(57)【要約】【課題】従来技術で規定される規制データは、企画部門が本来目標としていたコンセプトを、既存設計データを元にした相対値（目標評価点）で表すものであるが、法規や安全基準などの規制の解釈は専門性が高く、法規の専門家に依存するところが大きく、また絶対値として評価されるものである為、取り扱いが困難であった。特に、電気設計データは２Ｄで取り扱われる為、空間距離規制の検証が困難であった。【解決手段】部品毎の基板設計用の２次元構造データに、法規上の空間距離規制データを付与し、回路情報、部品材料、仕様、及び実装設計情報の組み合わせから、該当する法規の空間距離を自動検証するシステム。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
部品毎の基板設計用の２次元構造データに、法規上の空間距離規制データを付与し、回路情報、部品材料、仕様、及び実装設計情報の組み合わせから、該当する法規の空間距離を自動検証するシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、法規や安全基準等の専門的知識がなくても、プリント基板の法規適合検証が可能な２次元構造データにおける法規の空間距離検証システムに関するものである。本発明は、特に法規に視点を置きプリント基板設計の要であるＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ−Ａｉｄｅｄ  Ｄｅｓｉｇｎ）ライブラリーに特徴的な構造情報を組み込み、法規の解釈を数値化することで実装部品間あるいは部品と導体パターン間の空間を自動検証するシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１６に示すように、電気設計は部品の選定、回路設計、プリント基板設計など業務の細分化や外部委託が進行し、一定の効率化は進んできた。一方で設計者一人ひとりが全てを把握することが困難になってきている。製造条件は基より、法規や安全基準などは専門性が高く、また解釈が難しいことから設計完成度の劣化につながるケースがある。法規遵守の最終確認は法規の専門家に依存するところが大きく、確認スケジュールの遅れと人依存で見逃す可能性もあり、最終段階で課題が発覚すると大きな後戻りをしなくてはならない。既存のシステムでは２次元での検証は可能であるが、現物の確認を要する３次元の空間検証を自動化する取り組みは少ない。ＣＡＤベンダー（世界シェア２位）を通じた調査でも法規に関わる空間を仕組み化する考え方や、自動検証する専用システムは存在せず、システムとしても重要視されてこなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１０８６１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来技術で規定される規制データは、企画部門が本来目標としていたコンセプトを、既存設計データを元にした相対値（目標評価点）で表すものであるが、法規や安全基準などの規制の解釈は専門性が高く、法規の専門家に依存するところが大きく、また絶対値として評価されるものである為、取り扱いが困難であった。特に、電気設計データは２Ｄで取り扱われる為、空間距離規制の検証が困難であった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、部品毎の基板設計用の２次元構造データに、法規上の空間距離規制データを付与し、回路情報、部品材料、仕様、及び実装設計情報の組み合わせから、該当する法規の空間距離を自動検証するシステムとなる。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の２次元構造データにおける法規の空間距離検証システムは、従来、開発スケジュールの最終段階で、専門家が専門知識を元に、最終の実装基板で検証を行わなければならなかったが、本発明のシステムにより、専門家のみに依存することなく、設計上流段階で法規や安全基準における空間距離検証することが可能となり、設計コストや日程を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明のプリント基板設計の３課題に係る図
【図２】本発明の問題となる空間構造例に係る図
【図３】本発明の回路と法規を読み解く図
【図４】本発明の部品構造の理解に係る図
【図５】本発明の一般的なフットプリント構造に係る図
【図６】本発明の空間の理解に係る図
【図７】本発明の空間の計算に係る図
【図８】本発明のバーチャル３Ｄデータ構造に係る図
【図９】本発明のバーチャル検証イメージに係る図
【図１０】本発明のリードフォーミングの例に係る図
【図１１】本発明の検証例に係る図
