JP2004206325A

JP2004206325A - 基板設計方法及び基板設計支援装置

Info

Publication number: JP2004206325A
Application number: JP2002373510A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Sasaki; 康佐々木; Sukemutsu Okano; 資睦岡野
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2002-12-25
Filing date: 2002-12-25
Publication date: 2004-07-22

Abstract

【課題】従来、回帰式を用いて配線の特性インピーダンスを算出したり、この算出されたインピーダンス値を用いて配線幅を算出するアイデアは存在したものの、回帰式の生成についてはあまり明確でないという問題があった。
【解決手段】基板特性インピーダンスの実測値と基板断面構造実測値との関係に基づき作成された回帰式に基板断面構造値を入力することにより、基板の特性インピーダンスＺｏを算出するようにした。また、同様の回帰式に目標とする基板の特性インピーダンスＺｏを入力することにより、基板断面構造値を算出するようにした。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板設計方法及び基板設計支援装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プリント配線設計において配線の仕様を決める方法として、例えば特許文献１に示されるような方法がある。すなわち、プリント配線設計において回路図と信号品質の要求仕様から基本的な配線及び駆動パラメータを自動的に決定し、アートワークを行おうとするものである。具体的には、例えば負荷電流及び駆動電流、負荷電圧の立ち上がり時間の設計値の関係を規定する回帰式を用いて配線の特性インピーダンスを算出したり、この算出されたインピーダンス値を用いて配線幅を算出するものである。しかしながら、回帰式の生成方法については具体的な記載は無い。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１４９７３３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
以上述べたように、従来、回帰式を用いて配線の特性インピーダンスを算出したり、この算出されたインピーダンス値を用いて配線幅を算出する考えは存在したものの、回帰式の生成について具体的に記載したものは無いという問題があった。
【０００５】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、基板特性インピーダンスの実測値と基板断面構造実測値との関係に基づき作成された回帰式を用いて、容易に基板仕様を決定することの出来る基板設計方法及び基板設計支援装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１にかかる基板設計方法は、基板特性インピーダンスの実測値と基板断面構造実測値との関係に基づき作成された回帰式に基板断面構造値を入力することにより、基板の特性インピーダンスを算出することを特徴とするものである。
【０００７】
請求項２にかかる基板設計方法は、基板特性インピーダンスの実測値と基板断面構造実測値との関係に基づき作成された複数の回帰式の中から基板の特性インピーダンスを算出する対象となる基板の種類に応じて適当な回帰式を選択する工程と、この工程で選択された回帰式に基板断面構造値を入力することにより基板の特性インピーダンスを算出する工程とを具備したことを特徴とするものである。
【０００８】
請求項３にかかる基板設計方法は、基板特性インピーダンスの実測値と基板断面構造実測値との関係に基づき作成された回帰式に目標とする基板の特性インピーダンスを入力することにより、基板断面構造値を算出することを特徴とするものである。
【０００９】
請求項４にかかる基板設計方法は、基板特性インピーダンスの実測値と基板断面構造実測値との関係に基づき作成された複数の回帰式の中から基板の特性インピーダンスを算出する対象となる基板の種類に応じて適当な回帰式を選択する工程と、この工程で選択された回帰式に目標とする基板の特性インピーダンスを入力することにより基板断面構造値を算出する工程とを具備したことを特徴とするものである。
【００１０】
請求項５にかかる基板設計方法は、請求項３乃至４記載の基板設計方法において、算出された基板断面構造値が設計値の範囲外であった場合、別の回帰式を適用して再度、基板断面構造値を算出するようにしたことを特徴とするものである。
【００１１】
請求項６にかかる基板設計支援装置は、基板特性インピーダンスの実測値と基板断面構造実測値との関係に基づき作成された回帰式を記憶したメモリと、基板断面構造値を前記メモリに記憶されている前記回帰式に代入することにより基板の特性インピーダンスを算出する算出手段とを具備したことを特徴とするものである。
【００１２】
