(57)【要約】【課題】プリント基板上に設けられる配線禁止エリアを適切な幅とする。【解決手段】計算対象の配線に対して幾何光学的回折理論(ＧＴＤ法)を適用し、基板端における電界強度の推定値を計算し、この計算結果と基板端における放射電界の閾値とを比較し、この比較結果が前記閾値以下でないときには前記計算対象の配線を含む基板の設計を見直すべきと判断する。【選択図】図１
2008181353.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プリント基板の周りの配線禁止エリアの幅を決定する配線禁止エリア決定装置において、
基板端における放射電界の閾値を算出する手段と、
計算対象の配線を抽出する手段と、
抽出した計算対象の配線に対して幾何光学的回折理論(Geometrical
theory of Diffraction:ＧＴＤ法)を適用し、基板端における電界強度の推定値を計算する手段と、
この計算する手段の計算結果と前記閾値とを比較する手段と、
この比較する手段の比較結果が前記閾値以下でないときには前記計算対象の配線を含む基板の設計を見直すべきと判断する手段と
を備えたことを特徴とする配線禁止エリア決定装置。
【請求項２】
プリント基板の周りの配線禁止エリアの幅を決定する配線禁止エリア決定装置が行う配線禁止エリア決定方法において、
計算対象の配線に対して幾何光学的回折理論(ＧＴＤ法)を適用し、基板端における電界強度の推定値を計算し、この計算結果と基板端における放射電界の閾値とを比較し、この比較結果が前記閾値以下でないときには前記計算対象の配線を含む基板の設計を見直すべきと判断する
ことを特徴とする配線禁止エリア決定方法。
【請求項３】
汎用の情報処理装置にインストールすることにより、その汎用の情報処理装置に、請求項１記載の配線禁止エリア決定装置の機能に相応する機能を実現させるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリント基板の設計に利用する。特に、基板端に設けられる配線禁止エリアの幅の決定技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
通信機器や各種電子機器に使用されているプリント基板上の配線を設計する際、不要電波の輻射などのＥＭＩ(電磁障害：electromagnetic interference)およびＥＭＳ(電磁両立性：electromagnetic
compatibility)の影響を考慮し基板の周りにある程度の配線禁止エリアが設けられるのが一般的である（例えば、特許文献１〜９参照）。
【０００３】
従来は、配線禁止エリアの幅を経験的な観点から数ｃｍ程度に決めた上で配線を行っている。図６に基板端の配線禁止エリアの一例を示す。図６に示すように、プリント基板１０は、配線禁止エリア１２と実装エリア２０とを含む。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２２７９２８号公報
【特許文献２】特開２００１−１４７９５２号公報
【特許文献３】特開２００２−２７０７７５号公報
【特許文献４】特開２００３−１５８４２２号公報
【特許文献５】特開２００４−２９６８８１号公報
【特許文献６】特開平４−１０７９５２号公報
【特許文献７】特開平４−３４０８００号公報
【特許文献８】特開平５−６７１７６号公報
【特許文献９】特開平８−６８８１９号公報
【非特許文献１】本郷廣平著、“電磁界の基礎と計算法”、信山社、ｐｐ．２４３−２７６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように従来は、配線禁止エリアの幅を経験的な観点から数ｃｍ程度に決めた上で配線を行っている。しかし、この方法は過剰な配線禁止エリアを設け実装エリアを狭めることになる。それに伴い、高密度配線や高密度部品実装に対応することが困難となる他、基板サイズが大きくなるという課題がある。
【０００６】
また、配線禁止エリアが過小であった場合には、不要電磁波が輻射するため周辺機器に対し、悪影響を及ぼし誤動作を引き起こす可能性も課題となっている。図７はプリント基板１０から放射される不要電磁波の様子を示す図である。図７は、プリント基板１０上に配置されたマイクロストリップライン１１と配線禁止エリア１２とを示しているが、配線禁止エリア１２の幅が十分ではないために不要電磁波が放射されている。
