(57)【要約】【課題】フレキシブル基板を用いた電子機器のシミュレーションを高速に行ない、設計効率を高めることを目的とする。【解決手段】この目的を達成するために、本発明によるライブラリおよび電子機器のシミュレーション方法では、フレキシブル基板の電気的特性と３次元形状の情報を格納している電子回路シミュレーション用ライブラリを用いる。そのライブラリに格納されているフレキシブル基板の電気的特性は、３次元形状の変化に応じて変化することを特徴とする電子回路シミュレーション用ライブラリであるため、フレキシブル基板の形状変更のたびに電磁界シミュレーションをする必要がなく、設計効率が上がる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フレキシブル基板の電気的特性と３次元形状情報とが格納され、前記電気的特性が前記３次元形状の変化に応じて変化する電子回路シミュレーション用ライブラリ。
【請求項２】
前記電気的特性は、電気的回路素子の値が前記フレキシブル基板の３次元形状寸法をパラメータとした関係式で表現された請求項１に記載の電子回路シミュレーション用ライブラリ。
【請求項３】
前記電気的特性は、Ｓパラメータの値が前記フレキシブル基板の３次元形状寸法をパラメータとした関係式で表現された請求項１に記載の電子回路シミュレーション用ライブラリ。
【請求項４】
前記電気的特性と前記３次元形状の情報に加え、前記フレキシブル基板の許容変形量も格納された請求項１に記載の電子回路シミュレーション用ライブラリ。
【請求項５】
フレキシブル基板の任意の３次元形状を入力する入力部と、この入力部に入力された３次元形状情報から前記フレキシブル基板の電気的特性を決定する特徴的な３次元形状寸法を抽出する寸法抽出部と、この寸法抽出部が抽出した寸法情報をもとに前記フレキシブル基板の電気的特性を計算する特性計算部とを有するライブラリ生成システム。
【請求項６】
フレキシブル基板の３次元形状のうち特徴的な３次元形状寸法を入力する入力部と、この入力部に入力された寸法情報をもとに前記フレキシブル基板の電気的特性を計算する特性計算部とを有するライブラリ生成システム。
【請求項７】
前記フレキシブル基板の代表的な３次元形状を模式図で表示する表示部を有する請求項５又は請求項６に記載のライブラリ生成システム。
【請求項８】
前記特性計算部が計算した電気的特性をあらかじめ決定されたフォーマットでファイル出力する出力部を備えた請求項５又は請求項６に記載のライブラリ生成システム。
【請求項９】
前記フレキシブル基板のライブラリ生成システムは、前記入力部に入力された３次元形状が許容変形量を超えているか否かを判別する判別部と、前記３次元形状が前記許容変形量を超えている場合には警告を発する警告発生部とをさらに備えた請求項５又は請求項６に記載のライブラリ生成システム。
【請求項１０】
フレキシブル基板の電気的特性と３次元形状情報とが格納され、前記電気的特性が前記３次元形状の変化に応じて変化する電子回路シミュレーション用ライブラリが格納された記録媒体。
【請求項１１】
フレキシブル基板の任意の３次元形状を入力する入力部と、この入力部に入力された３次元形状情報から前記フレキシブル基板の電気的特性を決定する特徴的な３次元形状寸法を抽出する寸法抽出部と、この寸法抽出部が抽出した寸法情報をもとに前記フレキシブル基板の電気的特性を計算する特性計算部とを有するライブラリ生成システムが格納された記録媒体。
【請求項１２】
フレキシブル基板の３次元形状のうち特徴的な３次元形状寸法を入力する入力部と、この入力部に入力された寸法情報をもとに前記フレキシブル基板の電気的特性を計算する特性計算部とを有するライブラリ生成システムが格納された記録媒体。
【請求項１３】
フレキシブル基板の電気的特性と３次元形状情報とが格納され、前記電気的特性が前記３次元形状の変化に応じて変化する電子回路シミュレーション用ライブラリを用いて電子回路シミュレーションを行なう電子機器の製造方法。
【請求項１４】
フレキシブル基板の任意の３次元形状を入力する入力部と、この入力部に入力された３次元形状情報から前記フレキシブル基板の電気的特性を決定する特徴的な３次元形状寸法を抽出する寸法抽出部と、この寸法抽出部が抽出した寸法情報をもとに前記フレキシブル基板の電気的特性を計算する特性計算部とを有するフレキシブル基板のライブラリ生成システムを用いて電子回路シミュレーションを行なう電子機器の製造方法。
【請求項１５】
