内部パワー＆スプリットプレーン

電源プレーン

電源プレーンは、PCB全体に電気的に安定したグラウンドまたは電源の基準を提供するために一般的に使用される、銅で埋められた特殊な内部レイヤーです。 

PCBエディターは、最大16層の内部電源プレーンに対応しています。各レイヤーにネットを割り当てることも、電源プレーンを2つ以上の分離された領域に分割して、複数のネットで共有することもできます。パッドおよびビアと電源プレーンの接続は、Plane デザインルールによって制御されます。電源プレーンはネガティブで作成されます。電源プレーンレイヤーに配置したオブジェクトは銅のない領域となり、 残りの領域が銅で埋められます。

内部プレーンの作成

内部電源プレーンは、Layer Stack Manager （Design » Layer Stack Manager）を使用してPCB設計に追加します。新しい内部プレーンを追加するには、その内部レイヤーを作成する位置の直上にある既存のレイヤーを選択し、右クリックしてコンテキストメニューからInsert layer below » Plane を選択します。レイヤースタックに新しい内部プレーンが追加されます。Properties パネルのLayer Stack Manager モードを使用して、選択した内部プレーンレイヤーのプロパティを定義します。Layer Stack Managerで行った変更をPCBエディターで使用できるようにするには、変更を保存する必要があります。

プレーンの表示

設計スペースにプレーンレイヤーを表示するには、まずView Configuration パネルのLayer & Colorsタブで、そのレイヤーの表示を有効にする必要があります。 

プレーンへのネットの割り当て

プレーンへのネットの割り当ては、PCBエディターで行います。 プレーンレイヤーにネットを割り当てるには、次の手順に従います。

1. 設計スペースでプレーンレイヤーをアクティブレイヤーにします（エディター下部のレイヤータブをクリックすると、そのレイヤーがアクティブレイヤーになります）。
2. 基板形状の輪郭内の任意の場所をダブルクリックします。 
3. Split Planeダイアログが開くので、Connect to Netリストで目的のネットを選択します。アクティブレイヤーがプレーンレイヤーでない場合、このダイアログは開きません。

電源プレーンレイヤーを選択した後、そのレイヤー上の任意の場所をダブルクリックしてネットを割り当てます。

3D表示モード（ショートカット 3）では、すべての内部プレーンオブジェクトの物理的な形状を確認できます。また、シングルレイヤーモードに切り替えて各レイヤーを順にクリックすると、3Dビューで基板の内部をたどることができ、内部プレーンの検査に役立ちます。

分割プレーン上のサーマルリリーフ接続の3Dビュー。

プレーンレイヤーを個別の領域に分割し、各領域に異なるネットを割り当てることもできます。詳細については、分割プレーンの定義を参照してください。

プレーンレイヤーのプルバック

電源プレーンを追加すると、基板の端からプレーンを後退させるために、基板形状の周囲に一連のプルバックトラックが自動的に作成されます。 プルバックトラックの幅は、Layer Stack ManagerのPullback distanceプロパティ（画像を表示）で定義されるため、画面上では編集できません。内部プレーンのプルバック値を変更すると、これらのトラックは自動的に再生成されます。

銅抜き領域の作成

プレーンの一部を「銅抜き」する、つまり銅のない領域を作成するには、Place コマンドを使用して線、円弧、フィルを配置し、銅のない領域を形成します。

プレーンレイヤーへのパッドとビアの接続

電源プレーン上のパッドおよびビアへの接続は、PCB Rules and Constraints Editorダイアログ（Design » Rules）で設定したPlane デザインルールに従って表示されます。接続または非接続に関する特定の要件があるパッドやビアには、追加のルールを作成できます。

サーマルリリーフ接続とダイレクト接続

スルーホールパッドとビアは、ダイレクト接続またはサーマルリリーフ接続のいずれかで電源プレーンに接続できます。サーマルリリーフ接続は、基板のはんだ付け時に、接続されたピンをベタ銅のプレーンから熱的に分離するために使用します。PCBエディターのデザインルールでは、電源プレーンに接続する各パッド、またはすべてのパッドのサーマルリリーフ形状を定義できます。

