電子基板の電磁界シミュレーション
高密度化する電子基板において、信号伝送路や電源プレーンにおける電磁界分布を正確に解析します。クロストーク、インピーダンス整合、不要輻射などの課題をシミュレーションで可視化し、設計段階での最適化を実現。高速デバイスや次世代通信機器の性能確保に直結する解析サービスです。
高周波アンテナの電磁波解析
5G、ミリ波、IoT用途などの高周波アンテナ設計において、放射パターンや利得、VSWR特性を3次元FEM解析で高精度に評価します。不要輻射の抑制や指向性最適化を支援し、試作前に性能を予測可能。アンテナ開発の効率と確実性を飛躍的に高めます。
パッケージ基板の熱応力解析
半導体パッケージや電子部品の信頼性確保には、熱応力の評価が不可欠です。当サービスでは、温度サイクルや実装工程で発生する応力をFEMで解析し、はんだ接合部や基板層間剥離のリスクを可視化。長期信頼性設計を支援します。
構造物の3次元構造解析
電子分野に限らず、橋梁や建築構造物の安全性評価にも3次元FEM解析は有効です。荷重、地震、風圧などを再現し、ひずみや応力分布を解析。維持管理や補修計画に役立つ信頼性の高いシミュレーションを提供します。
磁性体の効果解析
磁性材料を用いた電子デバイスでは、磁束集中や損失が性能に直結します。FEMによる磁場解析で、磁気回路設計や材料選定を最適化。インダクタ、トランス、モータなどの性能向上と効率改善を支援します。
SPICEシミュレーションとのハイブリッド解析
回路レベルのSPICE解析と物理レベルのFEM解析を組み合わせ、より現実に即した総合評価を実現。電源ノイズ、信号伝送特性、熱影響などを多面的に検証し、設計段階での最適解を導き出します。
1. 電子基板の電磁界シミュレーション
電子基板の設計において、信号線や電源プレーンに流れる電流が形成する電磁界分布は、製品性能に直結する重要な要素です。特に、高速デジタル信号や高周波アナログ信号が混在する基板では、クロストークや不要輻射による性能低下が深刻な課題となります。当サービスでは、3次元有限要素法（FEM）を用いた電磁界シミュレーションを実施し、配線構造、ビア配置、電源プレーン形状などに起因する電磁界のふるまいを精緻に解析します。解析結果は、Sパラメータやアイダイアグラム、電界強度分布などの形で提示し、問題箇所の特定と改善策を提案します。また、設計初期段階において「このレイアウトでどの程度のシグナルインテグリティが確保できるか」を評価することにより、試作コストやリスピン回数を大幅に削減することが可能です。さらに、電源ノイズ（PI解析）との統合評価も行い、実際の動作環境に近い包括的な検証を実施します。こうしたアプローチは、高速通信基板、サーバー用マザーボード、車載電子機器、5G基地局装置など幅広い応用分野で活用可能です。
2. 高周波アンテナの電磁波解析
近年の無線通信技術は、5Gやミリ波通信をはじめとする高周波領域に急速に拡大しています。これに伴い、アンテナ設計はますます複雑化し、単純な理論モデルでは性能予測が困難になっています。当サービスでは、3次元FEMベースの電磁波解析により、アンテナ構造全体の放射特性を精密に評価します。具体的には、放射パターン、利得、VSWR、帯域幅、不要輻射のレベルを数値化し、設計案の適合性を判断します。さらに、実際の筐体や周辺部品との相互作用をモデル化することで、実機搭載時の性能劣化も事前に予測できます。たとえば、スマートフォン内蔵アンテナや車載用レーダーアンテナでは、筐体金属や基板材質が電磁波特性に大きな影響を与えるため、解析による事前検証が必須です。当サービスは、広帯域化、指向性制御、低消費電力化といった設計課題に応じた具体的な改善提案を提示し、開発効率を高めると同時に市場投入までのリードタイム短縮に貢献します。
3. パッケージ基板の熱応力解析
