비아 스티칭 및 비아 차폐 추가하기

비아 스티칭은 서로 다른 레이어의 더 넓은 구리 영역을 서로 연결하는 데 사용되는 기법으로, 사실상 보드 구조를 관통하는 강한 수직 연결을 만들어 낮은 임피던스와 짧은 리턴 루프를 유지하는 데 도움을 줍니다. 비아 스티칭은 그렇지 않으면 고립될 수 있는 구리 영역을 해당 넷에 다시 연결하는 데도 사용할 수 있습니다.

비아 실딩은 다른 기능을 합니다. RF 설계에서 비아 실딩은 RF 신호를 전달하는 배선에서 누화와 전자기 간섭을 줄이는 데 도움을 주기 위해 사용됩니다. 비아 실드(via shield)는 비아 펜스(via fence) 또는 피켓 펜스(picket fence)라고도 하며, 신호의 라우팅 경로를 따라 한 줄 이상의 비아 행을 배치하여 만듭니다. Altium Designer에서는 이를 비아 실딩(via shielding)이라고 부릅니다.

Altium Designer는 비아 스티칭과 비아 실딩을 모두 지원합니다. 스티칭 비아 또는 실딩 비아를 추가하는 과정은 비슷하므로 이 페이지에서는 두 주제를 모두 다룹니다.

 
 
 
 
 

비아 스티칭은 보드를 관통하는 강한 수직 연결을 만드는 데 도움을 주어 임피던스를 유지하고 리턴 루프를 단축합니다.

비아 실딩은 누화와 전자기 간섭으로부터 넷을 보호하기 위한 "펜스"를 만드는 데 사용됩니다.

 

스티칭 비아 추가

비아 스티칭은 후처리로 실행되며, 비어 있는 구리 영역을 스티칭 비아로 채웁니다. 비아 스티칭이 가능하려면 지정된 넷에 연결된 구리 영역이 서로 다른 레이어에서 겹쳐 있어야 합니다. 지원되는 구리 영역에는 Fills, Solid RegionsPolygonsPower Planes가 포함됩니다.

넷에 스티칭 비아를 추가하려면 메뉴에서 Tools » Via Stitching/Shielding » Add Stitching to Net 명령을 선택합니다. 그러면 Add Stitching to Net 대화상자가 열리고, 여기서 NetStitching Parameters 및 Via Style을 지정합니다. OK 버튼을 클릭하면 스티칭 알고리즘이 선택한 넷에 연결된 모든 fill, solid region, polygon 및 power plane을 식별하고, 지정된 비아 및 스티칭 패턴을 사용하여 이를 보드를 통해 연결하려고 시도합니다.  

새 스티칭 비아 세트는 Add Stitching to Net 대화상자에서 구성하고, 기존 비아 세트는 Via Stitching 대화상자() 또는 Properties 패널()에서 편집합니다. 이 세 곳의 필드는 아래에 설명되어 있습니다.

비아 스티칭 관련 참고 사항

  • 먼저 스티칭에 사용할 Net을 선택하십시오. 이는 Load values from Routing Via Style Rule 버튼 클릭과 같은 다른 옵션의 동작에 영향을 줍니다. 디자인 공간에서 이미 넷이 선택되어 있으면 Add Stitching to Net 대화상자를 열 때 해당 넷이 자동으로 선택됩니다.

  • 실딩 비아는 VSn로 식별됩니다: Via Stitching. 여기서 숫자 값 n은 이 비아가 동일한 숫자 식별자를 가진 다른 비아와 같은 비아 스티칭 유니언에 속함을 나타냅니다.

  • 비아 연결 스타일(relief 또는 direct)은 다음에 의해 결정됩니다: polygon의 경우 적용 가능한 Polygon Connect Style 설계 제약조건, power plane의 경우 적용 가능한 Plane Connect Style 설계 제약조건, solid region 및 fill의 경우 direct 연결이 사용됩니다.

  • 스티칭이 완료되면, 비아가 relief 연결 스타일을 사용하는 모든 영향을 받는 polygon을 다시 pour해야 합니다.

  • 각 스티칭 비아 세트는 유니언에 추가됩니다. PCB 패널을 Unions 모드로 설정하여 이러한 유니언을 탐색할 수 있습니다().

  • 스티칭 비아 세트를 편집하려면 세트 내 아무 비아나 더블클릭하여 Via Stitching 대화상자를 열거나, 더블클릭 시 열리도록 구성된 경우 Properties 패널을 여십시오(). 또는 하나 이상의 스티칭 비아를 포함하도록 선택 사각형(왼쪽에서 오른쪽)을 드래그한 다음 Properties 패널에서 설정을 편집할 수 있습니다.