Power Plane Connect Styleデザインルールは、部品ピンから電源プレーンへの接続スタイルを指定します。3つの接続オプションを使用できます。

• Relief Connect
• Direct Connect
• No Connect

SMD電源ピンを電源プレーンレイヤーに接続するための特別なサポートも用意されています。電源プレーンに接続されたネット上のSMDパッドは、対応するプレーンに接続済みとして自動的にマークされます。オートルーターは、ファンアウトを配置してこれらのパッドの物理的な接続を完成させます。ファンアウトは短いトラックとビアで構成され、ビアはプレーンレイヤーにサーマルリリーフ接続またはダイレクト接続されます。

電源プレーン上のパッドへのサーマルリリーフ接続。色付きの領域は、銅がない部分を示します。

電源プレーンにネットを割り当てると、対応する電源プレーンレイヤー上で、そのネットの各パッドに小さな十字マークが表示されます。このマークは、サーマルリリーフ接続の場合は「+」、ダイレクト接続の場合は「x」として表示されます。ダイレクト接続されたパッドでは、ピンまで銅が連続しているため、パッドの穴までプレーンの色で表示されます。

電源プレーンに接続しないパッド

プレーンに接続しないパッドは、銅のない領域によってプレーンから分離されます。この銅のない領域は、Power Plane Clearanceデザインルールで、パッドの穴から半径方向への拡張量として指定します。

電源プレーンへのビアの接続

パッドと同様に、ビアは同じネット名の内部電源プレーンレイヤーに自動的に接続されます。ビアは、適用されるPower Plane Connect Style デザインルールに従って接続されます。ビアを電源プレーンに接続しない場合は、接続スタイルをNo Connect 、スコープクエリをIsViaに設定したPower Plane Connect Styleデザインルールを追加します。

製造上の考慮事項

サーマルリリーフ接続に適した寸法については、基板メーカーに確認してください。また、接続されないパッドやビアが、接続されたパッドを完全に取り囲んでいないことを確認してください。意図せずそのパッドが孤立し、接続が切れる可能性があります。銅箔を除去しすぎないようにし、銅箔面積の最大化と製造コストのバランスを取ってください。

パッドとビアをプレーンから切り離す

Power Plane Connect Style設計ルールでクエリを使用すると、電源プレーンに接続する、または接続しないパッドやビアをさらに絞り込めます。パッドは、デジグネーター名やパッドサイズなどの物理的特性で指定できます。ビアにはデジグネーターがないため、ビア径などの物理的特性で指定する必要があります。

電源プレーンに接続しない特定のパッドとビアの適用範囲を設定する

たとえば、デジグネーター名がU7で始まるパッドだけを切り離すには、クエリ（ObjectKind = 'Pad'）および（Name Like 'U7-*'）を使用して、 Power Plane Connect Style 設計ルールの適用範囲を設定します。接続スタイルはNo Connectに設定します。また、（ObjectKind = 'Pad'）および（HoleSize = 25）などのクエリでは、穴径が25milのパッドだけを対象にできます。

接続したくないビアがある場合は、ビア径を変えるなど、ビアを一意に識別できる特別な特性を持たせるように変更し、それらのビアだけに一致するように、接続スタイルがNo Connect の新しいPower Plane Connect Style設計ルールの適用範囲を設定できます。たとえば、クエリ（ObjectKind = 'Via'）And（ViaDiameter = '24'）を使用すると、直径24milのビアを対象にできます。クエリInNet('VCC')およびIsViaを使用すると、ネットVCCに接続されたビアだけを対象にできます。

上記の方法でビアを選択できない場合は、ビアをフリーパッドに変換し、パッド名を使用して適用範囲を設定することもできます。これを行うには、接続したくないビアを選択してフリーパッドに変換し（Tools » Convert » Convert Selected Vias to Free Pads）、すべてに同じデジグネーター名（例： NoPlaneConnect）を割り当てます。次に、新しいPower Plane Connect Style設計ルールを追加し、ルールの適用範囲を（ObjectKind = 'Pad'）および（Name = 'Free‑NoPlaneConnect'）で指定します。また、Connect StyleとしてNo Connectを選択します。NoPlaneConnectという名前のすべてのフリーパッドが、すべての電源プレーンレイヤーから切り離されます。