半導体デバイスや電子パッケージは、動作中の発熱や外部環境の温度変化により、内部で大きな熱応力を受けます。この熱応力は、はんだ接合部のクラック、樹脂の剥離、配線層の破断といった信頼性問題の主因となります。当サービスでは、有限要素法を用いた3次元熱応力解析により、温度サイクル試験や実装工程に相当する条件を仮想的に再現し、構造の弱点を明確化します。例えば、BGAやCSPパッケージのはんだボールにおける応力集中、積層基板の層間剥離リスク、モールド樹脂の膨張挙動などを詳細に評価可能です。解析結果に基づき、材料選定やパッケージ構造変更の方向性を提案し、試作前に信頼性を担保する設計を可能にします。これにより、加速寿命試験における不具合リスクを低減し、開発期間とコストの大幅削減を実現します。自動車用半導体やパワーデバイス、次世代メモリモジュールなど、高い信頼性を要求される製品群に特に有効です。
4. 構造物の3次元構造解析
FEMシミュレーションは電子機器だけでなく、土木・建築分野においても強力な解析手段です。当サービスでは、橋梁や建築構造物を対象に、荷重、振動、地震動、風圧といった外力をモデル化し、部材ごとの応力分布や変形挙動を解析します。これにより、構造物全体の安全性や局所的な弱点を明らかにし、設計段階や維持管理に活用できます。例えば、老朽化した橋梁の補修計画では、実際の交通荷重や温度変化を考慮したシミュレーションにより、補強が必要な箇所を定量的に把握可能です。また、耐震設計においては、過去の地震波を入力条件として解析を行い、応答スペクトルや変位量を予測することで、構造物の耐震性能を定量評価します。風工学の分野では、橋梁や高層建築物に作用する風荷重をシミュレーションし、共振リスクや疲労寿命を評価します。このような解析により、設計の最適化だけでなく、ライフサイクルコストの削減、長期的な安全性確保に貢献します。
5. 磁性体の効果解析
磁性材料は、インダクタ、トランス、モータなどの電子・電気機器において欠かせない要素です。その特性は、磁束の集中度合いや損失特性として現れ、製品全体の性能に大きな影響を与えます。当サービスでは、有限要素法を用いた磁場解析を行い、磁性体の効果を数値的に可視化します。具体的には、磁束密度分布、鉄損、渦電流損失、飽和特性などを精密に解析し、材料の適合性や設計の妥当性を検証します。例えば、高周波用インダクタにおけるコア損失低減、電力トランスの効率向上、モータのトルク特性最適化といった課題に対して、具体的な設計改善提案を提供可能です。また、新規磁性材料の特性評価や、シールド材による電磁界制御の効果検証にも応用できます。これにより、実験だけでは把握しきれない内部挙動を明らかにし、試作回数の削減、性能向上、開発効率の大幅な改善を実現します。
6. SPICEシミュレーションとのハイブリッド解析
電子システム設計では、回路レベルでの動作検証と物理レベルでの信頼性評価を統合的に行うことが求められます。当サービスでは、SPICEシミュレーションとFEM解析を組み合わせたハイブリッド解析を提供し、回路挙動と実際の物理現象を同時に考慮した高精度な検証を可能にします。例えば、電源ノイズ解析では、SPICEで得られた電流波形をFEMモデルに入力し、基板の電源プレーンにおけるノイズ伝搬や電磁放射を評価します。信号伝送特性の解析では、SPICEによるトランシーバ回路の出力波形とFEMによる伝送路特性を組み合わせることで、実際のアイダイアグラムやジッタを高精度に再現可能です。また、熱影響についても、回路レベルの消費電力データをFEMモデルに反映させ、局所的な発熱と熱応力を同時に評価します。これにより、回路設計と構造設計の両側面から最適化が可能となり、開発段階での手戻りを大幅に削減します。高度な電子システムの設計・検証において不可欠な手法であり、特に高性能パッケージ、車載用エレクトロニクス、RFシステムの開発に大きな効果を発揮します。
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当社では、半導体パッケージの熱応力解析、電子基板の電磁界シミュレーション、構造物の強度評価など、幅広いFEM解析サービスを提供しています。
「この部分だけ解析してほしい」「試作前に一度検証してみたい」といった簡単なご相談から、本格的な設計最適化や長期的な支援まで柔軟に対応可能です。専門的なご相談でなくても構いません。まずはお気軽にお問い合わせいただき、課題やお困りごとをお聞かせください。技術的な背景がなくてもわかりやすくご説明いたします。皆さまからのご連絡を心よりお待ちしております。