開発インタビュー― ソフトウェアクレイドル

PICLSの開発背景

解析の専門家ではない基板設計者でも簡単に扱える熱解析ソフトとして開発されたPICLS。2次元操作で、簡単かつ高速に熱解析を行えることを意識して設計されたため、解析モデルの設定を行うプリプロセッ

株式会社ソフトウェアクレイドル
技術部 技術二課 衛藤潤

サと解析結果を表示するポストプロセッサが一体となっている。「基板設計者が熱設計アイデアを、ストレスなく、その場で試せるようなソフトウェアがあれば、設計現場に大きなメリットをもたらすことができる」そう考え発案に至ったというソフトウェアクレイドル技術部
衛藤に開発背景について聞きました。

―― 開発の背景を聞かせてください
なぜ基板の熱解析に特化したのか？
昨今、ユーザー様にお話をお伺いするなかで、密閉化や小型化など熱的に厳しい仕様が増えています。そして、それに伴い、システムレベルだけではなく基板レベルで熱設計を行う必要性が急速に高まっていると、日々のユーザー様とのやりとりを通じて感じています。主にシステムレベルの熱流体解析で利用されているSTREAMや熱設計PACにおいては、これまでも基板のモデリング機能のニーズは非常に高く、等価モデル算出機能やガーバーデータのインポート機能を実装してきました。
その一方で、STREAMや熱設計PACを使った基板レベルの解析は、機能的に満たしていてもPICLS ロゴハードルが高いという声がありました。主な理由としては、「熱流体解析に詳しくないと手が出しづらい」「基板設計者にとって3Dの操作は抵抗がある」「もっと早く答えが欲しい」といったものでした。そこで私たちは、どのようなソフトなら基板設計者でも簡単に扱えるものになるのか、率直にユーザー様からお話をお伺いすることにしたのです。
そうして検討を重ねるなかで、徐々に分かってきたことがありました。それは、「モデル作成が容易であること」「解析結果の処理もスムーズに行えること」「リアルタイムで熱移動の様子や温度分布の変化が確認できること」これらすべてが実現されてこそ、はじめて設計現場において役立つ実用的なツールとして認識してもらえるということでした。
私たちに現場の設計者から最も多く寄せられた声は、「部品を移動させることで、部品温度は下がると思うのだが、それは何度ぐらいなのか」というものだったのです。そうした熱設計のアイデアを、いかに熱解析を通じて気軽に試すことができるかどうかが、開発にあたってのコンセプトとなりました。
そこで、ソフトウェアクレイドル社内にこれまで蓄積されてきたノウハウや技術力を集結させることで、高速（リアルタイム解析）と簡単（ECADライクな2次元操作、Pre・Solver・Post一体型のGUI）の両立を図ることにしたのです。

図1

PICLS 操作画面

PICLS開発背景

開発レポートPICLSを使って検討できることは何か？

サーマルビアは部品温度を下げる技術

最初に社内で検討を重ねた際には、熱として広く使用されていますが、具体的に解析に特化したソフトウェアを開発するたどの程度打てばどのくらい温度が下がるのめ に、 既 にあるSTREAMや 熱 設 計PACの皆さんは、おそらくフロントローディンかをイメージすることは難しいのではない

良い所をシンプルに引き継ぎながら、今グという言葉を一度は耳にしたことがあるかと思います。PICLSではサーマルビアの後の拡張性も意識することを心掛けました。と思います。製品構想段階や設計初期段本数や径、配置を自由に変更できるため、階において、熱設計をしっかりと検討して何処にどれだけ配置すれば何℃温度が下自由度の高いうちに理論立てて設計をしがるのかを確認することができます。

一見すると、「シンプルにしていくこと」と「拡張性をもたせること」は相反する概念でもあるため、その両立の実現を強くていこうという思想です。様々な方面でうたわれて耳にはしますが、実際の現場にまた、これはどのような解析にも共通の意識しました。また、「熱流体解析ソフトおいてはなかなか定着していないのが事ことですが、検討結果を可視化することで、ウェアから流体解析を引き算」といった安実だと思います。

設計者間で情報を共有できることが大き易な要件定義ではなく、新感覚の熱解析なメリットと考えています。特に設計の上ソフトウェアをゼロから創り出す、そういっ多くの場合、基板設計者は熱にあおら流段階から情報共有することができるため、た意気込みでプロジェクトに挑むことを決れた部品をどのように配置変更すればよ

熱問題をいち早く察知することが可能になめました。

いのか、設計改良のためのアイデアは持ります。
これまでにも、カスタマイズという形式ち得ているものです。しかしながら、確開発にあたり苦労や工夫したポイン
トなどがあればお聞かせください

で、例えばVBAを用いた熱解析システムでした。そこで私たちは、そのための解

とにかく基板設計者が自らPICLSを活用

は、やはり直感的でストレスなく、スピー決策として、リアルタイム解析を実現する、して熱問題に設計の初期段階から対策をディーなソフトウェアこそが最適解なのでという結論に至りました。

講じることができるように、何度も設計現はないか、その思いは捨てきれませんでし

場からの声を収集しました。

た。

かめる術がないために、これまでの経験や勘に頼るか、CAE担当者に都度確認することでしか、改良する方法がありません

PICLSを使うことで、基板レイアウトを考を個別に開発してきたことはありましたが、基板設計者が熱解析に慣れ親しむためにえる際に、できるだけ熱干渉が少なくなるような部品配置の検討をすることができま

