分析裝置以及分析方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及對(duì)安裝有層疊陶瓷電容器的電路基板的蜂鳴現(xiàn)象進(jìn)行分析的分析裝 置及分析方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 作為壓電體的層疊陶瓷電容器在施加電壓后會(huì)變形。若施加周期性變化的電壓， 則層疊陶瓷電容器會(huì)根據(jù)該周期而收縮。此時(shí)，可知安裝有層疊陶瓷電容器的整個(gè)電路基 板產(chǎn)生振動(dòng)，從而產(chǎn)生聲音（例如參照非專利文獻(xiàn)1、2)。例如在移動(dòng)電話的電路基板上安 裝層疊陶瓷電容器時(shí)，若產(chǎn)生上述那樣的蜂鳴現(xiàn)象，由于電路基板位于耳朵附近，因此即使 是很小的聲音也會(huì)引起注意。因此，為了尋求蜂鳴現(xiàn)象的對(duì)策，利用有限元法對(duì)安裝了層疊 陶瓷電容器的電路基板進(jìn)行振動(dòng)分析。 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn) 非專利文獻(xiàn)
[0003] 非專利文獻(xiàn)1 :層疊商品事業(yè)部層疊電容器安裝技術(shù)部，「爹7 7°積層七7彡7夕 「鳴?」①発生要因 t実裝方法(乙A §対策（貼片層疊陶瓷電容器的"蜂鳴" 的產(chǎn)生原因和基于安裝方法的對(duì)策）」，變形（metamorphosis)，株式會(huì)社村田制作所，2008 年 12 月，No. 14, P. 36-37 非專利文獻(xiàn) 2:尼古拉斯?吉布（Nicolas Guibourg), "Reducing MLCCs'piezoelectric effects and audible noise(降低MLCC的壓電效應(yīng)和可聽噪聲）"，[在線],2012年9月， EDN,互聯(lián)網(wǎng)< URL :hi:tp ://www. edn. com/design/components-and-packaging/4397351/Redu cing-MLCCs-piezoelectric-effects-and-audible-noise- ? cid = EDNToday >

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 然而，在現(xiàn)有技術(shù)所涉及的蜂鳴現(xiàn)象的分析中，使用了具備層疊陶瓷電容器、電路 基板以及介質(zhì)（例如空氣）這三種立體的計(jì)算模型（分析模型）。此時(shí)，層疊陶瓷電容器由 壓電體、外部電極、內(nèi)部電極、焊料、連接盤圖案等構(gòu)成。因此，在利用有限元法進(jìn)行分析時(shí)， 以反映立體的層疊陶瓷電容器的方式對(duì)計(jì)算模型進(jìn)行網(wǎng)格分割，在此基礎(chǔ)上求得整個(gè)模型 的物理量，使得相鄰網(wǎng)格的物理量連續(xù)且不矛盾。
[0005] 然而，由于層疊陶瓷電容器是詳細(xì)的立體模型，因此網(wǎng)格的數(shù)量變多，計(jì)算所需的 存儲(chǔ)器使用量會(huì)增加，且計(jì)算時(shí)間也有變長(zhǎng)的趨勢(shì)。此外，電路基板上有時(shí)會(huì)使用多個(gè)（例 如10個(gè)以上）的層疊陶瓷電容器，在對(duì)與這種電路基板有關(guān)的蜂鳴現(xiàn)象進(jìn)行分析時(shí)，存在 存儲(chǔ)器使用量和計(jì)算時(shí)間大幅增加的問題。
[0006] 本發(fā)明鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的問題而完成，其目的在于提供一種能減少存儲(chǔ)器使用 量和計(jì)算時(shí)間的分析裝置以及分析方法。
[0007] (1)為了解決上述問題，本發(fā)明的分析裝置利用有限元法對(duì)安裝有層疊陶瓷電容 器的電路基板的蜂鳴現(xiàn)象進(jìn)行分析，其特征在于，包括：利用所述電路基板和介質(zhì)來構(gòu)建分 析模型的模型構(gòu)建單元；與所述層疊陶瓷電容器相對(duì)應(yīng)地將彼此的矢量和為零且與重心有 關(guān)的轉(zhuǎn)矩為零的多個(gè)集中載荷所構(gòu)成的集中載荷組提供給所述分析模型的所述電路基板 的集中載荷組提供單元；在各所述集中載荷的大小隨時(shí)間周期變化時(shí)，求出提供所述集中 載荷組的所述電路基板的振動(dòng)的基板振動(dòng)運(yùn)算單元；以及基于所述電路基板的振動(dòng)引起的 所述介質(zhì)的壓力變化來求出所述介質(zhì)中的聲壓的聲壓運(yùn)算單元。
