(57)【要約】【課題】プリント基板の実装設計を行なうに際し、グランドプレーン上の部分ごとに最適なビアの間隔を決定し、スリットやクリアランスの存在を考慮に入れて、その間隔でビアを自動配置し、また配置されているビアがその間隔を満たしているか判定するための設計支援装置を提供する。【解決手段】プリント基板設計装置は、周囲の部品配置や配線のレイアウト情報、クロック周波数などの部品および配線に与えられた特性情報、要求されるノイズ抑制強度に関する情報を入力として用い、これらの各情報をもとに、プリント基板の領域ごとに適切なビア間隔を算出する手段を持つ。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プリント基板の複数層に重なる領域を持つ同一の信号同士を接続するビアを配置するプリント基板設計支援装置において、
部品配置と、配線のレイアウトと、部品や配線に与えられた特性情報とをもとに、前記プリント基板を領域に分割し、この領域ごとにビア間隔を算出する手段を持つことを特徴とするプリント基板設計支援装置。
【請求項２】
請求項１に記載のプリント基板設計支援装置であって、
前記ビア間隔の半分の距離の格子点から選択することにより、ビアを配置する手段を持つことを特徴とするプリント基板設計支援装置。
【請求項３】
プリント基板上に格子状に配置された点から所定の距離内にビアがあるかどうかを計測することにより、プリント基板の領域ごとに設定されたビア間隔に合わせてビアが配置されているか評価する手段を持つことを特徴とするプリント基板設計支援装置。
【請求項４】
プリント基板の複数層に重なる領域を持つ同一の信号同士を接続するビアを配置するプリント基板ビア配置方法において、
部品配置と、配線のレイアウトと、部品や配線に与えられた特性情報とを取得するステップと、
前記プリント基板を領域に分割するステップと、
分割された領域ごとにビア間隔を算出するステップと、
前記ビア間隔の半分の距離の格子点からビアを選択するステップと、からなるプリント基板ビア配置方法。
【請求項５】
コンピュータを、
部品配置と、配線のレイアウトと、部品や配線に与えられた特性情報とを取得する情報取得部、
前記プリント基板を領域に分割する分割部、
分割された領域ごとにビア間隔を算出する算出部、
前記ビア間隔の半分の距離の格子点からビアを選択するビア選択部、として機能させるためのプログラム。
【請求項６】
プリント基板の複数層に重なる領域を持つ配線同士を接続するビアが間隔をもった格子状の点に沿って配置されたプリント基板において、
前記間隔が、領域によって異なっていることを特徴とするプリント基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリント基板設計支援方法に関するものであり、詳細には、多層プリント基板において層間を接続する部材（ビア）を適切に配置するための方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
多層プリント基板におけるノイズの電磁放射（ＥＭＩ:Electro-Magnetic Interference）を抑制するための設計技術の一つとして、電源およびアース同士を接続するビアの間隔を考慮して配置する手法がある。この手法でプリント基板上に配置するビアは、多数となる。このため、人手による配置では多大な時間と労力を費やすことになり、また見落としによる配置漏れのような不良の可能性を排除できなかった。
【０００３】
この問題に対し、ビアを自動配置する方法およびビアの配置状態を評価して不足部分を指摘する方法が提案されている。特許文献１は、プリント基板の複数層に存在する電源やアースが互いに重なる領域の周縁部と中央部のそれぞれについて、ビアをあらかじめ定めた間隔で自動配置する技術を開示する。特許文献２は、プリント基板上を区切った各領域に対し、あらかじめ定めた数以上のビアが当該領域に配置されていない場合に不足を指摘する技術を開示する。特許文献２は、また、隣接するビアの間隔があらかじめ定めた距離以下でない場合に不足を指摘する技術も開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−０２０６４４号公報
