特定オブジェクトのキープアウト

概略

この記事では、Altium Designerのオブジェクト別キープアウトの仕組み、PCB上で配置を禁止できる対象、Keep-Out Layerと信号レイヤーのどちらに配置するかによる動作の違いを解説します。また、キープアウトに適用されるクリアランスルール、基板上で特に役立つ用途、ビア、トラック、銅箔、パッドなど、特定のオブジェクトタイプの配置を制限するための設定方法も紹介します。さらに、PCBエディターとPCBライブラリエディターの両方で、トラックやアークなどのキープアウトオブジェクトを配置・編集する際の実践的なポイントも説明します。基板レイアウトをより細かく、正確に制御するために、ぜひ読み進めてください。

- オブジェクト別キープアウトとは何か、Altium Designerでどのように動作するか、PCBレイアウトのどのような場面で使用すべきかを理解します。
- 特定のオブジェクトタイプのみを制限するキープアウトの設定方法を学び、配線、銅箔の配置、ビアの配置をより柔軟に制御できるようにします。
- PCBエディターとPCBライブラリエディターで、トラックやアークなどのキープアウトオブジェクトを配置・編集するための基本操作を確認します。
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PCB設計におけるKeepoutは、銅箔オブジェクトが交差できないようにレイアウト内に配置する、ユーザー定義の領域または境界です。通常、ポリゴンポアやインタラクティブルーティングなどの自動銅箔配置操作で使用する領域を制御するために設けられますが、キープアウトは銅箔オブジェクトを手動で配置する際にも配置禁止領域となります。

設計レイアウトで「進入禁止」領域として指定されるキープアウトオブジェクトは、既存のクリアランス制約ルールを使用して配線を制御し、配置違反を検出します。ただし、ほかの配置済みオブジェクトとは異なり、ネットに割り当てることはできず、生成された出力や印刷物にも表示されません。簡単に言えば、キープアウトはグローバルクリアランスルールの指定に従い、ほかの銅箔オブジェクトがその領域と交差するのを防ぐ「干渉」オブジェクトとして機能します。キープアウトオブジェクトは、Keep-out Layer(すべての信号層に適用)または信号層(その層のオブジェクトのみに適用)に配置できます。 

Altium Designerでは、Object Specific Keepoutsのサポートにより、キープアウトを作成して適用できます。配置したキープアウトオブジェクトは、トラック、銅箔領域、ビア、パッドなど、適用対象のオブジェクトの種類を指定できるため、キープアウトの柔軟性と有効性が大幅に向上します。

PCB設計に配置されたさまざまな種類のキープアウトオブジェクト。
PCB設計に配置されたさまざまな種類のキープアウトオブジェクト。

PCBエディターとPCBライブラリエディターでは、キープアウトオブジェクトはクロスハッチで表示されます。Keep-Out Layerに配置したキープアウトオブジェクト(すべての信号層に適用)はKeep-Out Layerの色で表示され、特定の信号層に配置したキープアウト(その信号層のみに適用)は、その信号層の色で表示されます。

キープアウトは、配線できない基板領域(電気的に敏感な領域や高電圧領域など)、フィデューシャルやテストポイントなどの露出銅箔箇所、または機械的な干渉がある領域(取り付け穴やPCBの角など)を定義するのに最適です。オブジェクト別キープアウトは設定を変更できるため、特定のKeepout Restrictionsが割り当てられている場合は、ほかのオブジェクトに重ねて配置することもできます。たとえば、ビアのみを制限するように設定すると、既存の銅箔領域(ポリゴンポアなど)にキープアウトを重ねて配置し、自動ビアスティッチングの範囲を制御できます。

オブジェクト別キープアウトは、PCBエディターとPCBライブラリエディターで配置できます。

PCBキープアウトオブジェクトの配置と編集の詳細については、以下の折りたたみセクションを参照してください。

キープアウトの配置

キープアウトは、Place » Keepoutメニューからエディターの設計スペースに配置します。指定したキープアウトの形式(トラック、フィル、リージョン、またはアーク)が、現在アクティブなレイヤーに配置されます。キープアウトのプロパティを選択すると、形状や寸法、レイヤー、オブジェクトの種類に関する制限を編集できます。関連するKeepoutプロパティは次のとおりです。

  • Restricted for Layer – キープアウトのレイヤーを設定します。これにより、銅箔オブジェクトの配置を制限する(配置禁止にする)基板レイヤーが決まります。 全レイヤーに適用するキープアウトの場合は、Keep-Out Layerを選択します。
  • Keepout Restrictions – キープアウトによって制限するオブジェクトの種類を指定します。オブジェクトの種類の選択を解除すると、該当するクリアランスルールが適用されなくなり、その種類のオブジェクトはキープアウト領域への侵入が許可されます(配置禁止の対象外となります)。
キープアウトは、銅箔プレーンを除くすべての(銅箔)信号レイヤーに配置できます。現在アクティブな基板レイヤーがキープアウトに対応していない場合、Place » Keepoutコマンドは使用できません(グレー表示になります)。