【図１２】本発明の自動検証内容の変化点に係る図
【図１３】本発明の経営効果に係る図
【図１４】本発明のスケジュールに係る図
【図１５】本発明の新開発プロセスに係る図
【図１６】従来の時系列に実施する人依存の一般的な設計レビューに係る図
【発明を実施するための形態】
【０００８】
１．プリント基板設計における課題
図１に示すように、プリント基板１の設計では基本的な設計制約、製造品質に関わる制約、安全・法規に関する制約がある。第１の設計制約では部品間クリアランス、導体パターン間など電気的に動作を保証可能なレイアウト設計が必要である。
【０００９】
第２の制約として、はんだ２によるショートやクラックの原因となるはんだ付け品質を保証する部品レイアウトや、はんだ付けパッド形状などの製造要件である。
【００１０】
そして法規や当社が最も重要と位置付ける安全基準が第３の制約である。
【００１１】
これらは、当然達成すべき設計条件であるが、商品機能を達成するための構造や電気的設計要件、制約条件をクリアするにはそれぞれの条件を十分理解し、設計を進めることが重要である。
【００１２】
ここで、電気設計における法規について触れる。法律により規制される項目に絶縁がある。プリント基板１の設計では絶縁を保証するために、法律で絶縁距離が規定されている。今回、着目する絶縁の定義は部品間など立体的に見たときに最短となる空間の距離を指し、以下空間距離と呼ぶ。
【００１３】
２．空間距離検証を実現する課題
図２に示すように、近年、多層基板設計などには３次元（３Ｄ）機能を有する高機能電気ＣＡＤが利用されているケースがあるが、単層〜２層が多いアプライアンス商品では標準的な２次元（２Ｄ）の電気ＣＡＤによるプリント基板１（ＰＣＢ）設計が一般的である。従って、設計データを立体的に表現することができない。
【００１４】
一方、３Ｄに変換するアプリケーションや構造系の３ＤＣＡＤにおいては、立体的に表現はできるが、電気ＣＡＤの特徴である、部品ごとの意味づけができないため同じ部品でも設計条件により法規上の取り扱いが変化する電気設計には不向きである。このような中、法規遵守や安全要件、製造要件は実際の試作品を用いて、専門家が確認を行う以外にないというのが一般的であった。このことは専門家が専門知識を元に検証するため、その検証レベルも人に依存する。
【００１５】
また、基本的に現物による確認のため最終の実装基板でなければならないなど、開発スケジュールの最終段階でないと結論が出せないといった課題がある。
【００１６】
また、電気ＣＡＤで標準的に実行可能なＤＲＣ（Ｄｅｓｉｇｎ  ｒｕｌｅｃｈｅｃｋ）は２Ｄの異なるデータ間（例えば、部品外形間、導体パターン間）のクリアランスチェックであり、立体的な検証や法規上の意味づけを行うことができないため、設計部門においても空間距離の確認は人による目視に依存している。
【００１７】
３．空間距離自動検証の要件
図３に示すように、空間距離検証を行うために理解しておかなければならないこととして、１点目は回路の法規上の取り扱いである。１次−２次の区分はもとより、スイッチング電源回路など高圧電位の解釈である（波形のどの部分を法規上の電位とするか）。
【００１８】
２点目は部品の構造、材料で、例えば電解コンデンサの外装が法規上の絶縁に当たるのかなどである。３点目は法律そのものの解釈を正しく読み解き、商品や国ごとに異なる絶縁の扱いや必要な空間距離を明確化しなければならない。本発明では、前記した前提条件を十分理解、判別した上で、自動的に空間距離など法規の遵守の検証を実現するための考え方、データ構造、検証のロジックを構築したので次項で説明する。
【００１９】
図４に示すように、フットプリント（基板設計用の部品形状、はんだ付けパッド形状などを組み合わせた構造データ）をセットで管理し、部品ライブラリーとして利用している。この特徴を活かして、一次回路、高圧回路などの回路情報、部品材料、仕様を取り出し、法規上の性格を部品個々に設定する仕組みを構築した。このことにより同じ電解コンデンサでも一次回路と二次回路では異なった性格の部品として認識させることが可能となった。
【００２０】
４．バーチャル３Ｄ構造の実現
２Ｄ構造データであるフットプリントデータを擬似的（バーチャル）に３Ｄとしてみたて、部品間の立体的な空間距離として取り扱うデータ構造と検証ロジックについて説明する。
【００２１】
図５に示すように、一般的なフットプリントは部品をトップ面から投影した時の部品外形、はんだ付けパッド、レジスト形状、インサートマシンのデッドスペース形状など、多層データとして構成されている。これらのデータはプリント基板１の製造用データに変換されるだけでなく、プリント基板１の設計時の部品間干渉やマシンデッドスペースとのクリアランス確認に利用している。
【００２２】