[0008] 根據(jù)本發(fā)明，向分析模型的電路基板提供由多個(gè)集中載荷構(gòu)成的集中載荷組。此 時(shí)，為了不產(chǎn)生電路基板的移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)，將多個(gè)集中載荷設(shè)定成彼此的矢量和為零，且與重 心有關(guān)的轉(zhuǎn)矩為零。由此，能將由層疊陶瓷電容器作用于電路基板的載荷替換為集中載荷 組的多個(gè)集中載荷。其結(jié)果，由于只要對(duì)由電路基板和介質(zhì)構(gòu)成的分析模型進(jìn)行使用了有 限元法的振動(dòng)分析即可，因此與使用三維立體模型作為層疊陶瓷電容器的情況相比，能降 低網(wǎng)格的分割數(shù)，能抑制存儲(chǔ)器使用量和計(jì)算時(shí)間。
[0009] (2)本發(fā)明中，還包括設(shè)定值決定單元，該設(shè)定值決定單元決定所述集中載荷的位 置和大小的設(shè)定值，使得所述聲壓的計(jì)算值接近實(shí)測(cè)值。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明，設(shè)定值決定單元決定集中載荷的位置和大小的設(shè)定值，使得聲壓的 計(jì)算值接近實(shí)測(cè)值。因此，聲壓運(yùn)算單元能求出接近于實(shí)際測(cè)定的實(shí)測(cè)值的聲壓。此外，在 使用三維立體模型作為層疊陶瓷電容器的情況下，由于層疊陶瓷電容器的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜， 因此很多時(shí)候模型化不夠充分，因而與實(shí)測(cè)值的背離有變大的趨勢(shì)。相比于此，本發(fā)明中， 由于將由層疊陶瓷電容器作用于電路基板的載荷替換為多個(gè)集中載荷，因此能分別調(diào)整集 中載荷的位置和大小來使聲壓的計(jì)算值接近實(shí)測(cè)值，能提高聲壓的運(yùn)算精度。
[0011] (3)本發(fā)明中，所述設(shè)定值決定單元在求取所述聲壓的頻率特性時(shí)，決定所述集中 載荷的位置和大小的設(shè)定值，使得所述聲壓的計(jì)算值與實(shí)測(cè)值在產(chǎn)生所述聲壓的極大值的 周邊頻帶上接近。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明，設(shè)定值決定單元決定集中載荷的位置和大小的設(shè)定值，使得聲壓的 計(jì)算值與實(shí)測(cè)值在產(chǎn)生聲壓的極大值的周邊頻帶上接近。因此，與聲壓的計(jì)算值和實(shí)測(cè)值 在所有頻帶上接近的情況相比，能縮短到?jīng)Q定集中載荷的設(shè)定值為止所需的計(jì)算時(shí)間。此 外，由于和其它頻帶相比，在極大值的周邊頻帶上能更高精度地測(cè)定聲壓的實(shí)測(cè)值，因此能 根據(jù)高精度的聲壓的實(shí)測(cè)值來決定集中載荷的位置和大小的設(shè)定值，能提高聲壓的運(yùn)算精 度。
[0013] (4)本發(fā)明中，還包括：庫(kù)登錄單元，該庫(kù)登錄單元利用所述設(shè)定值決定單元對(duì)每 一種所述層疊陶瓷電容器求出所述集中載荷的位置和大小的設(shè)定值，并將這些設(shè)定值登錄 到庫(kù)中；以及設(shè)定值選擇單元，該設(shè)定值選擇單元從所述庫(kù)中選擇與所述層疊陶瓷電容器 的種類相對(duì)應(yīng)的所述集中載荷的設(shè)定值。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明，庫(kù)登錄單元將多種層疊陶瓷電容器的集中載荷的位置和大小的設(shè)定 值登錄在庫(kù)中。因此，無需重新求取集中載荷的位置和大小的設(shè)定值，能通過由設(shè)定值選擇 單元從庫(kù)中選擇與層疊陶瓷電容器的種類相對(duì)應(yīng)的集中載荷的設(shè)定值，來容易地對(duì)電路基 板的蜂鳴現(xiàn)象進(jìn)行分析。