フレキシブル基板の３次元形状のうち特徴的な３次元形状寸法を入力する入力部と、この入力部に入力された寸法情報をもとに前記フレキシブル基板の電気的特性を計算する特性計算部とを有するフレキシブル基板のライブラリ生成システムを用いて電子回路シミュレーションを行なう電子機器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フレキシブル基板を用いた電子回路シミュレーション用ライブラリ、ライブラリ生成システム、これらが格納された記録媒体、及びこれらを用いた電子機器の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子機器の小型化や薄型化に伴い、電子機器内のプリント基板としてフレキシブル基板が使用されることが増えている。フレキシブル基板を含めたプリント基板を用いた電子機器の設計期間を短縮するために、様々なシミュレーションが利用されている。ノイズ対策などのために用いられることの多い伝送線路シミュレーションでは、カリフォルニア大学バークレー校が開発した電子回路シミュレーションプログラムＳＰＩＣＥ（Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ  Ｐｒｏｇｒａｍ  ｗｉｔｈ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  Ｅｍｐｈａｓｉｓ）が用いられることが過去多かった。しかし、電子機器で使用される周波数が高くなるに伴い、プリント基板配線の電気的特性をキャパシタや抵抗などの集中定数素子で表現することが困難となってきたため、電磁界シミュレーションを利用する試みも増加している。例えば特許文献１では、プリント基板と電子部品などから構成される電子機器の伝送線路シミュレーションを、素子ライブラリから抽出した電子部品やコネクタの電気的特性を表現した等価回路モデルと、電磁界シミュレーションを実施して得られたプリント基板配線の等価回路モデルとを組合せて実施している。
【特許文献１】特開平９−２７４６２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
フレキシブル基板は任意の３次元形状をとりうるため、設計初期段階では最適なフレキシブル基板形状がまだ分からないので、形状を一意に決定することができない。よって、特許文献１に示されているような形状が固定されている素子ライブラリとしてフレキシブル基板の等価回路モデルを事前に用意しておくことは不可能であった。また、特許文献１に示されているプリント基板配線の等価回路モデルを計算する電磁界シミュレーションは、プリント基板配線がその断面の垂直方向に一様に形成されていることを前提にシミュレーションするため、一回転ひねったような複雑な形状もとりうるフレキシブル基板のシミュレーションには適用不可能であるといった課題があった。
【０００４】
そこで、本発明は前記課題に鑑み、フレキシブル基板を用いた電子回路のシミュレーションを可能にする手段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】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明による電子回路シミュレーション用ライブラリは、フレキシブル基板の電気的特性と３次元形状情報とが格納され、前記電気的特性が前記３次元形状の変化に応じて変化するライブラリとした。
【発明の効果】
【０００６】
上記ライブラリによると、フレキシブル基板の電気的特性がフレキシブル基板の３次元形状の変化に応じて変化するため、形状を頻繁に変更してもその形状の場合のフレキシブル基板を用いた電子機器の特性をより正確にシミュレーションすることが可能となる。また、フレキシブル基板の３次元形状を変更するたびに電磁界シミュレーションを実行する必要がないため、試行錯誤の回数が多くできるだけ短いシミュレーション時間が要求される設計初期段階に用いるにはなおさら好適である。
【０００７】
また、前記ライブラリの電気的特性は、抵抗とキャパシタとインダクタの電気的回路素子の値がフレキシブル基板の３次元形状寸法をパラメータとした関係式で表現されている等価回路で表現される。設計者が等価回路中の抵抗値やインダクタンス値を知ることができるため、回路設計の見通しをたてやすいという効果を有する。
【０００８】
あるいは、前記ライブラリの電気的特性は、Ｓパラメータの値がフレキシブル基板の３次元形状寸法をパラメータとした関係式で表現される。多ポートのプリント基板配線網のような等価回路で表現することが困難な場合でも容易にライブラリを構成することが可能となる。
