(57)【要約】【課題】電気回路を構成する導体等からなる配線と絶縁体の配線界面及び／または配線の表面等で代表される配線界面の粗化状態を考慮した電気特性等を解析することが可能な電気回路の解析方法及び解析システムが望まれていた。【解決手段】電気回路の解析方法にあっては、配線を含む電気回路における配線界面の粗化状態に対応して電気回路を補正した電気回路モデルを用いて解析することを特徴とする電気回路の解析方法び解析システムを提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
配線を含む電気回路における配線界面の粗化状態に対応して電気回路を補正した電気回路モデルを用いて解析することを特徴とする電気回路の解析方法。
【請求項２】
補正が、配線長の補正および／または断面形状の補正であることを特徴とする請求項１記載の電気回路の解析方法。
【請求項３】
補正が、配線界面に粗化がない状態の導電率と、配線界面に粗化がある状態の導電率との比率に応じて、配線断面積を補正したものであることを特徴とする請求項２記載の電気回路の解析方法。
【請求項４】
補正が、配線界面に粗化がない状態の共振波長もしくは電気長と、配線界面に粗化がある状態の共振波長もしくは電気長との比率に応じて、配線長を補正したものであることを特徴とする請求項２記載の電気回路の解析方法。
【請求項５】
電気回路およびその配線界面の粗化状態を入力する手段、配線界面の粗化状態に対応して電気回路を補正した電気回路モデルを得る手段、得られた電気回路モデルにより解析する手段、解析した結果を出力する手段からなることを特徴とする電気回路の解析システム。
【請求項６】
補正が、配線長の補正および／または断面形状の補正であることを特徴とする請求項５記載の電気回路の解析システム。
【請求項７】
補正が、配線界面に粗化がない状態の導電率と、配線界面に粗化がある状態の導電率との比率に応じて、配線断面積を補正したものであることを特徴とする請求項６記載の電気回路の解析システム。
【請求項８】
補正が、配線界面に粗化がない状態の共振波長もしくは電気長と、配線界面に粗化がある状態の共振波長もしくは電気長との比率に応じて、配線長を補正したものであることを特徴とする請求項６記載の電気回路の解析システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気回路板に形成されている配線を含む電気回路のＳ−ｐａｒａｍｅｔｅｒやＬＣＲといった電気特性や電送波形を算出するための電気回路の解析方法及び解析システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電気回路の電気特性を解析する方法としては、有限要素法、ＦＤＴＤ、モーメント法、ＴＬＭなどが知られている。いずれも電気回路を表現する幾何学的な形状を解析モデルとして作成し、それを複数の小領域に分割して解析する方法である。
【０００３】
解析モデル全体でマックスウェルの方程式を満足するように、小領域間での電磁場の釣り合いを求めていくもので、分割する小領域の個数に応じて、大規模な連立方程式を解く必要がある。モーメント法は２．５次元解析方法であるために、電気回路の厚み方向には、その形状変化を考慮した解析モデルを作成することはできない。他の３つの方法は３次元解析が可能であるので、理論上は配線の厚さ方向に形状の変化するような解析モデルを扱うことができる。これらの方法では、電磁場を解くことによって、電気回路の電気特性としてＳ−ｐａｒａｍｅｔｅｒやＬＣＲといった値を得ることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の電気回路の解析方法及び解析システムには、次のような問題点がある。電気回路の配線界面、例えば電気回路の導体と絶縁体の配線界面、もしくは導体の表面は、導体と絶縁体の密着性強化のために粗化されている。
【０００５】
この粗化が存在すると図５のグラフに示すように、粗化がない場合と比べて電気特性が低下する。従って、この様な解析方法は、この粗化の効果を的確に考慮しなければ、実際と異なる特性が解析結果として得られてしまう。すなわち粗化を考慮しない解析方法では、設計時に解析結果に基づいて電気回路を決定しても、作成された電気回路は、図６のグラフに示すように解析結果通りの期待した電気特性を有さないことになる。