  • 비아 세트는 Tools » Via Stitching » Remove Via Stitching Group 명령을 실행한 다음 그룹 내 아무 비아나 클릭하여 제거할 수 있습니다. 

  • 비아 스티칭 알고리즘은 polygon, fill, solid region 및 power plane을 다음과 같이 처리합니다:

    1. 같은 넷에 있는 polygon, region 및 fill은 서로 다른 레이어에서 겹치는 곳마다 스티칭됩니다. 해당 영역 내에서 다른 넷의 polygon, region 또는 fill이 겹쳐 있는 경우(다른 레이어에서), 그 영역에는 스티칭이 적용되지 않습니다. 다른 넷의 겹치는 plane 영역은 통과시킵니다.

    2. 대상 넷의 겹치는 plane 영역은 다른 넷에 연결된 plane 영역(다른 레이어 상)의 존재 여부와 관계없이 항상 스티칭됩니다. 같은 영역에 겹치는 polygon, region 또는 fill이 있는 경우에는 위의 규칙 1이 적용됩니다.

      To summarize these two rules - 다른 레이어에서 다른 넷의 plane layer는 항상 스티칭 비아에 의해 관통되지만, 다른 넷의 polygon, region 또는 fill은 그렇지 않습니다. 설계에 스티칭 비아가 필요한 영역 내에 다른 넷의 polygon이 포함되어 있다면, 해당 polygon을 일시적으로 shelve한 뒤 스티칭 비아를 정의하고, 이후 polygon을 다시 unshelve하고 pour를 다시 수행하십시오. polygon shelving 및 re-pouring에 대해 더 알아보십시오. 

비아 스티칭 영역 수정

비아 스티칭의 각 고유 영역에 있는 비아 세트는 union으로 클러스터링됩니다. 전체 유니언을 이동할 수 있으며, 영역 크기도 조정할 수 있습니다.

스티칭 영역을 선택하려면 왼쪽에서 오른쪽으로 선택 창을 드래그한 다음, 올바른 커서를 얻도록 마우스를 위치시켜 이동하거나 크기를 조정하십시오.

넷에 실딩 비아 추가

비아 실딩은 주변 신호로부터 발생할 수 있는 간섭이나 결합으로부터 넷을 격리하는 데 사용됩니다. 실딩 비아의 간격은 보호하려는 최고 주파수에 맞게 설정되어야 합니다. 실드의 올바른 설계는 필수이며, 설계가 잘못된 펜스는 인접 신호의 공진 주파수에서 간격이 맞을 경우 오히려 EMI 문제를 유발할 수 있습니다. 이에 대해서는 비아 실딩 관련 참고 사항 섹션에서 더 자세히 설명합니다.

라우팅된 넷 주위에 비아 실드를 배치하려면 메뉴에서 Tools » Via Stitching/Shielding » Add Shielding to Net 명령을 선택하십시오. 그러면 Add Shielding to Net 대화상자가 나타나며, 여기서 필요에 따라 Net to Shield 및 기타 Shielding Parameters, 기준 Net, 그리고 Via Style를 구성합니다. 비아는 적용 가능한 설계 규칙을 준수하는 비아를 배치할 수 있는 모든 위치에서 선택한 넷의 양쪽을 따라 배치됩니다.

새 실딩 비아 세트는 Add Shielding to Net 대화상자에서 구성하고, 기존 비아 세트는 Via Shielding 대화상자() 또는 Properties 패널()에서 편집합니다.  이 세 곳의 필드는 아래에 설명되어 있습니다.

비아 실딩 관련 참고 사항

  • 먼저 실딩할 Net을 선택하세요. 이는 Load values from Routing Via Style Rule 버튼을 클릭하는 경우와 같은 다른 옵션의 동작에 영향을 줍니다. 설계 공간에서 해당 넷이 이미 선택되어 있으면 Add Shielding to Net 대화상자를 열 때 그 넷이 자동으로 선택됩니다.

  • 실드 비아는 VSHn로 식별됩니다: Via SHielding. 여기서 숫자 값 n은 이 비아가 동일한 숫자 식별자를 가진 다른 비아와 같은 비아 실딩 유니온에 속함을 나타냅니다.

  • 비아 연결 스타일(릴리프 또는 직접 연결)은 폴리곤의 경우 적용 가능한 Polygon Connect Style 설계 제약 조건과, 파워 플레인의 경우 적용 가능한 Plane Connect Style 설계 제약 조건에 의해 정의됩니다.

