(57)【要約】【課題】電気回路を電磁界解析し、解析結果に基づいて電気回路モデルを構築し、構築された電気回路モデルにより電気回路の解析を行う電気回路解析システムにおいて、電気回路の解析時間を短縮する。【解決手段】電磁界解析部が、解析対象の電気回路の図面データに基づいて、境界要素法や有限要素法等の方法を用いて電気回路を解析し、電気回路の抵抗、自己インダクタンス、相互インダクタンス及び静電容量を抽出する（ステップＳ１）。選択部が、電磁界解析結果により得られた値から、共振回路の共振周波数やパターン上の端子間距離に基づいて、電気回路モデルの構築に用いる値の選択を行う（ステップＳ２）。選択された値に基づいて回路解析部が電気回路モデルを構築する（ステップＳ３）。構築された電気回路モデルに基づいて電気回路のシミュレーションを行う（ステップＳ４）。【選択図】図５
2016091248.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
解析対象となる電気回路を電磁界解析し、電磁界解析結果に基づいて電気回路モデルを構築し、構築された電気回路モデルに基づいて、前記電気回路の解析を行う電気回路解析方法であって、
前記電磁界解析結果で得られた自己インダクタンスと、この自己インダクタンスと共振回路を構成する静電容量と、の共振周波数を算出し、
該共振周波数の値が予め設定された値以上の場合、前記設定された値以上の共振周波数を有する共振回路を構成する自己インダクタンスを除外して、前記電気回路モデルを構築する
ことを特徴とする電気回路解析方法。
【請求項２】
除外された自己インダクタンスに直列に接続されている抵抗が、予め設定された値以下である場合、設定された値以下である抵抗を除外して、前記電気回路モデルを構築する
ことを特徴とする請求項１に記載の電気回路解析方法。
【請求項３】
少なくとも、共振周波数が１００ＭＨｚ以内となる自己インダクタンスと静電容量の組合せとなる自己インダクタンスを選択して前記電気回路モデルを構築する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電気回路解析方法。
【請求項４】
解析対象となる電気回路を電磁界解析し、電磁界解析結果に基づいて電気回路モデルを構築し、構築された電気回路モデルに基づいて、前記電気回路の解析を行う電気回路解析方法であって、
前記電気回路の各端子において、自身と同一の導体パターンで接続される他の端子から、少なくとも自身からの距離が最も近い端子を選択し、選択されなかった端子間のインピーダンスを無限大に設定して、前記電気回路モデルを構築する
ことを特徴とする電気回路解析方法。
【請求項５】
前記電気回路モデルを構築するために用いる自己インダクタンス同士の相互インダクタンスを算出し、算出された相互インダクタンスが予め定められた値以下の場合に、定められた値以下の相互インダクタンスを有する自己インダクタンス間の磁気結合を無視して、前記電気回路モデルを構築する
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電気回路解析方法。
【請求項６】
解析対象となる電気回路を電磁界解析する電磁界解析部と、
前記電磁界解析部により抽出された電気回路の自己インダクタンスと、この自己インダクタンスと共振回路を構成する静電容量と、の共振周波数を算出し、該共振周波数が予め設定された値以下の共振回路を構成する自己インダクタンスを選択する選択部と、
前記電磁界解析部で抽出された値から、前記選択部で選択されなかった自己インダクタンスを除いて、前記電気回路の電気回路モデルを構築する回路解析部と、
を有することを特徴とする電気回路解析システム。
【請求項７】
解析対象となる電気回路を電磁界解析する電磁界解析部と、
前記電気回路の各端子において、自身と同一の導体パターンで接続される他の端子との距離を算出し、少なくとも自身から最も距離が近い他の端子との間のインピーダンスを前記電磁界解析部で抽出されたインピーダンスから選択し、それ以外の端子間のインピーダンスを無限大に設定する選択部と、
前記選択部で選択された端子間のインピーダンスを考慮して、前記電磁界解析部で抽出された値に基づいて前記電気回路の電気回路モデルを構築する回路解析部と、
を有することを特徴とする電気回路解析システム。
【請求項８】
コンピュータを請求項６または請求項７に記載の電気回路解析システムの各手段として機能させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気回路の解析技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＧＢＴ、パワーダイオード、パワーＭＯＳＦＥＴ等の電力用半導体素子は、コンパクト性と低インダクタンスを実現するために複数の素子をパッケージ化して半導体モジュールを構成する。例えば、インバータやコンバータ等の電力用半導体装置では、ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ、ダイオード等の複数の素子をパッケージ化した電力用半導体モジュールが用いられている。
【０００３】