【０００７】
本発明は、このような背景の下に行われたものであって、プリント基板上に設けられる配線禁止エリアを適切な幅とすることができる配線禁止エリア決定装置および方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、プリント基板において、基板端における回折波の電界強度の推定値を幾何光学的回折理論を用いて計算することで、ＥＭＩおよびＥＭＳ対策としてプリント基板に設けている配線禁止エリアの幅の最適値を求め、基板の実装エリアを最大限に広げることが可能となることを特徴としている。
【０００９】
また、基板端から放射する電界強度を減少させる基板構造を事前に検証できることを特徴としている。
【００１０】
すなわち、本発明は、プリント基板上において、最も基板端に近い距離にある配線から放射される電界が基板端に到達したときの回折波の電界強度を解析し、配線禁止エリアを最適幅に決めることで、基板の配線エリアを最大限に広げ基板の小型化によるコスト削減を実現させると共に、不要電波の輻射を抑えることでＥＭＩおよびＥＭＳ対策を図る。
【００１１】
また、基板端における回折波の電界強度を減少させる基板の構造を事前検証することによって基板製造後の誤動作を事前に防ぎ、改善することができる。
【００１２】
本発明を装置の観点から観ると、本発明は、プリント基板の周りの配線禁止エリアの幅を決定する配線禁止エリア決定装置であって、本発明の特徴とするところは、基板端における放射電界の閾値を算出する手段と、計算対象の配線を抽出する手段と、抽出した計算対象の配線に対して幾何光学的回折理論(Geometrical theory of Diffraction:ＧＴＤ法)を適用し、基板端における電界強度の推定値を計算する手段と、この計算する手段の計算結果と前記閾値とを比較する手段と、この比較する手段の比較結果が前記閾値以下でないときには前記計算対象の配線を含む基板の設計を見直すべきと判断する手段とを備えたところにある。
【００１３】
本発明を方法の観点から観ると、本発明は、プリント基板の周りの配線禁止エリアの幅を決定する配線禁止エリア決定装置が行う配線禁止エリア決定方法であって、本発明の特徴とするところは、計算対象の配線に対して幾何光学的回折理論(ＧＴＤ法)を適用し、基板端における電界強度の推定値を計算し、この計算結果と基板端における放射電界の閾値とを比較し、この比較結果が前記閾値以下でないときには前記計算対象の配線を含む基板の設計を見直すべきと判断するところにある。
【００１４】
本発明をプログラムの観点から観ると、本発明は、汎用の情報処理装置にインストールすることにより、その汎用の情報処理装置に、本発明の配線禁止エリア決定装置の機能に相応する機能を実現させるプログラムである。
【００１５】
本発明のプログラムは記録媒体に記録されることにより、前記汎用の情報処理装置は、この記録媒体を用いて本発明のプログラムをインストールすることができる。あるいは、本発明のプログラムを保持するサーバからネットワークを介して直接前記汎用の情報処理装置に本発明のプログラムをインストールすることもできる。
【００１６】
これにより、汎用の情報処理装置を用いて、本発明の配線禁止エリア決定装置に相応する機能を実現することができる。
【００１７】
なお、本発明のプログラムは、汎用の情報処理装置によって直接実行可能なものだけでなく、ハードディスクなどにインストールすることによって実行可能となるものも含む。また、圧縮されたり、暗号化されたりしたものも含む。
【発明の効果】
【００１８】
本発明による第一の効果は、プリント基板端での電界強度を解析した上で配線禁止エリアを決定しているので、基板の実装エリアを最大限に広げることが可能となるところにある。また、第二の効果は、プリント基板端での電界強度を解析した上で配線を実施しているので、基板の周辺機器に対するＥＭＩおよびＥＭＳ対策となるところにある。また、第三の効果は、プリント基板端での電界強度を解析した上で配線や部品実装を実施しているので、配線禁止エリアが狭まった場合に、基板の小型化が可能となり基板コスト削減を実現できるところにある。