内部パワー＆スプリットプレーン

電源プレーン

電源プレーンとは、PCB全体に電気的に安定したグランドまたは電源リファレンスを供給するために一般的に使用される、特殊な固体銅製の内部層のことです。 

PCBエディタは、最大16枚の内部電源プレーンをサポートしています。これらの各層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することで、複数のネットで共有することも可能です。電源プレーンへのパッドおよびビアの接続は、 Plane 設計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方式で作成されます。電源プレーン層に配置されたオブジェクトは銅層内の空隙となり、残りの領域は実銅となります。

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) を使用して追加します。新しい内部プレーンを追加するには、内部プレーンを作成したい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。新しい内部プレーンがレイヤースタックに追加されます。 Layer Stack Manager モードの Properties を使用して、選択した内部プレーン層のプロパティを定義します。変更内容は、 Layer Stack Manager 変更内容は、PCBエディタで反映されるように保存する必要があります。

プレーンの表示

デザイン空間でプレーン層を表示するには、まず [ 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。 View Configuration パネル内の[表示] 

プレーンへのネットの割り当て

ネットはPCBエディタ内でプレーンに割り当てられます。ネットをプレーンレイヤーに割り当てるには：

1. デザインスペースで、そのプレーン・レイヤーをアクティブなレイヤーにします（エディタ下部のレイヤー・タブをクリックして、そのレイヤーをアクティブなレイヤーにします）。
2. 基板形状のアウトライン内の任意の場所をダブルクリックします。 
3. すると Split Plane ダイアログが開きますので、リストから必要なネットを選択します Connect to Net リストから必要なネットを選択します。なお、アクティブなレイヤーがプレーン層でない場合、このダイアログは開きません。

電源プレーン層を選択したら、その層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表現を確認できます。表示に加えて、3D ビューでは、シングルレイヤーモードに切り替えて各レイヤーを順番にクリックすることで、基板内を移動することができ、内部プレーンの検査作業に役立ちます。

分割プレーン上のサーマルリリーフ接続の 3D ビュー。

プレーン層は、個別の領域に分割または分割することもでき、各領域は異なるネットに割り当てられます。分割プレーンの定義について詳しくはこちらをご覧ください。

プレーン・レイヤーのプルバック

電源プレーンが追加されると、基板の形状周囲に一連のプルバックトラックが自動的に作成され、プレーンを基板の端から後退させます。プルバックトラックの幅は「レイヤースタックマネージャー」の「プルバック距離」プロパティで定義されるため、画面上で編集することはできません（画像参照）。 内部プレーンのプルバック値が変更されると、これらのトラックは自動的に再生成されます。

ブローアウトセクションの作成

プレーンの一部を「ブローアウト」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、銅のない領域を構築できます。

パッドおよびビアをプレーン層に接続する

パッドおよびビアへの接続は、 Plane [ダイアログ] で設定された PCB Rules and Constraints Editor ダイアログで設定された設計ルールに従って、パワープレーン上に表示されます（Design » Rules）で設定された設計ルールに従って、パワープレーン上に表示されます。特定の接続要件や非接続要件があるパッドやビアについては、追加のルールを作成することができます。

熱的隔離と直接接続

スルーホールパッドおよびビアは、直接接続またはサーマルリリーフ接続のいずれかによって、電源プレーンに接続できます。サーマルリリーフ接続は、基板がはんだ付けされた際に、接続されたピンをソリッド銅プレーンから熱的に分離するために使用されます。 PCBエディタの設計ルールでは、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。

この Power Plane Connect Style 設計ルールでは、コンポーネントのピンから電源プレーンへの接続方式を指定します。3つの接続オプションが利用可能です

• Relief Connect
• Direct Connect
• No Connect

また、SMD 電源ピンを電源プレーン層に接続するための特別なサポートも提供されています。電源プレーンに接続されているネット上の SMD パッドは、適切なプレーンに接続されているものとして自動的にタグ付けされます。 オートルーティング機能は、ファンアウト（短いトラックと、プレーン層へのリリーフまたは直接接続となるビア）を配置することで、これらのパッドの物理的な接続を完了します。

