(57)【要約】【課題】機能ごとのブロック間の接続関係を考慮しつつ、プリント配線板上への実装部品の配置位置を決定できるプリント配線板部品自動配置装置を得ること。【解決手段】プリント配線板上に実装する部品の配置位置を決定するプリント配線板部品自動配置装置であって、プリント配線板の構造を示す基本設計情報、部品の組み合わせを示す組み合わせ情報、及び部品をプリント配線板に実装する上での制約を示す制約情報を記憶する補助記憶部１と、設計基本情報及び組み合わせ情報に基づいて、複数の部品が組み合わさって形成される機能ブロックの形状を示す機能ブロック形状情報を生成する機能ブロック生成部１４と、制約情報に基づいて、機能ブロックの相関度を算出するブロック相関制御部１５と、設計基本情報及び機能ブロック形状情報に基づいて、各機能ブロックのプリント配線板上での配置位置を、相関度に応じた順番で決定するブロック自動配置部１７とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プリント配線板上に実装する部品の配置位置を決定するプリント配線板部品自動配置装置であって、
前記プリント配線板の構造を示す設計基本情報を記憶する手段と、
前記プリント配線板上に実装する部品の組み合わせを示す組み合わせ情報を記憶する手段と、
前記設計基本情報及び前記組み合わせ情報に基づいて、前記部品が複数組み合わさって形成される機能ブロックの形状を示す機能ブロック形状情報を生成する手段と、
前記部品を前記プリント配線板に実装する上での制約を示す制約情報を記憶する手段と、
前記制約情報に基づいて、前記機能ブロック同士の相関度を算出する手段と、
前記設計基本情報及び前記機能ブロック形状情報に基づいて、複数の前記機能ブロックの各々の前記プリント配線板上での配置位置を、前記相関度に応じた順番で決定する配置位置決定手段とを有することを特徴とするプリント配線板部品自動配置装置。
【請求項２】
前記プリント配線板を、前記設計基本情報に基づいた大きさで、仮想的に区画する手段をさらに有し、
前記配置位置決定手段は、前記複数の機能ブロックの各々を、前記プリント配線板のいずれの区画においても重複しないように配置することを特徴とする請求項１記載のプリント配線板部品自動配置装置。
【請求項３】
前記機能ブロックを配置後に部品間の隙間を検出する隙間検出手段をさらに有し、
前記配置位置決定手段は、前記隙間検出手段の検出結果に基づいて部品間隔を調整して、前記プリント配線板上に空き領域を平均的に配置することを特徴とする請求項１又は２記載のプリント配線板部品自動配置装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリント回路板を設計する際に、ＣＡＤ上で実際のプリント配線板の外形を模した領域に実装しようとする電子部品を配置する作業において、電子部品の組み合わせによる機能を正確に動作させるための機能ブロック及び機器組み込みのための複雑な配置制約を考慮して、有効な実装可能領域に自動で均等に部品配置作業を実装するプリント配線板部品自動配置装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
多数の電子部品を搭載するプリント配線板を設計する際には、部品配置作業に多大な時間が必要である。近年の電子機器は、小型化に伴ってプリント基板が複雑な外形形状を有するとともに配置できる部品に高さなどの制限が多くなっている。さらに、電子機器の高機能化に伴って機能を考慮した部品配置も必要となっている。このため、プリント配線板を設計する際には、部品レイアウトを決定するために試行錯誤を繰り返さなければならないことが多い。
【０００３】
このような従来の設計プロセスでは、人手による部品配置及び位置修正を何度も繰り返すため、制限の遵守事項が守られなかったり、適切な部品配置を得るために膨大な時間が必要となるという問題がある。
【０００４】
また、接続数に応じて部品の領域を予め大きく確保する手法では、近年の１０００ピンを越えるようなＢＧＡ（Ball Grid Array）やＱＦＰ（Quad Flat Package）を用いた場合には過剰な領域確保が必要となり、最適な部品配置が得られない。
【０００５】
プリント配線板上の部品レイアウトを自動的に行うシステムの一例が、特許文献１〜５に開示されている。特許文献１に開示されるシステムは、メモリ、バスなどの大きな回路ブロックに分類し、信号の流れを考慮して部品を自動配置するものである。
【０００６】
特許文献２に開示されるシステムは、部品間の接続数を考慮して、接続数の多い部品同士を近接して配置するものである。
【０００７】
特許文献３に開示されるシステムは、部品の接続数を考慮して予め部品の外形を大きくしておくことによって配線の領域を確保するものである。
