多层片式器件自动建模和版图检查方法技术

本发明专利技术公开了一种多层片式器件自动建模和版图检查方法，属于磁体；电感；变压器领域，包括根据多层片式器件设计需求，确定产品工艺参数；在AutoCAD中绘图每层的图形并保存；编写IronPython或VBS脚本程序，实现在AnsysEM软件中自动建模；通过布尔运算将多个连在一起的三维实体图形合并成整体，生成绕组；根据生成的绕组个数初步判断图形设计是否正确，并在Ansys EM软件中完成版图检查。本发明专利技术能在几分钟内完成复杂模型的建立和版图检查，而采用人工方式则需时间数个小时至数天，大幅提升设计效率，且三维模型的建立和版图检查同步进行，避免了人工输入参数、手动切换图层等重复劳动，及人工带来的错误。及人工带来的错误。及人工带来的错误。

【技术实现步骤摘要】
多层片式器件自动建模和版图检查方法


[0001]本专利技术涉及一种多层片式器件自动建模和版图检查方法，尤其涉及一种多层片式器件自动建模和版图检查方法。

技术介绍

[0002]多层片式器件主要指采用LTCC或LTCF工艺实现的具有特定功能的器件或组件，包括采用LTCC工艺实现的微波无源器件，如滤波器、功分器、定向耦合器等；包括采用LTCF工艺实现的微磁器件，包括微磁变压器，电感器，共模滤波器等；包括采用LTCC工艺实现的具有多层特征的功能组件，比如T/R模块，天线等。这些器件通过流延、打孔、印刷、叠压、烧结等工序实现一体化独石结构，具有体积小、可靠性高等优点，主要应用在战略/战术弹载引信、航空/航天发动机点火等系统中。多层片式器件一般采用AutoCAD软件绘制版图，采用FEM有限元仿真软件进行电磁和结构仿真，在正式加工前需要检查版图、构建基于真实结构的3D模型进行有限元仿真等现有多层片式器件技术在正式加工前的设计流程为：（1）理论设计和简化模型仿真。
[0003]本阶段根据产品设计输入要求，进行理论分析与设计，确定外形尺寸等基本参数。多层片式器件具有复杂的薄片结构，在进行3D有限元仿真时会形成数以十万、百万计的网格，需要巨量的计算资源（内存＞256GB，CPU核＞32个）和仿真时间（数小时至数天），内存需要高，仿真时间长。为了提高仿真效率，一般采用简化的2D/3D模型进行电磁参数的仿真分析与优化。这些简化模型通过忽略层间过孔、简化绕组图形结构、对称求解等方法，对计算资源和仿真时间的消耗可降低一到两个数量级，可以快速完成参数扫描和变量优化等工作，获得基本结构的优化结果。
[0004]（2）版图绘制。
[0005]基于前面的理论设计和仿真优化结果，采用AutoCAD软件绘制版图，包括所有层的绕组图形、各层之间的连接通孔、介质图形、加工说明等，并将所有图层组合形成完整的设计版图。在版图设计时需要考虑通孔位置、通孔和绕组干涉关系、绕组同名端和绕向等因素，既达到器件性能要求，同时满足LTCC/LTCF工艺的要求。
[0006]（3）版图检查。
[0007]本阶段需要分层检查所有绕组、通孔之间的连接关系，确保线路通断无异常，检查绕组同名端、绕向与设计是否一致等。复杂的LTCC/LTCF微磁器件使用图层可达80
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100个，通孔数量超过500个，即便是一个通孔的位置或所在图层错误，都可能造成整个器件性能异常，因此，正式加工前的版图检查是非常重要的。
[0008]（4）3D有限元仿真。
[0009]本阶段一般需要根据真实的物理结构，在Ansys EM软件中逐个绘制绕组、过孔等结构，从而建立可用于仿真的3D模型，然后设置各种仿真参数（包括端口、激励、求解参数等），最后进行有限元电磁场仿真分析，获得电感、耦合系数和磁通分布等详细的电磁参数。
[0010]这就具有以下缺陷：（1）在进行版图检查时，需要反复打开、关闭不同图层，以避免不同图层的图形相互遮挡，保证能清晰的看到各通孔的位置和图形连接关系，这种重复工作效率非常低且易出错。
[0011]（2）建模较为复杂的多层片式器件时，需要采用手动输入坐标、数值等参数，保证所有绕组、通孔等连接的正确性。此外，建模仿真过程还包括端口、激励设置、材料库维护、仿真参数设置等重复工作。比如一个LTCF微磁变压器，其绕组、通孔和介质等图层共计78层，通孔数＞500个，手动建立这样的模型工作量巨大且易出错。这些工作采用手工操作费时费力，如果设计版图有修改，则所有工作需重复进行。
[0012]综上，现有多层片式器件设计技术在检查版图和建立模型时，需要采用人工方式进行、效率极低，且容易出错。
[0013]名词解释：LTCC：低温共烧陶瓷；LTCF：低温共烧铁氧体。
[0014]关于多层片式器件：整体为多层重叠的生瓷片，生瓷片上印刷金属用于制作图形层，所以图形层的厚度与印刷金属的厚度有关，不同层间的图形层需要连接，则通过在生瓷片上打孔并填充金属形成金属通孔，通过金属通孔使不同层的图形层进行连接。那么通孔层的厚度与生瓷片的厚度相关。
[0015]我们根据多层片式器件的设计需求、以及印刷金属的厚度、生瓷片的厚度，可以确定设计的图形层和通孔层，在三维多层片式器件模型中的厚度和高度。

