車載電子機器設計における現実的な実装を創り上げるための構想設計『システム全体構想をどう物理設計に展開していくか？』2017年6月30日（金）15:00-15:30
at新横浜国際ホテル（株）図研
EDA事業部 EL開発部

松澤 浩彦

シニア・パートナー

はじめに 電子機器のシステム全体の構想設計において、軽量化・高性能化と、低コスト化などを両立させることは重要である。
 旧モデルや過去の設計資産を、プリント基板や筐体外観を参照しながら、論理面/物理面から検討し、設計仕様を創っていく流れを紹介する。
 またその結果の設計仕様を詳細の物理設計（熱やEMCを考慮した設計）に展開していく事例紹介、現状の課題、今後の展開についても触れる。

2© Zuken

17208件(1996年以降)

3© Zuken

17208件 !
 「熱」を事故原因とする事故情報
 20170628時点 by NITE 独立行政法人 製品評価技術基盤機構
 http://www.jiko.nite.go.jp/php/jiko/search/index.php 1996年からDB化開始

 800件/年！
 毎年報告されている事故で熱に起因するものは、20-30% を占めている
 http://www.zuken.co.jp/club_Z/z/thermal/001/th_100722_1.html

4© Zuken浸透しない熱設計 メカ屋のする仕事？エレキ屋のする仕事？
 まだ、いろいろ決まっていないので検討できない、条件多すぎて無理！という意
見5© Zuken熱設計の捉え方のシフト
 いろいろなことが決まっていない状況下でも、熱設計は可能
 構想設計段階から熱設計を導入するには「Ｑ・Ｃ・Ｄ・設計仕様/条件」の4要素が重要 http://www.zuken.co.jp/club_Z/z/thermal/003/th_100930_2.html
 http://www.zuken.co.jp/club_Z/z/thermal/013/th_110929_1.html

 例 熱を構想設計段階で見極めてフロントローディングを実現させる、新しい熱設計支援システム「サーモシェルパ」‒ http://www.zuken.co.jp/info/detail/thermosherpa.php?id=112‒ http://www.thermosherpa.com/

 モデルベースデザインをエレクトロニクス製品の設計現場へ‒ http://www.zukentec.co.jp/info/news/esi.php‒ 電子回路の動作に伴う熱・ノイズの物理モデル化を目指す

 AIの活用‒ 生物モデル/脳モデル/教師無し学習/自己組織化マップ
‒‒‒
‒

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生物モデル/脳モデル/教師有り学習/Deep Learning
生物モデル/進化モデル/Genetic Algorithm
統計解析
ルールベース/エキスパートシステム© Zukenデモンストレーション（設計仕様検討編）
 旧モデルや過去の設計資産を、プリント基板や筐体外観を参照しながら、論理面/物理面から検討し、設計仕様を創っていく流れを紹介する。

7

ブロック図作成

基板への部品実装検討

パラメータ一覧／分析

3次元組み付け検討© Zuken機器の出荷を止める要因⇒EMC設計が鍵に 製品性能作り込み不足による不具合（論理的要因）
 規格不合格による不具合（物理的要因）⇒EMC

8© Zuken「何も変えてない」の発言に隠された真実
 EMCコンサルタンティングの現場から
 子機板を外し、取り付けた時、ねじ止めが緩かった！
 コンパチの安価なメモリに変更していた！
 別の場所にコンデンサを付けていた！
 etc

 「貴方の製品からの放射を最大にする最良の方法10」
 Henry Ott 氏
 http://www.hottconsultants.com/techtips/maxemission.html
 参考：「実践ノイズ逓減技法」‒ Electromagnetic Compatibility Engineering.
‒ Henry Ott 氏【著】/出口 博一【監訳】9© Zuken半導体におけるEMC設計失敗例
 例１．車載向けマイコン評価用基板
 EMC視点が欠けていて、顧客が誤解、自社に損失‒ クロックラインへの配慮不足‒ パスコンの配置の不具合