下の画像では、2つのキープアウトフィルに異なるレイヤーとオブジェクトの制限が適用されています。これにより、Top Layerのキープアウトフィル(左側)ではスルーホール(TH)パッドを許可し、それ以外のすべての種類のオブジェクトを制限しています。一方、Keep-Out Layer(右側)ではトラックのみを許可しています。

PCBの異なるレイヤーに配置され、それぞれ異なる種類のオブジェクトの配置を制限するように設定された2つのキープアウトフィルの例。
PCBの異なるレイヤーに配置され、それぞれ異なる種類のオブジェクトの配置を制限するように設定された2つのキープアウトフィルの例。

キープアウトは柔軟性が高く、PCBレイアウトを制御するさまざまな用途に使用できます。キープアウトは重ねて配置でき、任意の信号レイヤー(TopやBottomなど)に割り当てられ、特定のオブジェクトを排除するように設定できるため、たとえばビアスティッチングやポリゴンポアを厳密に制御できます。

ポリゴンポアの制御

下に示すPCBレイアウトの例では、高電圧になる可能性がある領域のマルチレイヤーパッドの周囲にキープアウトフィルを追加しています。この領域には、後で配置するグランド接続のポリゴンポアから十分な電気的絶縁を確保する必要があります。キープアウトフィルはTop Layerに設定され、銅箔オブジェクトのみを制限するように構成されています。これにより、ポリゴンポア、フィル、リージョンは排除されますが、既存のトラックやパッドなどは許可されます。 つまり、クリアランス違反のルールは「銅箔」に分類されるオブジェクトにのみ適用されます。

Keep-Out Layerに配置され、銅箔オブジェクトにのみ適用するように設定されたキープアウトフィル。
Keep-Out Layerに配置され、銅箔オブジェクトにのみ適用するように設定されたキープアウトフィル。

上記のキープアウトの配置により、信号レイヤー(この場合はTop LayerとBottom Layer)に配置されるポリゴンポアは、3つすべてのキープアウト領域を避けるようになります。ただし、対象領域に関連するトップレイヤーのpadsには、Top Layerのポアによる十分なクリアランスが確保されません。

この場合、Top Layerにキープアウトを追加することで、そのポリゴンポアが関連するすべてのパッドから適切な距離を確保するようにできます。 下の画像では、Top Layerにさらに2つのキープアウトフィルを追加しています。わかりやすいように、ここではシングルレイヤーモードで表示しています。なお、図に示すキープアウト領域は、2つのフィルを重ねる代わりに、1つのリージョンで作成することもできます。

Top Layerに配置され、銅箔オブジェクトにのみ適用するように設定されたキープアウトフィル。
Top Layerに配置され、銅箔オブジェクトにのみ適用するように設定されたキープアウトフィル。

最終的にレイアウトにポリゴンポアを追加すると、これらのキープアウトによってポアが制御され、対象領域の周囲にレイヤーごとに異なる形状のクリアランスが形成されます。この例では、カスタムのキープアウトのクリアランスルール(下記参照)により、キープアウトに対するクリアランスが通常のオブジェクトに対するクリアランスよりも大きくなっています。

配置されたキープアウトオブジェクトを避けるポリゴンポア。
配置されたキープアウトオブジェクトを避けるポリゴンポア。

下図のようにレイアウトをシングルレイヤー3Dモードで表示すると、キープアウト群がポリゴンポアに与える影響を明確に確認できます。左側がTop Layer、右側がBottom Layerです。

シングルレイヤー3Dモードで表示したPCBのTop Layer(左)とBottom Layer(右)。
シングルレイヤー3Dモードで表示したPCBのTop Layer(左)とBottom Layer(右)。

ここでは、レイヤー固有のキープアウトを配置して設定する例として、ポリゴンポア領域を制御する方法を紹介しています。 実際には、ポリゴンポアが占める領域を制御するには、ポリゴンポアカットアウトを使用するのが最適です。

ビアスティッチングの制御

複数レイヤーの銅箔領域に、ビアオブジェクトを制限するように設定したキープアウト形状を適用すると、自動ビアスティッチング(Tools » Via Stitching/Shielding)の範囲を制御できます。キープアウト形状は任意のレイヤー、または銅箔領域のいずれかのレイヤーに設定でき、これにより、それらのレイヤー間を接続するビアの配置が禁止(制限)されます。

下の例では、レイアウトの左上隅と左下隅にキープアウト形状を追加しています。これらはビアオブジェクトを制限するように設定されているため、自動ビアスティッチングによって、その境界内にビアが配置されることはありません。