【０００９】
さらに、前記ライブラリには、電気的特性と３次元形状の情報に加え、フレキシブル基板を構成する材料の機械的力学特性も格納する。最大応力や曲げ破断強度などの力学的特性評価を電気的特性の評価と同時に行なうことで、機械的仕様を満足しないフレキシブル基板の形状の選択を未然に防止できるため、トータルの設計期間を短縮できるという効果を有する。
【００１０】
また、前記ライブラリを生成するシステムには、フレキシブル基板の任意の３次元形状を入力する手段と、入力された形状を３次元表示する手段と、入力された３次元形状情報からフレキシブル基板の電気的特性を決定する特徴的な３次元形状寸法を自動抽出する手段と、自動抽出された寸法情報をもとに電気的特性を自動計算する手段と、計算された電気的特性をあらかじめ決定されたフォーマットでファイル出力する手段とが備わっている。フレキシブル基板の複雑な３次元形状を視覚的に確認できるため、設計者の意図しない形状になってしまうミスを回避できるという効果を有する。さらに、入力された３次元形状情報からライブラリを自動生成するため、ライブラリを作成する工数も削減でき、結果として品質の高い設計が可能になるという効果を有する。
【００１１】
あるいは、前記ライブラリを生成するシステムには、フレキシブル基板の代表的な３次元形状を模式図で表示する手段と、模式図で表した３次元形状の特徴的な３次元形状寸法を入力する手段と、入力された寸法情報をもとに電気的特性を自動計算する手段と、計算された電気的特性をあらかじめ決定されたフォーマットでファイル出力する手段とが備わっている。フレキシブル基板の典型的な３次元形状を事前に用意しておくことで、設計者は複雑な３次元形状を入力する工数を削減することが可能となる。
【００１２】
さらに、前記フレキシブル基板のライブラリ生成システムには、入力された３次元形状が所定の変形量を超えているか判別する手段と、所定の変形量を超えている場合には警告を発する手段が備わっている。機械的に無理なフレキシブル基板の形状を選択しようとした場合に自動で警告を発してくれるため、設計者のミスを回避でき、トータルの設計期間を短縮できるという効果を有する。
【００１３】
以上のような、フレキシブル基板のライブラリおよびその生成システムを用いれば、フレキシブル基板を用いた電子機器のシミュレーションを飛躍的に高速に行なうことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１５】
（実施の形態１）
以下、本発明における実施の形態１について図２から図５を用いて説明する。
【００１６】
図２は、フレキシブル基板を用いた電子機器の斜視図である。図２において、１はリジッドなプリント基板Ａ、２はリジッドなプリント基板Ｂ、３はプリント基板Ａとプリント基板Ｂを接続するためのフレキシブル基板、４はプリント基板Ｂ上の表面実装型電子部品、５は表面実装型電子部品等を互いに接続する電気配線、６はフレキシブル基板を介して互いに接続されたコネクタ、である。電子機器における電子部品の選定や回路構成の決定、プリント基板の配線設計などにはコンピュータ上での電子回路シミュレーションが利用される場合が多い。そのような電子回路シミュレーションでは、設計者はシミュレーションのために事前に用意されたライブラリから、電子機器に使用する候補となる電子部品やコネクタの電気的特性や、プリント基板の電気配線の電気的特性を選択し、それらを結合させた回路図を電子回路シミュレータ上で作成しシミュレーションすることで、電気的特性が目標特性を満たしているか判定する。電子回路シミュレーション用回路図の例として、図２におけるプリント基板Ａを含む部分の回路図を図３に示す。図３におけるプリント基板の電気配線の電気的特性は、通常プリント基板の比誘電率や誘電損失などの電気的材料特性、およびプリント基板の厚みや電気配線の長さや幅、配線厚みなどの物理寸法をもとに計算される。このようなリジッドなプリント基板の電気配線は、プリント基板の製作ルール上任意の形状をとることは稀であるため、電気配線形状はいくつかの限定された種類にカテゴライズできる。よって、それらのカテゴライズされたプリント基板電気配線の電気的特性をライブラリ化しておくことにより、設計者は電子回路シミュレーションにおいてそれらを容易に再利用することが可能となり、設計効率を高めることができる。
【００１７】