【特許文献２】特開２００３−１６３４６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の技術では、ビアを自動配置する間隔は、電源およびアース同士が重なる領域の周縁部、中央部それぞれについて、プリント基板全体で一律となる。また、特許文献２の技術では、領域内に存在する必要があるビアの数は、領域を区切るより前にあらかじめ決められている。したがって、プリント基板の任意の領域において一律となる。隣接するビアの間隔も同様にあらかじめ決められているため、プリント基板全体で一律となる。
【０００６】
しかし、異なる周波数を持つ複数のクロック配線が存在する場合などは、必要とするビアの間隔も周波数によって異なる。このため、一律の間隔でビアを配置すると、プリント基板上の領域によってビアが不足したり、ビアが過剰になったりする。また一律の密度や間隔でビアの配置を評価すると、プリント基板上の領域によって評価が過少や過大になる。
【０００７】
本発明は、前記のような問題点を解決するため、プリント基板の領域ごとに適切なビア間隔を算出して、ビアの自動配置や配置の評価を行なう。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題は、プリント基板の複数層に重なる領域を持つ同一の信号同士を接続するビアを配置するプリント基板設計支援装置において、部品配置と、配線のレイアウトと、部品や配線に与えられた特性情報とをもとに、プリント基板を領域に分割し、この領域ごとにビア間隔を算出する手段を持つプリント基板設計支援装置により、達成できる。
【０００９】
また、プリント基板上に格子状に配置された点から所定の距離内にビアがあるかどうかを計測することにより、プリント基板の領域ごとに設定されたビア間隔に合わせてビアが配置されているか評価する手段を持つプリント基板設計支援装置により、達成できる。
【００１０】
プリント基板の複数層に重なる領域を持つ同一の信号同士を接続するビアを配置するプリント基板ビア配置方法において、部品配置と、配線のレイアウトと、部品や配線に与えられた特性情報とを取得するステップと、プリント基板を領域に分割するステップと、分割された領域ごとにビア間隔を算出するステップと、ビア間隔の半分の距離の格子点からビアを選択するステップと、からなるプリント基板ビア配置方法により、達成できる。
【００１１】
また、コンピュータを、部品配置と、配線のレイアウトと、部品や配線に与えられた特性情報とを取得する情報取得部、プリント基板を領域に分割する分割部、分割された領域ごとにビア間隔を算出する算出部、ビア間隔の半分の距離の格子点からビアを選択するビア選択部、として機能させるためのプログラムにより、達成できる。
【００１２】
さらに、プリント基板の複数層に重なる領域を持つ配線同士を接続するビアが間隔をもった格子状の点に沿って配置されたプリント基板において、間隔が、領域によって異なっているプリント基板により、達成できる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明でプリント基板の領域ごとに適切なビア間隔を算出することによって、一律なビア間隔設定に起因するビアの部分的な不足や過剰を防ぎ、プリント基板の領域ごとに適切な間隔でビアを自動配置することおよび、ビアの部分的な過少や過大評価を防ぎ、プリント基板の各領域において適切なビア配置評価を行なうことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】プリント基板設計装置のハードウェアブロック図である。
【図２】プリント基板設計装置の処理を示すフローチャートである。
【図３】ビア間隔定義情報を説明する図である。
【図４】部品配置・配線情報および部品・配線特性情報を説明する図である。