【０００８】
特許文献４に開示されるシステムは、近接して配置したい部品を予め知識データベースに登録しておき、知識データベースに登録されている情報に従って部品を自動配置するものである。
【０００９】
特許文献５に開示されるシステムは、部品間の接続数から部品同士の緊密度を定義し、ある程度の複数の部品をグループ化してレイアウトするものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平０４−２８６０７７号公報
【特許文献２】特開平０５−１５９０２３号公報
【特許文献３】特開平０６−３３２９８５号公報
【特許文献４】特開平０７−２００６５５号公報
【特許文献５】特開平０７−２９６０１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献１の方法では、大きな回路ブロック単位に分割し、単に接続を考慮するのみであるため、広い配置領域を確保できるプリント配線板では実用性はあるが、複雑な外形のプリント配線板や搭載部品に制限があるプリント配線板への対応は難しい。その上、部品が一定間隔で配置されるため、部品を実装可能領域に均等に配置することはできない。
【００１２】
特許文献２の方法では、単純な接続数のみを考慮するため、多ピンの電子部品同士を近接させるのみで、クロックやバスなどの重要な信号を考慮した配置は得られない上に、特許文献１と同様に複雑な外形形状を有するプリント配線板には対応できない。
【００１３】
特許文献３の方法では、多ピンの電子部品を多用した場合、過剰な領域を確保することになるため、高密度実装が不可となる場合がある。
【００１４】
特許文献４の方法では、特許文献１と同様に、複雑な外形形状を有するプリント配線板の場合には実際の基板外形上に適切に配置することができない。
【００１５】
特許文献５の方法では、接続数と緊密度とが必ずしも一致するわけではないため、特許文献１、２と同様に、最適なレイアウトとならないことに加え、複雑な外形形状を有するプリント配線板の場合には実際の基板外形上に適切に配置することができない。
【００１６】
このように特許文献１〜５は、いずれも部品間の相対的な位置関係を峻別するものであり、複雑な外形や制限事項を考慮して部品を均等に配置することはできなかった。
【００１７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、機能ごとのブロック間の接続関係を考慮しつつ、プリント配線板上への実装部品の配置位置を決定できるプリント配線板部品自動配置装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、プリント配線板上に実装する部品の配置位置を決定するプリント配線板部品自動配置装置であって、プリント配線板の構造を示す基本設計情報を記憶する手段と、プリント配線板上に実装する部品の組み合わせを示す組み合わせ情報を記憶する手段と、設計基本情報及び組み合わせ情報に基づいて、部品が複数組み合わさって形成される機能ブロックの形状を示す機能ブロック形状情報を生成する手段と、部品を前記プリント配線板に実装する上での制約を示す制約情報を取得する手段と、制約情報に基づいて、機能ブロック同士の相関度を算出する手段と、設計基本情報及び機能ブロック形状情報に基づいて、複数の前記機能ブロックの各々のプリント配線板上での配置位置を、相関度に応じた順番で決定する配置位置決定手段とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、機能ごとのブロック間の接続関係を考慮しつつ、プリント配線板上への実装部品の配置位置を決定できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本発明にかかるプリント配線板部品自動配置装置の実施の形態の構成を示す図である。
【図２】図２は、実施の形態にかかるプリント配線板部品自動配置装置の動作の流れを示すフローチャートである。
【図３】図３は、機能ブロックの一例を示す図である。
【図４】図４は、配線板実装メッシュ生成部が生成するメッシュの一例を示す図である。
【図５】図５は、メッシュの制約を考慮したプリント配線板へのピースの配置の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に、本発明にかかるプリント配線板部品自動配置装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００２２】
実施の形態．
