(57)【要約】【課題】伝送線路特性を有する高周波プリント基板の設計支援装置において、高周波プリント基板のパターン設計で、設計と解析が分業されず、電気特性の知識や、解析テクニックを必要とせず、電気特性デザインルールチェックが、オンタイムで実施できる高周波プリント基板板設計支援装置を提供する。【解決手段】高周波プリント基板のネットデータに対して伝送線路属性を付加する属性付加手段１２と、ネットデータに従って配線した信号線に伝送線路属性からリターンラインを自動的に作成するリターンライン発生手段１０とを備えたことを特徴とする。【選択図】図１
2006201906.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
伝送線路特性を有する高周波プリント基板の設計支援装置において、高周波プリント基板のネットデータに対して伝送線路属性を付加する属性付加手段と、ネットデータに従って配線した信号線に伝送線路属性からリターンラインを自動的に作成するリターンライン発生手段とを備えたことを特徴とする高周波プリント基板設計支援装置
【請求項２】
リターンライン発生手段はさらに、伝送線路属性からリターンラインにリターンラインネット情報を付加し、作成されたリターンラインが他のネットの異なるリターンラインに接続した場合、配線のやり直しを促す配線不備告知手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の高周波回路基板設計支援装置
【請求項３】
リターンラインをマージするリターンラインマージ手段を備えたことを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載の高周波プリント基板設計支援装置
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は高周波プリント配線板もしくはインターポーザーの設計支援装置に係わるものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、半導体パッケージを実装するプリント基板やＢＧＡ基板などのプリント配線板を設計する際に、ディジタル回路では、どのように配線するかということは考慮しなくてもよく、単につなげばよい、という点から設計が容易であり、また長所でもあった。しかしながら近年、信号周波数の高速化により基板サイズが相対的に大きくなったため、デジタル回路といえども信号をアナログ的に考慮しなければならなくなった。すなわち、反射・クロストーク・遅延・損失による信号劣化を最小に抑えるため、線路単体ではなく、グランドプレーンを近接させた伝送線路構造を用いるようになった。
【０００３】
高周波設計における基本指針のひとつは、インピーダンス整合である。それぞれの伝送線路構造における特性インピーダンスは、近似式で表現することが可能である。従って、例えば50Ωになるように、逆算的に線幅を求める。完全にインピーダンス整合された理想的な場合には、信号の反射は全く生じない。
【０００４】
ここで、一連の設計工程の一例を述べる。まずどのような伝送線路構造を採用するかを決め、次に指定された特性インピーダンスの値になるように線幅を求めてから、パターン配線を行う。隣接するプレーンから影響を受けることもあるため、パターン配線後に再び特性インピーダンスを検証し、何らかの不備があった場合には、適当な工程まで戻ってやり直す。
【０００５】
従来は、このように、パターン設計とインピーダンス解析とを分業していた。設計担当者は設計を、解析担当者は解析を、専業で行っていた。解析担当者は一部のスペシャリストなので人数も限られていたし、このような業務フローではフィードバックループも大きかったが、需要が特殊品に限られたため、業務に多大な支障をきたすことはなかった。
【０００６】
しかしながら近年、高周波対応が日常的に求められるに従い、設計・解析業務の効率化が求められるようになった。そこで本出願人は、伝送線路構造や特性インピーダンスなど、電気特性的なデザインルールを制定し、そのルールを設計支援装置に組み込むことを開示した。自動的に設計支援装置が電気特性的なデザインルールチェックをかけてくれるのである（特許文献１）。
【０００７】
この設計支援装置の機能は、予めネットに属性情報を付加する仕組みになっている。単なる接続情報であるネットに対して、伝送線路構造や特性インピーダンスなど、電気特性的な情報を付加する。このネット属性をもとに演算を行い、電気特性的なチェックをかけるものである。
【０００８】
ここで重要なのは、どのようなネット属性を用いて、どのような演算を行うのかということである。もちろん、多量の情報をもとに詳細な演算を行えば、高精度なチェックが可能であろう。しかしながらそれでは、基本的な計算量は、従来と変わらない。電気特性の知識や解析のテクニックを持っていない設計者であっても、配線を行いながらオンタイムでチェックできるようにするためには、支配的なパラメタのみを抽出し、シンプルなシステムを構築する必要がある。