これら半導体装置等の電気回路の損失、熱、ノイズ量等の解析方法として、電気回路のパターン（回路）やボンディングワイヤの形状及び材質等に基づいて電磁界解析を行い、電磁界解析結果に基づいて、電気回路モデルを構築し、構築された電気回路モデルで電気回路の解析を行う方法がある（例えば、特許文献１）。電磁界解析では、電気回路の抵抗、自己インダクタンス、相互インダクタンス及び静電容量が求められ、求められた値に基づいて電気回路モデルが構築される。
【０００４】
具体的には、電磁界解析ソフトウェアを用いて半導体モジュール内の膨大な数の抵抗、自己インダクタンス、相互インダクタンス及び静電容量が求められ、求められた値に基づいて、回路解析ソフトウェアで半導体モジュールの電気回路モデルが構築されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−０２８６４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、電気回路に対して電磁界解析を行うと、パターン上の端子間距離やボンディングワイヤの長さを考慮せず、すべての端子やボンディングワイヤに関係する抵抗、自己インダクタンス、相互インダクタンス、静電容量が算出されるため、電磁界解析により得られた値を使った電気回路モデルは非常に複雑化するおそれがある。
【０００７】
上記事情に鑑み、本発明は、電気回路を電磁界解析し、電磁界解析結果に基づいて電気回路モデルを構築し、構築された電気回路モデルで電気回路の解析を行う解析技術において、電気回路の解析時間を短縮することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成する本発明の電気回路解析方法の一態様は、解析対象となる電気回路を電磁界解析し、電磁界解析結果に基づいて電気回路モデルを構築し、構築された電気回路モデルに基づいて、前記電気回路の解析を行う電気回路解析方法であって、前記電磁界解析結果で得られた自己インダクタンスと、この自己インダクタンスと共振回路を構成する静電容量と、の共振周波数を算出し、該共振周波数の値が予め設定された値以上の場合、前記設定された値以上の共振周波数を有する共振回路を構成する自己インダクタンスを除外して、前記電気回路モデルを構築することを特徴としている。
【０００９】
また、上記目的を達成する本発明の電気回路解析方法の他の態様は、上記電気回路解析方法において、除外された自己インダクタンスに直列に接続されている抵抗が、予め設定された値以下である場合、設定された値以下である抵抗を除外して、前記電気回路モデルを構築することを特徴としている。
【００１０】
また、上記目的を達成する本発明の電気回路解析方法の他の態様は、上記電気回路解析方法において、少なくとも、共振周波数が１００ＭＨｚ以内となる自己インダクタンスと静電容量の組合せとなる自己インダクタンスを選択して前記電気回路モデルを構築することを特徴としている。
【００１１】
また、上記目的を達成する本発明の電気回路解析方法の他の態様は、解析対象となる電気回路を電磁界解析し、電磁界解析結果に基づいて電気回路モデルを構築し、構築された電気回路モデルに基づいて、前記電気回路の解析を行う電気回路解析方法であって、前記電気回路の各端子において、自身と同一の導体パターンで接続される他の端子から、少なくとも自身からの距離が最も近い端子を選択し、選択されなかった端子間のインピーダンスを無限大に設定して、前記電気回路モデルを構築することを特徴としている。
【００１２】
また、上記目的を達成する本発明の電気回路解析方法の他の態様は、上記電気回路解析方法において、前記電気回路モデルを構築するために用いる自己インダクタンス同士の相互インダクタンスを算出し、算出された相互インダクタンスが予め定められた値以下の場合に、定められた値以下の相互インダクタンスを有する自己インダクタンス間の磁気結合を無視して、前記電気回路モデルを構築することを特徴としている。
【００１３】
また、上記目的を達成する本発明の電気回路解析システムの一態様は、解析対象となる電気回路を電磁界解析する電磁界解析部と、前記電磁界解析部により抽出された電気回路の自己インダクタンスと、当該自己インダクタンスと共振回路を構成する静電容量と、の共振周波数を算出し、該共振周波数が予め設定された値以下の共振回路を構成する自己インダクタンスを選択する選択部と、前記電磁界解析部で抽出された値から、前記選択部で選択されなかった自己インダクタンスを除いて、前記解析対象となる電気回路の電気回路モデルを構築する回路解析部と、を有することを特徴としている。
【００１４】
また、上記目的を達成する本発明の電気回路解析システムの他の態様は、解析対象となる電気回路を電磁界解析する電磁界解析部と、前記電気回路の各端子において、自身と同一の導体パターンで接続される他の端子との距離を算出し、少なくとも自身から最も距離が近い他の端子との間のインピーダンスを前記電磁界解析部で抽出されたインピーダンスから選択し、それ以外の端子間のインピーダンスを無限大に設定する選択部と、前記選択部で選択された端子間のインピーダンスを考慮して、前記電磁界解析部で抽出された値に基づいて前記電気回路の電気回路モデルを構築する回路解析部と、を有することを特徴としている。
【００１５】
また、上記目的を達成する本発明のプログラムは、コンピュータを上記電気回路解析システムの各手段として機能させることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１６】
