基板のEMI問題”ゼロ”を目指すエンジニアの皆様へ！～DEMITASNXでEMIチェック・PI解析・熱との連成を効率良く～（その2）

2022.09.02 Hiromitsu Nishikori

皆さま、こんにちは。

IDAJの錦織です。

前回は、基板のレイアウト設計と並行してEMI対策を行うために有用なEMI抑制設計支援ツール「DEMITASNX」の、高速なEMIチェック機能と共振解析機能とPI解析の方法についてご説明しました。今回は、Simcenter Flothermと連成させたノイズと熱の最適化設計の手順をご紹介します。

DEMINTASNXとSimcenter Flothermを連成したノイズと熱の最適化設計

1.プリント基板のEMI設計と熱設計における課題

製品開発の上流工程では、不足している情報や不確定な情報が多く、最適化設計の検討が不十分なまま設計が進みがちです。しかし、その間も周囲の仕様はどんどん決まっていき、レイアウトの自由度は減り、気づけばEMIや熱的に有利な場所に部品が置けなくなっている…。このようなご経験はありませんか？

それで設計が成立すれば問題はありませんが、最悪の場合、試作評価段階でノイズ試験や温度評価の結果がNGとなり、部品追加によるコスト増加、手戻り発生による納期割れリスクの増加、追加試験によるサイトの使用量の増加などの事態を招きかねません。また、設計が成立していても、最適化という観点が不足しているため、間接的にコストが増加していることがあります。こうならないために、周囲の部門と協調設計を行いつつ、レイアウトの自由度が高い上流工程において、いかに最適な場所に部品を配置するかが肝要です。

プリント基板のEMI設計と熱設計における課題

2. 上流工程でEMI対策が可能なDEMITASNX

プリント基板設計におけるEMIノイズ対策ソフトウェアDEMITASNXの主な機能は、EMIルールチェック機能と電源グラウンド共振解析機能の2つで、配線前の基板もチェックできるため、DEMITASNXを活用すれば上流工程においてもノイズ対策が可能です。また、EMIルールチェックや共振解析にかかる時間が非常に短いことも特長の一つで、規模に依存しますが、300ネット程度の基板であればわずか数秒でチェックと解析が完了します。

上流工程でEMI対策が可能なDEMITASNX（1）

15項目のEMIチェックルールがあり、大きく分けて、帰路電流分断系、電源系、配線系から構成されています。過去の膨大なEMI対策ノウハウを基に、NECの研究所や国内外の大学で検証され、EMIとの関係が理論的に裏付けられた項目を厳選し、チェック時間の大幅な短縮を実現しました。またチェック後の結果確認に加えて、エラーが発生した場合には、その原因の指摘だけでなく、必要な対策案が提示されるため、設計フィードバックが容易になります。

上流工程でEMI対策が可能なDEMITASNX（2）

3. DEMITASNXとSimcenter Flothermを連成したノイズと熱の最適化設計

先ほどご説明したEMIチェック後の「エラー数を減らしたい」、あるいはSimcenter Flothermで実施する熱解析において「部品温度をできるだけ下げたい」といった、これまでは別々に実施していた設計を、両方を考慮しつつレイアウトを最適化することができます。これを実現するために必要なツールは、DEMITASNX、Simcenter Flotherm、modeFRONTIERの3つです。

DEMITASNXとSimcenter Flothermを連成したノイズと熱の最適化設計

4. 最適化設計の流れ

以下は、最適化設計の流れを簡単に示したものです。最初にDEMITASNX（左側）で各発熱素子の座標を設定し、EMIチェックをかけてエラーを抽出します。DEMITASNXを使用する目的は、エラーをできるだけ少なくすることです。Simcenter Flotherm（右側）では、DEMITASNX側で設定した発熱素子の座標を基に熱流体解析を実施します。Simcenter Flothermを使用する目的は各発熱素子の温度をできるだけ小さくすることです。これら2つとmodeFRONTIERを組み合わせて最適化を実行します。