【０００９】
本出願人が開示した設計支援装置では、以上のように、ネットの属性情報のもつ高周波特性に応じてデザインルールチェックを実施できるものである。しかし、パターン設計を実行する上で、高周波特性に係るルールを自動的にオンタイムで計算して、自動設計したものではなかった。
【００１０】
従来から、パターン設計の自動化として、ペアラインやバスラインを一度に配線する機能というのはある。しかしながら、層をまたいで一度にパターンを扱うことはできない。この機能が、伝送線路を考慮するためではなく、作画作業の省力化を狙ったものだからである。
【００１１】
また、信号劣化を抑えるための配線設計技術としては、特許文献２等があるが、信号の反射については考慮されていない。すなわち、インピーダンス整合という概念をもたず、配線は単線であって伝送線路ではない。
【００１２】
以上のように、従来の高周波プリント配線板の設計では、設計と解析が分業されていて非効率であること。電気特性の知識や、解析テクニックを持っている設計者の人数が少ないこと。開発した電気特性デザインルールチェックが、完全なオンタイムではないこと、等の問題があった。
以下に先行出願の文献、従来技術の公知文献等を示す。
【００１３】
【特許文献１】特願２００４−２１８３７２号
【特許文献２】特公平０７−０５４５３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、以上の問題点を解決するもので、高周波プリント基板のパターン設計で、設計と解析が分業されず、電気特性の知識や、解析テクニックを必要とせず、電気特性デザインルールチェックが、完全なオンタイムで実施できる高周波プリント基板板設計支援装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、以上のような課題に鑑みなされたもので、請求項１の発明は、伝送線路特性を有する高周波プリント基板の設計支援装置において、高周波プリント基板のネットデータに対して伝送線路属性を付加する属性付加手段と、ネットデータに従って配線した信号線に伝送線路属性からリターンラインを自動的に作成するリターンライン発生手段とを備えたことを特徴とする高周波プリント基板設計支援装置としたものである。
【００１６】
本発明の請求項２の発明は、リターンライン発生手段はさらに、伝送線路属性からリターンラインにリターンラインネット情報を付加し、作成されたリターンラインが他のネットの異なるリターンラインに接続した場合、配線のやり直しを促す配線不備告知手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の高周波回路基板設計支援装置としたものである。
【００１７】
本発明の請求項３の発明は、リターンラインをマージするリターンラインマージ手段を備えたことを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載の高周波プリント基板設計支援装置としたものである。
【００１８】
本発明ではまず、属性付加手段で、ネットを拡張し、リターンラインを必要とするシグナルラインのネットに対し、伝送線路のタイプやリターンライン用ネット（参照GNDネット）などの属性情報を付加する。事前に属性を付加したものがあれば、本装置で付加しなくても良い。設計者がシグナルラインをネットデータに従って仮配線すると、リターン発生手段によって隣接層の直上または直下に、太いライン状のプレーンを自動的に仮作成する。なお、伝送線路形態がコプレーナー型等、シグナルラインと同層に作成する場合は、リターンラインをシグナルラインに一定の距離で並行させ、シグナルラインと同層に自動的に仮作成する。あるいは、リターンライン用の別のレイヤーに仮作成し、最終的にシグナルライン層にパターン合成しても良い。
【００１９】
従って配線するだけで、電気特性の知識や、解析テクニックを必要とせずリターンラインを設計できる。
【００２０】
また、本発明ではさらに、リターンライン発生手段により、シグナルラインのネットの伝送線路属性からリターンラインにリターンラインネット（参照GNDネット）情報を付加する。そして、リターンライン発生手段により作成されたリターンラインが他のネットの異なるリターンラインに接続した場合、配線のやり直しを促す配線不備告知手段を備えている。
【００２１】
従って、電気特性デザインルールチェックが、リターンラインに完全にオンタイムで実施でき、接続が不具合である場合、容易にやり直しがオンタイムで実施できる。
【００２２】
また、本発明では、さらにリターンラインをマージするリターンラインマージ手段を備えている。
【００２３】