図１は、本発明にかかるプリント配線板部品自動配置装置の実施の形態の構成を示す図である。プリント配線板部品自動配置装置は、演算・制御部１０、主記憶部２０、入力部２２、表示部２４、出力部２６、及び補助記憶部１を有する。演算・制御部１０は、プリント配線板部品自動配置装置を制御する機能部であり、例えばＣＰＵである。主記憶部２０は、演算・制御部１０がデータ等を展開するワークスペースであり、例えばＲＡＭである。入力部２２は、ユーザが情報やコマンドの入力操作を行うためインタフェースである。表示部２４は、レイアウト結果などの情報をユーザに提示するためのインタフェースであり、例えばＬＣＤである。出力部２６は、レイアウト結果などの情報を出力する機能部であり、例えば情報を紙などの媒体に記録して出力するプリンタである。
【００２３】
演算・制御部１０は、入出力制御部１１、表示制御部１２、設計制約判断部１３、機能ブロック生成部１４、ブロック相関制御部１５、配線板実装メッシュ生成部１６、ブロック自動配置部１７を有する。入出力制御部１１は、入力部２２及び出力部２６を制御する。表示制御部１２は、表示部２４に情報を表示するための制御を行う。設計制約判断部１３は、配線方法に制約がある配線に制約を設定するための制御を行う。機能ブロック生成部１４は、複数の部品が組み合わさって特定の機能を実現する場合に、それら部品群を機能ブロックとしてグループ化する。ブロック相関制御部１５は、機能ブロック同士の相関関係を算出する。配線板実装メッシュ生成部１６は、プリント配線板を所定の大きさのメッシュに分割し、各領域に対して部品の配置に関して何らかの制限がある場合にはその制限の内容を表す情報を付加する。ブロック自動配置部１７は、機能ブロックの各々について、プリント配線板上のどの領域に配置するかを決定する。
【００２４】
補助記憶部１は、設計基本情報（一般的なプリント配線板ＣＡＤ（Computer Aided Design）で用いられている情報と同様のプリント配線板の接続情報、外形情報、配線やヴィアの禁止領域情報、層構成定義情報、ヴィア定義情報など）、設計制約情報（クロック、バス、等長、タイミング、インピーダンスコントロールなどの指定）、部品の組み合わせ情報としての機能ブロック情報（フィルタ、ダンピング、パスコンデンサ／終端抵抗など）の情報を記憶する。
【００２５】
図２は、本実施の形態にかかるプリント配線板部品自動配置装置の動作の流れを示すフローチャートである。
【００２６】
演算・制御部１０は、設計基本情報を補助記憶部１から得て、主記憶部２０に展開する（ステップＳ１）。
【００２７】
さらに、展開された設計基本情報に対して、設計制約情報を設計制約判断部１３で得て、主記憶部２０に情報を追加展開する。展開された基本情報に対して、外部機器との位置関係が固定される部品（コネクタなど）や、放熱用のフィンなどを設ける必要があって搭載面が限定される部品などに対して制約条件を入力部２２から設定する（ステップＳ３）。
【００２８】
部品に対して自動で配置を実施するための基本設定として、個別の部品間の最小間隙と配線作業を考慮して、部品間隙に何本配線が可能であるかやヴィアが何個配置可能かに基づいて部品間隔を入力部２２から追加設定する。また、部品を搭載して良い面である否かについても入力部２２から追加設定する（ステップＳ５）。
【００２９】
機能ブロック生成部１４は、入力部２２を介して入力された情報（回路図、部品種類、品名の組み合わせなど）及び補助記憶部１に記憶している機能ブロック情報に基づいて、協働する部品を一つの機能ブロックとしてまとめる。例えば、レイアウトの対象がアナログ回路基板や電源回路基板などのプリント配線板である場合には、機能ブロック生成部１４は、複数の部品の組み合わせによって機能を実現する部品群（フィルタ回路など）を機能ブロックとしてまとめる。一方、レイアウトの対象がデジタル回路基板のプリント配線板である場合には、機能ブロック生成部１４は、多ピンのＩＣ及びその特定のピンの近傍に特定の配線方法で配置する回路素子（ダンピング抵抗やバイパスコンデンサ、終端抵抗など）や、複数の同一部品の集合体（メモリなど）を機能ブロックとしてまとめる（ステップＳ７）。
【００３０】
機能ブロック生成部１４は、分類した機能ブロックごとに、複数の部品群について、基本設定に従って部品間隙を守った部品配置を行う。図３は、機能ブロックの一例を示す図である。例えば、機能ブロック生成部１４は、片面に部品を集め、最小面積で各構成部品を配置する（図３（ａ））。さらに、部品の向きを変えたもの（図３（ｂ））や、両面に搭載可能な基板のときには両面に分けて部品を配置したもの（図３（ｃ））、部品の配列を変えたもの（図３（ｄ））などのバリエーションも同時に作成する。部品配置された機能ブロックは外側に基本設定分の配線間隙を確保したピースとして演算・制御部１０に展開する。
【００３１】