パワー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、銅箔がない部分を示しています。

ネットが電源プレーンに割り当てられると、該当する電源プレーン層上のそのネットに属する各パッドに小さな十字マークが表示されます。この十字マークは、リリーフ接続の場合は「'+'、直接接続の場合は 'x'として表示されます。直接接続されたパッド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が反映されます。

電源プレーンに接続されていないパッド

電源プレーンに接続されていないパッドは、銅のない領域によってそのプレーンから隔離されています。この銅のない領域は、 Power Plane Clearance 設計ルールにおいて、パッドの穴を中心とする放射状の拡張領域として指定されます。

ビアを電源プレーンに接続する

パッドと同様に、ビアは自動的に同じネット名を持つ内部電源プレーン層に接続されます。ビアは、適用される Power Plane Connect Style 設計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たくない場合は、 Power Plane Connect Style 接続スタイルを No Connect 、スコープクエリを. IsVia」を指定した設計ルールを追加してください。

製造上の考慮事項

サーマルリリーフ接続に適した寸法特性については、製造業者に確認してください。また、接続されていないパッドやビアが、接続されたパッドを完全に囲んでいないことを確認してください。囲んでしまうと、接続されたパッドが意図せず孤立し、接続が切断される原因となる可能性があります。銅を過剰に除去しないよう注意し、銅の最大量と製造コストのバランスを適切に保つようにしてください。

プレーンからのパッドおよびビアの切り離し

設計ルール内のクエリを使用して、 Power Plane Connect Style クエリを使用して、どのパッドやビアが電源プレーンに接続されるか、または接続されないかをさらに制限できます。パッドは、指定子の名前やパッドサイズなどの物理的特性によって指定できます。ビアには指定子がないため、ビア径などの物理的特性によって指定する必要があります。

電源プレーンに接続していない特定のパッドおよびビアの範囲指定

たとえば、U7で始まる特定の指定子名を持つパッドのみを接続解除するには、(ObjectKind = 'Pad') および (Name Like 'U7-*') クエリを使用して、 Power Plane Connect Style 。接続スタイルは No Connectに設定します。また、() や (ObjectKind = 'Pad')や()といった別のクエリを使用すれば、穴のサイズが25ミルであるパッドのみを対象にすることができます。HoleSize = 25) といった別のクエリは、ホールサイズが 25mils のパッドのみを対象とします。

接続したくないビアを扱う場合は、ビアに、異なるビア径など、それらを一意に識別できる特別なプロパティを含めるように変更し、そのプロパティを対象として新しい Power Plane Connect Style 接続スタイルを適用して、それらのビアのみを対象とする新しい No Connect 接続スタイルを指定して、それらのビアのみに一致するように設定します。クエリ (ObjectKind = 'Via') および () を使用することで、例えば直径24milのビアを対象に指定できます。ViaDiameter = '24') を使用することで、例えば直径24milのビアを対象に指定できます。クエリ InNet('VCC') と IsVia を使用すると、VCCネットに接続されているビアのみを対象に指定できます。

あるいは、上記の方法でビアを選択できない場合は、それらをフリーパッドに変換し、パッド名を使用して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、それらをフリーパッドに変換（Tools » Convert » Convert Selected Vias to Free Pads) に変換し、それらすべてに同じ指定子名を割り当てます。例： NoPlaneConnect。その後、新しい Power Plane Connect Style 設計ルールを追加し、スコープ（ObjectKind = 'Pad')と(Name = 'Free‑NoPlaneConnect')を指定します。また、 No Connect を Connect Styleを選択します。 NoPlaneConnect という名前のすべてのフリーパッドは、すべての電源プレーン層から切り離されます。

内部プレーンの削除

内部プレーンを削除するには、 Layer Stack Manager そのレイヤーを右クリックし、 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旨の警告が表示されます。 Yes をクリックして確定します。