【図５】領域別間隔設定の適用結果を示す図である。
【図６】ビア自動配置の処理詳細を示すフローチャートである。
【図７】領域別間隔設定によって区分された一つの領域を説明する図である。
【図８】仮ビア設定の実行結果を示す図である。
【図９】仮ビア確定の対象となる仮ビアに対する、周囲のビアおよび仮ビアの位置関係を示す図である。
【図１０】ビアや仮ビアの存在判定を説明するための図である。
【図１１】１回目の仮ビア確定の実行結果を示す図である。
【図１２】近傍仮ビア消去の実行結果を示す図である。
【図１３】２回目の仮ビア確定の実行結果を示す図である。
【図１４】ビア自動配置の実行結果を示す図である。
【図１５】ビア配置評価の処理詳細を示すフローチャートである。
【図１６】領域別間隔設定によって区分された一つの領域に、既にビアが配置されている場合を説明する図である。
【図１７】観測点設定の実行結果を示す図である。
【図１８】ビア配置評価方法の根拠を説明する図である。
【図１９】ビア距離測定の実行例を示す図である。
【図２０】ビア配置評価の実行結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について、実施例を用い図面を参照しながら詳細に説明する。なお、実質同一部位には、同じ参照番号を振り、説明は繰り返さない。
【００１６】
図１を参照して、プリント基板設計装置２００のハードウェアを説明する。図１において、プリント基板設計装置２００は、制御装置２０と、入力装置２１と、表示装置２２と、外部記憶装置２３とから、構成されている。プリント基板設計装置２００は、制御装置２０に入力装置２１、表示装置２２、外部記憶装置２３が接続されて、構成されている。外部記憶装置２３は、図２に示すとおり、ビア間隔定義情報２３１と、部品配線特性情報２３２と、部品配置・配線情報２３３とを保持する。制御装置２０は、コンピュータであり、図示しないＣＰＵ、メモリから構成されている。
【００１７】
図２を参照して、制御装置２０による、ビア自動配置およびビア配置評価の処理フローを説明する。制御装置２０は、ビア自動配置およびビア配置評価の処理フローを開始すると、まず情報取得する（Ｓ１１）。ここで、情報取得とは、外部記憶装置２３から、ビア間隔定義情報２３１と、部品配線特性情報２３２と、部品配置・配線情報２３３とを読み込むことである。制御装置２０は、領域別間隔設定する（Ｓ１２）。領域別間隔設定とは、プリント基板の領域を区分し、各領域に対し適切なビア間隔を算出することである。制御装置２０は、機能選択する（Ｓ１３）。自動配置のとき、制御装置２０は、ビア自動配置する（Ｓ１４）。ビア自動配置とは、プリント基板にビアを自動配置することである。制御装置２０は、配置情報格納する（Ｓ１５）。配置情報格納とは、ビア自動配置の結果を部品配置配線情報２３２に格納する。制御装置２０は、結果表示して（Ｓ１７）、終了する。ステップ１３で配線評価のとき、制御装置２０は、ビア配置評価して（Ｓ１６）、ステップ１７に遷移する。ビア配置評価とは、ビアの配置を評価することである。
【００１８】
上述した処理フローは、ビアの自動配置と配置評価の両方を備えたプリント基板設計装置について示しているが、どちらか片方のみを備えることにしてもよい。自動配置のみを備える装置では、機能選択１３とビア配置評価１６を省き、領域別間隔設定１２から直ちにビア自動配置１４へ進む。また、配置評価のみを備える装置では、機能選択１３、ビア自動配置１４と配置情報格納１５を省き、領域別間隔設定１２から直ちにビア配置評価１６へ進む。
【００１９】
ビア間隔定義情報２３１は、対象のプリント基板上でビアの自動配置や配置評価を行なう全領域に対し、部品・配線特性情報２３２と部品配置・配線情報２３３から得られる情報を用いて、ビア間隔の数値を一意に規定する情報および、自動配置を行なうビアの形状と大きさを含む。
【００２０】