内層プレーンの削除

内層プレーンを削除するには、Layer Stack Manager でレイヤーを右クリックし、コンテキストメニューからDelete layer を選択します。確認ダイアログが開き、レイヤーの削除に伴い、そのレイヤー上のすべてのプリミティブが削除されるという警告が表示されます。Yes をクリックして確定します。

分割プレーン

分割プレーンとは、内層プレーンを電気的に絶縁された個別の領域に分割する、閉じた領域です。各領域は、そのネット上のすべてのピンを囲むように境界線を配置して定義します。その後、各領域に異なるネットを割り当てることで、1つの内層電源プレーンレイヤー上に2つ以上の分割プレーンを作成します。

電源プレーンは、任意の数の個別領域に分割できます。この分割処理は、プレーンを切り分けるようなもので、配置する線の幅によって分離間隔が決まります。電源プレーンはネガで作成されるため、これらの特別な境界線は銅箔のない帯状の領域となり、プレーン上のこのネットと隣接するネットを分離します。

内層プレーン上の分割プレーン

通常は、まずパッド数が最も多いネットを内層プレーンに割り当て、次に、このプレーンを介して接続する他のネット用の領域を定義（分割）します。分割プレーン領域内に収められないパッドには、引き続き接続線が表示され、信号レイヤー上で接続する必要があることを示します。

分割プレーン領域の確認

以下に示すように、PCB パネル上部のドロップダウンメニューから使用できるSplit Plane Editor モードで、内層プレーンとその内容を選択して表示することもできます。

ハイライトのオプションを設定し、シングルクリックすると、分割領域と接続されたパッドおよびビアがハイライトされます。

パネル上部のハイライトオプション（Select、Zoomなど）を設定すると、アクティブレイヤーを対象のプレーンレイヤーに設定したうえで、Net Nameをシングルクリックして、分割プレーン領域とそこに接続されたパッドおよびビアの位置を確認できます（プルバック／分割プレーンのトラックで囲まれた領域全体がハイライトされます）。 パネル内のNet NameをダブルクリックするとSplit Planeダイアログが開き、その分割プレーンに割り当てられたネットを変更できます。

設計で複数の分割プレーンを使用する

分割内の分割（入れ子の分割またはアイランド）がサポートされているため、内側の分割を囲むように外側の分割を作成する必要はありません。分割プレーンをさらに分割したい場合は、既存の分割プレーン内の電源プレーンレイヤーにオブジェクトを追加し、電気的に絶縁された別の領域を作成できます。

分割プレーンを定義する際の表示のヒント

電源プレーンに分割領域を定義するとき、その領域に含める必要があるすべてのパッドを確認しにくい場合があります。分割プレーンに接続するネットのパッドを見やすくするために、作業を始める前に以下の方法を試すことをお勧めします。

• メインメニューからTools » Split Planes » Rebuild Split Planes on Current Layer／Rebuild Split Planes on All Layersを選択して、内層プレーンを再計算し、再描画します。
• 3Dモードを使用します（ショートカット 3）で、ボイド領域やサーマルリリーフ接続を含むプレーンの物理的な形状を表示できます。3Dで基板内を移動しやすくするには、基板の厚さを拡大してレイヤー間の垂直方向の距離を広げます。Board thickness (Scale) コントロールは、View ConfigurationパネルのView Optionsタブにある3D Settings領域にあります。

• 必要最小限のレイヤー（キープアウトレイヤー、マルチレイヤー、必要なメカニカルレイヤーなど）と、使用する電源プレーンのみを表示します。View Configuration パネルで、その他のレイヤーを無効にします。
• すべてのコネクションラインを非表示にします（View » Connections » Hide All）。場合によっては、分割プレーンを作成する対象のネットだけを表示すると便利です（View » Connections » Show Net）。
• PCBパネルでNets を選択し、ネット名をダブルクリックしてEdit Netダイアログを開き、分割プレーン上の各ネットの色属性をそれぞれ異なる色に設定します。
• ネットに関連付けられたすべてのパッドを表示するには、PCBパネルで内層プレーン上のそのネットをクリックし、他のすべてのパッドをマスクします。
• パッド数が最も多いネットを内層電源プレーンに割り当てます。次に、PCB ListパネルでInNet('A')やInNet('B')などのクエリを使用して、サーマルリリーフがあるネットとないネットなどを表示し、新しい分割プレーンに含めるパッドを区別します。
• 内層プレーン上のオブジェクトとプリミティブのみを表示するには、PCB FilterパネルでOnPlane クエリを使用します。