従って、分離された同じ参照ＧＮＤネットを持つリターンラインを接続し、同じバイアスとすることが容易に出来、電気特性デザインルールチェックが、リターンラインに完全にオンタイムで実施できる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の方法は以上のような構成であるから、高周波基板設計の効率化が可能であり、また、高度な解析技術をもたない設計者であっても高周波基板の設計が可能で、さらに伝送線路チェックを、完全なオンタイムでかけることが可能になる高周波プリント基板設計支援装置とすることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、図を用いて本発明を説明する。図３は、マイクロストリップラインの一例を平面で示す部分説明図で、シグナルライン１およびリターンライン２から成るマイクロストリップライン３である。図４はそれを断面で示した説明図である。シグナルライン１とリターンライン２と間には、絶縁層４が形成されている。図３では絶縁層４は図示していない。
【００２６】
本発明に係る高周波プリント基板設計支援装置の一実施形態例でのブロック構成を図１に示す。メインのブロックであるリターンライン発生手段１０、リターンラインマージ手段１３を含む配線パターン作成手段５を中心にして、設計者とのユーザーインターフェースとなるデータ入力手段６、配線パターンの作成結果をモニタなどに表示する表示手段７、配線パターンの電気的な接続状況を表現するネットを生成するネット生成手段８、それに含まれるネットの属性を付加する属性付加手段１２、配線パターンの形状や寸法あるいはその他の特性をチェックするデザインルールチェック手段９、それに含まれる配線不備告知手段１１が、システム的に接続されている。設計者が入力手段６によって、入力したデータや命令は、配線パターン作成手段５で配線パターンとなって作成され、その過程で必要に応じてネット生成やデザインルールチェックを行う場合には、ネット生成手段８、デザインルールチェック手段９が呼び出される。また、配線パターン作成手段５で配線パターンが作成されていく過程で、表示手段７は必要なタイミングでモニタにその経過を表示し、設計者が効率的に設計を進められるようになっている。なお、デザインルールチェック装置として構成する場合には、配線パターン作成手段５は必ずしも必要ではない。但し、実用上、配線パターンのチェックだけを専門的に行うよりは、チェックの結果エラーや警告が発生した配線パターンを修正する簡易な配線パターン作成手段５を備えていた方が、設計効率が上昇し、好ましい。また、ネットを一部あるいは全部を外部の装置で作成し、そのネットを利用しても良い。この場合は、ネット入力手段を追加するか、入力手段にネット入力の機能を追加しても良い。また、ネットを全部外部で作成する場合は、ネット生成手段を削除することもできる。
【００２７】
本実施の形態例の高周波プリント基板設計支援装置で設計するフローを図２に示す。この場合、対象となるシグナルライン１のネットデータに、属性付加手段１２で、伝送線路のタイプやリターンライン用ネット（参照GNDネット）などの属性をネットデータに付加しておく。つぎに、シグナルラインを入力手段６で始点、中間点、終点などをクリックすると、配線パターン作成手段５によりライン１パターンが作成される（Ｓ１）。それに加えて、リターンライン発生手段１０によりリターンライン２も隣接層に作成される（Ｓ３）。このとき、リターンラインには、リターンライン発生手段で、属性付加手段で付加されたネットの情報が付加される（Ｓ２）。また、リターンライン２は、ラインからみてプレーンと見なすことができる十分な幅をもつラインの形状をしている。尚パターン作成は、例えば予め設定された禁止領域を避けるように作成するなど、従来の設計支援装置に従った機能を配線パターン作成手段に持たせて良い。
【００２８】
リターンライン２を発生した後に、デザインルールチェック手段９で発生したリターンラインとすでに作成されたリターンラインまたは、グランドプレーンとの接続状況をチェックし、リターンラインが、異なるネット情報の付加されたリターンラインまたは、グランドプレーンに接続されていた場合、配線不備告知手段１１で表示手段７に不備を告知する（Ｓ４）。告知された場合、他の配線方法（他の中間点など）を再度クリックして入力する（Ｓ１）。すでに作成されたリターンラインまたは、グランドプレーンと接続されていない場合、他のシグナルラインについて配線する（Ｓ１）。全てのシグナルラインを配線した場合、同じネットの付与されたグランドプレーンをリターンラインマージ手段１３でマージする（Ｓ５）。
【００２９】
マージの方法を例示する。まず、リターンライン発生手段１０で作成したリターンラインどおしで、同一ネットをもつものはマージする。このため、マージする相手を探索する。以下の順で実施する。
（１）リターンラインを太らせる。