しかし、このようなリジッドなプリント基板電気配線の電気的特性は、プリント基板の２次元断面形状が電気配線長手方向に一様に続いていることを前提に計算されるため、任意の３次元形状をとりうるフレキシブル基板電気配線に適用することは不可能である。フレキシブル基板全体を電磁界シミュレーションし電気的特性を求め、それを電子回路シミュレーションに用いることも可能ではあるが、フレキシブル基板は一般的にその厚みに比べ面積が比較的大きいため、有限要素法や有限差分時間領域法などの電磁界シミュレーションを用いた場合計算時間が数日以上もかかるため、フレキシブル基板の形状がまだ決定されていないような設計初期段階で使用するには適さない。
【００１８】
そこで本発明では、フレキシブル基板における電気配線の電気的特性と３次元形状情報とを事前に関係付けておきそれらをライブラリ化しておくことで、電子機器の設計初期段階におけるシミュレーション効率を高め、ひいては設計効率を高めることが可能となる。図４にフレキシブル基板の３次元形状を決定する代表寸法を示す。また、図４のフレキシブル基板電気配線の電気的特性を表す等価回路モデルを図５に示す。図５のＲ１，Ｒ２は抵抗成分を、Ｌ１，Ｌ２はインダクタンス成分を、Ｇ１，Ｇ２はコンダクタンス成分を、Ｃ１，Ｃ２，Ｃｐ１，Ｃｐ２，Ｃｂ１，Ｃｂ２は容量成分を、それぞれ集中定数で表現したものである。これらの集中定数は、図４に示した電気配線長さＬ１や配線間隔Ｗ３、フレキシブル基板材料の比誘電率などを変数に持つ関数となっているため、設計者は図４に示した代表寸法などのフレキシブル基板の設計情報をコンピュータ上で入力することで、瞬時に等価回路モデルを得ることができる。そして、そのフレキシブル基板の等価回路モデルと先に説明した電子部品やコネクタの電気的特性とを結合させ電子機器全体の回路図を用いて、電子機器全体の特性を予測するための電子回路シミュレーションを実施することが可能となる。フレキシブル基板電気配線の電気的特性を図５のような集中定数からなる等価回路モデルで表すことが困難な場合は、電気的特性をＳパラメータで表現し、サンプリング周波数ごとのＳパラメータの値が先に説明したフレキシブル基板の設計情報の関数となってさえいれば、電子回路シミュレーションに用いるためのフレキシブル基板電気配線の電気的特性を同様に瞬時に得ることができる。
【００１９】
このような等価回路モデルやＳパラメータなどの電気的特性を表すライブラリは、汎用の市販電子回路シミュレータで用いられることが多いため、標準的なフォーマットで作成されることが望ましい。例えば、等価回路モデルの場合、ＳＰＩＣＥフォーマットやＥＤＩＦフォーマット（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｄｅｓｉｇｎ  Ｉｎｔｅｒｃｈａｎｇｅ  Ｆｏｒｍａｔ）などが望ましい。
【００２０】
（実施の形態２）
以下、本発明における実施の形態２について図１と図６を用いて説明する。
【００２１】
図１は、フレキシブル基板のライブラリ生成システムを表す図である。７はフレキシブル基板の３次元形状を描くために使用するキーボードやマウスなどの入力部、８はフレキシブル基板の３次元形状を視覚的に表示する表示部、９は入力したフレキシブル基板の３次元形状から基板厚みや電気配線長さ、曲げ寸法など３次元形状を決定する代表寸法を抽出する演算を行うための寸法抽出部、１０はフレキシブル基板のライブラリが格納された記憶媒体、１１は９で抽出されたフレキシブル基板の３次元形状と最も近い３次元形状を有するフレキシブル基板の電気的特性をライブラリから探索する特性計算部、１２は特性計算部１１で探索されたフレキシブル基板の電気的特性を表した等価回路モデルを表示する表示部、１３は電子部品やコネクタおよびフレキシブル基板などの電気的特性を結合し電子機器全体のシミュレーションに用いる回路図を作成する回路図作成部、１４は入力されたフレキシブル基板の３次元形状情報と基板材料情報などをもとに計算された力学的特性を表示する力学的特性表示部、である。
【００２２】
フレキシブル基板は通常のプリント基板と異なり、曲げたりひねったりすることが可能で任意の３次元形状を取りうるため、意図したとおりの設計になっているかを判定するためには３次元形状を視覚的に確認できる表示部があると非常に有用である。あらかじめ、フレキシブル基板厚みや基板長さ，幅が決定されていないような構想設計段階、すなわち設計初期段階においては、設計者の自由な発想にもとづいてフレキシブル基板の形状が検討されるのが理想であるが、自由にフレキシブル基板の形状を決定した後に基板厚みや幅，長さ，屈曲部の曲げ半径などの３次元形状を特徴付ける代表寸法を手作業で抽出することは煩雑な作業となり、形状変更と特性確認の作業を何度も繰り返す構想設計段階には不向きである。そこで、作成したフレキシブル基板の３次元形状から電気的特性を決定する特徴的な３次元形状寸法をコンピュータによる演算で自動的に抽出することで、前記煩雑な作業を回避することが出来、設計効率を飛躍的に高めることが可能となる。