分割プレーンの定義

Altium Designerでは、内層電源プレーン上にライン、アーク、トラック、フィルを任意に配置して、分割プレーンを定義できます。これらによってプレーンの一部が残りの部分から分離されると、新しい分割プレーンが作成されます。その後、新しい分割プレーンにネットを関連付けます。 分割プレーンを定義する最も簡単な方法は、Place » Lineコマンドを使用して、電源プレーン上に分割プレーンの境界を描画することです。

Place » Line コマンドを使用した分割プレーンの作成。

この操作により、アートワークに銅箔を除去するためのラインが作成され、プレーンが分割されます。ラインの幅が分離幅になります。右クリックしてライン配置モードを終了すると、プレーンが解析され、独立した分割領域が作成されます。ラインの配置中に分割プレーンと内層電源プレーンの分離幅を変更するには、Tab を押してLine Constraintsダイアログを開き、Line Widthの値を変更します。

電源プレーンを2つの分割プレーンに分けるには、一方のプルバックトラックからもう一方のプルバックトラックまで、基板を横切る直線を描画します。ラインがプルバックトラックに接続されていれば、分離された領域が形成され、分割プレーンを識別するポリゴンタイプのオブジェクトが作成されます。ラインが確実に接続されていることを確認してください。ラインが接続されると、カーソルが十字に大きな円を重ねた形に変わります。

ライン、アーク、フィルで閉じた形状を作成すると、変則的な形状の分割プレーンを定義できます。また、内層にある既存のライン、アーク、フィル、トラックを境界の一部として使用することもできます。これらが接続されて閉じた領域を形成していれば、分割プレーンが作成されます。

アーク、フィル、トラックの使用

アークを使用してプレーンを分割する場合は、アークのセグメント間に短いトラックセグメントを配置することをお勧めします。フィル（Place » Fill）を使用しても分割プレーンは作成されず、ボイド領域のみが作成されることに注意してください。たとえば、ラインの代わりにフィルを配置して、分割プレーンの外周を形成することは可能です。

Place » Interactive Routingコマンドを使用してラインの代わりにトラックを配置する場合は、トラックをNo Netに設定し、分割プレーンの方に適切なネット名を関連付けてください。

分割プレーンへのネットの割り当て

各分割領域が正しく定義されているか確認するには、分割領域を1回クリックします。閉じた領域であれば、その領域だけがハイライト表示されます。

ハイライト表示された分割プレーン。

領域がハイライト表示されたら、その領域をダブルクリックしてSplit Planeダイアログを開き、ネットの割り当てを確認または設定します。ダイアログのドロップダウンリストには、デザインに現在読み込まれているすべてのネットが表示されます。このリストから分割プレーンのネット名を選択します。

分割プレーン接続の更新

デザインスペースでオブジェクトを移動または配置すると、分割プレーンの形状が変化することがありますが、その表示は自動的には更新されません。Tools » Split Planes » Rebuild Split Planes on Current LayerまたはRebuild Split Planes on All Layersを選択して、プレーンを再計算し、再描画します。

プレーン層へのトラックの配置

プレーン層はネガティブで構成されるため、電源プレーン層にトラックを配置すると銅箔のない領域が作成され、接続は形成されません。そのため、プレーン層上の1本のトラックでネットを配線することはできません。電源プレーン層でネットを配線するには、使用するトラックと同じサイズの、非常に細い銅箔の島を作成する必要があります。トラックとして機能する領域を線で囲んで境界を作成する（Place » Line）と、分割プレーンが作成され、必要なネットを割り当てられます。

また、プレーンと同じ層で複数の接続を配線する場合は、信号層で配線した後、ポリゴンプレーン（銅箔ポア）で電源プレーンを作成する方が効率的でしょう。

分割プレーンの確認と編集

PCBパネルのSplit Plane Editorモードでは、現在のPCB設計の分割プレーンを簡単に表示、管理できます。このモードのパネルは、次の3つの領域に分かれています。

• Layers - この領域には、設計で現在定義されているすべての内層プレーンと、各層に存在する分割プレーンの数が表示されます。
• Split Planes - この領域には、Layers領域で選択した項目に含まれる分割プレーンが表示されます。
• Pads/Vias On Split Plane - この領域には、パネルのSplit Planes領域で選択した項目のパッドとビアが表示されます。

