상물 표면의 소정 영역의 메시 위치가 일치하는 것을 특징으로 하는 프로그램.

(부기 13)

부기 8 또는 9에 있어서,

상기 메시의 위치 정보는 상기 분석 대상물 표면에 형성되는 2 차원 좌표와 상기 표면에 직교하는 두께 방향의 위치를 조합한 3 차원 좌표에 의해 특정되고, 또한

상기 컴퓨터에, 상기 2 차원 좌표가 동일하게 되는 상기 메시의 상기 두께 방향으로 동일한 상기 재료가 연속하는 구간을 특정함으로써, 상기 연속하는 재료의 상기 재료 정보와 이 연속하는 재료의 두께를 상기 메시의 위치 정보에 대응시킨 적층 쉘 데이터를 상기 메시 데이터에 기초하여 생성하는 단계를 더 실행시키고,

상기 분석 대상물에 발생하는 물리량은, 상기 적층 쉘 데이터에 기초하여 산출되는 것을 특징으로 하는 프로그램.

(부기 14)

부기 8 또는 9에 있어서,

상기 컴퓨터는 미리 상기 분석 대상물의 표면의 위치와 상기 다층 구조의 분 석 대상물에서의 층 방향의 두께가 대응시킬 수 있는 두께 데이터가 저장되는 기억부를 가지며,

상기 컴퓨터에, 상기 두께 데이터에 기초하여, 상기 메시 데이터를 갱신하는 단계를 더 실행시키는 것을 특징으로 하는 프로그램.

(부기 15)

물성이 상이한 복수의 재료로 형성되는 분석 대상물의 구조 분석을 행하는 구조 분석 장치로서, 제어 프로그램을 포함하는 기억부와, 상기 제어 프로그램을 판독하여 실행하는 제어부를 가지며,

상기 제어부는,

상기 분석 대상물을 복수의 유한 요소로 분할할 때, 상기 유한 요소마다, 상기 유한 요소의 위치를 특정하는 위치 정보와, 상기 유한 요소의 재료를 특정하는 재료 정보가 대응되는 요소 분할 데이터를 생성하는 제1 생성부와,

상기 유한 요소보다 큰 단위로 상기 분석 대상물을 분할하는 메시를 위치 정보에 의해 복수 정의하고, 각 메시에 있어서, 상기 요소 분할 데이터에 기초하여, 상기 메시에 포함되는 상기 유한 요소를 차지하는 상기 복수의 재료 중 하나의 재료 비율을 산출하는 제1 산출부와,

상기 산출된 하나의 재료 비율이 소정의 임계값을 넘는 메시를 특정하고, 상기 요소 비율 데이터의 재료 정보에 있어서, 상기 특정된 메시에 포함되는 상기 유한 요소의 재료가 상기 하나의 재료 이외의 것을, 상기 하나의 재료를 특정하는 재료 정보로 재기록한 메시 데이터를 생성하는 제2 생성부와,

상기 생성된 메시 데이터에 기초하여, 상기 분석 대상물에 발생하는 물리량을 산출하는 제2 산출부를 상기 제어 프로그램을 실행하여 실현되는 것을 특징으로 하는 구조 분석 장치.

(부기 16)

부기 15에 있어서,

상기 제1 산출부는, 상기 요소 분할 데이터에 기초하여 산출되는 상기 분석 대상물을 차지하는 상기 하나의 재료 제1 비율과, 상기 생성된 메시 데이터에 기초하여 산출되는 상기 분석 대상물을 차지하는 상기 하나의 재료의 제2 비율을 더 산출하고,

상기 제2 생성부는, 상기 제1 비율과 상기 제2 비율이 소정의 오차 범위에 있지 않은 경우, 상기 소정의 임계값을 변경하여 상기 메시 데이터를 재생성하는 것을 특징으로 하는 구조 분석 장치.

