(57)【要約】【課題】プリント配線基板上の実装部品を考慮してもプリント配線基板の構造解析にかかる時間の増大を抑制すること。【解決手段】プリント配線基板の３次元設計データに基づいて、複数個の多面体で構成される要素から構成される有限要素メッシュモデルを生成し（Ｓ１２）、各要素の材料物性値を示す要素物性値情報を生成し、一つの要素に属し、有限要素メッシュモデルの表面を構成する要素面を一つ選択し（Ｓ１６）、選択された要素面上に部品が存在するか否かを判別し（Ｓ１７）、存在すると判断された場合に、選択された要素面が属する要素の情報および当該要素面上に存在する部品の材料物性値に基づいて当該要素の新たな材料物性値を演算し（Ｓ１９）、物性値情報中の選択された要素面が属する要素に対応する材料物性値を演算された材料物性値を用いて更新し（Ｓ２０）、有限要素メッシュモデルおよび材料物性値情報に基づいて構造解析を行う（Ｓ２２）。【選択図】    図９
2011034321.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
部品が実装されるプリント配線基板の３次元設計データに基づいて、複数個の多面体で構成される要素から構成され、前記プリント配線基板の３次元形状を示す有限要素メッシュモデルを生成するメッシュモデル生成手段と、
前記有限要素メッシュモデルを構成する各要素の材料物性値を示す要素物性値情報を生成する要素物性値情報生成手段と、
一つの要素に属し、前記有限要素メッシュモデルの表面を構成する要素面を一つ選択する選択手段と、
前記選択手段によって選択された要素面上に部品が存在するか否かを判別する判別手段と、
部品が存在すると判断された場合に、前記選択された要素面が属する要素の材料物性値および前記選択された要素面上に存在する部品の材料物性値に基づいて当該要素の新たな材料物性値を演算する演算手段と、
前記要素物性値情報中の前記選択された要素面が属する要素に対応する材料物性値を前記演算手段によって演算された材料物性値に更新する更新手段と、
前記選択手段によって一つの要素に属し、前記有限要素メッシュモデルの表面を構成する要素面が全て選択された場合に、前記有限要素メッシュモデルおよび前記要素物性値情報に基づいて有限要素法によって前記プリント配線基板の構造解析を行う解析手段と
を具備することを特徴とするプリント配線基板解析装置。
【請求項２】
電気ＣＡＤデータに格納されている前記プリント配線基板に実装される各部品の配置位置を示す情報に基づいて、前記有限要素メッシュモデルに各部品を実装した状態を示す部品実装モデルを作成する部品実装モデル作成手段を更に具備し、
前記判別手段は、前記部品実装モデルを参照することによって前記選択手段によって選択された要素面上に部品が存在するか否かを判別することを特徴とする請求項１に記載のプリント配線基板解析装置。
【請求項３】
前記判別手段は、前記選択された要素面から予め設定された距離範囲内に部品が存在するか否かを判別することを特徴とする請求項１または請求項２の何れか１項に記載のプリント配線基板解析装置。
【請求項４】
前記解析手段によって曲げ負荷が解析される場合、新たな材料物性値Ｅ3は
【数１】
2011034321.tif 000004
ここで、Ｅ1およびｈ1は前記選択された要素のヤング率および当該要素によって構成される前記有限要素メッシュモデルの表面の法線方向の厚さ、Ｅ2およびｈ2は実装部品のヤング率および当該要素によって構成される表面の法線方向の厚さ、
を用いて前記演算手段によって演算されることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載のプリント配線基板解析装置。
【請求項５】
部品が実装されるプリント配線基板の３次元設計データに基づいて、複数個の多面体で構成される要素から構成され、前記プリント配線基板の３次元形状を示す有限要素メッシュモデルを生成し、
前記有限要素メッシュモデルを構成する各要素の材料物性値を示す要素物性値情報を生成し、
一つの要素に属し、前記有限要素メッシュモデルの表面を構成する要素面を一つ選択し、
前記選択された要素面上に部品が存在するか否かを判別し、