また、精度検証の段階においては、ユー

もちろん、ゼロから新感覚の熱解析ソフ

す。部品同士が離れれば温度が下がるこザー様にお願いして、実際に基板を設計、トウェアを自社開発することに対して、チャとは、簡単に想像がつきますが、それだ製造してもらいました。さらに、私たちもレンジングなプロジェクトになることは間けではなく具体的に何㎜離れれば何℃下設計現場を体験させてもらうことで、プリ違いありません。そのため、社内の開発がるのかを数値で確認することが可能です。

ント基板とはから、配線入力の仕方、部陣から何度もヒアリングを行い、実現する

また、見落としがちな部品面とはんだ面に品実装状態に至るまで広く知ることで、どための開発環境が社内に揃っていることを配置された部品同士の熱干渉のチェックものような熱解析ソフトウェアであれば幅確認したうえで、あとは決めたからには何行うことができ、事前に熱的に危険なレイ広いユーザー様に使っていただけるのか、が何でも実現することを強く決意したのでアウトを防止する手段になります。

イメージを膨らませていきました。

す。

ツールの選択

作業レイヤーの選択

配置 & 移動

図2

PICLSでのモデル作成

図3

解析結果表示PICLS開発背景

図4

開発レポートリアルタイム解析

図5

レポート出力機能

そして、 具 体 的 な ユ ー ザ ーインター

な お、ファイルI/O（図6）として、 画していくつもりです。そうすることで、設フェースをイメージする際には、これまで像データを部品レイアウトの下書きとして計現場における熱設計の普及に少しでも培ってきたサポートエンジニアとしての経インポートし、利用できるほか、出力は、貢献できれば嬉しく思います。実際にご使

験から、開発者とともに「いかにECADのSTREAMや熱設計PACのライブラリファイ用になってみて、お気づきの点やご要望操作性に近づけるか」という点を強く意識ルとして受け渡すことができます（部品・がございましたら、どのようなことでもおして、重点的に取り組みました。また、多配線・サーマルビアおよび物性値・発熱寄せいただければ幸いです。

くの基板設計者の方に慣れ親しんで使っ量を引き継ぐことができます）。ていただけるよう、四角などの図形を描きながら直感的にモデルを作成できることが肝になってくると考えました。ユーザー様の設計現場に何度も足を運び、意見交最後にユーザー様にひとことお願いします

換をさせてもらいながら、どうすれば簡単

PICLSは、基板設計の現場の声から生まに解析モデルを作成することができるのか、れた、まさにニーズオリエンテッド型の熱改良を重ねていきました。

解析ソフトウェアです。とにかくまずは触れていただき、熱設計アイデアを気軽に簡単な使い方試すことのできる新感覚を体験していただ
ければと思います。シンプルで誰でもそのまず、モデル作成においては、2次元操場で使えるという点に関しては、ユニーク作でモデリングが可能です。作業レイヤーなツールを作ることができたと考えていまを選択し、部品や配線、ビアといった部す。今後はフロントローディング設計のた品パーツを選択したのち、それらの部品めのツールというコンセプトを維持しながを配置、移動することで、解析モデルをら、ユーザー様の意見を伺い機能を拡張作成していくことができます。次に、結果表示に関しては、メッシュ分割、ソルバー計算、ポスト処理が自動的に実行されます。
そして、 解 析 結 果 を 表 示した 状 態で、部品や配線を移動、変更を行うことができます。リアルタイムで反映されるため、解析結果もその場ですぐに確認することができます（図4）。また解析レポートとして纏めることも可能で、出力ボタンをクリックするだけで、HTML形式のレポートが出力されます（図5）。
図6

ファイルI/OPICLS開発背景

関連製品のご紹介

STREAMが採用する直交構造格子は計算用格子作成が非常に簡便で、高速に演算ができます。微小な曲面や斜面を忠実に再現しなくても全体の流れを検討できる対象物において、最大のパフォーマンスを発揮します。また、離散化手法として多くの熱流体解析で採用している有限体積法を用い、1000万要素の解析でも約5.5GB程度のメモリで計算が可能です。さらに、VBインターフェースやテーブル入力型の関数登録など、お客様用にカスタマイズできる機能も充実しています。

汎用ソフトウェアであるSTREAMが持つ簡便性や安定性を生かし、特に電気電子分野の熱解析をターゲットにした専用ソフトウェアとなっています。 STREAMと共通の操作を実現しながらも、メニューを簡素化し分かりやすくしたほか、計算用のデフォルトも電気分野に最適な数値に変更しています。
微小な曲面や斜面を忠実に再現しなくても全体の流れを検討できる対象物において、最大のパフォーマンスを発揮することができ、長年の実績があるSTREAMと共通のエンジンとなっており、省メモリで高速演算できることなどが特長です。

PICLSは設計者が手軽に基板の熱解析を行うことができるツールです。2次元操作で簡単&高速に答えを出せるため、シミュレーションに不慣れな設計者でもすぐに利用することが可能です。また作成した基板データは、STREAMや熱設計PACへ出力することができるため、基板設計から機構設計へ解析データをシームレスに渡すことができます。
下記Webサイトにて、使い方の動画や体験版ダウンロードをご紹介しております。
【PICLS製品紹介ページ】https://www.cradle.co.jp/picls/index.html● この記事に関するお問い合わせは下記まで。
株式会社ソフトウェアクレイドル
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