以上の発明によれば、電気回路の解析時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】解析対象の電気回路の一例を示す図である。
【図２】図１の電気回路の回路図である。
【図３】図１の電気回路にデバイスモデルを追加した図である。
【図４】図１の電気回路のパターンＣＫ２部分の断面図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る電気回路解析方法のフローチャートである。
【図６】ＬＣ共振回路のインダクタンスとキャパシタンスと共振周波数との関係を示す特性図である。
【図７】回路モデルの簡素化の例を示す図であり、（ａ）元の電気回路モデル、（ｂ）Ｌ１を除外して簡素化した電気回路モデル、（ｃ）Ｌ１及びＬ２を除外して簡素化した電気回路モデル（ｄ）Ｌ１及びＲ１を除外して簡素化した電気回路モデルである。
【図８】図３の電気回路に基づいて構築される電気回路モデルを示す図である。
【図９】図８の電気回路モデルのパターンＣＫ２部拡大図である。
【図１０】図３の電気回路に基づいて構築される電気回路モデルを示す図である。
【図１１】図１０の電気回路モデルのパターンＣＫ２部拡大図である。
【図１２】本発明の第１実施形態に係る電気回路解析方法により構築された電気回路モデルを示す図である。
【図１３】本発明の第２実施形態に係る電気回路解析方法のフローチャートである。
【図１４】（ａ）解析対象となる実装モデル（パターンＣＫ１部）を示す図、（ｂ）図１４（ａ）の実装モデルから構築された電気回路モデルを示す図である。
【図１５】（ａ）解析対象となる実装モデル（パターンＣＫ２部）を示す図、（ｂ）図１５（ａ）の実装モデルから構築された電気回路モデルを示す図である。
【図１６】本発明の第３実施形態に係る電気回路解析方法のフローチャートである。
【図１７】本発明の第４実施形態に係る電気回路解析方法のフローチャートである。
【図１８】本発明の第４実施形態に係る電気回路解析方法により構築された電気回路モデルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の実施形態に係る電気回路解析方法、電気回路解析システム及びプログラムについて、図面を参照して詳細に説明する。
【００１９】
本発明の実施形態に係る電気回路解析システムは、電磁界解析部と、選択部と、回路解析部と、を有する。
【００２０】
電磁界解析部は、例えば、電気回路の３次元図面データが入力され、入力された図面データに基づいて、境界要素法や有限要素法等を用いて電気回路を解析する。すなわち、電磁界解析部は、入力された図面データに基づいて、電気回路の端子の物理的な配置や、パターン及びボンディングワイヤの形状等を把握する。また、電磁界解析部には、電気回路のパターン及びボンディングワイヤ等の材質データが入力される。電磁界解析部は、これら電気回路のパターン及びボンディングワイヤ等の形状データ並びにパターン及びボンディングワイヤ等の材質データに基づいて、電気回路の抵抗、自己インダクタンス、相互インダクタンス、静電容量を抽出する。電磁界解析を行う電磁界解析ソフトウェアとしては、例えば、ＡＮＳＹＳ社製のＡＮＳＹＳ  Ｑ３Ｄ  Ｄｘｔｒａｃｔｏｒ等のソフトウェアが知られている。
【００２１】
選択部は、電磁界解析部の解析結果が入力され、解析結果から予め定められた条件に基づいて、解析結果で得られた値の選択を行う。選択部では、例えば、電気回路の端子間の自己インダクタンスと端子−金属ベース間の静電容量部とで構成される共振回路の振動数に基づいて、電気回路モデルの構築に用いる自己インダクタンスの選択を行ったり、電気回路の端子間距離に応じて、電気回路モデルの構築において考慮する端子間インピーダンスの選択を行ったりする。
【００２２】
回路解析部は、電磁界解析部の解析結果に基づいて、電気回路モデルの構築を行う。すなわち、回路解析部は、電磁界解析部で抽出された抵抗や自己インダクタンス等の値から選択部で選択された値に基づいて電気回路モデルの構築を行う。回路解析を行う回路解析ソフトウェアとしては、例えば、ＡＮＳＹＳ社製のＡＮＳＹＳ  Ｓｉｍｐｌｏｒｅｒ等のソフトウェアが知られている。なお、構築された電気回路モデルに基づいて、電気回路（例えば、半導体モジュール等）の発熱温度サイクル、サージ、伝導ノイズ等の特性評価が行われる。また、電磁界解析ソフトウェアと回路解析ソフトウェアとをリンクさせ、電磁界解析ソフトウェアで求められた値を回路解析ソフトウェアに渡して電気回路モデルを構築することも行われている。
【００２３】
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態に係る電気回路解析方法及び電気回路解析システムについて、具体的な電気回路解析例を挙げて詳細に説明する。実施形態の説明では、一つのパッケージにスイッチング素子（ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴ等）と還流ダイオード（ＦＷＤ）のユニットを２つ有する半導体モジュール（所謂、２ｉｎ１モジュール）の解析を行う例を挙げて説明するが、本発明の電気回路解析方法の解析対象となる電気回路は、実施形態の電気回路に限定されるものではなく、任意の電気回路が解析対象である（他の実施形態も同様である）。例えば、３相電圧型インバータを構築する場合には、スイッチング素子と還流ダイオードのユニットが６つ必要であり、これを一つに収めると６ｉｎ１モジュールを構成することとなるが、この６ｉｎ１モジュールの解析にも適用することができる。