  • 스티칭이 완료되면, 릴리프 연결 스타일을 지정하는 해당 Polygon Connect Style 설계 규칙이 적용된 모든 영향을 받은 폴리곤을 다시 포어해야 합니다.

  • 각 실드 비아 세트는 하나의 유니온에 추가됩니다. 이러한 유니온을 확인하려면 PCB 패널을 Unions 모드로 설정하세요().

  • 실드 비아 세트를 편집하려면, 세트에 속한 아무 비아나 더블클릭하여 Via Shielding 대화상자를 열거나, 더블클릭 시 열리도록 설정된 경우 Properties 패널을 여세요(). 또는 하나 이상의 실드 비아를 포함하도록 선택 사각형을 왼쪽에서 오른쪽으로 드래그한 다음, Properties 패널에서 설정을 편집할 수도 있습니다.

  • 비아 세트는 Tools » Via Stitching/Shielding » Remove Via Shielding Group 명령을 실행한 뒤 그룹 내 임의의 비아를 클릭하여 제거할 수 있습니다.

  • 부분 넷 실딩 또는 다중 넷 실딩을 수행할 수 있습니다:

    • 전체 넷을 실딩하고 싶지 않다면 먼저 필요한 트랙 세그먼트를 선택한 다음, Selected Objects 옵션을 활성화한 상태에서 실딩하세요.

    • 인접한 여러 넷을 실딩하려면 설계 공간에서 해당 넷들을 선택한 다음, Selected Objects 옵션을 활성화한 상태에서 실딩하세요.

    • 차동 페어는 다중 넷 Selected Objects 기법을 사용하거나, Net to Shield 드롭다운에서 차동 페어 넷 중 하나를 선택하여 실딩할 수 있습니다.

  • Add shielding copper 옵션을 사용하면 실드 비아를 둘러싸는 폴리곤을 추가할 수 있으며, Add clearance cutout 옵션을 함께 사용하면 폴리곤이 비아만 감싸도록 잘라낼 수 있습니다. 이러한 옵션에 대해 자세히 알아보려면 아래의 Including Shielding Copper with the Shielding Vias 항목을 읽어보세요.

실드 비아의 크기와 배치는 정확한 과학은 아니지만, 경험적 테스트를 바탕으로 확립된 가이드라인이 있습니다. 

  • M K Armstrong은 "PCB design techniques for lowest-cost EMC compliance Part 1"라는 논문에서 다음과 같이 권장합니다:

"스티칭 간격은 λ/20 이하로 하고, 스텁 길이도 이를 넘지 않도록 한다. 이는 다층 설계에서 모든 접지 필을 접지 플레인에 스티칭할 때에도 매우 좋은 규칙이다. 여기서 λ는 설계에서 가장 중요한 최고 주파수의 파장이다(알 수 없으면 1 GHz를 가정). 여기서:

f = C / λ

참고: FR4 유전체 PCB를 통해 전파되는 EM 방사선의 경우 C(광속)는 자유공간 속도의 약 60% 정도입니다."

  • 아래에 참조된 토론 포럼(5) 에서 언급했듯이, 온보드 안테나가 있는 PCB의 경우 "비아 간 거리는 최대 공진 파장의 1/4이어야 합니다." 

  • 해당 포럼 토론(5)은 또 다른 기술 노트를 인용하며, 거기에는 "일반적인 경험칙은 스티치 비아 간격을 λ/10 이하로 하고, 가능하면 λ/20 정도로 더 촘촘히 배치하는 것"이라고 되어 있습니다.

실드 비아와 함께 실드 구리 포함하기

라우팅의 각 측면에 실드 비아를 추가하는 것 외에도, 아래 이미지와 같이 실드 구리를 포함할 수 있습니다. 이렇게 하려면 Via Shielding 대화상자에서 Add shielding copper 옵션을 활성화하세요. 이 구리는 폴리곤으로 생성되므로 적용 가능한 ClearancePolygon Connect Style 설계 규칙을 따릅니다.

Add shielding copper 옵션은 실드 비아를 둘러싸는 폴리곤을 추가합니다. 실드된 넷에서 멀리 떨어진 폴리곤 가장자리는 비아의 가장자리에 닿게 됩니다. 실드된 넷에 인접한 폴리곤 가장자리는 적용 가능한 Clearance 설계 규칙에 따라 넷으로부터 이격됩니다. Add clearance cutout 옵션도 함께 활성화되어 있으면, 폴리곤은 대신 Add Shielding to Net 대화상자의 Distance 설정값만큼 실드된 넷으로부터 이격됩니다. 아래 이미지 위에 커서를 올려 차이를 확인하세요.