請求項７にかかる基板設計支援装置は、基板特性インピーダンスの実測値と基板断面構造実測値との関係に基づき作成された回帰式を記憶したメモリと、目標とする基板の特性インピーダンスを前記メモリに記憶されている前記回帰式に代入することにより基板断面構造値を算出する算出手段とを具備したことを特徴とするものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明になる基板設計方法及び基板設計支援装置の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、本明細書においては、配線設計を含めて基板設計と称す。
【００１４】
図１は、本発明になる基板設計支援装置の一実施の形態を示すブロック図であり、１は入力部、２は基板の断面構造表示部、３は基板の特性インピーダンスＺｏを算出する特性インピーダンス（Ｚｏ）算出処理部、４は断面構造表示部２並びに特性インピーダンス（Ｚｏ）算出処理部３で使用する回帰式を記憶したメモリ、５は特性インピーダンス（Ｚｏ）算出処理部３で算出された基板の特性インピーダンスＺｏを表示する算出結果表示部である。メモリ４に記憶されている回帰式は、特性インピーダンス実測値と基板断面構造実測値との関係から作成されたものである。また、図１の装置は、１台のパーソナルコンピュータ（以下、ＰＣと言う）に全て包含され得るものである。
【００１５】
次に図１の装置の動作について説明する前に、図２乃至図５を用いて基板断面構造値及び配線種類について説明する。図２は配線が基板表層にあり、且つ１本のみの表層単線を示す断面図であり、１１は基板の絶縁層、１２は基板の絶縁層１１上に形成された配線、１３はこの配線１２の保護のためのソルダーレジストである。１４は、内層の導体プレーンである。ここで配線１２の配線幅Ｗ、配線厚みＴｐ、配線１２上のレジスト１３の厚みＴｓ、基板の絶縁層１１の厚みＨ等が基板断面構造値となる。
【００１６】
一方、図３は配線が基板の内部にあるもので、且つ１本のみの内層単線を示す断面図であり、２１は基板の絶縁層、２２は基板の絶縁層２１の内部に形成された配線、２３はソルダーレジスト、２４は内層の導体プレーンである。ここで、配線２２の配線厚みＨｗ、配線幅Ｗ、基板の絶縁層２１の表面からの深さＨ１、Ｈ２が基板断面構造値となる。
【００１７】
さらに図４及び図５は、並行して２つの配線が設けられる差動配線に対応した、それぞれ表層差動配線、内層差動配線の構造値を説明するための断面図である。図４において、３１は基板の絶縁層、３２は基板の絶縁層３１上に形成された配線、３３はソルダーレジスト、３４は内層の導体プレーンである。ここで配線３２の配線幅Ｗ、配線間隔Ｓ、配線厚みＴｐ、配線３２上のレジスト３３の厚みＴｓ、基板の絶縁層３１の厚みＨ等が基板断面構造値となる。同様に図５において、４１は基板の絶縁層、４２は基板の絶縁層４１の内部に形成された配線、４３はソルダーレジスト、４４は内層の導体プレーンである。この図５において、配線４２の配線幅Ｗ、配線厚みＨｗ、配線間隔Ｓ、基板の絶縁層４１の表面からの深さＨ１、Ｈ２が基板断面構造値となる。
【００１８】
メモリ４には、基板種類及び上記図２乃至５に示した異なる配線構造（表層配線か内層配線か、及び単層配線か差動配線か）に応じ、特性インピーダンス実測値と基板断面構造実測値との関係から作成した複数の回帰式が記憶されている。
【００１９】
次に特性インピーダンスＺｏ及び基板断面構造実測値の取得方法、並びに回帰式の作成について、図６のフローチャート及び式１乃至式３を用いて説明する。まず基板の特性インピーダンスＺｏと差動インピーダンスＺｄｉｆｆは、図６のフローチャートに示すようにTime Domain Reflectometry法（以下、ＴＤＲ法という）を用いた測定装置（以下、ＴＤＲ装置という）を使用して測定する。すなわち、最初に、特性インピーダンスを測定するための配線パターンや差動パターンを基板上に形成する（配線パターンや差動パターンが形成された基板を用意する）（ステップＳ１）。次に、ＴＤＲ装置を用いて特性インピーダンスを実測する（ステップＳ２）。さらに基板断面構造値を実測（配線パターン断面を実測）する（ステップＳ３）。最後にステップＳ２乃至Ｓ３にて計測された実測値を元に回帰式を作成する（ステップＳ４）。
【００２０】
上記回帰式は、特性インピーダンスに関係する断面構造パラメータを交互作用も含めて求め、その中から因子を絞り込んで作成する。回帰式の一例を式１及び式２、式３に示す。なお、式１乃至式３において、ａ１乃至ａ９、ｂ１乃至ｂ１８、ｃ１乃至ｃ１０（小数）は、実測値から算出された各値が入力される定数であり、Ｗｂは信号導体幅、Ｔは信号導体厚、Ｔｓは表面から導体面までの厚み、Ｈは絶縁層厚、Ｅｒ１はソルダーレジスト層の比誘電率、Ｅｒ２は絶縁層の比誘電率、Ｓは差動信号間のスペース、Ｔｐは差動信号の導体厚、Ｚｏは特性インピーダンス、Ｚｄｉｆｆは差動インピーダンスを示している。
【００２１】
【数１】
Ｚｏ＝ａ１＋ａ２×Ｗｂ＋ａ３×Ｔ＋ａ４×Ｈ＋ａ５×Ｅｒ＋ａ６×Ｗｂ²＋ａ７×Ｈ²＋ａ８×Ｗｂ×Ｈ²
【００２２】
【数２】
Ｚｄｉｆｆ＝（ｃ１＋ｃ２×Ｗｂ＋ｃ３×Ｓ＋ｃ４×Ｔｐ＋ｃ５×Ｈ＋ｃ６×Ｅｒ＋ｃ７×Ｗｂ²＋ｃ８×Ｈ²＋ｃ９×Ｗｂ×Ｈ＋ｃ１０×Ｈ×Ｓ）×２
なお、式１及び式２において、Ｅｒは、以下の式３で求められるものである。
【００２３】
【数３】