【００２４】
図１に、解析対象である半導体モジュールの実装図を示す。図１に示すように、ＩＧＢＴ１とＦＷＤ１がパターンＣＫ１上に設けられ、ＩＧＢＴ２とＦＷＤ２がパターンＣＫ２上に設けられる。図２に示すように、この半導体モジュール１は、電圧型インバータの１アーム分の回路に相当する。すなわち、各ＩＧＢＴに対してＦＷＤが逆並列に接続され、ＩＧＢＴとＦＷＤで１つのユニットが構成されている。
【００２５】
図３は、図１の半導体モジュール１の実装図にデバイスモデルを追加した図である。図３に示すように、半導体モジュール１内では、各素子は、基板上の回路（パターン）とワイヤボンディング等で配線接続される。例えば、パターンＣＫ２には、端子ＣＫ２_１、端子ＣＫ２_２、端子ＣＫ２_３、端子ＣＫ２_４、端子ＣＫ２_５という５つの端子が存在している。端子ＣＫ２_１はパターンＣ２Ｅ１上の端子Ｃ２Ｅ２_２に、端子ＣＫ２_２はＦＷＤ１のアノード端子Ａに、端子ＣＫ２_３はＦＷＤ２のカソード端子Ｋに、端子ＣＫ２_４はＩＧＢＴ２のコレクタ端子Ｃに、端子ＣＫ２_５はＩＧＢＴ１のエミッタ端子Ｅに、それぞれワイヤボンディング等により接続されている。一方、同パターン上にあるＦＷＤ２のアノード端子Ａ、ＩＧＢＴ２のエミッタ端子Ｅ、ゲート端子Ｇは、パターンＣＫ２の上の端子ではなく、それぞれＦＷＤ２、ＩＧＢＴ２上に存在している。そして、パターンＮの端子Ｎ_２とＦＷＤ２のアノード端子Ａ、パターンＥＡの端子ＥＡ_１とＦＷＤ２のアノード端子Ａ、パターンＥＡの端子ＥＡ_２とＩＧＢＴのエミッタ端子Ｅ、パターンＥ２の端子Ｅ２_１とＩＧＢＴ２のエミッタ端子Ｅ、パターンＧ２の端子Ｇ２_１とＩＧＢＴ２のゲート端子Ｇが、それぞれワイヤボンディングにより接続されている。
【００２６】
ＩＧＢＴ２とＦＷＤ２との接続関係について、図４を参照して詳細に説明する。パターンＣＫ２は、金属ベース２上に設けられた絶縁基板３上に配置されている。ＩＧＢＴ２のコレクタ端子ＣとＦＷＤ２のカソード端子Ｋは、パターンＣＫ２上に配置され、ＩＧＢＴ２のゲート端子Ｇ、エミッタ端子Ｅ、ＦＷＤ２のアノード端子Ａは、ワイヤボンディングで、他の回路と接続される。パターン間（または、パターンと半導体素子）をワイヤボンディングで配線接続すると、配線接続部に抵抗と自己インダクタンスが発生する。また、配線間には相互インダクタンスが発生する。各パターンと金属ベース間には静電容量が存在する。なお、図示していないが、パターンＣＫ２以外の他のパターンも同様に金属ベース上の絶縁基板の上に配置されることとなる。したがって、各パターンには、静電容量が少なくとも一つ存在している。
【００２７】
次に、図５を参照して本発明の実施形態に係る電気回路解析システムの解析方法について説明する。ここでは、図１の半導体モジュール１のパターンＣＫ２部分の解析を行う例を示して説明する。
【００２８】
まず、電磁界解析部が、電気回路の図面データに基づいて、境界要素法や有限要素法等の方法を用いて電気回路を解析し、電気回路の抵抗、自己インダクタンス、相互インダクタンス及び静電容量を抽出する（ステップＳ１）。すなわち、電磁界解析部には、パターンＣＫ２の図面データが入力され、入力された図面データに基づいて、パターンＣＫ２基板、パターンＣＫ２、パターンＣＫ２上の端子、パターンＣＫ２に接続されているボンディングワイヤの形状、物理的な配置が電磁界解析部に認識される。また、電磁界解析部には、パターンＣＫ２基板、ボンディングワイヤの材質等の情報が入力される。電磁界解析部は、これらのデータに基づいて、パターンＣＫ２と金属ベース２間の静電容量、パターンＣＫ２の端子間の抵抗及び自己インダクタンス（すなわち、パターン部やボンディングワイヤの抵抗及び自己インダクタンス）、さらには、これら自己インダクタンス間の相互インダクタンス等の解析値を抽出する。
【００２９】
次に、選択部が、電磁界解析結果により得られた値から電気回路モデルの構築に用いる値の選択を行う（ステップＳ２）。選択部では、電気回路の端子間の自己インダクタンスＬと、この端子と金属ベース２との間の静電容量Ｃと、により構成される共振回路の共振周波数ｆに基づいて、電気回路モデルの構築に用いる自己インダクタンスの選択を行う。すなわち、電磁界解析部により抽出された自己インダクタンスのうち、共振回路における共振周波数ｆの値が予め設定した値以内の自己インダクタンスを選択して、選択した値を回路解析部に送信する。そして、回路解析部が、送信された値に基づいて電気回路モデルを構築する（ステップＳ３）。構築された電気回路モデルに基づいて電気回路のシミュレーションが行われ、電気回路の発熱温度サイクル、サージ、伝導ノイズ等の特性評価が行われる（ステップＳ４）。
【００３０】
ここで、選択部での、自己インダクタンスの選択方法について説明する。選択部において、自己インダクタンスの選択を行う共振周波数ｆの設定値は、例えば、１ＧＨｚに設定される。これは、伝導ノイズとされる周波数帯の規格が１５０ｋＨｚ〜１００ＭＨｚと決まっており、この規格の最大周波数（１００ＭＨｚ）からある程度の許容量を考慮して１ＧＨｚと設定されたものである。したがって、共振周波数ｆの基準値は、実施形態に限定されるものではなく、伝導ノイズの周波数帯を考慮した値が適宜設定されることとなる。よって、共振周波数ｆの基準値は、少なくとも共振周波数ｆが１００ＭＨｚ以内となる自己インダクタンスと静電容量の組合せが選択できる値に設定される。