部品が存在すると判断された場合に、前記選択された要素面が属する要素の材料物性値および前記選択された要素面上に存在する部品の材料物性値に基づいて当該要素の新たな材料物性値を演算し、
前記要素物性値情報中の前記選択された要素面が属する要素に対応する材料物性値を前記演算された材料物性値に更新し、
一つの要素に属し、前記有限要素メッシュモデルの表面を構成する要素面が全て選択された場合に、前記有限要素メッシュモデルおよび前記要素物性値情報に基づいて有限要素法によって前記プリント配線基板の構造解析を行う
ことを特徴とするプリント配線基板の解析方法。
【請求項６】
電気ＣＡＤデータに格納されている前記プリント配線基板に実装される各部品の配置位置を示す情報に基づいて、前記有限要素メッシュモデルに各部品を実装した状態を示す部品実装モデルを作成し、
前記判別が行われる場合、前記部品実装モデルを参照することによって前記選択された要素上に部品が存在するか否かを判別することを特徴とする請求項５に記載の解析方法。
【請求項７】
前記判別が行われる場合、前記選択された要素の表面から予め設定された距離範囲内に部品が存在するか否かを判別することを特徴とする請求項５または請求項６の何れか１項に記載のプリント配線基板の解析方法。
【請求項８】
前記解析によって曲げ負荷が解析される場合、新たな材料物性値Ｅ3は
【数２】
2011034321.tif 000005
ここで、Ｅ1およびｈ1は前記選択された要素のヤング率および当該要素によって構成される前記有限要素メッシュモデルの表面の法線方向の厚さ、Ｅ2およびｈ2は実装部品のヤング率および当該要素によって構成される表面の法線方向の厚さ、
を用いて演算されることを特徴とする請求項５乃至請求項７の何れか１項に記載のプリント配線基板の解析方法。
【請求項９】
有限要素法によってプリント配線基板の構造解析を実行する処理をコンピュータに実行させるプログラムであって、
部品が実装されるプリント配線基板の３次元設計データに基づいて、複数個の多面体で構成される要素から構成され、前記プリント配線基板の３次元形状を示す有限要素メッシュモデルを生成する手順と、
前記有限要素メッシュモデルを構成する各要素の材料物性値を示す要素物性値情報を生成する手順と、
一つの要素に属し、前記有限要素メッシュモデルの表面を構成する要素面を一つ選択する手順と、
前記選択された要素面上に部品が存在するか否かを判別する手順と、
部品が存在すると判断された場合に、前記選択された要素面が属する要素の材料物性値および前記選択された要素面上に存在する部品の材料物性値に基づいて当該要素の新たな材料物性値を演算する手順と、
前記要素物性値情報中の前記選択された要素面が属する要素に対応する材料物性値を前記演算された材料物性値に更新する手順と、
一つの要素に属し、前記有限要素メッシュモデルの表面を構成する要素面が全て選択された場合に、前記有限要素メッシュモデルおよび前記要素物性値情報に基づいて有限要素法によって前記プリント配線基板の構造解析を行う手順とを、
前記コンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有限要素法によってプリント配線基板の設計データの構造解析を行うプリント配線基板解析装置およびプリント配線基板の解析方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
有限要素法を用いて設計データに基づいてプリント配線基板の構造解析を行い、解析結果に基づいてプリント配線基板の設計検証を行うことが行われている。
【０００３】
例えば、基板用ファイルと実装部品ファイルを元に有限要素解析により変形が条件を満たすように、製造に関するパラメータを変更することが開示されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−９１９３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
有限要素法では、解析対象を複数の微小領域(要素)に分割し、各要素について比較的単純で共通な補間関数を用いて解析を行う。ところが、プリント配線基板上の実装部品を解析対象に含めて要素を作成すると要素数が増大するため解析時間が増大する。