 例２．デジタルカメラ向けLSI
 EMC設計的フィードバックを伝えるタイミングが合わない結果、ボードで苦労‒ GNDピン位置の不具合‒ GNDピン数の不足

10© ZukenEMC設計の捉え方のシフト 機能を実現するより先にノイズが発生しないように設計する。
 適切にエネルギーが供給できているか？

 インフラ/高速道路/新幹線などと同様に、入口から出口まで、適切に必要な場所に通っているか？充実しているか？
 入口は大丈夫か？
‒ コネクタのピン数は適切か？

‒ ノイズ対策部品（ﾀﾞﾝﾋﾟﾝｸﾞ、ﾌﾟﾙｱｯﾌﾟ/ﾌﾟﾙﾀﾞｳﾝ、ﾊﾟｽｺﾝなど）は適切に入っているか？

 処理部分は大丈夫か？
‒ 電源系統は適切か？
‒ GNDは適切で、高速/常時駆動信号のそばにリターンパスが取れるようになっているか？
‒ パスコンを高速/常時駆動LSIの、精一杯近くに置き、VCC/GNDの配線も精一杯最短距離になっているか？
‒ 基板外部からの高速/常時駆動信号は最短で引けるよう部品を配置しているか？
‒ 無駄な層の切り返しは無いか？

 出口は大丈夫か？
‒ 高速/常時駆動信号の横にノイジーな信号を通してないか？

 プリント基板上で行っているEMC設計セオリーを、半導体でも施せたら…。
11© Zukenデモンストレーション（EMC設計/熱設計編）
 設計仕様を詳細の物理設計（熱やEMCを考慮した設計）に展開していく事例を紹介する。現状の課題、今後の展開についても触れる。

12© Zuken構想設計における電気設計者の作業

企画

構想設計

詳細設計

製品仕様の検討と製品全体のエレキ構成の見極め目的機能を実現するには？

マイコンのポートは？

Hardware

回路構成は？

消費電力は？

基板構成は？

3D構造は？

コストは？

熱やノイズ問題は？
etc.

SoftwareEnclosure

試作・量産構想設計における電気設計者の作業の実際
 複数人の設計者が、担当別に様々な視点から製品仕様を検討

企画

試作・量産

全体回路構想部品ﾎﾟｰﾄ構想

構想の流用

消費電力構想詳細回路レビュー
ﾀｲﾐﾝｸﾞ構想

機能別の回路構想
主要信号系統構想（CLK, Reset etc.)

回路の転写

電源・GND系統構想（回路作図指示）外部向け説明用ﾄﾞｷｭﾒﾝﾄ作成

基板・ユニット接続構想

コスト検討
部品ﾚｲｱｳﾄ検討

構想設計
14

空間配置検討

過去
回路流用

基板用
詳細回路編集

詳細設計

部品表
作成

基板ﾚｲｱｳﾄ編集© Zuken構想設計における主な課題
 潜在的な課題④時間がかかり、抜け漏れが発生しやすい。
①成果が曖昧。
構想情報の整合性がない。

企画

全体回路構想部品ﾎﾟｰﾄ構想

構想の流用

試作・量産

消費電力構想詳細回路レビュー
ﾀｲﾐﾝｸﾞ構想

機能別の回路構想
主要信号系統構想（CLK, Reset etc.)

回路の転写

電源・GND系統構想（回路作図指示）

基板・ユニット接続構想⑤詳細設計と整合性がとれていない情報を流用

構想設計
15

外部向け説明用
ﾄﾞｷｭﾒﾝﾄ作成

コスト検討③指示ミスによる転写ミス。
または構想情報の不整合による指示ミス。

部品ﾚｲｱｳﾄ検討

過去
基板用
回路流用
詳細回路編集②手作業による連携

空間配置検討

詳細設計

部品表
作成

基板ﾚｲｱｳﾄ編集© Zuken解決の方向性 検討内容が「設計データ化」されている構想設計環境

企画

試作・量産

全体回路構想部品ﾎﾟｰﾄ構想

構想の流用

消費電力構想詳細回路レビューC)レビューの効率化
ﾀｲﾐﾝｸﾞ構想

A) 構想情報のデータ化
機能別の回路構想＋データ間の整合性
主要信号系統構想（CLK, Reset etc.)
電源・GND系統構想

回路の転写

外部向け説明用
ﾄﾞｷｭﾒﾝﾄ作成（回路作図指示）

基板・ユニット接続構想

コスト検討

B) 構想データと連携した部品ﾚｲｱｳﾄ検討
各種検討環境の実現

構想設計
16

空間配置検討

過去
回路流用

基板用
詳細回路編集

詳細設計

部品表
作成

基板ﾚｲｱｳﾄ編集© Zuken

おわりに 構想設計段階での充実した検討の可否が、後段の成功の鍵を握る。
 後段の事例を、上手く前段で再現できる仕組みが必要。
 今後も、構想設計の充実のため、設計環境の開発に注力していく。

17© ZukenAppendix

会社概要
社 名 株式会社 図研
設 立
資本金
本社
事業所役 員ZUKEN Inc.