プレーンの分割

分割プレーンとは、内部プレーン上の囲まれた領域であり、そのプレーンを電気的に分離された個別の領域に分割するものです。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することで定義されます。その後、各領域は異なるネットに割り当てられ、1つの内部電源プレーン層上に2つ以上の分割プレーンが作成されます。

電源プレーンは、任意の数の独立した領域に分割できます。この分割プロセスは、プレーンをセクションごとに切り分けるようなもので、配置する線の幅が分離距離を定義します。 電源プレーンはネガティブ方式で構成されるため、これらの特殊な境界線は銅のない帯となり、それによってこのネットとプレーン上の隣接するネットとの間に分離が生じます。

内部プレーン上の分割プレーン

通常、パッド数が最も多いネットが最初に内部プレーンに割り当てられ、その後、このプレーンを介して接続したい他のネットに対して領域が定義（分割）されます。分割されたプレーン領域内に収まらないパッドには、引き続き接続線が表示され、それらはシグナル層上で接続する必要があることを示しています。

分割プレーン領域の確認

また、内部プレーンとその内容を選択して表示するには、 Split Plane Editor モードを使用して、内部プレーンとその内容を表示することもできます。このモードは、 PCB モードを使用して、内部プレーンとその内容を表示することもできます。

ハイライトオプションを設定し、シングルクリックして分割領域と、それに接続されているパッドおよびビアをハイライト表示します。

パネル上部のハイライトオプション（[選択]、[ズーム] など）を設定することで、対象のプレーン層をアクティブレイヤーに設定した後、 Net Name クリックするだけで、分割プレーン領域およびそれに接続されているパッドやビアを特定できます（プルバック／分割プレーントラック内の領域全体がハイライト表示されます）。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、そのスプリットプレーンに割り当てられたネットを変更できます。

設計における複数の分割プレーンの使用

分割内の分割（ネストされた分割またはアイランド）がサポートされているため、内側の分割を外部の分割で囲む必要はありません。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層にオブジェクトを追加し続けることで、電気的に絶縁された他の領域を作成できます。

スプリットプレーン定義時の表示に関するヒント

電源プレーンで分割領域を定義する際、その分割領域に含まれる必要があるすべてのパッドを確認するのが難しい場合があります。分割プレーンに接続したいネットのパッドをより見やすくするために、作業を開始する前に以下の手法を試すことをお勧めします。

• [ Tools » Split Planes » Rebuild Split Planes on Current Layer / Rebuild Split Planes on All Layers を選択して、内部プレーンを再計算・再描画します。
• 3Dモード（ショートカット 3）を使用して、空隙領域や熱緩和接続を含む、プレーンの物理的な表示を確認します。3D モードでの基板上の移動を容易にするには、基板の厚さを調整して、層間の垂直距離を広げてください。 Board thickness (Scale) コントロールは 3D Settings タブの View Options タブの View Configuration パネル上の領域にあります。

• 最小限のレイヤー（例：キープアウト層、多層レイヤー、必要な機械設計レイヤーなど）と、使用中の電源プレーンのみを表示してください。その他のレイヤーは、 View Configuration パネルで無効にしてください。
• すべての接続線を非表示にします（View » Connections » Hide All）。場合によっては、スプリットプレーンを作成したい個々のネットを表示しておくと便利なことがあります（View » Connections » Show Net）。
• スプリットプレーン上の各ネットの色属性を、 Nets を選択し、 PCB パネルでを選択し、ネット名をダブルクリックして「ネットの編集」ダイアログを開きます。
• 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、[パネル]内の内部プレーン上でそのネットをクリックし、 PCB パネル内の内部プレーン上でそのネットをクリックし、他のすべてのパッドをマスクアウトします。
• パッド数が最も多いネットを内部電源プレーンに割り当て、次のようなクエリを使用します。 InNet('A') または InNet('B') などのクエリをパネルで使用して、例えば、サーマルリリーフが適用されているネットと適用されていないネットなどを表示し、新しい分割プレー PCB List パネルで、例えばサーマルリリーフがあるネットとないネットを区別して表示し、新しい分割プレーンに含めるパッドを判別します。
• 内部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、[プレーン] パネルで OnPlane を使用します。 PCB Filter パネル内のクエリを使用します。