【００３１】
共振周波数ｆ［Ｈｚ］と自己インダクタンスＬ［Ｈ］、静電容量Ｃ［Ｆ］との関係式は、（１）式で表される。
【００３２】
【数１】
2016091248.tif 000003
【００３３】
この関係を共振周波数帯毎に分類すると、図６のようになる。図６において、枠で囲んだ部分が共振周波数１ＧＨｚ以内に入る自己インダクタンスＬと静電容量Ｃとの組合せである。
【００３４】
共振周波数ｆによる選択では、電磁界解析部によって得られた自己インダクタンスＬと静電容量Ｃとの中から、予め設定された基準値以内の組合せとなる自己インダクタンスＬと静電容量Ｃとを選択し、それ以外の自己インダクタンスＬをゼロと設定する。
【００３５】
自己インダクタンスＬをゼロと設定した場合、ゼロと設定した自己インダクタンスＬと共振回路を構成する静電容量Ｃをゼロと置くこともできる。ただし、実施形態の説明では、静電容量Ｃはそのまま残して電気回路モデルの構築を行った。これは、静電容量Ｃは、各パターンに１つしか存在せず、回路複雑化の要因とならない、また、静電容量Ｃは、ノイズ電流の通路となる等の理由によるものである。
【００３６】
具体的に、図７（ａ）に示す回路モデルを共振周波数に基づいて簡略化すると、図７（ｂ）乃至図７（ｄ）に示す回路に簡略化することができる。
【００３７】
図７（ａ）に示すように、パターンと金属ベースとの間の静電容量は、そのパターン上の端子に均等に分配されることとなり、各端子には必ず静電容量Ｃが存在している。選択部では、この静電容量Ｃとその前後の自己インダクタンスＬ１，Ｌ２で構成される共振回路から（１）式を用いて共振回路の共振周波数を算出する。例えば、自己インダクタンスＬ１と静電容量Ｃで構成される共振回路の共振周波数が１ＧＨｚより上であれば、Ｌ１をゼロに設定する（図７（ｂ））。また、自己インダクタンスＬ１と静電容量Ｃで構成される共振回路の共振周波数と、自己インダクタンスＬ２と静電容量Ｃとで構成される共振回路の共振周波数と、がともに１ＧＨｚより大きければ、自己インダクタンスＬ１及び自己インダクタンスＬ２をゼロに設定する（図７（ｃ））。
【００３８】
自己インダクタンスＬ１をゼロに設定した場合（図７（ｂ））、抵抗が無視できるほど小さければ（例えば、抵抗Ｒ１が１ｍΩ以下）、自己インダクタンスＬ１をゼロに設定し、さらに抵抗Ｒ１をゼロに設定する（図７（ｄ））。なお、抵抗を無視するか否かを選択する閾値は、解析対象となる電気回路に応じて任意に設定することができる。同様に、自己インダクタンスＬ２をゼロに設定した場合、抵抗Ｒ２をゼロに設定することもできる。一般的に、パターンはコイル形状ではなく平板状であるので、自己インダクタンスＬ１，Ｌ２が小さい場合は、同時に抵抗Ｒ１，Ｒ２も小さいので、ほとんどの場合、自己インダクタンスＬ１，Ｌ２が無視できる場合は、抵抗Ｒ１，Ｒ２も無視することができる。このように、自己インダクタンスＬ１，Ｌ２だけでなく抵抗Ｒ１，Ｒ２を無視することで、電気回路モデルがより簡略化される。
【００３９】
［実施例１］
図３に示した回路図を電磁界解析し、得られた値に基づいて電気回路モデルを構築すると、図８の電気回路モデルが構築される。図８の電気回路モデルのパターンＣＫ２部分の拡大図を図９に示す。なお、図８の電気回路モデルでは、予めパターン上の端子間距離に基づいた簡略化を施している。ただし、端子間距離に基づいた簡素化は必ずしも必要な処理ではない。この端子間距離に基づいた電気回路の簡略化については、第２実施形態にて詳述する。図８及び図９の図を、見やすい配置に変換した図を図１０、図１１に示す。そして、図１０の電気回路モデルを、共振回路の共振周波数に基づいて簡略化した結果を図１２に示す。各図で示した電気回路モデルでは、自己インダクタンス間の磁気結合を示す相互インダクタンスは図示省略している。
【００４０】
図１１に示すように、電磁界解析部では、端子における静電容量、各端子間の抵抗、各端子間の自己インダクタンス、及び各自己インダクタンス間の相互インダクタンス等が抽出され、抽出された値に基づいて、電気回路モデルが構築されることとなる。したがって、各端子間には、抵抗及び自己インダクタンス等に起因したインピーダンスが存在することとなる。端子における静電容量は、パターンと金属ベースとの間の静電容量を各端子で分配することで求められる。例えば、パターンＰでの静電容量の分配方法を例にとると、パターンＰには、端子Ｐ_１、端子Ｐ_２が存在し、静電容量がＣｐとする。端子が二つなので、静電容量Ｃｐは、１／２ずつ端子Ｐ_１、端子Ｐ_２に分配される。よって、端子Ｐ_１の静電容量Ｃｐ_１、端子Ｐ_２の静電容量Ｃｐ_２は、ともに（１／２）×Ｃｐとなる。
【００４１】
図１２の電気回路モデルでは、共振周波数が１ＧＨｚ以上となる自己インダクタンスと静電容量との組合せとなる自己インダクタンスの値をゼロと設定するとともに、ゼロと設定した自己インダクタンスと直列接続された抵抗もゼロに設定している。したがって、ゼロに設定した自己インダクタンスがゼロと設定された端子間のインピーダンスは、ゼロとなっている。具体的には、図１０に示した電気回路モデルと比較して、図１２に示す電気回路モデルでは、ＺP_12、ＺC2E1_12、ＺN_12、ＺG1_12、ＺE1_12、ＺG2_12、ＺE2_12、ＺCK1_12、ＺCK2_45、ＺCK2_24、ＺCK2_12、ＺCK2_23及びＺCK2_13がゼロに設定されている。なお、これらの抵抗が１ｍΩ以上であった場合は、自己インダクタンスをゼロに設定し、この自己インダクタンスと直列に接続された抵抗を残して電気回路モデルが構築されることとなる。