また、第四の効果は、基板端における回折波の電界強度を減少させる基板の構造を事前検証することによって基板製造後の誤動作を事前に防ぎ、改善することができるところにある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明実施例の配線禁止エリア決定装置を図１ないし図５を参照して説明する。図１は本実施例の配線禁止エリア決定装置のブロック構成図である。図１に示すように、プリント基板１０の周りの配線禁止エリア１２の幅を決定する本実施例の配線禁止エリア決定装置は、基板端における放射電界の閾値を算出する閾値算出部１と、計算対象の配線を抽出する配線抽出部２と、抽出した計算対象の配線に対して幾何光学的回折理論(ＧＴＤ法)を適用し、基板端における電界強度の推定値を計算するＧＴＤ法適用部３と、このＧＴＤ法適用部３の計算結果と前記閾値とを比較し、この比較結果が前記閾値以下でないときには前記計算対象の配線を含む基板の設計を見直すべきと判断する比較部４とを備えたことを特徴とする。
【００２０】
本発明の一実施例としてのマイクロストリップ構造プリント基板の概略を図２に示す。図２において、符号１０はプリント基板、符号１１は基板端に最も近い距離に配線されるマイクロストリップライン、符号１２は基板に設けられる配線禁止エリア、符号１３は基板端、符号１４は基板端１３での回折波、符号１５は放射源となるマイクロストリップライン１１からの直接波の一部である。
【００２１】
次に、制御部５の動作を、図２のプリント基板構成を例にとって図５のフローチャートの流れに沿って以下に説明する。なお、図３は基板端にＧＴＤ法を適用した様子を示す図である。また、図４は計算結果の一例を示す図である。
【００２２】
初めに、設計したプリント基板１０において、予め、基板端１３における放射電界強度の閾値を算出する（Ｓ１）。閾値の算出には、各プリント基板における使用周波数や電流変化、観測点（図３の点Ｐ）で干渉して周囲の電子機器に悪影響を及ぼす電界レベル等からプリント基板毎に計算する。
【００２３】
次に、最も基板端１３に近い位置に設けているマイクロストリップライン１１が基板側面方向の電界強度に大きな影響を与えていると考えられることから、その解析対象となるマイクロストリップライン１１を抽出する（Ｓ２）。抽出には計算対象のプリント基板１０の設計図情報が入力される。
【００２４】
電流が基板１０に供給されると、マイクロストリップライン１１から空間に電波が放射され基板端１３に到達して回折する。これが回折波１４となって空間に輻射される。
【００２５】
この回折波の挙動に対し、幾何光学的回折理論（ＧＴＤ法）を適用することで（Ｓ３）、回折波１４の指向性および電界強度の推定値を計算する（Ｓ４）。
【００２６】
このステップＳ４によって求められた電界強度の推定値が初めに計算した閾値以下であるか比較検討する（Ｓ５）。
【００２７】
ここで、図３のような構造のプリント基板に幾何光学解析理論を適用し、基板端での回折波の電界強度を計算した結果の一例を図４に示す。図４において、横軸は配線禁止エリアの幅Ｌ、縦軸は電界強度が最大となった方向での電界値である。ただし、計算結果から、この例の場合には基板に水平な方向（図３のＸ軸方向）の電界が最大であった。
【００２８】
図４において、使用周波数がｆ＝ｆ１（Ｈｚ）の場合には、距離Ｌ＝ｌ１（ｍｍ）が電界強度が閾値以下となる最小値であり、この値以上の範囲で配線禁止エリア幅Ｌを検討して決定する（Ｓ７）。
【００２９】
同様に、周波数ｆ＝ｆ２（Ｈｚ）の場合には、距離Ｌ＝ｌ２（ｍｍ）以上の範囲で配線禁止エリア幅Ｌを決定する。このとき、配線禁止エリア幅Ｌが大き過ぎて要求している機能を満足していない場合には基板の配線等の設計を見直し（Ｓ６）、フローチャートのステップＳ２からの工程を繰り返すことで、より小さく適切な配線禁止エリアを決定することができる（Ｓ７）。
【００３０】
ここで、幾何光学的回折理論(ＧＴＤ法)について説明する。導体楔による回折波の一般式は下式（１）で与えられることから、基板端１３における回折波１４の電界強度Ｅdは次式で表される。
【００３１】
Ｅd＝ＥGOＤ（Ｌ，φ、φ’、ｎ，β0’）・Ａ（Ｓ，Ｓ’）・ｅｘｐ（−ｊｋｓ）
…（１）
幾何光学的回折理論とは、電磁界理論を求めるために広く用いられている幾何光学理論の概念を拡張して回折現象を取り扱えるようにした理論である。
【００３２】