【０００６】
粗化は一般的に１〜３μｍ程度と微細であるため、粗化による凹凸を従来の電気回路の解析方法及び解析システムによって解析しようとすると、膨大な解析モデル規模となり、実質上解が収束しない状況となるか、実用に供さないような極端に短い配線長の解析モデルしか扱えなくなる。したがって、従来の電気回路の解析方法及び解析システムでは、実際に製造された電気回路の電気特性等を予測することができないという大きな問題点がある。
【０００７】
本発明は、以上の本願発明の問題点を解決し、電気回路を構成する導体等からなる配線と絶縁体の配線界面及び／または配線の表面等で代表される配線界面の粗化状態を考慮した電気特性等を解析することが可能な電気回路の解析方法及び解析システムを提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以上の目的を達成するために、請求項１に記載の発明である電気回路の解析方法にあっては、配線を含む電気回路における配線界面の粗化状態に対応して電気回路を補正した電気回路モデルを用いて解析することを特徴とする電気回路の解析方法を提供するものである。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明である電気回路の解析方法にあっては、補正が、配線長の補正および／または断面形状の補正であることを特徴とする請求項１記載の電気回路の解析方法を提供するものである。
【００１０】
また、請求項３に記載の発明である電気回路の解析方法にあっては、補正が、配線界面に粗化がない状態の導電率と、配線界面に粗化がある状態の導電率との比率に応じて、配線断面積を補正したものであることを特徴とする請求項２記載の電気回路の解析方法を提供するものである。
【００１１】
また、請求項４に記載の発明である電気回路の解析方法にあっては、補正が、配線界面に粗化がない状態の共振波長もしくは電気長と、配線界面に粗化がある状態の共振波長もしくは電気長との比率に応じて、配線長を補正したものであることを特徴とする請求項２記載の電気回路の解析方法を提供するものである。
【００１２】
また、請求項５に記載の発明である電気回路の解析システムにあっては、電気回路およびその配線界面の粗化状態を入力する手段、配線界面の粗化状態に対応して電気回路を補正した電気回路モデルを得る手段、得られた電気回路モデルにより解析する手段、解析した結果を出力する手段からなることを特徴とする電気回路の解析システムを提供するものである。
【００１３】
また、請求項６に記載の発明である電気回路の解析システムにあっては、補正が、配線長の補正および／または断面形状の補正であることを特徴とする請求項５記載の電気回路の解析システムを提供するものである。
【００１４】
また、請求項７に記載の発明である電気回路の解析システムにあっては、補正が、配線界面に粗化がない状態の導電率と、配線界面に粗化がある状態の導電率との比率に応じて、配線断面積を補正したものであることを特徴とする請求項６記載の電気回路の解析システムを提供するものである。
【００１５】
また、請求項８に記載の発明である電気回路の解析システムにあっては、補正が、配線界面に粗化がない状態の共振波長もしくは電気長と、配線界面に粗化がある状態の共振波長もしくは配線長との比率に応じて、電気長を補正したものであることを特徴とする請求項６記載の電気回路の解析システムを提供するものである。
【００１６】
【発明の実態の形態】
本発明を実施形態に基づいて説明する。
【００１７】
本発明は、電気回路の解析方法にあっては、配線を含む電気回路における配線界面の粗化状態に対応して電気回路を補正した電気回路モデルを用いて解析することを特徴とする電気回路の解析方法を提供するものである。
【００１８】
まず、この様な方法が有効な理由を示す。
【００１９】
例えば、線路長４０ｍｍのマイクロストリップのＳ２１特性を、粗化３．０μｍ、粗化１．５μｍ、粗化なし（平滑）について各々測定した結果で、粗化のレベルが変わるとともに、伝送損失の大きさが変化している様子を図１に示す。この様に、粗化が深く入るほど伝送損失は大きくなるのが分かる。このような結果となる一つの要因は、粗化によって有効な回路の配線配線断面積が、見かけよりも小さくなっていることにより、配線の直流抵抗成分が増加することによる。本願発明は、この様な現象を積極利用したものである。