【００４２】
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態に係る電気回路解析方法及び電気回路解析システムについて、図１３のフローチャートを参照して詳細に説明する。本発明の第２実施形態に係る電気回路解析方法は、選択部での選択方法が異なることを除いて第１実施形態に係る電気回路解析方法及び電気回路解析システムと同様である。よって、第１実施形態に係る電気回路解析システムの動作と同様の処理手順には同じ符号を付し、異なる処理手順について詳細に説明する。
【００４３】
図１３に示すように、まず、電磁界解析部が、電気回路の図面データに基づいて、境界要素法や有限要素法等の方法を用いて電気回路を解析し、電気回路の抵抗、自己インダクタンス、相互インダクタンス及び静電容量を抽出する（ステップＳ１）。
【００４４】
次に、選択部が、電磁界解析結果により得られた値から電気回路モデルの構築に用いる値の選択を行う（ステップＳ５）。ステップＳ５では、選択部が、同一の導体パターンで接続された電気回路の端子間の距離を算出し、距離が短い端子間のインピーダンス（すなわち、抵抗Ｒと自己インダクタンスＬの直列接続）を選択し、選択した値を回路解析部に送信する。端子間距離に基づく選択は、端子毎に行われる。端子間距離が短い端子の組合せを選択する際、抽出する端子間は１つに限定されるものではなく、複数個選択することもできる。例えば、端子間距離を比較した際に、ある端子間距離と最も短い端子間距離との差が、予め設定した範囲内である場合には、その端子も考慮して電気回路モデルが構築される。
【００４５】
このように選択部で選択された値を考慮し、回路解析部が電磁界解析部で抽出された値に基づいて電気回路モデルを構築する（ステップＳ３）。そして、構築された電気回路モデルに基づいて電気回路のシミュレーションが行われ、電気回路の発熱温度サイクル、サージ、伝導ノイズ等の特性が評価される（ステップＳ４）。
【００４６】
［実施例２］
図１４（ａ）は、図１に示した半導体モジュール１のパターンＣＫ１上に配置された端子の実装モデルである。パターンＣＫ１上には、端子ＣＫ１_１、端子ＣＫ１_２及び端子ＣＫ１_３の３つの端子が存在している。これら端子結合の組合せは３通りあり、その距離をＬ１２、Ｌ２３、Ｌ１３とする。端子ＣＫ１_１から見ると、Ｌ１３よりＬ１２の距離の方が短いので、端子ＣＫ１_１は、端子ＣＫ１_２とだけインピーダンス結合し、端子ＣＫ１_３とは結合せずインピーダンスを無限大とする。理論的にも、端子間の距離が近い方がインピーダンスが小さくなり、インピーダンスが小さい方に電流は流れる。したがって、端子ＣＫ１_１を基準とした場合、Ｌ１２のインピーダンスだけを考慮し、Ｌ１３のインピーダンスを無限大とする。同様に、それぞれの端子を基準として、インピーダンスの選択を行う。このような条件で電気回路モデルを簡略化した図を図１４（ｂ）に示す。ここで、インピーダンスＺCK1_23は、抵抗ＲCK1_23と自己インダクタンスＬCK1_23が直列接続された構成になっている。
【００４７】
また、図１５（ａ）は、図１に示した半導体モジュール１のパターンＣＫ２上に配置された端子の実装モデルである。パターンＣＫ２上には端子ＣＫ２_１、端子ＣＫ２_２、端子ＣＫ２_３、端子ＣＫ２_４及び端子ＣＫ２_５の５つの端子が存在している。端子ＣＫ２_１から見ると、距離Ｌ１２と距離Ｌ１３はほぼ同じ距離である。このように基準となる端子からの距離が短い端子が複数あり、どちらか一方の端子を選択できない場合には、基準となる端子からの距離が短い端子を複数選択することもできる。例えば、端子ＣＫ２_１は、端子ＣＫ２_２と端子ＣＫ２_３とインピーダンス結合する。
【００４８】
次に、端子ＣＫ２_２を基準とした場合について説明する、端子ＣＫ２_１とは既にインピーダンス結合している。さらに、Ｌ２３はＬ１２とほぼ等しいので、端子ＣＫ２_２は、端子ＣＫ２_３ともインピーダンス結合する。同様に、端子ＣＫ２_４を基準とした場合、距離Ｌ２４と距離Ｌ３４はほぼ同じ距離なので、端子ＣＫ２_４は端子ＣＫ２_２と端子ＣＫ２_３とインピーダンス結合する。このような条件で電気回路モデルを簡略化した図を図１５（ｂ）に示す。図１５（ｂ）に示すように、端子間距離が等しい（若しくは、端子間距離がほぼ等しい）場合には、両方のインピーダンスを用いることとなるので、必ずしも簡略化されるものではない。
【００４９】
このような処理手順により、図３に示す半導体モジュール１の回路図を端子間距離に基づいて簡略化すると、図８（または、図１０）に示す電気回路モデルが構築される。
【００５０】
［第３実施形態］
本発明の第３実施形態に係る電気回路解析方法及び電気回路解析システムについて、図１６のフローチャートを参照して詳細に説明する。本発明の第３実施形態に係る電気回路解析方法は、電磁界解析部での解析結果から選択された自己インダクタンス間の相互インダクタンスの値を調べ、相互インダクタンスの値が予め定められた値以下の場合、相互インダクタンスの小さい自己インダクタンス間の磁気結合を排除して、電気回路モデルを構築するものである。よって、第１実施形態（または、第２実施形態）と同じ処理ステップについては同じ符号を付し、異なるステップについて詳細に説明する。