【００２３】
次に、抽出された３次元形状寸法などをデータベースに格納された既存のフレキシブル基板のライブラリと比較し、作成したフレキシブル基板の条件に最も近いデータと合致したものを電子回路シミュレーションに用いる。選択されたフレキシブル基板の電気的特性は、フレキシブル基板が接続されるコネクタやコネクタが取り付けられているリジッドなプリント基板および表面実装型電子部品などの電気的特性と接続され、電子機器全体をシミュレーションするための回路図を作成することができる。
【００２４】
フレキシブル基板の形状に、あらかじめ制約がある場合には、およそ決められたフレキシブル基板の形状を図６に示すように事前に模式図で用意することで、設計者は必要な寸法数値のみを入力すればよく、結果として形状の制約を破ることを抑制しつつ、かつ３次元形状を入力する工数も削減することができるという効果が得られる。
【００２５】
フレキシブル基板が折りたたみ式携帯電話などの電子機器に使われる場合には、携帯電話筐体の開閉動作などで頻繁に曲げられることが想定されるため、フレキシブル基板の電気的特性とともに力学的特性、すなわち機械的強度も同時に考慮した設計が重要となる。従来のこのような電子機器の設計では、まず最初に電気的特性が目標を満たすか検討が行われ、電気的特性が満足できた後に最大応力や曲げ破断強度などの力学的特性を評価し、目標を満足しなければフレキシブル基板の設計を変更し、再度電気的特性の検討からやり直す方法が一般的であった。このような従来の設計方法では、電気的特性を評価する技術者と力学的特性を評価する技術者が別々であることが多く、結果として設計期間が長くなるという課題があった。
【００２６】
そこで、事前にデータベースに格納されるフレキシブル基板のライブラリに、３次元形状情報と電気的特性だけではなく許容変形量などの力学的特性に関係する情報もデータとして持たせておくことで、ライブラリ中のそのデータとフレキシブル基板の設計情報を比較することで、電気的特性のシミュレーションと同時に力学的特性が目標を満足するかどうかを瞬時に判断することが可能となる。そのようなライブラリ生成システムが、力学的特性の許容値と設計されたフレキシブル基板の力学的特性を自動で比較し許容値を超えている場合に自動で警告を発する機能を有していれば、設計者が見落とすことも防ぐことができなお効果的である。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明のフレキシブル基板の電子回路シミュレーション用ライブラリおよびそのライブラリ生成システムを用いれば、フレキシブル基板を用いた電子機器のシミュレーションを高速に行なうことができ設計効率を高めることが可能となるため、安価に電子機器を設計する手法として産業上有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施の形態２におけるフレキシブル基板のライブラリ生成システムを示す図
【図２】本発明の実施の形態１におけるフレキシブル基板を含む電子機器の斜視図
【図３】本発明の実施の形態１における電子回路シミュレーション用回路図
【図４】本発明の実施の形態１におけるフレキシブル基板の３次元形状を表す代表寸法を説明するフレキシブル基板の斜視図
【図５】本発明の実施の形態１におけるフレキシブル基板の電気的特性を表す等価回路モデルを示す図
【図６】本発明の実施の形態２におけるフレキシブル基板のライブラリ生成システムを示す図
【符号の説明】
【００２９】
１  プリント基板Ａ
２  プリント基板Ｂ
３  フレキシブル基板
４  表面実装型電子部品
５  電気配線
６  コネクタ
７  入力部
８  表示部
９  寸法抽出部
１０  記憶媒体
１１  特性計算部
１２  電気的特性表示部
１３  回路図作成部
１４  力学的特性表示部
【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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【図６】
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