株 式
従業員数
売上推移

東証1部上場
連結: 1,213人 単体: 410人

1976(昭和51)年12月17日
101億1,706万5千円
本社・中央研究所
横浜市都筑区荏田東 2-25-1
別頁 国内外の事業所参照
代表取締役社長(CEO)金子真人
代表取締役副社長(COO)
勝部迅也
常務取締役
仮屋和浩 （EDA事業部長）
常務取締役
相馬粛一 （管理本部長）
取締役
大沢岳夫 (A&M副事業部長) コーポレートメッセージ
早乙女 幸一(A&M事業部長)
お客さまの“Partner”としてお客様の“Success”に貢献させていただくとい
監査役(常勤)
和田扶佐夫
う意味が織り込まれています。

企業理念

19

© Zuken会社概要 ～国内拠点～

本社･中央研究所（竣工：1990年3月, 地上6階地下2階）
センター南ビル（竣工：2000年2月, 地上6階地下1階）

新横浜ビル（竣工：1984年3月, 地上8階）
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本社・中央研究所 （横浜市都筑区荏田東）
センター南ビル (横浜市都筑区茅ヶ崎中央)
関西支社 (大阪市北区堂島)
名古屋支社 (名古屋市中区栄)
新横浜ビル (横浜市港北区新横浜)© Zuken会社概要 ～海外拠点(営業･ｻﾎﾟｰﾄ/開発) ～日本・ｱｼﾞｱ(850人), 欧州(250人), 米国(100人)
1(+6)
10■ Europe (Sales & Support Office） 8 ■ Asia （Sales Office)■ North America (Sales Office)● ZUKEN GmbH European HQ (Munich) ● Zuken Inc. Global HQ (Yokohama)● ZUKEN USA Inc. NA HQ (Westford)● ZUKEN Ltd. (Bristol)● Zuken Center Minami Office (Yokohama) ● Zuken USA H.O. (x6)
ZUKEN UK Ltd.
● Zuken Osaka Office (Osaka)■ R&D (Development & Engineering Office) 7
ZUKEN Group Ltd.
● Zuken Nagoya Office (Nagoya)● Zuken R&D (Yokohama) CR,DS-2● ZUKEN S.A. (Paris)● ZUKEN KOREA Inc. (Seoul)● Zuken Technology Center (Bristol) Dragon● ZUKEN Srl. (Milan)● ZUKEN SINGAPORE Pte. Ltd (Singapore)● Zuken EMC Technology Center (Paderborn)● ZUKEN GmbH Netherland (Herkenbosch)● Zuken China Beijing Office (Beijing)
SI,PI● ZUKEN E3 GmbH North (Hannover)● Zuken China Shanghai Office (Shanghai)● Zuken E3 GmbH (Ulm) E3● ZUKEN E3 GmbH Switzerland (Magenwil)● Zuken China Shenzhen Office (Shenzhen)● Zuken E3 CONTACT GmbH & Co.KG (Bremen)● ZUKEN E3 GmbH Poland (Krakow)● ZUKEN TAIWAN Inc. (Taipei)● Zuken Automotive Competence Center● ZUKEN India (Bengaluru）(Erlangen)● Zuken SOZO Center (Milpitas, USA)21

© Zuken会社概要 ～図研のプロダクトポートフォリオ～

22© Zuken会社概要～電子機器設計の課題と図研の方向性～

ビルドアップ基板
内層部品実装3次元部品実装
3次元チップ実装/TSV
SIP/PinP/PonP
SOC/PKG協調設計
PKG/PCB協調設計
SI/PI/EMCイズ対策
RF回路設計省電力設計
熱設計

Outside
ミクロ視点
微細・高精度・高密度化

テクノロジー微細化
テクノロジー複合化
ハイスピード化
低電圧化
ノイズ対策

Inside
23

マクロ視点
全体最適化

テクノロジー複合化
ハイパワー・ハイスピード混在
多電源化
ノイズ対策
システム設計マルチボード設計
インターコネクト設計(Flex)
インターコネクト設計(WH)
エレメカ協調設計
組込SWとの協調検証制御系との協調検証
システムSI/PI/EMC検証
自家中毒ノイズ対策
熱設計
製造性検証
製造プロセス最適化© Zuken

CR-8000 ３つのキーワード

先端技術

協調設計

モノづくりの未来は、 モノづくりに、ここから始まる。
壁などいらない。
24

グローバル展開
世界を味方に、世界を相手に。
© Zuken

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