ラインの中心軌跡を変えずに、アパーチャサイズ（配線幅またはライン幅）を大きくしていく。アパーチャサイズは段階的に大きくしていき、隣接するリターンラインどおしが接触した時点で終了する。（アパーチャサイズが上限に達した場合はその時点で終了）
（２）次に、リターンライン間に残っている空間を埋める。
ラインの輪郭を抽出し、指定した長さ以下の線分に分割し、それぞれを一辺とする長方形を作成する。もう一辺の長さは段階的に大きくしていき、隣接するリターンラインどおしが接触した時点で終了する。これをくり返してリターンライン間に残っている空間を埋める。リターンライン間に残っている空間が、独立したエリア（窓）となった場合には単に埋めれば良い。
（３）最終的なグランドプレーンにおいて、指定サイズ以下の微小な突起は消去し、なめらかな輪郭になるように整形する。
【００３０】
本願では、リターンラインに、リアルタイムでパターンを発生したり、デザインルールを実施したりすることから、有効なアプリケーションとして通常の配線手段またはパターン設計手段を利用するのが好ましい。バスは基本的に平行に配線されるため、アパーチャ変更といったより簡易な方法でも対処することが可能である。このようなことから、上記（１）を実行してから（２）を実行したほうが好ましい。
【００３１】
なお、当然ながら、上記の一実施の形態例は、マイクロストリップラインに限定する趣旨ではなく、他の伝送線路構造でも同様である。またリターンラインや、グランドプレーンがグランド電圧でなく、電源電圧にバイアスされている場合でも、同様に判別してマージする。また、シグナルラインの配線が終る毎に、リターンラインをマージしても良い。
【００３２】
また、配線パターン作成時にはいくつかのレイヤーにも自動的に各種のパターンを自動的に仮作成することも出来る。各種のパターンとは例えば、クリア禁止パターンやビア禁止パターンである。
クリア禁止パターンについて説明する。グランドプレーンのように面積の広いパターンに対し、積層工程で発生するガスを放出させるため（プレーンを平坦に保つため）、例えば円形状の抜きパターンを格子状などに設けることがあり、そのパターンをクリアと呼んでいる。通常クリアは特定のレイヤーに作成し、グランドプレーン層から引き算の演算をし、抜きパターン状のグランドプレーンを作成する。しかし、このクリアをシグナルラインの直上または直下に設けことは、伝送線路として好ましくない。これを避けるために、本発明により作成したシグナルラインから所望の禁止パターンをクリア禁止ラインに自動作成しておくことができる。そして後にクリアを作成するときに、このクリア禁止ラインを参照する。
またビア禁止パターンは、リターンラインを設けたシグナルラインについて、リターンラインとは反対の層に、シグナルラインの直上にはビアを設けないようにするためのパターンである。このために、本発明では、ビア禁止パターンを、リターンラインを設けたシグナルラインの直上にビアを設けないようにするための、所望の禁止パターンをビア禁止レイヤーに自動作成できる。後にビアを作成する場合、この禁止レイヤーを参照し、作成する。
【００３３】
クリア禁止パターンやビア禁止パターンは、上記のように後々クリアやビアを追加する際に、それらが信号ラインの直上または直下に設けられては、伝送線路として好ましくなく、これを避けるために自動作成されるものである。
【００３４】
上記の例で示した高周波プリント基板設計支援装置を用いた実施例を以下に示す。
【実施例１】
【００３５】
シグナルラインのネットＸに対して、伝送線路形態＝マイクロストリップライン、参照GND＝Ｙという属性情報が設定されている場合を示す。ネットＸのデータに対して、これらの属性を属性付加手段で付加する。
【００３６】
ネットＸには、マイクロストリップライン属性が付いているので、隣接する上下どちらかの層が参照GND層になる。配線層として最上層または最下層を選択した場合には、自動的に決まる。その層に対して、配線層にラインを引くのと同時に、太いライン状のGNDプレーンが自動的に仮作成される。その幅は、シグナルラインからみて十分にプレーンと見なすことができる幅である。例えばシグナルライン幅が40μｍで信号周波数が１GHzの場合には、GNDラインの幅は400μｍである。入力手段でネットＸの始点、中間点、終点を入力し、配線パターン作成手段、リターンライン発生手段により、ラインパターン、ＧＮＤプレーンを仮作成する。
【００３７】
仮作成した太いライン状のGNDプレーンにはネットＹが自動的に付加されているが、異なるネットをもつパターンと接続している場合には、シグナルラインの仮配線を中止し、再入力する。同一のネットをもつパターンと接続している場合には、設計を続行する。当然ながら、パターンと接続していない場合も、設計を続行する。また、ラインパターン作成と同時に上記のクリア禁止レイヤーに自動作成しておく。さらに、所望のビア禁止パターンをビア禁止レイヤーに自動作成する。
【実施例２】