なお、ビア間隔定義情報２３１は、当該プリント基板に固有のものであっても、ある前提条件を満たすプリント基板一般に適用できるものであってもよい。プリント基板固有のビア間隔定義情報は、そのプリント基板に対しビア間隔の数値を定義できるものである必要がある。一方、プリント基板一般に適用できるビア間隔定義情報は、その定義情報の前提条件を満たす任意のプリント基板に対し、ビア間隔の数値を定義できるものである必要がある。
【００２１】
ここで前提条件とは、プリント基板の層構成、電磁放射の規格、プリント基板が組み込まれる製品の分野など、部品・配線特性情報２３２や部品配置・配線情報２３３に含まれる情報であっても、含まれない情報であってもよい。
【００２２】
部品・配線特性情報２３２は、当該プリント基板に存在するすべての部品および配線の種類および特性値を規定する情報である。特性値の内容は、部品や配線の種類により異なる。抵抗には抵抗値、コンデンサには静電容量といった特性値がある。配線の場合は、クロック配線には周波数、電源配線には電圧といった特性値が存在する。
【００２３】
部品配置・配線情報２３３は、当該プリント基板の部品配置や配線パターンを表現する情報である。
【００２４】
領域別間隔設定において、制御装置２０は、ビア間隔定義情報２３１と、部品・配線特性情報２３２ならびに部品配置・配線情報２３３をもとに、プリント基板の領域を区分し、各領域に対し適切なビア間隔を算出する。これを、図３ないし図５を参照して、説明する。
【００２５】
図３を参照して、ビア間隔定義情報２３１を説明する。図３において、ビア間隔定義情報２３１は、優先順位３１と、条件３２と、ビア間隔３３とから構成されている。ビア間隔定義情報２３１は、優先順位をもった複数の条件が存在し、基板上の領域に対して優先順位の高いものから順次条件を適用して、ビア間隔を定義している。条件３２の記述には、部品・配線特性情報２３２から得られる情報であるクロック配線の周波数ｆと、部品配置・配線情報２３３から得られる情報である部品外形の位置、アース周縁部またはクロック線からの距離を用いている。優先順位３の条件では、ビア間隔の算出にクロック配線の周波数ｆを用いている。
【００２６】
ここでは、ビア間隔定義情報２３１で定義されるビア間隔は、同一の数値を縦横両方の間隔として適用しているが、縦横で異なる数値を用いてもよい。また図３ではビア間隔を算出するための定義を記述しているが、外部記憶装置２３内に別途備えられたテーブルを参照したり、機能を実行するたびに入力装置２１を用いて間隔を指定したりする方法をとってもよい。
【００２７】
図４を参照して、部品配置・配線情報２３３に部品・配線特性情報２３２を加えた平面図を説明する。範囲４１にアース層が存在する。表面層に、部品４２、４４および４７が配置され、その間をクロック線４３、４５、４６が接続している。ここでは、クロック線４３は２５０ＭＨｚ、クロック線４５は５００ＭＨｚ、クロック線４６は１２５ＭＨｚである。
【００２８】
図５を参照して、図３のビア間隔定義情報を図４に適用した場合の結果を示す。図５において、まず優先順位１の規則により、部品４２の外形と重なる領域５２がビア配置不要と定まる。同様に、部品４４、４７の外形と重なる領域５４、５７もビア配置不要となる。次に優先順位２の規則により、残る領域のうち４００ＭＨｚ以上のクロック線４５から１０ｍｍ以内にある領域５５がビア間隔２．５ｍｍと定まる。続いて優先順位３の規則により、残る領域のうち１００ＭＨｚ以上４００ＭＨｚ未満のクロック線４３および４６から１０ｍｍ以内にある領域５３と５６のビア間隔が定まる。間隔の数値はクロック線の周波数ｆに依存し、クロック線４３ではｆ＝２５０ＭＨｚであるため、１０００／２５０＝４ｍｍとなる。クロック線４６では同様に、１０００／１２５＝８ｍｍとなる。クロック線４３と４６の両方から１０ｍｍ以内にある領域については、規則の記述により高い周波数を優先する。
【００２９】
優先順位４の規則については、１００ＭＨｚ未満のクロック線が存在しないため、該当する領域はない。優先順位５の規則により、アース周縁部から５ｍｍ以内にある領域５１がビア間隔１０ｍｍと定まる。最後に優先順位６の規則により、これまでの規則でビア間隔の定まらなかった領域５８がビア間隔２０ｍｍと定まり、図５のように全領域のビア間隔が定まる。