【０００６】
本発明の目的は、プリント配線基板上の実装部品を考慮してもプリント配線基板の構造解析にかかる時間の増大を抑制することが可能なプリント配線基板解析装置およびプリント回路基板の解析方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一例に係わるプリント配線基板解析装置は、部品が実装されるプリント配線基板の３次元設計データに基づいて、複数個の多面体で構成される要素から構成され、前記プリント配線基板の３次元形状を示す有限要素メッシュモデルを生成するメッシュモデル生成手段と、前記有限要素メッシュモデルを構成する各要素の材料物性値を示す要素物性値情報を生成する要素物性値情報生成手段と、一つの要素に属し、前記有限要素メッシュモデルの表面を構成する要素面を一つ選択する選択手段と、前記選択手段によって選択された要素面上に部品が存在するか否かを判別する判別手段と、部品が存在すると判断された場合に、前記選択された要素面が属する要素の材料物性値および前記選択された要素面上に存在する部品の材料物性値に基づいて当該要素の新たな材料物性値を演算する演算手段と、前記要素物性値情報中の前記選択された要素面が属する要素に対応する材料物性値を前記演算手段によって演算された材料物性値に更新する更新手段と、前記選択手段によって一つの要素に属し、前記有限要素メッシュモデルの表面を構成する要素面が全て選択された場合に、前記有限要素メッシュモデルおよび前記要素物性値情報に基づいて有限要素法によって前記プリント配線基板の構造解析を行う解析手段とを具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、プリント配線基板上の実装部品を考慮してもプリント配線基板の構造解析にかかる時間の増大を抑制することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】プリント配線基板解析システムの構成を示すブロック図。
【図２】プリント配線基板の形状を示す平面図。
【図３】要素作成処理モジュールによって作成された有限要素メッシュモデルの形状を示す図。
【図４】有限要素メッシュモデル、および有限要素メッシュモデルに部品が実装された状態を示す図。
【図５】要素面上に存在する実装部品を示す図。
【図６】表面上に実装部品が存在する要素面を示す図。
【図７】ヤング率を求めるためのモデルを示す図。
【図８】プリント配線基板のヤング率Ｅ1を１０００、厚さｈ1を１ｍｍとした場合の実装部品が載っていると判断された要素の換算後ヤング率Ｅ3を示す図。
【図９】プリント配線基板解析システムによる処理の手順を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の実施の形態を以下に図面を参照して説明する。
【００１１】
実装部品の影響を考慮してプリント配線基板の構造解析を行うプリント配線基板解析システムの構成を図１に示す。
【００１２】
本システムは、システム本体１０、入力装置３１、出力装置３２から構成される。また、システム本体１０は、ネットワークを通じてメカＣＡＤサーバ４１および電気ＣＡＤサーバ４２に接続されているものとする。メカＣＡＤサーバ４１にはプリント配線基板の３次元形状データ、構成材料および材料物性値等の情報が、電気ＣＡＤサーバにはプリント配線基板に実装される実装部品の配置位置、３次元形状、構成材料および材料物性値等の情報がそれぞれ格納されている。なお、システム本体１０は、例えばコンピュータによって実現される。
【００１３】
システム本体１０は、３次元形状データ読み込み処理モジュール１１、要素作成処理モジュール１２、実装部品データ読み込み処理モジュール１３、３次元形状合成処理モジュール１４、探索距離設定処理モジュール１５、要素面選択処理モジュール１６、実装部品有無判定処理モジュール１７、実装部品情報取得処理モジュール１８、材料物性値演算処理モジュール１９、材料物性値更新処理モジュール２０、要素面選択完了判定処理モジュール２１、構造解析処理モジュール２２、および記憶モジュール２３等を備えている。