Ｅｒ＝ｂ１−ｂ２×Ｗｂ＋ｂ３×Ｔｓ―ｂ４×Ｈ―ｂ５×Ｅｒ１＋ｂ６×Ｅｒ２＋ｂ７×Ｗｂ×Ｅｒ１＋ｂ８×Ｗｂ×Ｈ＋ｂ９×Ｈ×Ｅｒ１＋ｂ１０×Ｗｂ×Ｅｒ２―ｂ１１×Ｗｂ×Ｈ×Ｅｒ１＋ｂ１２×Ｗｂ×Ｔｓ＋ｂ１３×Ｔ×Ｅｒ１―ｂ１４×Ｔｓ×Ｅｒ２―ｂ１５×Ｔ×Ｅｒ２＋ｂ１６×Ｔ×Ｔｓ―ｂ１７×Ｈ×Ｔｓ―ｂ１８×Ｗｂ×Ｈ×Ｅｒ２
最後に図１の装置の動作について、図７のフローチャートも用いて説明する。まず、最初にインピーダンスＺｏを算出しようとする基板の種類を選択し、入力部１から入力する（ステップＳ１１）。ここで、基板の種類とはビルドアップ基板やフレキ基板といった基板の種類である。次に上記基板種類と算出対象となる配線の種類（後述する差動配線か単線か）に応じて適用する回帰式を決定する（ステップＳ１２）。さらに基板断面構造値を入力する（ステップＳ１３）。なお、ステップＳ１１乃至Ｓ１３における上記入力や決定は、断面構造表示部２に表示された所定の入力欄に入力部１を介して直接数値を入力したり、表示されている複数の選択項目の中から１つを選択したりすることでなされる。
【００２４】
ステップＳ１２にて決定された回帰式を用いて特性インピーダンス算出処理部３にて特性インピーダンスＺｏ、差動インピーダンスが算出される（ステップＳ１４）。この算出結果は算出結果表示部５に表示される（ステップＳ１５）。
【００２５】
本実施の形態によれば、基板の断面構造値が判明している場合に、特性（差動）インピーダンスを知ることが出来、インピーダンス整合を行なわなければならない高速デジタル回路等の基板設計に活用できる。
【００２６】
図８は、本発明になる基板設計支援装置の他の実施の形態を示すブロック図であり、５１は入力部、５２は断面構造表示部、５３は断面構造値を算出する断面構造値算出処理部、５４は断面構造表示部５２並びに断面構造値算出処理部５３で使用する回帰式を記憶したメモリ、５５は算出処理部５３で算出された基板断面構造値を表示する算出結果表示部である。なお、メモリ５４に記憶されている回帰式は、特性インピーダンス実測値と基板断面構造実測値との関係から作成されたものである。先の実施の形態と同様、メモリ４には、基板種類及び上記図２乃至５に示した異なる配線構造（表層配線か内層配線か、及び単層配線か差動配線か）に応じ、特性インピーダンス実測値と基板断面構造実測値との関係から作成した複数の回帰式が記憶されている。また、図８の装置は、１台のＰＣに全て包含され得るものである。
【００２７】
次に図８の装置の動作について図９のフローチャートも用いて説明する。まず、最初に基板断面構造値を算出しようとする基板の種類を選択し、入力部５１から入力する（ステップＳ２１）。ここで、基板の種類とはビルドアップ基板やフレキ基板といった基板の種類である。次に上記基板種類と算出対象となる配線の種類（差動配線か単線か）に応じて適用する回帰式を決定する（ステップＳ２２）。さらに目標とする特性インピーダンスＺｏを入力する（ステップＳ２３）。なお、ステップＳ２１乃至Ｓ２３における上記入力や決定は、断面構造表示部５２に表示された所定の入力欄に入力部５１を介して直接数値を入力したり、表示されている複数の選択項目の中から１つを選択したりすることでなされる。
【００２８】
そしてステップＳ２２にて決定された回帰式を用い、断面構造値算出処理部５３にて基板断面構造値を算出（ステップＳ２４）すると、結果を算出結果表示部５５に表示する（ステップＳ２５）。
【００２９】
本実施の形態によれば、容易に基板仕様を決定することが出来る。すなわち、ある特性（差動）インピーダンスの基板を作成したい場合に、算出された基板断面構造値に基づき基板断面仕様を容易に決定できる。従って、基板の構想段階での工数を削減できると共に、算出された数値データを基板レイアウト設計のＣＡＤシステムにおいてそのまま利用することが可能である。なお、図９のフローチャートにおいて、算出された基板断面構造値が所定の設計値の範囲を超えているような場合には、別の回帰式を適用して再度、基板断面構造値を算出するようにしても良い。
【００３０】
この発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能であることは言うまでもない。
【００３１】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれば、基板特性インピーダンスの実測値と基板断面構造実測値との関係に基づき作成された回帰式を用いて、容易に基板仕様を決定することの出来る基板設計方法及び基板設計支援装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明になる基板設計支援装置の実施の形態の一例を示すブロック図。
【図２】表層単線基板を示す断面図。
【図３】内層単線基板を示す断面図。
【図４】表層差動配線基板を示す断面図。
【図５】内層差動配線基板を示す断面図。
【図６】特性インピーダンス及び基板断面構造実測値等を求めるためのフローチャート。
【図７】図１の装置における特性インピーダンス算出にかかるフローチャート。
【図８】本発明になる基板設計支援装置の他の実施の形態を示すブロック図。
【図９】図８の装置における基板断面構造値算出にかかるフローチャート。
【符号の説明】
１：入力部
２：断面構造表示部
３：特性インピーダンス（Ｚｏ）算出処理部
４：メモリ
５：算出結果表示部
５１：入力部
５２：断面構造表示部
５３：断面構造値算出処理部
５４：メモリ
５５：算出結果表示