【００５１】
図１６に示すように、まず、電磁界解析部が、電気回路の図面データに基づいて、境界要素法や有限要素法等の方法を用いて電気回路を解析し、電気回路の抵抗、自己インダクタンス、相互インダクタンス及び静電容量を抽出する（ステップＳ１）。次に、選択部が、電磁界解析により抽出された値から電気回路モデルの構築に用いる値を、共振周波数の周波数やパターンの端子間距離に基づいて選択する（ステップＳ２若しくはステップＳ５）。さらに、選択部は、選択された自己インダクタンス間の相互インダクタンスを算出し、算出された相互インダクタンスに基づいて、電気回路モデルの構築に用いる相互インダクタンスの選択を行う（ステップＳ６）。
【００５２】
例えば、自己インダクタンスＬ１とＬ２が結合係数ｋで磁気結合されているとすると、その相互インダクタンスＭは、（２）式で算出される。
【００５３】
【数２】
2016091248.tif 000004
【００５４】
算出された相互インダクタンスが予め定められた値より小さい場合、この相互インダクタンスの算出に用いられた自己インダクタンス間の磁気結合を排除する。相互インダクタンスを選択する際の基準となる値は、電気回路の特性に応じて適宜設定されるものであり、例えば、１ｎＨ等に設定される。選択部で選択された値（抵抗、自己インダクタンス、相互インダクタンス及び静電容量）に基づいて、回路解析部が電気回路モデルを構築する（ステップＳ３）。そして、構築された電気回路モデルに基づいて電気回路のシミュレーションが行われ、電気回路の発熱温度サイクル、サージ、伝導ノイズ等の特性が評価される（ステップＳ４）。
【００５５】
［第４実施形態］
本発明の第４実施形態に係る電気回路解析方法及び電気回路解析システムについて、図１７のフローチャートを参照して詳細に説明する。本発明の第４実施形態に係る電気回路解析方法は、電磁界解析部で抽出された値からボンディングワイヤのインピーダンスを考慮して、電気回路モデルを構築するものである。よって、第１実施形態（または、第２実施形態）と同じ処理手順については同じ符号を付し、異なるステップについて詳細に説明する。
【００５６】
図１７に示すように、まず、電磁界解析部が、電気回路の図面データに基づいて、境界要素法や有限要素法等の方法を用いて電気回路を解析し、電気回路の抵抗、自己インダクタンス、相互インダクタンス及び静電容量を抽出する（ステップＳ１）。
【００５７】
次に、選択部が、パターンの端子間のインピーダンスをゼロと設定する（ステップＳ７）。これは、パターン部のインピーダンスは、ボンディングワイヤのインピーダンスと比較して小さいためである。
【００５８】
そして、電磁界解析部で抽出された値から、パターン端子間のインピーダンスが除かれた値が回路解析部に送信され、回路解析部において電気回路モデルが構築される（ステップＳ３）。この電気回路モデルに基づいて電気回路のシミュレーションが行われ、電気回路の発熱温度サイクル、サージ、伝導ノイズ等の特性評価が行われる（ステップＳ４）。
【００５９】
図１８に、パターン端子間のインピーダンスをゼロに設定して簡略化した電気回路モデルを示す。この電気回路モデルは、図１２に示した電気回路モデル（すなわち、共振周波数の値に基づいて簡略化した電気回路モデル）をさらに簡略化した電気回路モデルである。
【００６０】
以上のような、本発明の第１実施形態乃至第４実施形態に係る電気回路解析方法及び電気回路解析システムによれば、電磁界解析部で得られた値（抵抗、自己インダクタンス、相互インダクタンス、及び静電容量）から選択した値を用いて電気回路モデルを構築することで、電気回路モデルの複雑化を回避することができる。その結果、電気回路の解析時間を短縮することができる。
【００６１】
電気回路において、パターン上のすべての端子間にはインピーダンスが存在している。このインピーダンスは、抵抗と自己インダクタンスとが直列接続した回路構成となっている。したがって、電気回路に対して電磁界解析を行うと、あらゆる端子間の組合せについて解析値が抽出される。例えば、図１５（ａ）の端子ＣＫ２_５と端子ＣＫ２_１間、端子ＣＫ２_５と端子ＣＫ２_３間等の数値も算出される。これらすべてのインピーダンスを用いて電気回路モデルを構築すると、膨大な回路網となる。特に、電磁界解析ソフトウェアと回路解析ソフトウェアとをリンクさせて電気回路モデルを構築する場合は、解析に膨大な解析時間が必要となる。その対策として、電磁界解析ソフトウェアで得られた抵抗、自己インダクタンス、相互インダクタンス、静電容量から電気回路モデルを直接回路解析ソフトウェア上で構築するという手法がある。これだと、回路解析ソフトウェアは、電磁界解析ソフトウェアとリンクすることなく動作させることができるので、解析時間を短縮することができる。しかし、電磁界解析ソフトウェアで得られた抵抗、自己インダクタンス、相互インダクタンス、静電容量の数は膨大であるため、これらを用いて構築された電気回路モデルは複雑化してしまう。
【００６２】