【００１４】
なお、システム本体１０は、例えばコンピュータによって実現される。３次元形状データ読み込み処理モジュール１１、要素作成処理モジュール１２、実装部品データ読み込み処理モジュール１３、３次元形状合成処理モジュール１４、探索距離設定処理モジュール１５、要素面選択処理モジュール１６、実装部品有無判定処理モジュール１７、実装部品情報取得処理モジュール１８、材料物性値演算処理モジュール１９、材料物性値更新処理モジュール２０、要素面選択完了判定処理モジュール２１、および構造解析処理モジュール２２はコンピュータによって実行されるプログラムである。
【００１５】
３次元形状データ読み込み処理モジュール１１は、メカＣＡＤサーバ４１からプリント配線基板の３次元形状データを読み込み、読み込まれたプリント配線基板の３次元形状データを記憶モジュール２３に格納する。３次元形状データ読み込み処理モジュール１１によって読み込まれた３次元形状データによって示されるプリント配線基板の形状を図２に示す。なお、図２は、プリント配線基板の形状を示す平面図である。
【００１６】
要素作成処理モジュール１２は、３次元形状データ読み込み処理モジュール１１によって記憶モジュール２３に格納されたプリント配線基板の３次元形状データに基づいて、プリント配線基板の３次元形状を表す有限要素メッシュモデルを作成する。有限要素メッシュモデルは、複数の四面体形状の要素から構成される。要素の形状は、入力装置３１から入力される要素の大きさに基づいて設定される。要素作成処理モジュール１２によって作成された有限要素メッシュモデルの形状を図３に示す。なお、有限要素メッシュモデルを構成する各要素にはＩＤ番号が割り当てられている。
【００１７】
また、要素作成処理モジュール１２は、有限要素メッシュモデルを構成する各要素の材料物性値を示す要素−材料物性値情報を作成し、要素−物性値情報を記憶モジュール２３に格納する。要素−物性値情報は、各要素を示す各ＩＤ番号に対して材料物性値が割り当てられている。
【００１８】
実装部品データ読み込み処理モジュール１３は、入力装置３１を用いてユーザから指示され、３次元形状データ読み込み処理モジュール１１によって読み込まれたプリント配線基板に実装される実装部品データを電気ＣＡＤサーバ４２から読み込み、読み込んだ実装部品データを記憶モジュール２３に保存する。
【００１９】
３次元形状合成処理モジュール１４は、有限要素メッシュモデルおよび実装部品データに含まれる３次元形状データに基づいて、有限要素メッシュモデルに部品が配置された状態を示す３次元形状データ（部品実装モデル）を生成する。３次元形状合成処理モジュール１４は、図４（Ａ）に示す有限要素メッシュモデルに対して部品が実装された状態を示す３次元形状データを作成する。３次元形状合成処理モジュール１４によって作成された３次元形状データによって示される３次元形状を図４(Ｂ)に示す。
【００２０】
探索距離設定処理モジュール１５は、入力装置３１を用いてユーザから指示された有限要素メッシュモデルの表面から実装部品を探索する距離を記憶モジュール２３に保存する。
【００２１】
要素面選択処理モジュール１６は、有限要素メッシュモデルの表面を構成する要素の面（要素面）を一つ選択する。要素面選択処理モジュール１６は、選択した要素面を実装部品有無判定処理モジュール１７に通知する。
【００２２】
図５に、要素面上に存在する実装部品を示す。また、図６に材料物性値更新の対象となる実装部品が存在する要素面が所属する要素をそれぞれ示す。図６において、ハッチングが施されているのが材料物性値更新の対象となる実装部品が存在する要素面が所属する要素である。
【００２３】
