MID機電集成器件三維拓撲布線算法的研究.pdf

1、在機電一體化領(lǐng)域，一種創(chuàng)新性的工藝技術(shù)，3D-MID(Three Dimensional-Molded Interconnect Devices，三維模塑互連器件或三維機電集成器件)技術(shù)，拋棄傳統(tǒng)的電路板，直接在三維基體材料上集成機械和電子功能，為利用有限空間全新地設(shè)計機電一體化器件開辟了更為廣闊的道路。這種直接在材料上集成機械和電子功能的方式，以及對三維電路設(shè)計的需求，為MID產(chǎn)品設(shè)計增加一定難度。
　　三維布線布局是MID產(chǎn)品

2、機電集成設(shè)計中的一個重要步驟，同時布線問題是NP難題。目前針對PCB板和集成電路自動布線的研究已經(jīng)非常全面，但是對MID器件這類在三維基體表面和結(jié)構(gòu)內(nèi)進行自動布線的研究很少。本文在研究現(xiàn)有布線算法的基礎(chǔ)上，重點開發(fā)了一個三維拓撲自動布線算法，解決復(fù)雜形狀三維基體表面上多線路布線問題。該算法的實現(xiàn)基于一個三維動態(tài)搜索圖。通過對三維電路基體表面進行約束Delaunay三角網(wǎng)格劃分，并根據(jù)三維基體面上邊的拓撲關(guān)系所建立的三維搜索圖，突破了單平

3、面搜索布線的限制，搜索圖動態(tài)的更新能力保證了后續(xù)線路不與前面線路出現(xiàn)交叉。本文采用hash表結(jié)合鄰接表作為該三維搜索圖的存儲結(jié)構(gòu)，采用修正后的啟發(fā)式A*算法進行最短路徑的搜索，可以有效地降低存儲空間并且提升搜索速度。搜索后得到的線路所經(jīng)過的一系列三角形構(gòu)成實際布線通道，進一步采用擴展的通道算法找到理論最短線路——橡皮筋和添加spokes的拓展橡皮筋。由于橡皮筋有彈性可自動伸縮，允許線路從兩線路中間擠過去，該三維拓撲算法不僅提升了在小區(qū)域

4、存在密集元件和線路的布通率，還可以實現(xiàn)對后期線路規(guī)整進行布線方向的靈活設(shè)置。
　　其次本文對前期人員開發(fā)的集成電子元件庫、MID產(chǎn)品設(shè)計及激光成型CAM三個功能模塊進行完善和集成，形成一個MID計算機輔助機電集成設(shè)計系統(tǒng)，主要工作如下:
　　1)統(tǒng)一前期開發(fā)的三維電子元件庫和MID產(chǎn)品設(shè)計模塊中設(shè)計的數(shù)據(jù)庫，使前期開發(fā)的三維電子元件庫真正集成在MID產(chǎn)品設(shè)計系統(tǒng)中，為MID設(shè)計使用。提升了數(shù)據(jù)庫的開放性操作，不僅可以對已有電

5、子元件進行機械、電氣信息的定義編輯，還可以新增三維電子元件，有效提升了該三維電子元件庫的使用效率。
　　2)在三維自動布線算法的基礎(chǔ)上，開發(fā)了一些輔助布線功能，如交互定義布線順序、定義不可布線面以及可布性簡單驗證等。布線順序的合理調(diào)整可有效提升自動布線的效率和成功率。不可布線面的設(shè)置避免了三維布線基體上某些特殊面不適合走線的情況，減少搜索范圍、提高搜索效率?？刹夹缘尿炞C保證了線路之間最小間距要求。
　　3)設(shè)計出一種專用的文