【００３０】
図６を参照して、図２のステップ１４（ビア自動配置）の詳細なフローを説明する。図６において、ビア自動配置を開始すると、制御部２０は、仮ビアを設定する（Ｓ６１）。制御部２０は、判定条件に適合した仮ビアを確定する（Ｓ６２）。制御部２０は、確定ビアの近傍の仮ビアを消去する（Ｓ６３）。制御部２０は、仮ビアが残っているか判定する（Ｓ６４）。ＹＥＳのとき、制御部２０は、ステップ６２に遷移する。ステップ６４でＮＯのとき、制御部２０は、終了する。
【００３１】
図７を参照して、図２のステップ１２（領域別間隔設定）によって区分された一つの領域を説明する。領域７１において、アース以外の層でクロック線７２とクロックでない配線７３が走っている。ビア間隔としてｄが設定されたとする。以下、この領域７１におけるビア自動配置を説明する。
【００３２】
図８を参照して、仮ビア設定を説明する。まず、領域に設定されたビア間隔ｄに対し、ｄ／２の間隔で領域上に格子状の線を引く。そして、格子線同士の交点を中心としてビアを置いたとき、ビア全体が領域内に存在し、他層の配線と重ならない場合、その位置に仮ビア８１を置く。格子点８２のようにビアの一部または全部が領域外にはみ出す場合や、格子点８３のように他層の配線と重なる位置には仮ビアを置かない。領域７１の内部にある全ての格子点について、同様に判断して仮ビアを設定する。
【００３３】
なお、本実施例における格子の縦横は、プリント基板の縦横と一致している。しかし、任意の角度で格子を傾けて引くことにしてもよい。また座標が直交しないような格子を引いてもよい。格子の傾きや座標軸の指定は、ビア間隔定義情報２３１でビア間隔と共に記述しても、外部記憶装置２３内に別途備えられた指定情報を取得しても、あるいは機能を実行するたびに入力装置２１を用いて間隔を指定する方法をとってもよい。
【００３４】
図９および図１０を参照して、仮ビア確定の基準を説明する。仮ビア確定は、仮ビアの中から正式にビアとするものを選択する処理である。図９（ａ）のように、対象仮ビア９２の周囲、縦横斜めに存在する格子点８つのうち、格子点９１のように連続する４つ以上にわたってビアも仮ビアも存在していない場合、仮ビア９２を確定する。この確定ビアを凸コーナー仮ビアと呼ぶ。
【００３５】
また、図９（ｂ）のように、対象仮ビア９６へ斜めに隣接する格子点９５にビアも仮ビアも存在せず、格子点９５と仮ビア９６に共通の隣接格子点である格子点９４と格子点９７および、それらを挟んで仮ビア９６の反対側の格子点である格子点９３と格子点９８にビアか仮ビアが存在している場合、仮ビア９６を確定する。この確定ビアを凹コーナー仮ビアと呼ぶ。
【００３６】
図９の選択においてビアや仮ビアの有無を判定する際は、領域の形状を考慮する。具体的には、対象仮ビアの中心と目標の格子点を結んだ線分の一部が領域の外部にはみ出したり、領域内部のウィンドウ（領域外エリア）を通ったりする場合、目標の格子点にはビアや仮ビアが存在しないと判定する。すなわち、図１０において、仮ビア１０２に対し、１０１，１０４，１０５および１０８の各仮ビアは、存在するものとして判定する。しかし、１０３、１０６および１０７の各仮ビアは、存在しないと判定する。
【００３７】
図１１を参照して、仮ビア確定を説明する。図１１において、仮ビア１１１は、図９（ａ）に該当するため確定する。仮ビア１１２は、図９（ｂ）に該当するため確定する。同様にして、領域全体の仮ビアについて確定を判断する。図１１の白丸が初回での確定ビアである。
【００３８】
図１２を参照して、近傍仮ビア消去を説明する。仮ビア確定で確定したビアに対し、上下左右斜め８方向に隣接する仮ビアのうち、両者の中心を結ぶ線分が領域の外部やウィンドウを通らないようなものを消去する。すでに確定しているビアは消去の対象とならない。図１２において、ビア１２１に対しては、仮ビア１２２ほか、隣接する４つの仮ビアを消去する。他の確定ビアに対しても、同様の手順で仮ビアを消去する。