実装部品有無判定処理モジュール１７は、要素面選択処理モジュール１６によって選択された要素面上に実装部品が存在するか否かを判定する処理を実行する。なお、実装部品有無判定処理モジュール１７は、探索距離設定処理モジュール１５によって記憶モジュール２３中に設定された有限要素メッシュモデルの表面から実装部品を探索する距離の範囲内に存在する実装部品を探索する。例えば、下限として０ｍｍを設定し、上限として２ｍｍを設定する。部品が基板に実装されていても、部品が基板表面に触れていないことがあるので、部品を探索する距離の設定値が設けられている。実装部品有無判定処理モジュール１７は、選択された要素面上に部品を検出した場合、検出した部品を示す情報を実装部品情報取得処理モジュール１８に通知する。実装部品有無判定処理モジュール１７は、選択された要素面上に部品を検出しなかった場合、要素面選択完了判定処理モジュール２１に処理を渡す。
【００２４】
実装部品情報取得処理モジュール１８は、実装部品有無判定処理モジュール１７によって通知された実装部品の大きさ、材料物性値などの情報を記憶モジュール２３から読み出す。
【００２５】
材料物性値演算処理モジュール１９は、実装部品情報取得処理モジュール１８によって読み出された大きさおよび材料物性値に基づいて、選択されている要素面が属する要素の材料物性値を更新する。材料物性値演算処理モジュール１９は、例えば次式を用いて要素の新たな材料物性値を算出する。
【数１】
2011034321.tif 000003
【００２６】
ここで、Ｅ1はプリント配線基板５１（要素）のヤング率、ｈ1はプリント配線基板５１（要素の要素面の法線方向）の厚さ、Ｅ2は実装部品５２のヤング率、ｈ2は実装部品５２の要素面の法線方向の厚さである。
【００２７】
式（１）は、図７(Ａ)に示す構成を図７（Ｂ）に示すモデルに置き換えた場合に求められるヤング率である。
【００２８】
また、図８に示す表にプリント配線基板のヤング率Ｅ1を１０００、厚さｈ1を１ｍｍとした場合の実装部品が載っていると判断された要素の換算後ヤング率Ｅ3を示す。なお、図８に示す表は、基板曲げのみを対象とした換算例である。
【００２９】
材料物性値更新処理モジュール２０は、要素−材料物性値情報中の選択されている要素が属する要素を示すＩＤ番号に割り当てられている材料物性値を演算されたヤング率によって更新する。そして、材料物性値更新処理モジュール２０は、処理を要素面選択完了判定処理モジュール２１に渡す。
【００３０】
要素面選択完了判定処理モジュール２１は、プリント配線基板の表面を構成する要素面を全て選択したか否かを判別する。選択されていない要素が存在する場合、要素面選択完了判定処理モジュール２１は、要素面選択処理モジュール１６に処理を渡し、要素面選択処理モジュール１６に未選択の要素を選択させる。選択されていない要素が存在しない場合、要素面選択完了判定処理モジュール２１は構造解析処理モジュール２２に処理を渡す。構造解析処理モジュール２２は、要素−材料物性値情報に基づいて有限要素法を用いてプリント配線基板の構造解析を行う。
【００３１】
次に、本システムの処理の手順を図９に示すフローチャートを参照して説明する。  
先ず、３次元形状データ読み込み処理モジュール１１は、メカＣＡＤサーバ４１からプリント配線基板の３次元形状データを読み込み、読み込まれたプリント配線基板の３次元形状データを記憶モジュール２３に格納する（ステップＳ１１）。
【００３２】
要素作成処理モジュール１２は、プリント配線基板の３次元形状データに基づいて、プリント配線基板の３次元形状を表す有限要素メッシュモデルを作成する（ステップＳ１２）。また、要素作成処理モジュール１２は、有限要素メッシュモデルを構成する各要素の材料物性値を示す要素−材料物性値情報を作成し、要素−物性値情報を記憶モジュール２３に格納する。
【００３３】
実装部品データ読み込み処理モジュール１３は、プリント配線基板に実装される実装部品データを電気ＣＡＤサーバ４２から読み込み、読み込んだ実装部品データを記憶モジュール２３に保存する（ステップＳ１３）。
【００３４】
３次元形状合成処理モジュール１４は、有限要素メッシュモデルおよび実装部品データに含まれる３次元形状データに基づいて、有限要素メッシュモデルに部品が配置された状態を示す３次元形状データを生成する（ステップＳ１４）。
【００３５】
探索距離設定処理モジュール１５は、入力装置３１を用いてユーザから指示された有限要素メッシュモデルの表面から実装部品を探索する距離を記憶モジュール２３に保存する（ステップＳ１５）。
【００３６】