(부기 17)

부기 15 또는 16에 있어서,

상기 제1 생성부는 상기 분석 대상물의 표면의 소정 영역에 대응하는 위치를 상기 층마다 추출하여 상기 요소 분할 데이터를 생성하며,

상기 제1 산출부는 상기 추출된 영역에 대해서 상기 메시를 정의하는 것을 특징으로 하는 구조 분석 장치.

(부기 18)

부기 15 또는 16에 있어서,

상기 생성된 메시 데이터에 기초하여 상기 분석 대상물을 차지하는 상기 하나의 재료 비율을 상기 층마다 산출하며, 상기 산출된 하나의 재료 비율이 고밀도 기준값을 넘는 상기 층에서, 상기 메시 데이터에 포함되는 소정의 유한 요소의 재료 정보를, 상기 분석 대상물을 형성하는 복수의 재료 중, 상기 하나의 재료 이외의 것으로 변경하여, 상기 층마다 산출되는 상기 하나의 재료 비율이 소정의 값 범위에 있도록 조정하는 조정부를 더 갖는 것을 특징으로 하는 구조 분석 장치.

(부기 19)

부기 15 또는 16에 있어서,

상기 제1 산출부는, 상기 분석 대상물 표면의 소정 영역에 추가되는 부재를 새로운 분석 대상물로 하여, 새로운 메시 데이터를 더 생성하고,

상기 추가되는 부재에서의 메시 위치와, 이 추가되는 부재를 받는 상기 분석 대상물의 표면의 소정 영역의 메시 위치가 일치하는 것을 특징으로 하는 구조 분석 장치.

(부기 20)

부기 15 또는 16에 있어서,

상기 메시의 위치 정보는, 상기 분석 대상물의 표면에 형성되는 2 차원 좌표 와 상기 표면에 직교하는 두께 방향의 위치를 조합한 3 차원 좌표에 의해 특정되고,

상기 2 차원 좌표가 동일하게 되는 상기 메시의 상기 두께 방향으로, 동일한 상기 재료가 연속하는 구간을 특정함으로써, 상기 연속하는 재료의 상기 재료 정보와 이 연속하는 재료의 두께를 상기 메시의 위치 정보로 대응시킨 적층 쉘 데이터를, 상기 메시 데이터에 기초하여 생성하는 제3 생성부를 더 가지며,

상기 제2 산출부는 상기 적층 쉘 데이터에 기초하여, 상기 분석 대상물에 발생하는 물리량을 산출하는 것을 특징으로 하는 구조 분석 장치.

(부기 21)

부기 15 또는 16에 있어서,

상기 기억부에는 미리 상기 분석 대상물의 표면 위치와 상기 다층 구조의 분석 대상물에서의 층 방향의 두께가 대응되는 두께 데이터가 저장되어 있으며,

상기 제2 생성부는 상기 두께 데이터에 기초하여, 상기 메시 데이터를 갱신하는 것을 특징으로 하는 구조 분석 장치.

본 발명에 의하면, 예측 정밀도를 떨어뜨리지 않고, 구조 분석 시간을 단축하는 구조 분석 방법을 실시할 수 있다.

Claims

물성이 상이한 복수의 재료로 형성되는 분석 대상물의 구조 분석을 행하는 구조 분석 장치에서 실행되는 구조 분석 방법으로서,

상기 구조 분석 장치에 있어서, 상기 분석 대상물을 복수의 유한 요소로 분할할 때, 상기 유한 요소마다, 상기 유한 요소의 위치를 특정하는 위치 정보와, 상기 유한 요소의 재료를 특정하는 재료 정보가 대응되는 요소 분할 데이터를 생성하는 공정;

상기 구조 분석 장치에 있어서, 상기 유한 요소보다 큰 단위로 상기 분석 대상물을 분할하는 메시를 위치 정보에 의해 복수개 정의하고, 각 메시에서 상기 요소 분할 데이터에 기초하여, 상기 메시에 포함되는 상기 유한 요소를 차지하는 상기 복수의 재료 중 하나의 재료 비율을 산출하는 공정;