技术实现思路

[0016]本专利技术的目的就在于提供一种解决上述问题，克服人工完成时设计效率很低、错误率高，能有效提高解决避免大量人工操作和重复劳动，提高设计效率的，多层片式器件自动建模和版图检查方法。
[0017]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是这样的：一种多层片式器件自动建模和版图检查方法，所述多层片式器件是由外形层、图形层和通孔层构成的多层结构，所述外形层包含了多层片式器件在水平面上位置、长度和宽度，包括以下步骤；（1）根据多层片式器件设计需求，确定产品工艺参数，所述产品工艺参数包括多层片式器件的高度、图形层和通孔层的层数，印刷金属厚度、生瓷片厚度、绕组个数，图形层和通孔层的总层数为N层；并根据产品工艺参数确定每个图形层和通孔层的厚度值，及其在多层片式器件整体高度上的高度值；（2）在AutoCAD中绘图并保存，包括步骤（21）
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（23）；（21）根据产品设计外形并置于AutoCAD的0图层，作为外形层，图形层和通孔层按其在多层片式器件的实际位置置于第1图层
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第N图层；（22）绘制每个图形层和通孔层的二维版图，得到N个二维版图并分别命名，命名包含该二维版图的功能及该二维版图在N层中的位置；所述功能指该二维版图为图形层或通孔层；
（23）保存AutoCAD文件；（3）在AnsysEM软件中自动建模，包括步骤（31）
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（36）；（31）将AutoCAD文件中的二维版图依次导入AnsysEM软件，生成N个与二维版图一一对应的三维实体图形，每个三维实体图形均包含一厚度变量和高度变量，用于表示当前三维实体图形在z轴上厚度和高度，预设每个三维实体图形的厚度变量为0~0.1mm，高度变量为0；（32）居中；通过居中算法，将所有三维实体图形以外形层的中心为中心，居中对齐；（33）识别；对每个三维实体图形，根据其对应二维版图的命名，识别其为图形层还是通孔层，并获取其对应图形层或通孔层的厚度值和高度值；（34）赋值；对每个三维实体图形，将其对应图形层或通孔层的厚度值填入其厚度变量中，高度值填入高度变量中；（35）AnsysEM软件根据图形层或通孔层的厚度变量和高度变量，自动调整所有图形层或通孔层的厚度和高度，生成一3D模型；（36）通过布尔运算将多个连在一起的三维实体图形合并成整体，生成绕组；（4）判断步骤（36）生成的绕组个数，是否与步骤（1）中绕组个数相同，若相同，则至步骤（5），否则检查和调整步骤（22）中的二维版图，重复步骤（3），直到绕组个数正确；（5）版图检查，在AnsysEM软件中对步骤（4）得到的结果进行检查。
[0018]作为优选：步骤（22）中命名具体为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多层片式器件自动建模和版图检查方法，所述多层片式器件是由外形层、图形层和通孔层构成的多层结构，所述外形层包含了多层片式器件在水平面上位置、长度和宽度，其特征在于：包括以下步骤；（1）根据多层片式器件设计需求，确定产品工艺参数，所述产品工艺参数包括多层片式器件的高度、图形层和通孔层的层数，印刷金属厚度、生瓷片厚度、绕组个数，图形层和通孔层的总层数为N层；并根据产品工艺参数确定每个图形层和通孔层的厚度值，及其在多层片式器件整体高度上的高度值；（2）在AutoCAD中绘图并保存，包括步骤（21）
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（23）；（21）根据产品设计外形并置于AutoCAD的0图层，作为外形层，图形层和通孔层按其在多层片式器件的实际位置置于第1图层
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第N图层；（22）绘制每个图形层和通孔层的二维版图，得到N个二维版图并分别命名，命名包含该二维版图的功能及该二维版图在N层中的位置；所述功能指该二维版图为图形层或通孔层；（23）保存AutoCAD文件；（3）在AnsysEM软件中自动建模，包括步骤（31）
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（36）；（31）将AutoCAD文件中的二维版图依次导入AnsysEM软件，生成N个与二维版图一一对应的三维实体图形，每个三维实体图形均包含一厚度变量和高度变量，用于表示当前三维实体图形在z轴上厚度和高度，预设每个三维实体图形的厚度变量为0~0.1mm，高度变量为0；（32）居中；通过居中算法，将所有三维实体图形以外形层的中心为中心，居中对齐；（3...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵勇，陈劲松，张弛，代中华，
申请(专利权)人：西南应用磁学研究所中国电子科技集团公司第九研究所，
类型：发明
国别省市：