【００３９】
仮ビア残存判定では、領域内に仮ビアが残っている場合は仮ビア確定６２へ戻って手続きを繰り返し、残っていない場合は、ビア自動配置を終了する。図１２の状態では、仮ビアが残っているため、仮ビア確定へ戻る。
【００４０】
図１３を参照して、２回目の仮ビア確定の結果を説明する。前回の仮ビア消去によって新たに図９の条件を満たすようになった仮ビア１３１が確定する。図１３において、黒丸は初回の確定ビア、白丸は２回目の確定ビアである。以下同様に手続きを繰り返し、全ての仮ビアが確定か消去されたとき、ビア自動配置は終了する。図１４は、自動配置結果である。図１４において、黒丸で示すビアがこの領域での規定間隔ｄで配置されている。
【００４１】
図１５を参照して、図２のステップ１６（ビア配置評価）の詳細なフローを説明する。図１５において、ビア配置評価をスタートすると、制御部２０は、観測点を設定する（Ｓ６６）。制御部２０は、観測点からビアまでの距離を測定する（Ｓ６７）。制御部２０は、未判定観測点があるか判定する（Ｓ６８）。ＹＥＳのとき、制御部２０は、ステップ６７に遷移する。ステップ６８でＮＯのとき、制御部２０は、終了する。
【００４２】
図１６は、図７の領域に既にビア１６１の配置されている例である。図１６の黒丸がビア配置である。この配置に対する評価を、図１７ないし図２０を参照して、説明する。なお、図１６は、ビア配置に不具合がある例である。
【００４３】
図１７を参照して、観測点設定を説明する。図１７において、仮ビア設定と同様、領域７１に設定されたビア間隔ｄに対し、ｄ／２の間隔で領域上に格子状の線を引く。そして、格子線同士の交点のうち領域内に存在する全ての格子点および格子線と領域周縁および内縁の交点全てに観測点１７１を置く。
【００４４】
図１８を参照して、ビア配置評価方法の根拠を説明する。図１８において、間隔ｄでビアが格子状に配置されている場合、ビアから最も遠い箇所は、周囲の４つのビア１８１、１８２、１８４、１８５がなす正方形の中心１８３であり、最も近いビア中心との距離はｄ／√２となる。よって、ある箇所において最も近いビア中心までの距離がｄ／√２を超えているならば、その箇所ではビアが不足していると判断できる。
【００４５】
図１９を参照して、ビア距離測定を説明する。図１９において、各観測点を中心に、半径ｄ／√２の円を描く。その中にビアの中心が存在し、そのビアと観測点を結んだ線分の全体が領域に含まれている場合、その観測点ではビアが十分存在すると評価する。観測点１９１では、円内にビアが存在しない。すなわち、最も近いビア中心までの距離はｄ／√２を超えており、この観測点ではビアが不足していると評価する。観測点１９３では、円内にビア１９２が存在するため、この観測点ではビアが十分存在すると評価する。観測点１９５では、円内にビア１９４が存在する。しかし、両者を結んだ線分は領域の外部を通る。このため、両者の実際の離隔距離は、直線距離を上回っている。したがって、ビア１９４をもってビアが存在するとは評価しない。円内に他のビアは存在しないため、観測点１９５ではビアが不足していると評価する。
【００４６】
未判定観測点検索のステップ６８では、観測点を検索し、まだビア距離測定を行なっていない観測点があれば測定する。未判定観測点がなくなるまで繰り返し、終了する。
図２０に、評価結果を示す。図２０において、○に×がビア不足箇所である。但し、ビア不足と判定した観測点全てにビアを配置する必要はない。
【符号の説明】
【００４７】
２０…制御装置、２１…入力装置、２２…表示装置、２３…外部記憶装置、２００…プリント基板設計装置、２３１…ビア間隔定義情報、２３２…部品・配線特性情報、２３３…部品配置・配線情報。
【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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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