ブロック相関制御部１５は、機能ブロック生成部１４で作成したピース間の位置関係を定義する（ピースの配置を決める）ために、ピース間の信号本数を基本とし、クロックやバスなど設計制約がある信号に重み付けを行い、またコネクタなど位置が固定されている部品との間の信号にも重み付けを行い、相関係数を設定する（ステップＳ９）。なお、バリエーションとして生成されたピースに関しても相関関数を算出する。
【００３２】
配線板実装メッシュ生成部１６では、プリント配線板の外形内の領域を配線幅、配線間隙（設計基本情報）に従ったサイズでメッシュに区分し、部品の配置が禁止される領域やねじ穴周辺などには部品の実装が不可であることを示す実装不可情報、部品の高さが制限される領域には高さ制限情報を付加して識別する。図４は、配線板実装メッシュ生成部１６が生成するメッシュの一例を示す図である。図４においては、黒塗りされた部分は部品の配置が不可であることを示しており、ハッチングが施された部分は部品の高さが制限されたことを示している。
【００３３】
ブロック自動配置部１７は、コネクタなどの位置固定部品を起点（最初に配置するピース）として、ブロック相関制御部１５で設定した相関が高いピースから順次配置を実施する。なお、位置固定部品が複数ある場合には、それらのうちの任意のものを起点とすることが可能である。このとき、図５に示すように、ピースの形状が配線板実装メッシュ生成部１６で発生させたメッシュの制約に違反しないように配置する、また、ピース内に両面に部品が配置されているものや、挿入部品を用いているものなどは、裏面のメッシュの情報にも基づいて判断する。
【００３４】
ピースを配置したメッシュには、実装不可情報を付加して他のピースが配置できないようにする。次のピースは相関係数に基づいて選択され、ピースが配置されたメッシュの近傍に新しく制約が設定された場合には、設定された制約に違反しないように部品の配置を繰り返す。メッシュはプリント配線板の設計基本情報に基づいた大きさで区分されているため、メッシュの制約に違反しないように配置すれば、実際のプリント配線板上に部品を実装する際に干渉が発生する恐れはない。
【００３５】
ピースを配置していくうちにピースを実装可能な領域が不足した場合には、ブロック自動配置部１７は、機能ブロック生成部１４が生成した別の形状のピースに変更するなどして、ピースの組み合わせを変えて配置をやり直す（ステップＳ１１）。例えば、構成部品群を片面に集めて実装する基本のピースは、コストの面では有利であるが、実装面積としては大きくなる傾向にあるため、構成部品を両面に分けて実装するピースに変更することで、レイアウトが可能となることがある。また、ピースの外形と実装可能領域の形状によっては、基本のピースとは異なる形状のピースに変更することで、実装面積が大きくなるとしても、他のピースや基板外形との干渉が解消されてレイアウトが可能となることがある。
【００３６】
全てのピースの配置が完了した後、プリント配線板の外形領域内のメッシュのピースの配置バランスを確認する（ステップＳ１３）。すなわち、図５のように配置を行っていき、部品実装可能なメッシュ（空きメッシュ）が固まって存在している場合は（ステップＳ１３／Ｎｏ）、ブロック自動配置部１７は、ピース間の間隙を離すように調整することで、ピース間に均等に空きメッシュが存在するように配置を補正する。空きメッシュが固まって存在しているか否かは、基板上に残っている空きメッシュの塊の各々の面積を比較することによって判断可能である。
【００３７】
バランスを考慮した配置が完了したら（ステップＳ１３／Ｙｅｓ）、表示部２４に結果を出力し（ステップＳ１５）、自動レイアウトプロセスを終了する。
【００３８】
このように、本実施の形態に係るプリント配線板部品自動配置装置は、複数の部品からなる機能ブロックをプリント配線板上に、部品の偏りなくレイアウトすることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
以上のように、本発明にかかるプリント配線板部品自動配置装置は、機能ごとのブロック間の接続関係を考慮しつつ、プリント配線板上への実装部品の配置位置を決定できる点で有用であり、特に、外形形状が複雑なプリント配線板上で、ＢＧＡやＱＦＰなどの多ピンの部品の実装位置を決定する場合に適している。
【符号の説明】
【００４０】
１  補助記憶部、１０  演算・制御部、１１  入出力制御部、１２  表示制御部、１３  設計制約判断部、１４  機能ブロック生成部、１５  ブロック相関制御部、１６  配線板実装メッシュ生成部、１７  ブロック自動配置部、２０  主記憶部、２２  入力部、２４  表示部、２６  出力部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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