【００２０】
また、補正前の電気回路については、製造条件より得るか、実効配線配線断面積を測定するか、もしくは解析によって算出して電気回路を求める等の適宜な手段で入力すれば良い。
【００２１】
それに対して、見かけの配線断面積を補正すれば、粗化による直流損失の増加を考慮する事が可能な電気回路モデルとすることが可能となる。
【００２２】
また、電気回路の解析システムにあっては、電気回路およびその配線界面の粗化状態を入力する手段、配線界面の粗化状態に対応して電気回路を補正した電気回路モデルを得る手段、得られた電気回路モデルにより解析する手段、解析した結果を出力する手段からなることを特徴とする電気回路の解析システムを提供するものである。
【００２３】
以下、電気特性を解析する際の手順は次のようになる。
【００２４】
まず、見かけの配線断面積もしくは設計値と同一の配線形状を解析モデルとして作成する。
【００２５】
この配線の見かけの配線断面積等と実効配線断面積の比率に応じて、見かけの配線の断面形状を実効断面形状に変形縮小させるのが好ましい。縮小は面積の比率を保ち、相似形に変換するのが設計上容易である。
【００２６】
例えば、見かけの配線の配線断面積と実効配線断面積の比率は、次にようにして測定することもできる。測定で得る方法としては、同一寸法と材質の伝送線路を粗化なしと粗化ありで作成し、その伝送線路の導電率を測定する。両者の導電率の比率が、見かけの配線の配線断面積と実効配線断面積の比率となる。
【００２７】
なお、粗化なしと粗化ありの２段階以外で、粗化程度により多段階にして精度を向上させる事も可能である。
【００２８】
この様にして得られた配線の断面形状を実効配線断面積で補正して電気回路モデルを得る。この電気回路モデルを利用して、従来の解析方法をそのまま適用して、Ｓ−ｐａｒａｍｅｔｅｒ、ＬＣＲ、伝送波形などの各種電気特性を算出することで解析を行う。その結果は、表示や通信等の適宜各種手段により出力される。
【００２９】
また、配線界面の粗化は実効的な配線長を変化させるので、その現象と補正方法についても以下に示す。
【００３０】
図３は、特性インピーダンスを６０Ωとし、故意に測定系の５０Ωからずらした線路長１０ｍｍのマイクロストリップのＳ１１特性を、粗化３．０μｍ、粗化１．５μｍ、粗化なし（平滑）について各々測定した結果を示す。
【００３１】
これによりｍ粗化のレベルが変わるとともに、共振する周波数が変化しているのが分かる。粗化なしの線路がもっとも共振周波数が高くなる傾向にある。すなわち、これは粗化なしの線路の電気的な実効配線長が、粗化ありの線路と比べて短くなっていることを示している。
【００３２】
これは、電気信号が粗化された凹凸に沿って流れることが原因となっている。高周波信号では表皮効果のために、ほとんどの信号が配線の表面付近を流れるので、この傾向はより顕著になるからである。
【００３３】
したがって、高周波回路では、粗化によって実効配線長が、見かけの配線長よりも長くなるので、この分の配線長を補正してあげれば、実際の配線の電気特性を、解析によって精度良く算出できることになる。
【００３４】
この場合の粗化による実効配線長の変化を考慮した電気特性を解析する際の手順は一般的には次のようになる。
【００３５】
まず、見かけの配線長もしくは設計値と同一の配線形状を解析モデルとして作成する。この配線の見かけの配線長と実効配線長の比率に応じて、見かけの配線長を実効配線長に変換することで電気回路モデルを得る。
【００３６】
この際、配線だけでなく絶縁層も同じように長さを変換しないと、線路長を変換したことにならないのが一般的であることは、注意すべき点である。
【００３７】
なお、計算上は物理上あり得る電気回路モデルを得る方が好ましいが、各配線などの回路の境界条件さえ辻褄が合えば、３次元的にはあり得ない配線となる電気回路モデルであっても、計算上可能であればその様なモデルを使うものであっても構わないものである。
【００３８】
見かけの配線長と実効配線長の比率は、たとえば次のようにして求めることができる。同一な寸法と材料によって粗化なしと粗化ありの配線を作成し、Ｓ１１特性を測定する。得られた特性曲線から実効配線長の１／４波長共振周波数である極大値、もしくは１／２波長共振周波数である極小値を求める。粗化なしと粗化ありの場合に関して、この共振周波数から共振波長を求めれば、共振波長の比率が見かけの配線長と実効配線長の比率に一致する。共振波長ではなく、実効配線長を直接測定する様にしても、まったく同一である。配線長を実効配線長で補正すれば、あとは従来の解析方法を適用して、Ｓ−ｐａｒａｍｅｔｅｒ、ＬＣＲなどの電気特性を算出することができる。