【００３８】
ネットＸに対して、伝送線路形態＝マイクロストリップライン、特性インピーダンス＝50Ω、参照GND＝Ｙという属性値が設定されている場合を示す。
【００３９】
まず、層数や基材などの層構成を決める。層構成は以下の全てに影響を与える非常に重要なファクターであるが、ただし、担当設計者が決める必要はない。発注者および営業および設計および製造など、各部門の代表者で協議の上、決めるものである。したがって、本発明で扱っている設計段階において、すでに層構成は決定済みとする。それぞれの層における、誘電率や誘電正接などの物性値もすでに設定済みとする。すなわち担当設計者は、ライブラリから指定の層構成を選択するところから始めればよい。
【００４０】
層構成の他に、設定済みのデータとしては、インピーダンステーブルがある。設計支援装置にシミュレータを組み込んだり、外部のものとリンクさせたりする方法もあるが、開発したツールでは使用時における手軽さを重視し、予め作成したテーブルを用いている。ただし、記載されていない値については補完できるようになっている。層構成の情報およびインピーダンステーブルから、50Ωのマイクロストリップラインの線幅を求める。
【００４１】
従って、ある層においてネットＸを配線する際には、従来のように線幅を設定する必要がない。自動的に設定された線幅で引けばよい。
【００４２】
ネットＸには、マイクロストリップライン属性が付いているので、隣接する上下どちらかの層が参照GND層になる。配線層として最上層または最下層を選択した場合には、自動的に決まる。その層に対して、配線層にラインを引くのと同時に、GNDラインが仮作成される。GNDラインの幅は、シグナルラインからみて十分にプレーンと見なすことができる幅である。入力手段でネットＸの始点、中間点、終点を入力し、配線パターン作成手段、リターンライン発生手段により、ラインパターン、ＧＮＤプレーンを仮作成する。
【００４３】
仮作成した太いライン状のGNDプレーンにはネットＹが自動的に付加されているが、異なるネットをもつパターンと接続している場合には、シグナルラインの仮配線を中止し、再入力する。同一のネットをもつパターンと接続している場合には、設計を続行する。当然ながら、パターンと接続していない場合も、設計を続行する。また、ラインパターン作成と同時に上記のクリア禁止レイヤーに自動作成しておく。さらに、所望のビア禁止パターンをビア禁止レイヤーに自動作成する。
【実施例３】
【００４４】
ネットグループＧに対して、伝送線路形態＝マイクロストリップライン、特性インピーダンス＝50Ω、参照GND＝Ｙという属性値が設定されている場合を示す。
層構成の情報およびインピーダンステーブルから、50Ωとなるように自動的に求められた線幅で仮配線すればよい。
【００４５】
ネットグループＧに属するネットＸ、Ｚは、同時にライン束として引かれるが、配線層にライン束を引くのと同時に、GNDプレーンが仮作成される。仮作成したひとつのGNDプレーンにはネットＹが自動的に付加されているが、異なるネットをもつパターンと接続している場合には、シグナルラインの仮配線を中止する。同一のネットをもつパターンと接続している場合には、設計を続行する。当然ながら、パターンと接続していない場合も、設計を続行する。
【実施例４】
【００４６】
ネットＸに対して、伝送線路形態＝マイクロストリップライン、参照GND＝Ｙという属性値が設定されている場合を示す。
【００４７】
ネットＸには、マイクロストリップライン属性が付いているので、隣接する上下どちらかの層が参照GND層になり、その層に対して、配線層にラインを引くのと同時に、太いライン状のGNDプレーンが自動的に仮作成される。その幅は、信号ラインからみて十分にプレーンと見なすことができる幅である。例えばシグナルライン幅が40μｍで信号周波数が１GHzの場合には、GNDラインの幅は400μｍである。
【００４８】
仮作成した太いライン状のGNDプレーンどおしで、同一ネットをもつものはマージする。マージする方法としては、上記に示した方法と同様である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明に係る高周波プリント基板設計支援装置の一実施形態例でのブロック構成である。
【図２】本発明に係る高周波プリント基板設計支援装置で設計するフローチャートである。
【図３】マイクロストリップライン一例を平面で示す部分説明図である。
【図４】マイクロストリップライン一例を断面で示す部分説明図である。
【符号の説明】
【００５０】
１・・・シグナルライン
２・・・リターンライン
３・・・マイクロストリップライン
４・・・絶縁層
【図１】
2006201906.tif 000003
【図２】
2006201906.tif 000004
【図３】
2006201906.tif 000005
【図４】
2006201906.tif 000006