[0015] (5)本發(fā)明的分析方法利用有限元法對(duì)安裝有層疊陶瓷電容器的電路基板的蜂鳴 現(xiàn)象進(jìn)行分析，其特征在于，包括：利用所述電路基板和介質(zhì)來構(gòu)建分析模型的模型構(gòu)建工 序；與所述層疊陶瓷電容器相對(duì)應(yīng)地將彼此的矢量和為零且與重心有關(guān)的轉(zhuǎn)矩為零的多個(gè) 集中載荷所構(gòu)成的集中載荷組提供給所述分析模型的所述電路基板的集中載荷組提供工 序；在各所述集中載荷的大小隨時(shí)間周期變化時(shí)求出提供所述集中載荷組的所述電路基板 的振動(dòng)的基板振動(dòng)運(yùn)算工序；以及基于所述電路基板的振動(dòng)引起的所述介質(zhì)的壓力變化來 求出所述介質(zhì)中的聲壓的聲壓運(yùn)算工序。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明，通過集中載荷提供工序向分析模型的電路基板提供由多個(gè)集中載荷 構(gòu)成的集中載荷組。此時(shí)，為了不產(chǎn)生電路基板的移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)，將多個(gè)集中載荷設(shè)定成彼此 的矢量和為零，且與重心有關(guān)的轉(zhuǎn)矩為零。由此，能將由層疊陶瓷電容器作用于電路基板的 載荷替換為集中載荷組的多個(gè)集中載荷。其結(jié)果，由于只要對(duì)由電路基板和介質(zhì)構(gòu)成的分 析模型進(jìn)行使用了有限元法的振動(dòng)分析即可，因此與使用三維立體模型作為層疊陶瓷電容 器的情況相比，能降低網(wǎng)格的分割數(shù)，能抑制存儲(chǔ)器使用量和計(jì)算時(shí)間。
【附圖說明】
[0017] 圖1是表示在電路基板上安裝了層疊陶瓷電容器的狀態(tài)的立體圖。 圖2是從圖1中的箭頭II-II方向觀察層疊陶瓷電容器得到的剖視圖。 圖3是表示本發(fā)明實(shí)施方式1的分析裝置的結(jié)構(gòu)圖。 圖4是表示圖3中的分析裝置進(jìn)行的蜂鳴現(xiàn)象的分析處理的流程圖。 圖5是表示由電路基板和介質(zhì)構(gòu)成的分析模型的立體圖。 圖6是表示分析模型中的聲壓的觀測(cè)點(diǎn)的說明圖。 圖7是表示向電路基板提供集中載荷組的狀態(tài)的放大立體圖。 圖8是表示集中載荷組所包含的四個(gè)集中載荷的配置關(guān)系的俯視圖。 圖9是表示對(duì)圖5中的分析模型進(jìn)行了網(wǎng)格分割的有限元模型的立體圖。 圖10是將圖9中的電路基板中的集中載荷組附近放大表示的立體圖。 圖11是表示比較例的層疊陶瓷電容器的立體模型的與圖10對(duì)應(yīng)位置的立體圖。 圖12是表示比較例和實(shí)施方式1的聲壓的頻率特性的特性線圖。 圖13是表示比較例和實(shí)施方式1的層疊陶瓷電容器的個(gè)數(shù)與計(jì)算時(shí)間的關(guān)系的特性 線圖。 圖14是表示層疊陶瓷電容器的個(gè)數(shù)和相對(duì)于比較例的計(jì)算時(shí)間的比率的關(guān)系的特性 線圖。 圖15是表示本發(fā)明實(shí)施方式2的分析裝置的結(jié)構(gòu)圖。 圖16是表示圖15中的測(cè)定裝置的結(jié)構(gòu)圖。 圖17是表示圖15中的分析裝置進(jìn)行的參數(shù)的導(dǎo)出處理的流程圖。 圖18是表示圖15中的分析裝置進(jìn)行的蜂鳴現(xiàn)象的分析處理的流程圖。 圖19是表示記錄有集中載荷的參數(shù)的庫(kù)的說明圖。 圖20是表示集中載荷的參數(shù)與剩余均方的關(guān)系的特性線圖。 圖21是表示使用參數(shù)的初始值時(shí)、由分析裝置算出的聲壓的頻率特性的特性線圖。 圖22是表示使用導(dǎo)出后的參數(shù)的設(shè)定值時(shí)、由分析裝置算出的聲壓的頻率特性的特 性線圖。 圖23是表示向電路基板提供10個(gè)集中載荷組時(shí)的分析模型的立體圖。 圖24是表示對(duì)圖23中的分析模型進(jìn)行了網(wǎng)格分割的有限元模型的立體圖。 圖25是表示實(shí)測(cè)值、比較例和實(shí)施方式2的聲壓的頻率特性的特性線圖。
【具體實(shí)施方式】