【００３９】
この様に、用途により配線長の補正や、断面形状の補正、もしくはその両方の補正を適宜選択可能である。
【００４０】
このようにして、電気回路の配線の配線断面積と配線長を、粗化を考慮して補正すれば、従来の解析方法で用いられていた解析モデルの規模を大きくさせることなく、粗化を考慮した電気特性の解析を行うことができる。
【００４１】
さらに、導体と絶縁体の２種類の導電率の場合で説明したが、３種類以上の導電率の材料からなる電気回路であっても応用可能である。また、能動素子等が組み込まれている場合であっても、その配線部分のみ本願発明を適用する事も可能である。
【００４２】
【実施例】
＜実施例１＞
本発明を図示の実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００４３】
本実施例では、回路を線路長４０ｍｍのマイクロストリップからなる伝送線路からなる配線であり、その界面の粗化を３μｍとする。
【００４４】
次に、見かけの配線断面積もしくは設計値と同一の配線形状を解析モデルとして作成する。この配線の見かけの配線断面積と実効配線断面積の比率　　に応じて、図２に示すように見かけの配線の台形形状の断面形状３を実効断面形状３’に変形縮小させる。
【００４５】
その結果その縮小は面積の比率を保ち、相似形に変換したこととなる。
【００４６】
この様にして求められた電気回路モデルを利用して、従来の解析方法である有限要素法を適用して小領域に分割し、Ｓ−ｐａｒａｍｅｔｅｒ、ＬＣＲなどの電気特性を算出できた。
【００４７】
＜実施例２＞
次に、見かけの配線長と実効配線長の比率は、同一な寸法１０ｍｍ、粗化なしと粗化ありの配線を作成し、Ｓ１１特性を測定する。
【００４８】
この様にして得られた図３に示す特性曲線から、実効配線長の１／４波長共振周波数における極大値、もしくは１／２波長共振周波数である極小値を求める。
【００４９】
粗化なしと粗化ありの場合に関して、この共振周波数（粗化なし）、共振周波数（粗化あり）を求め、これより各々の共振波長（粗化なし）、共振波長（粗化あり）を求め、その比率を求める。
【００５０】
この比率に応じて、図４に示すように、例えば見かけの配線長ｌを実効配線長ｌ’に変換する。この際、配線５だけでなく絶縁層４も同じように長さを変換する。
【００５１】
この様にして求められた電気回路モデルを利用して、従来の解析方法である有限要素法を適用して小領域に分割し、Ｓ−ｐａｒａｍｅｔｅｒ、ＬＣＲなどの電気特性を算出できた。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る電気回路の解析方法及び解析システムは、電気回路の配線界面の粗化が電気特性に与える影響を考慮した解析を、従来の解析モデルの規模と同等で行うことができる。これによって、設計時に配線の電気特性を解析する際に、実際に製造される予定の基板等の電気回路とほぼ変わらぬ電気特性を予測することが可能となる。
【００５３】
この結果、設計品質の向上に貢献し、かつ解析に要する時間やコンピュータ資源を大幅に短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、粗化とＳ２１特性のグラフである。
【図２】図２は、断面形状の補正方法の説明図である。
【図３】図３は、粗化とＳ１１特性のグラフである。
【図４】図４は、配線長の補正方法の説明図である。
【図５】図５は、粗化とＳ２１特性のグラフである。
【図６】図６は、従来の解析結果の基づく粗化とＳ２１特性のグラフである。
【符号の説明】
１、２、４　　　絶縁層
３　　　　　　断面形状
３’　　　実効断面形状
５　　　　　　　　配線
Ｇ　　　　　　グランド
ｌ　　　　　　　配線長
ｌ’　　　　実効配線長
【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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