Claims

基板特性インピーダンスの実測値と基板断面構造実測値との関係に基づき作成された回帰式に基板断面構造値を入力することにより、基板の特性インピーダンスを算出することを特徴とする基板設計方法。
基板特性インピーダンスの実測値と基板断面構造実測値との関係に基づき作成された複数の回帰式の中から基板の特性インピーダンスを算出する対象となる基板の種類に応じて適当な回帰式を選択する工程と、この工程で選択された回帰式に基板断面構造値を入力することにより基板の特性インピーダンスを算出する工程とを具備したことを特徴とする基板設計方法。
基板特性インピーダンスの実測値と基板断面構造実測値との関係に基づき作成された回帰式に目標とする基板の特性インピーダンスを入力することにより、基板断面構造値を算出することを特徴とする基板設計方法。
基板特性インピーダンスの実測値と基板断面構造実測値との関係に基づき作成された複数の回帰式の中から基板の特性インピーダンスを算出する対象となる基板の種類に応じて適当な回帰式を選択する工程と、この工程で選択された回帰式に目標とする基板の特性インピーダンスを入力することにより基板断面構造値を算出する工程とを具備したことを特徴とする基板設計方法。
請求項３乃至４記載の基板設計方法において、算出された基板断面構造値が設計値の範囲外であった場合、別の回帰式を適用して再度、基板断面構造値を算出するようにしたことを特徴とする基板設計方法。
基板特性インピーダンスの実測値と基板断面構造実測値との関係に基づき作成された回帰式を記憶したメモリと、基板断面構造値を前記メモリに記憶されている前記回帰式に代入することにより基板の特性インピーダンスを算出する算出手段とを具備したことを特徴とする基板設計支援装置。
基板特性インピーダンスの実測値と基板断面構造実測値との関係に基づき作成された回帰式を記憶したメモリと、目標とする基板の特性インピーダンスを前記メモリに記憶されている前記回帰式に代入することにより基板断面構造値を算出する算出手段とを具備したことを特徴とする基板設計支援装置。