そこで、本発明の実施形態に係る電気回路解析方法及び電気回路解析システムでは、電磁界解析部で抽出されたすべての値（抵抗、自己インダクタンス、相互インダクタンス、静電容量等）を使うのではなく、所定の条件により選択された値を用いて電気回路モデルの構築を行う。これにより、電気回路モデルの複雑化を回避することができる。このように電気回路モデルを簡略化することで、解析精度を損なうことなく解析時間をより短縮化できる。その結果、電磁界解析ソフトウェアと回路解析ソフトウェアとをリンクさせて電気回路の解析を行う場合でも、解析時間を短縮することができる。また、電磁界解析ソフトウェアで得られた抵抗、自己インダクタンス、静電容量から電気回路モデルを直接回路解析ソフトウェア上で構築する場合でも、解析時間をより短縮化できる。
【００６３】
なお、上記のように構成された第１実施形態乃至第４実施形態に係る電気回路解析システムの電磁界解析部、選択部及び回路解析部の各処理手段の一部若しくは全部は、例えば、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＰＵ等で構成されるコンピュータに所定のプログラムが読み込まれて、ＣＰＵがそのプログラムを実行することで実現されるものである。また、各処理手段の一部若しくは全部を、コンピュータ上で所定のプログラムを実行させることにより構成することができる。
【００６４】
電気回路解析システムの処理手段をコンピュータによって実現する場合、電気回路解析システムが有すべき機能の処理内容はプログラムによって記述される。そして、このプログラムをコンピュータで実行することにより、電気回路解析システムにおける処理手段がコンピュータ上で実現される。
【００６５】
この処理内容を記述したプログラムは、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録することができる。コンピュータで読み取り可能な記録媒体としては、例えば、磁気記録装置、光ディスク、光磁気記録媒体、半導体メモリ等の記録媒体が例示される。具体的には、例えば、ハードディスク装置、フレキシブルディスク、磁気テープ等の磁気記録装置や、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ＤＶＤ−ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc Read Only Memory）、ＣＤ−Ｒ（Recordable）/ＲＷ（ReWritable）等の光ディスクや、ＭＯ（Magneto Optical disc）等の光磁気記録媒体や、フラッシュメモリー等の半導体メモリを用いることができる。
【００６６】
また、このプログラムの流通は、例えば、そのプログラムを記録したＤＶＤ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬型記録媒体を流通することによって行う。さらに、ネットワークを介して、このプログラムをサーバコンピュータから他のコンピュータに転送することにより、このプログラムを流通させる構成としてもよい。
【００６７】
また、本発明の電気回路解析方法及び電気回路解析システムは、実施形態に限定されるものではなく、その特徴を損なわない範囲で適宜設計変更が可能であり、設計変更された電気回路解析方法及び電気回路解析システムも本発明の技術的範囲に属する。
【００６８】
例えば、実施形態では、電気回路の自己インダクタンスや抵抗値を電磁界解析ソフトウェアにより抽出しているが、電磁界解析方法は、電磁界解析ソフトウェアにより求める形態に限定されるものではなく、インピーダンスアナライザ等で実測した値に基づいて、自己インダクタンスや、抵抗等の解析値を抽出し、抽出した値に基づいて電気回路モデルを構築することもできる。
【００６９】
また、各実施形態の電気回路解析方法の簡略化方法は、個々に顕著な効果を有するものであるが、各実施形態の電気回路解析方法の電気回路簡略化方法を組み合わせて用いることで、各実施形態の電気回路解析方法が有する効果を併せて得ることができる。例えば、第１実施形態の簡略化方法と第４実施形態の簡略化方法とを合わせて実施することで、構築される電気回路モデルがより簡略化され、電気回路の解析時間がより短縮される。
【符号の説明】
【００７０】
１…半導体モジュール
２…金属ベース
３…絶縁基板
【図１】
2016091248.tif 000005
【図２】
2016091248.tif 000006
【図３】
2016091248.tif 000007
【図４】
2016091248.tif 000008
【図５】
2016091248.tif 000009
【図６】
2016091248.tif 000010
【図７】
2016091248.tif 000011
【図８】
2016091248.tif 000012
【図９】
2016091248.tif 000013
【図１０】
2016091248.tif 000014
【図１１】
2016091248.tif 000015
【図１２】
2016091248.tif 000016
【図１３】
2016091248.tif 000017
【図１４】
2016091248.tif 000018
【図１５】
2016091248.tif 000019
【図１６】
2016091248.tif 000020
【図１７】
2016091248.tif 000021
【図１８】
2016091248.tif 000022