スプリットプレーンの定義

Altium Designer では、内部電源プレーン上に線、円弧、トラック、および塗りつぶしを任意の構成で配置して、分割プレーンを定義することができます。これらによってプレーンの一部が他の部分から隔離されると、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が関連付けられます。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、電源プレーン上にスプリットプレーンの境界線を描画することです。

コマンドを使用してスプリットプレーンを作成するには、 Place » Line コマンドを使用してスプリットプレーンを作成します。

これにより、アートワーク上に銅箔を除外する線が作成され、その結果、プレーンが分割されます。線の幅が分離幅となります。右クリックして線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。線配置中に、分割プレーンと内部電源プレーン間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 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割するには、プルバック・トラックからプルバック・トラックへと基板を横切る直線を引きます。 ラインがプルバック・トラックに接続されていれば、それらは孤立した領域を形成し、その結果、分割プレーンを識別するポリゴン型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、カーソルが十字の付いた大きな円に変わります。

線、円弧、および塗りつぶしを使用して囲まれた形状を作成し、特殊な形状の分割プレーンを定義することができます。また、内部レイヤー上の既存の線、円弧、塗りつぶし、またはトラックを使用して、境界の一部を形成することもできます。それらが接続されて囲まれた領域を形成している限り、分割プレーンが形成されます。

円弧、塗りつぶし、およびトラックの使用

円弧を使用して分割面を作成する場合は、円弧のセグメントの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。なお、塗りつぶし（Place » Fill）を使用しても分割平面は作成されず、単に空の領域が作成されるだけである点に注意してください。例えば、線の代わりに塗りつぶしを配置することで、分割平面の外縁を作成することも可能です。

Place » Interactive Routing コマンドで線ではなくトラックを配置する場合は、トラックが No Net に設定されていることを確認し、分割平面は適切なネット名に関連付けられていることを確認してください。

分割面にネットを割り当てる

各分割領域が正しく定義されているかどうかを確認するには、分割箇所を 1 回クリックします。閉じた領域である場合、その領域のみが強調表示されます。

分割面がハイライト表示されています。

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。ダイアログ内のドロップダウンリストから、分割面のネット名を選択します。このリストには、その設計で現在読み込まれているすべてのネットが含まれています。

分割面の接続の更新

デザイン空間内でオブジェクトを移動または配置した後、分割面の形状が変更される場合がありますが、表示上では自動的に更新されません。 Tools » Split Planes » Rebuild Split Planes on Current Layer または Rebuild Split Planes on All Layers を選択して、平面を再計算および再描画します。

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、電源プレーン層上に配線を配置すると、銅箔に空隙が生じ、その結果、接続は確立されません。このため、プレーン層上の単一の配線を使用してネットを配線することはできません。 電源プレーン層上でネットを配線したい場合は、使用したいトラックのサイズと同じ、非常に細い銅のアイランド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の周囲にラインの境界を作成することで（Place » Line）、スプリットプレーンを作成し、それを必要なネットに割り当てることができます。

あるいは、プレーンと同じレイヤー上で配線すべき接続が多数ある場合は、シグナルレイヤーを使用して接続を配線し、その後、ポリゴンプレーン（銅の塗りつぶし）を使用して電源プレーンを作成する方が効率的である可能性があります。

分割プレーンの確認と編集

PCBパネルの Split Plane Editor モードを使用すると、現在のPCB設計の分割プレーンを簡単に表示および管理できます。このパネルのモードは、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部プレーン層と、各層ごとに存在するスプリットプレーンの数が表示されます。
• Split Planes - この領域には、 Layers 領域から選択されたエントリ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 パネルの「レイヤー」領域から取得したパッドとビアで構成されています。