ビアにのみ適用するように設定されたキープアウトリージョン。
ビアにのみ適用するように設定されたキープアウトリージョン。

ビアスティッチングは、通常どおり既存のトラック、パッド、ビアを避けるだけでなく、適用されるクリアランスルールに従ってキープアウト形状も避けます。

ビアスティッチングを追加した後のPCB。
ビアスティッチングを追加した後のPCB。

コンポーネント内のキープアウト

PCB Libraryエディターでは、PCBエディターの設計スペースで使用する方法と同じ方法で、コンポーネントのフットプリントにキープアウトを追加できます。

下に示すコンポーネントのフットプリントに追加されたキープアウトは、トラック以外のすべてのオブジェクトを制限するように設定されています。これにより、このコンポーネントを使用するレイアウトでネット接続を可能にしながら、他の種類のオブジェクトが近接して配置されることを制限できます。

PCB Libraryエディターでは、コンポーネントのフットプリントにもキープアウトオブジェクトを追加できます。
PCB Libraryエディターでは、コンポーネントのフットプリントにもキープアウトオブジェクトを追加できます。

PCB Libraryエディターではデザインルールが適用されないため、この場合、キープアウトはその境界内にあるスルーホールパッドを許可します。

キープアウトの操作

Altium Designerのオブジェクト固有のキープアウトは、関連するすべての機能に対応しており、クエリ(およびそれに基づくデザインルール)、PCB Listパネル、インポートされたPCB設計ドキュメントや旧バージョンのPCB設計ドキュメントとの互換性も備えています。

キープアウトのクリアランスルール

他のプリミティブオブジェクトと同様に、キープアウトのクリアランス制約は、現在の電気的クリアランスルールによって決まります。Design » Rulesを参照してください。キープアウトに異なるクリアランス制約が必要な場合は、IsKeepOut属性チェックをカスタムクエリとして適用し、専用のルールを作成してください。

カスタムのキープアウトクリアランスルールが、既存の(グローバルな)クリアランスルールよりも高い優先順位に設定されていることを確認してください。以下の例では、基本のクリアランスルール(Clearance)の2倍のクリアランス距離を持つキープアウト用ルール(Clearance_Keepout)を作成しています。基板レイアウトの一部に示すように、2つのパッド間に配線されたトラックは、Top Layerの領域(左側)よりもキープアウト領域(右側)から大きく離れています。

キープアウトオブジェクト用のクリアランスルールを追加できます。
キープアウトオブジェクト用のクリアランスルールを追加できます。

プリミティブオブジェクトをキープアウトに変換

信号レイヤー上の既存のプリミティブオブジェクトは、Convert Primitives to Keepoutsコマンド(Tools » Convert » Convert Selected Primitives to Keepout)を使用して、同じレイヤー上のキープアウトに変換できます。

キープアウトオブジェクトは、Tools » Convert » Convert Selected Keepouts to Primitivesコマンドを使用して、対応する通常のプリミティブオブジェクトに戻すことができます。

プリミティブオブジェクトは、対応するキープアウトオブジェクトに変換できます(逆の変換も可能です)。
プリミティブオブジェクトは、対応するキープアウトオブジェクトに変換できます(逆の変換も可能です)。

パネルからのアクセス

基板設計内のオブジェクト固有のキープアウトには、PCB ListパネルおよびPCB Filterパネルからアクセスできます。

PCB Filterパネルでは、IsKeepOut クエリキーワードを使用して、設計内のキープアウトオブジェクトを検索し、必要に応じて選択できます。

PCB Filterパネルを使用して、設計内のキープアウトオブジェクトを検索できます。
PCB Filterパネルを使用して、設計内のキープアウトオブジェクトを検索できます。

PCB Listパネルでは、選択した種類のキープアウトオブジェクトを一覧表示、選択、編集できます。例えば、下のListパネルの画像では、キープアウトのフィルを表示しています。比較のために、通常のTop Layerのフィル(一覧の最後)も表示しています。設計内のフィル(またはリージョンなどの他の種類のオブジェクト)がallキープアウトとして指定されている場合、PCB Listパネルにはキープアウトオブジェクトのすべての制限属性が表示されます。

PCB Listパネルを使用して、選択した種類のキープアウトオブジェクトを一覧表示、選択、編集できます。
PCB Listパネルを使用して、選択した種類のキープアウトオブジェクトを一覧表示、選択、編集できます。

この例ではフィルがキープアウトオブジェクトとして指定されているため、PCB Listパネルに表示されるKeepout属性は読み取り専用です。同様に、キープアウトオブジェクトは定義上ネットに割り当てることができないため、PCB ListパネルのキープアウトオブジェクトのNet属性は編集できません。

PCB設計のインポート

Altium Designerでは、インポートウィザード(File » Import Wizard)の自動変換機能を使用して、さまざまな設計ツールの設計ファイルをインポートできます。他の設計ツールのPCB設計ファイルに含まれるキープアウト型オブジェクト(一部はオブジェクト固有)は、可能な場合、ウィザードによってオブジェクト固有のキープアウトに変換されます。

ウィザードのキープアウト変換処理は、Mentor® Graphics Pads™やCadence® Allegro™などの主要なECADシステムの基板設計に対応しています。IDFエクスポート処理でも、キープアウトは正しく解釈されます。

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