상기 구조 분석 장치에 있어서, 상기 산출된 하나의 재료 비율이 소정의 임계값을 초과하는 메시를 특정하고, 상기 요소 분할 데이터의 재료 정보에 있어서 상기 특정된 메시에 포함되는 상기 유한 요소의 재료가 상기 하나의 재료 이외의 것을, 상기 하나의 재료를 특정하는 재료 정보로 재기록한 메시 데이터를 생성하는 공정; 및

상기 구조 분석 장치에 있어서, 상기 생성된 메시 데이터에 기초하여 상기 분석 대상물에 발생하는 물리량을 산출하는 공정

을 포함하는 것을 특징으로 하는 구조 분석 방법.
제1항에 있어서,

상기 구조 분석 장치가, 상기 요소 분할 데이터에 기초하여 산출되는 상기 분석 대상물을 차지하는 상기 하나의 재료의 제1 비율과, 상기 생성된 메시 데이터에 기초하여 산출되는 상기 분석 대상물을 차지하는 상기 하나의 재료의 제2 비율을 산출하는 공정; 및

상기 구조 분석 장치가, 상기 제1 비율과 상기 제2 비율이 소정의 오차 범위에 있지 않은 경우, 상기 소정의 임계값을 변경하여 상기 메시 데이터를 재생성하는 공정

을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 구조 분석 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 분석 대상물에는, 상기 유한 요소로의 분할에 의해 복수의 층이 형성되고,

상기 구조 분석 장치가, 상기 분석 대상물의 표면의 소정 영역에 대응하는 위치를 상기 층마다 추출하는 공정을 더 포함하며,

상기 메시는 상기 추출된 위치에 대해서 정의되는 것을 특징으로 하는 구조 분석 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 분석 대상물에는, 상기 유한 요소로의 분할에 의해 복수의 층이 형성되 고,

상기 구조 분석 장치가, 상기 생성된 메시 데이터에 기초하여 상기 분석 대상물을 차지하는 상기 하나의 재료 비율을 상기 층마다 산출하는 공정; 및

상기 구조 분석 장치가, 상기 산출된 하나의 재료 비율이 고밀도 기준값을 초과하는 상기 층에서, 상기 메시 데이터에 포함되는 소정의 유한 요소의 재료 정보를, 상기 분석 대상물을 형성하는 복수의 재료 중 상기 하나의 재료 이외의 것으로 변경하여, 상기 층마다 산출되는 상기 하나의 재료 비율이 소정의 값 범위에 있도록 조정하는 공정

을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 구조 분석 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 구조 분석 장치가, 상기 분석 대상물의 표면의 소정 영역에 추가되는 부재를 새로운 분석 대상물로 하여, 새로운 메시 데이터를 생성하는 공정을 포함하며,

상기 추가되는 부재에서의 메시 위치와, 상기 추가되는 부재를 받는 상기 분석 대상물의 표면의 소정 영역의 메시 위치가 일치하는 것을 특징으로 하는 구조 분석 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 메시의 위치 정보는 상기 분석 대상물의 표면에 형성되는 2 차원 좌표 와 상기 표면에 직교하는 두께 방향의 위치를 조합한 3 차원 좌표에 의해 특정되고,

상기 구조 분석 장치가, 상기 2 차원 좌표가 동일하게 되는 상기 메시의 상기 두께 방향으로 동일한 상기 재료가 연속하는 구간을 특정함으로써, 상기 연속하는 재료의 상기 재료 정보와 상기 연속하는 재료의 두께를 상기 메시의 위치 정보에 대응한 적층 쉘 데이터를, 상기 메시 데이터에 기초하여 생성하는 공정을 더 포함하며,

상기 분석 대상물에 발생하는 물리량은 상기 적층 쉘 데이터에 기초하여 산출되는 것을 특징으로 하는 구조 분석 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 분석 대상물에는 상기 유한 요소로의 분할에 의해 복수의 층이 형성되고,