レイヤー領域

パネルの Layers パネルのこの領域には、その設計に対して現在定義されているすべての内部プレーン層が表示されます。この領域内の Split Count 列には、対応するプレーン・レイヤーに対していくつの分割プレーンが存在するかが示されます。分割数が「1」の場合は、そのレイヤーが分割されておらず、レイヤー自体が単一の分割とみなされます。

分割平面領域

「 Layers 領域内のエントリを選択すると、そのプレーン・レイヤー上のすべての分割プレーンおよびそれらに割り当てられたネットが、 Split Planes パネルの領域に読み込まれます。

各エントリについて、 Node Count が表示されます。この値は、そのスプリットプレーン領域に接続されているパッドおよびビアの総数を反映しています。

スプリットプレーンがあるネット上で、ダブルクリック（または右クリックして Properties コンテキストメニューから選択）すると、「 Split Plane ダイアログが開きます。このダイアログを使用して、スプリットプレーンが割り当てられるネットを変更できます。

スプリットプレーン領域上のパッド/ビア

パネルの Split Planes パネルの領域内の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[編集] を選択すると、関連するダイアログが開きます。分割面領域上のパッド/ビア Properties コンテキストメニューからを選択すると、関連する Properties パネルが開きます。

分割平面の削除

分割は、平面上の領域が隔離されることで形成されるため、分割境界を形成するオブジェクトを削除すると、その分割も削除されます。したがって、分割平面を削除するには、その境界を形成するプリミティブ（例：線分や、分割平面の輪郭を形成するその他のプリミティブ）を削除してください。 プルバックトラックは、レイヤースタックから内部平面を削除することによってのみ削除できる点に注意してください。

設計ルールチェック（DRC）における分割平面

バッチ設計ルールチェック（DRC）の実行中に、以下のルールに基づいて分割平面のチェックとレポート作成を行うことができます：

• 断面が途切れている
• デッド銅領域
• 熱接続不足

これらのオプションは、 DRC Report Options 「Design Ruler Checker」ダイアログで利用可能です。このダイアログは、 Tools » Design Rule Check を選択してアクセスできます。バッチDRCの実行中にチェックおよび報告を行うには、目的のオプションを有効にしてください。

レポートが作成されると、これらのルールに違反する箇所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、PCB エディタに関連するエラーが表示されます。

プレーンの断線

プレーンの断線は、ネットと接続されているプレーンの領域が、プレーンの残りの部分から電気的に切り離されたときに発生します。これが発生する例としては、分割されたプレーンにまたがって配置されているものの、そのプレーンには接続されていないコネクタが挙げられます。ピンの周囲の空隙が結合してプレーンの銅箔を完全に貫通し、事実上プレーンを2つの部分に分断してしまいます。

DRCエラー（明るい緑色）が表示されている断片化されたプレーン。

デッド・カッパー

デッド・カッパーとは、ネットとの接続がなく、かつ元のプレーンからも電気的に切り離されてしまった銅の領域を指します。これが発生する例としては、ピン間隔が狭いコネクタ（プレーンに接続されていないもの）が挙げられます。この場合、ピン周囲の空隙が連結し、プレーン銅の領域をプレーンの残りの部分から隔離してしまいます。

DRCエラー（明るい緑色）が表示されているデッド・カッパー領域。

熱伝導が不十分な接続

サーマルは、プレーンへの接続部であり、その周囲には熱放散用の「切り欠き」があり、プレーン銅への熱伝導を低減します。 サーマルをプレーンに接続する銅のスポークの表面積が、ボイド領域によって減少すると、サーマルは「スターブド」状態になる可能性があります。このルールでは、サーマル自体（スポークだけでなく）の表面積と、サーマルに侵入するボイド領域との関係をチェックします。

DRCエラー（明るい緑色）が表示されている熱接続の不足状態。

分割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可能です。
• エラーマーカーを削除するには、バッチDRCを再度実行するか、 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、内部プレーンの再計算と再描画を行ってください。
• 断線した配線面および未使用の銅箔のチェックには、 Un-Routed Net ルール（Electrical カテゴリ)を有効にする必要があります。 Batch 有効にしておく必要があります。