Layers領域

パネルのLayers領域には、設計で現在定義されているすべての内層プレーンが表示されます。この領域のSplit Count列は、対応するプレーン層に存在する分割プレーンの数を示します。分割数が「1」の場合、その層は分割されておらず、層全体が1つの分割プレーンとして扱われます。

Split Planes領域

Layers領域で項目を選択すると、そのプレーン層にあるすべての分割プレーンと、それらに割り当てられているネットが、パネルのSplit Planes領域に読み込まれます。

各項目にはNode Countが表示されます。この値は、その分割プレーン領域に接続されているパッドとビアの合計数を示します。

分割プレーンを持つネットをダブルクリックするか、右クリックしてコンテキストメニューからPropertiesを選択すると、Split Planeダイアログが開き、分割プレーンに割り当てるネットを変更できます。

Pads/Vias On Split Plane領域

パネルのSplit Planes領域でパッドまたはビアを右クリックし、コンテキストメニューからPropertiesを選択すると、そのプリミティブに対応するProperties パネルが開きます。

分割プレーンの削除

プレーン上の領域が分離されると分割が形成されるため、分割の境界を構成するオブジェクトのいずれかを削除すると、その分割が解除されます。したがって、分割プレーンを削除するには、その輪郭を構成する線などの境界プリミティブを削除します。プルバックトラックは、レイヤースタックから内層プレーンを削除することでしか削除できない点に注意してください。

分割プレーンのデザインルールチェック

バッチデザインルールチェック（DRC）では、次のルールについて分割プレーンをチェックし、レポートを作成できます。

• プレーンの断線
• デッドカッパー領域
• サーマル接続の不足

これらのオプションは、メインメニューからTools » Design Rule Checkを選択して開くDesign Rule CheckerダイアログのDRC Report Optionsにあります。必要なオプションを有効にすると、バッチDRCでチェックされ、結果がレポートに記載されます。

レポートが作成されると、これらのルールへの違反がレポートに表示されます。レポート内をクリックすると、対応するエラーがPCBエディターに表示されます。

プレーンの断線

プレーンの断線は、ネットに接続されているプレーンの一部が、プレーンの他の部分から電気的に切り離された場合に発生します。たとえば、分割プレーンを横切るように、そのプレーンには接続されていないコネクターが配置されている場合に発生することがあります。ピンの周囲の銅箔のない領域がつながってプレーンの銅箔を完全に横断し、実質的に2つに分断します。

DRCエラー（明るい緑色）が表示された、断線したプレーン。

デッドカッパー

デッドカッパーとは、ネットへの接続がなく、元のプレーンからも電気的に切り離された銅箔部分を指します。たとえば、ピン間隔の狭いコネクター（プレーンには未接続）で、ピンの周囲の銅箔のない領域がつながり、プレーンの銅箔の一部が他の部分から分離された場合に発生することがあります。

DRCエラー（明るい緑色）が表示されたデッドカッパー領域。

接続幅が不足したサーマル接続

サーマル接続とは、プレーンの銅箔への熱伝導を抑えるために、周囲にサーマルリリーフ用の「切り欠き」を設けたプレーンへの接続です。ボイド領域によって、プレーンに接続する銅箔スポークの面積が減少すると、サーマル接続の接続幅が不足することがあります。このルールでは、スポークだけでなくサーマル接続全体の面積についても、入り込んでいるボイド領域に対してチェックします。

DRCエラー（明るい緑色）が表示された、接続幅の不足したサーマル接続。

スプリットプレーンに関する注意事項

• スプリットプレーンのDRCチェックは、バッチモードでのみ実行できます。
• エラーマーカーを削除するには、バッチDRCを再実行するか、メインメニューから Tools » Reset Error Markers を選択する必要があります。
• 編集後は、メインメニューからTools » Split Planes » Rebuild Split Planes on Current Layer/Rebuild Split Planes on All Layersを選択して、内層プレーンを再計算し、再描画してください。
• プレーンの分断およびデッドカッパーのチェックを行うには、Un-Routed Netルール（Electrical カテゴリ）でBatchを有効にする必要があります。