一方、リードタイプの電解コンデンサのように実装状態で加重を印加すると倒れるなど可動する部品は、法規では２Ｎの荷重を印加した状態で、絶縁保証（空間距離の確保）が必要である。
【００２３】
これらを解決するために、フットプリントの２Ｄ構造データに、部品が倒れた状態で、隣接する部品との最短空間距離（隣接する部品に直角の距離）が法規上の空間距離となる空間形状をトップ面から投影させたデータとして構成した。
【００２４】
図６で示す空間距離Ｚは倒れ部品のボディに直交する直線での最短距離である。相手部品ボディとの最短距離となる当該部品の実装中心からの距離Ｘを図７で示すように三角関数より計算することができる。尚、倒れうる部品の倒れ角度は現物の調査より厚みのある部品は４５度、前記以外は６０度と定義した。
【００２５】
この距離Ｘを頂点とする投影形状と、相手部品の外形のクリアランスゼロ点が空間距離を確保できる位置関係となる。
【００２６】
必要空間距離を固定した場合、投影データと相手部品の距離は相手部品の高さにより異なるが、前記と同様のロジックにより相手部品の高さに応じた投影形状を規定することができる。
【００２７】
本発明では、図８、９に示すように、隣接する部品は高さゼロ（導体パターン）、３ｍｍ、５ｍｍ、可動（倒れ）部品の４種部品として包括し、それぞれに対応した投影データを同一フットプリントに構成しており、空間距離は法規の種類に応じて可変可能にプログラムしている。
【００２８】
この様に図１０に示すように、新しくフットプリントに構成された空間距離検証用のデータを用いて、標準的な２ＤのＣＡＤデータのままで、且つ既存のアプリケーションの応用のみで擬似的（バーチャル）な空間の世界を実現し、立体的な見方と同等の空間距離検証を行うことが可能となる。同様に、見逃されがちな以下のような外向きリードと異極部品間の空間距離不足も検証することができる。
【００２９】
５．法規以外の検証
部品ライブラリーには個別部品情報として、発熱部品、熱に弱い部品、部品の外郭材料、当社安全基準による発火源、といった特徴付けを行なっている。このことにより、法規検証と同時に当社安全基準の検証を行うことができる。例を挙げると、ソケット付きヒューズは当社安全基準では発火源とみなし、不燃材料以外の部品、例えば難燃グレードＵＬ９４Ｖ−０以下のフィルムコンデンサは一定の空間距離を確保することが規定されており、これを検証することができる。
【００３０】
６．検証事例
図１１は二次回路の電解コンデンサ、一次回路部品の抵抗とセラミックコンデンサにおいて、部品倒れを考慮できていなかったためエラーを検出した事例である。
【００３１】
図１２は本発明により検証可能となった一覧を示す。表の上部は、従来から利用されているフットプリント構造データと検証アプリケーションで可能となっていた項目であり、下部は本発明のフットプリント構造データと検証ロジックを組み込んだバーチャル３Ｄ検証により可能となった項目である。本発明により、専用システム開発など大きな投資を行うことなく、法規を始め、当社内の全ての安全基準に対して既存のシステムの中で、専門部署や人に依存せずに最も重要な安全設計面でプリント基板１の設計が完成しているかを検証することが可能となった。また、検証結果はＣＡＤデータとエラー項目が一覧となったレポートとして設計や出図エビデンスに利用することもできる。
【００３２】
７．効果と今後の取り組み
以上のことにより、図１３に示すように、法規、安全基準違反の未然防止をＣＡＤデータ上で行うことができる。効果として、開発途上においては再設計による設計、評価工数、試作費用の削減だけでなく開発スケジュールの遅れの要因を低減することができる。
【００３３】
また、量産以降に法規違反が発見された場合、最悪商品の市場供給遅れに発展し、担当事業部の経営への影響が避けられないといった事態も考えられるが、設計段階で確実に抑え込むことで、リスクを回避することができる。本発明の仕組みは以下のように新プロセスとしてグローバル展開中である（図１４、１５）。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
以上のように本発明にかかる２次元構造データにおける法規の空間距離検証システムは、専門家のみに依存することなく、設計上流段階で法規や安全基準における空間距離検証を行うことが可能となり、設計コストや日程を低減することができるので、電気回路設計以外の設計、たとえば機械設計の法規にも適用できる。
【符号の説明】
【００３５】
１  プリント基板
２  はんだ
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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