プリント基板にＧＴＤ法を適用した場合の概略図を図３に示す。ここで、（１）式におけるＥGOは放射素子である放射源Ｑ（配線：マイクロストリップライン１１）からの直接波が回折点である基板端ａに到達したときの電界の大きさであり、（Ｓ’，β0’，φ’）は波源Ｑの座標であり、（Ｓ，β0，φ）は観測点Ｐのエッジ（回折点）を原点としたときの座標であり、Ｌは距離に関するパラメータであり、Ａ（Ｓ，Ｓ’）は空間的な振幅の減衰率であり、Ｓは基板端ａから観測点Ｐまでの距離であり、Ｓ’は基板端ａから放射源Ｑまでの距離であり、ｎは楔の開き角により決まる定数であり、今回のような基板に適用した場合ｎ＝２となる。
【００３３】
ＬおよびＡ（Ｓ，Ｓ’）は入力波の種類に応じて下式（２）〜（４）のようになる。
【００３４】
平面波入射
Ｌ＝Ｓｓｉｎ2β0’                Ａ（Ｓ，Ｓ’）＝１／（√Ｓ）      …（２）
円筒波入射
Ｌ＝（ＳＳ’）／（Ｓ＋Ｓ’）      Ａ（Ｓ，Ｓ’）＝１／（√Ｓ）      …（３）
球面波入射
Ｌ＝［（ＳＳ’ｓｉｎ2β0’）／（Ｓ＋Ｓ’）］Ａ（Ｓ，Ｓ’）
＝√（Ｓ’／Ｓ（Ｓ’＋Ｓ））                                    …（４）
Ｄ（Ｌ，φ，φ’，ｎ，β0’）は回折係数と呼ばれ次式（５）で与えられる。
【００３５】
Ｄ（Ｌ，φ、φ’，ｎ，β0’）＝
Ｄs（Ｌ，φ，φ’，ｎ，β0’）＋Ｄh（Ｌ，φ，φ’，ｎ，β0’）          …（５）
Ｄs、Ｄhはそれぞれｓｏｆｔ、ｈａｒｄな境界条件に対応したスカラーの回折係数である。今回の場合には、配線Ｑから放射される電界波面は円筒形であることから基板端ａへの入射は円筒波と考えるのが現実的であり、また、配線Ｑからの直接波が入射する基板端ａはｈａｒｄな境界面としている（例えば、非特許文献１参照）。
【００３６】
（プログラムの実施例）
汎用の情報処理装置にインストールすることにより、その汎用の情報処理装置に、本実施例の配線禁止エリア決定装置に相応する機能を実現させるプログラムを、本発明の一つの実施例として例示することができる。汎用の情報処理装置とは、例えば、パーソナルコンピュータである。
【００３７】
本実施例のプログラムは記録媒体に記録されることにより、前記汎用の情報処理装置は、この記録媒体を用いて本実施例のプログラムをインストールすることができる。あるいは、本実施例のプログラムを保持するサーバからネットワークを介して直接前記汎用の情報処理装置に本実施例のプログラムをインストールすることもできる。
【００３８】
これにより、汎用の情報処理装置を用いて、本実施例の配線禁止エリア決定装置に相応する機能を実現することができる。
【００３９】
なお、本実施例のプログラムは、汎用の情報処理装置によって直接実行可能なものだけでなく、ハードディスクなどにインストールすることによって実行可能となるものも含む。また、圧縮されたり、暗号化されたりしたものも含む。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明によれば、基板の実装エリアを最大限に広げることが可能となる。また、基板の周辺機器に対するＥＭＩおよびＥＭＳ対策となる。また、配線禁止エリアが狭まった場合に、基板の小型化が可能となり基板コスト削減を実現できる。また、基板製造後の誤動作を事前に防ぎ、改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本実施例の配線禁止エリア決定装置のブロック構成図。
【図２】本発明の一実施例としてのマイクロストリップ構造プリント基板の概略図。
【図３】基板端にＧＴＤ法を適用した様子を示す図。
【図４】計算結果の一例を示す図。
【図５】制御部の動作を示すフローチャート。
【図６】基板端の配線禁止エリアの一例を示す図。
【図７】プリント基板から放射される不要電磁波の様子を示す図。
【符号の説明】
【００４２】
１  閾値算出部
２  配線抽出部
３  ＧＴＤ法適用部
４  比較部
５  制御部
１０  プリント基板
１１  マイクロストリップライン
１２  配線禁止エリア
１３  基板端
１４  回折波
１５  直接波
２０  実装エリア
【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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