要素面選択処理モジュール１６は、有限要素メッシュモデルの表面を構成する要素の面（要素面）を一つ選択する（ステップＳ１６）。要素面選択処理モジュール１６は、選択した要素面を実装部品有無判定処理モジュール１７に通知する。
【００３７】
実装部品有無判定処理モジュール１７は、選択された要素面上に実装部品が存在するか否かを判定する処理を実行する（ステップＳ１７）。
【００３８】
存在しないと判定された場合（ステップＳ１７のＮｏ）、実装部品有無判定処理モジュール１７は処理を要素面選択完了判定処理モジュール２１に渡す。
【００３９】
存在すると判定された場合（ステップＳ１７のＹｅｓ）、実装部品情報取得処理モジュール１８は、実装部品有無判定処理モジュール１７によって通知された実装部品の大きさ、材料物性値などの情報を記憶モジュール２３から読み出す（ステップＳ１８）。
【００４０】
材料物性値演算処理モジュール１９は、実装部品情報取得処理モジュール１８によって読み出された実装部品の大きさおよび材料物性値に基づいて、選択されている要素面が属する要素の材料物性値を演算する（ステップＳ１９）。
【００４１】
材料物性値更新処理モジュール２０は、要素−材料物性値情報中の選択されている要素面が属する要素を示すＩＤ番号に割り当てられている材料物性値を演算されたヤング率によって更新する（ステップＳ２０）。
【００４２】
要素面選択完了判定処理モジュール２１は、プリント配線基板の表面を構成する要素面を全て選択したか否かを判別する（ステップＳ２１）。全て選択されていないと判断された場合（ステップＳ２１のＮｏ）、要素面選択完了判定処理モジュール２１は、要素面選択処理モジュール１６に処理を渡し、新たな要素面を選択させる。全て選択されていると判断された場合（ステップＳ２１のＹｅｓ）、要素面選択完了判定処理モジュール２１は、処理を構造解析処理モジュール２２に処理を渡す。構造解析処理モジュール２２は、要素−材料物性値情報に基づいて有限要素法を用いてプリント配線基板の構造解析を行う（ステップＳ２２）。
【００４３】
本実施形態によれば、プリント配線基板上の実装部品の大きさおよび材料物性値に基づいて要素の材料物性値を変更することによって、プリント配線基板上の実装部品を考慮してもプリント配線基板の構造解析にかかる時間の増大を抑制することが可能になる。
【００４４】
なお、有限要素法によってプリント配線基板の構造解析を実行する処理はコンピュータプログラムによって実現されているので、このコンピュータプログラムをコンピュータ読み取り可能な記憶媒体を通じて通常のコンピュータにインストールするだけで、本実施形態と同様の効果を容易に実現することができる。また、このコンピュータプログラムは、パーソナルコンピュータのみならず、プロセッサを内蔵した電子機器上で実行することができる。
【００４５】
なお、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
【符号の説明】
【００４６】
１０…システム本体，１１…３次元形状データ読み込み処理モジュール，１２…要素作成処理モジュール，１３…実装部品データ読み込み処理モジュール，１４…３次元形状合成処理モジュール，１５…探索距離設定処理モジュール，１６…要素面選択処理モジュール，１７…実装部品有無判定処理モジュール，１８…実装部品情報取得処理モジュール，１９…材料物性値演算処理モジュール，２０…材料物性値更新処理モジュール，２１…要素面選択完了判定処理モジュール，２２…構造解析処理モジュール，２３…記憶モジュール，３１…入力装置，３２…出力装置，４１…メカＣＡＤサーバ，４２…電気ＣＡＤサーバ。
【図１】
2011034321.tif 000006
【図２】
2011034321.tif 000007
【図３】
2011034321.tif 000008
【図４】
2011034321.tif 000009
【図５】
2011034321.tif 000010
【図６】
2011034321.tif 000011
【図７】
2011034321.tif 000012
【図８】
2011034321.tif 000013
【図９】
2011034321.tif 000014