상기 구조 분석 장치는 미리 상기 분석 대상물의 표면의 위치와 상기 다층 구조의 분석 대상물에서의 층 방향의 두께가 대응되는 두께 데이터가 저장되는 기억부를 가지며,

상기 구조 분석 장치가, 상기 두께 데이터에 기초하여 상기 메시 데이터를 갱신하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 구조 분석 방법.
물성이 상이한 복수의 재료로 형성되는 분석 대상물의 구조 분석을 행하는 컴퓨터에,

상기 분석 대상물을 복수의 유한 요소로 분할할 때, 상기 유한 요소마다 상기 유한 요소의 위치를 특정하는 위치 정보와, 상기 유한 요소의 재료를 특정하는 재료 정보가 대응되는 요소 분할 데이터를 생성하는 단계;

상기 유한 요소보다 큰 단위로 상기 분석 대상물을 분할하는 메시를 위치 정보에 의해 복수개 정의하고, 각 메시에서 상기 요소 분할 데이터에 기초하여, 상기 메시에 포함되는 상기 유한 요소를 차지하는 상기 복수의 재료 중 하나의 재료 비율을 산출하는 단계;

상기 산출된 하나의 재료 비율이 소정의 임계값을 초과하는 메시를 특정하고, 상기 요소 분할 데이터의 재료 정보에 있어서 상기 특정된 메시에 포함되는 상기 유한 요소의 재료가 상기 하나의 재료 이외의 것을, 상기 하나의 재료를 특정하는 재료 정보로 재기록한 메시 데이터를 생성하는 단계; 및

상기 생성된 메시 데이터에 기초하여 상기 분석 대상물에 발생하는 물리량을 산출하는 단계

를 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 판독가능한 기록 매체.
제8항에 있어서, 상기 컴퓨터에,

상기 요소 분할 데이터에 기초하여 산출되는 상기 분석 대상물을 차지하는 상기 하나의 재료의 제1 비율과, 상기 생성된 메시 데이터에 기초하여 산출되는 상기 분석 대상물을 차지하는 상기 하나의 재료의 제2 비율을 산출하는 단계; 및

상기 제1 비율과 상기 제2 비율이 소정의 오차 범위에 있지 않은 경우, 상기 소정의 임계값을 변경하여 상기 메시 데이터를 재생성하는 단계

를 더 실행시키는 것을 특징으로 하는 프로그램을 기록한 컴퓨터로 판독가능한 기록 매체.
물성이 상이한 복수의 재료로 형성되는 분석 대상물의 구조 분석을 행하는 구조 분석 장치로서, 제어 프로그램을 포함하는 기억부와, 상기 제어 프로그램을 판독하여 실행하는 제어부를 가지며,

상기 제어부는,

상기 분석 대상물을 복수의 유한 요소로 분할할 때, 상기 유한 요소마다 상기 유한 요소의 위치를 특정하는 위치 정보와, 상기 유한 요소의 재료를 특정하는 재료 정보가 대응되는 요소 분할 데이터를 생성하는 단계;

상기 유한 요소보다 큰 단위로 상기 분석 대상물을 분할하는 메시를 위치 정보에 의해 복수개 정의하고, 각 메시에 있어서 상기 요소 분할 데이터에 기초하여 상기 메시에 포함되는 상기 유한 요소를 차지하는 상기 복수의 재료 중 하나의 재료 비율을 산출하는 단계;

상기 산출된 하나의 재료 비율이 소정의 임계값을 초과하는 메시를 특정하고, 상기 요소 분할 데이터의 재료 정보에 있어서 상기 특정된 메시에 포함되는 상기 유한 요소의 재료가 상기 하나의 재료 이외의 것을, 상기 하나의 재료를 특정하는 재료 정보로 재기록한 메시 데이터를 생성하는 단계; 및

상기 생성된 메시 데이터에 기초하여 상기 분석 대상물에 발생하는 물리량을 산출하는 단계

를 상기 제어 프로그램을 실행하여 실현하는 것을 특징으로 하는 구조 분석 장치.