클리어런스 컷아웃 옵션이 활성화된 상태의 넷 주변 실드 비아, 그리고

클리어런스 컷아웃 옵션이 비활성화된 상태의 넷 주변 실드 비아.

 

스티칭 또는 실드 비아 선택/편집

스티칭/실드 비아 배열 작업을 단순화하기 위해, 두 종류 모두 자동으로 유니온으로 묶입니다. 유니온은 PCB 패널을 통해 관리됩니다.

PCB 패널을 사용한 선택

배열을 선택하려면 PCB 패널을 Unions 모드로 전환한 후 필요한 Via Stitching 또는 Via Shielding 유니온을 선택하세요. 패널에서 Select 체크박스가 활성화되어 있으면(아래 이미지 참조) 해당 배열에 속한 모든 비아가 선택됩니다. 또는 배열에 속한 아무 비아나 더블클릭하여 Properties 패널을 열고 배열을 편집할 수 있습니다.

PCB 패널을 Unions 모드로 사용하면 스티칭 또는 실드 배열의 모든 비아를 선택할 수 있습니다. 이 이미지에서는 네 개의 비아 실딩 유니온이 모두 선택되어 있습니다.
PCB 패널을 Unions 모드로 사용하면 스티칭 또는 실드 배열의 모든 비아를 선택할 수 있습니다. 이 이미지에서는 네 개의 비아 실딩 유니온이 모두 선택되어 있습니다.

대화형으로 비아 세트 선택

선택 동작:

  • 개별 스티칭/실드 비아는 선택하여 삭제할 수 있습니다.

  • Popup Selection Dialog 옵션이 Preferences ()에서 활성화되어 있으면, 유니온에 속한 개별 비아를 클릭했을 때 위 이미지와 같이 유니온을 포함한 목록이 표시됩니다. 유니온을 선택하면 작업 공간에서 해당 비아 유니온을 삭제하거나 Properties 패널에서 편집할 수 있습니다. 

  • Popup Selection 대화상자가 활성화되어 있지 않으면, 유니온에 속한 개별 비아를 클릭할 때 다음과 같이 동작합니다:

    • 첫 번째 클릭은 개별 비아를 선택합니다.

    • 두 번째 및 그 이후의 클릭은 겹쳐진 객체에 사용되는 선택 순서에 따라 다음 객체를 선택합니다. 예: 컴포넌트, 폴리곤, 비아 유니온(이 객체들이 커서 아래에 있는 경우).

    • 또는 첫 번째 클릭으로 개별 비아를 선택한 후 Shift+Tab 단축키를 눌러 Select Overlapping 명령을 실행하세요. Shift+Tab를 계속 눌러 겹쳐진 객체들을 차례대로 순환 선택할 수 있습니다.

     

  • 영역에 제한된 스티칭 유니온은 유니온 내 아무 비아 주변이든 선택 사각형을 왼쪽에서 오른쪽으로 드래그하여 선택할 수 있습니다. 이는 이 페이지의 Modifying a User-Defined Via Stitching Area 섹션 애니메이션에서 확인할 수 있습니다.

비아 세트 편집

스티칭 또는 실드 비아 세트의 속성은 선택된 후 Via Stitching 또는 Via Shielding 모드의 Properties 패널에서 편집할 수 있습니다. 세트에 속한 아무 비아나 더블클릭하여 패널을 여세요.

Properties 패널에서 스티칭 비아를 편집하는 예시입니다.Properties 패널에서 스티칭 비아를 편집하는 예시입니다.

패널에서 속성을 편집한 후 키보드에서 Enter을 누르면, 패널 상단에 Changes pending 메시지와 버튼이 나타납니다. 편집 작업을 완료하려면 Apply를 클릭하세요.

추가 읽을거리

  1. PCB 설계의 모든 측면에 대한 정보는 Printed Circuit Design and Fab Magazine 웹사이트를 참조하십시오. 이 사이트는 "via fence"의 역할과 같은 기술 주제를 다루는 훌륭한 자료입니다(검색 결과의 품질을 높이려면 따옴표를 포함해 검색하십시오).

  2. Wikipedia 문서, Via Fence

  3. 다층 인쇄 회로 기판에서의 비아 커플링 연구

  4. PCB 구조 내 전자기파 전파의 기본 원리를 소개하는 논문 - 회로 기판 설계 모범 사례

  5. Via fences for noise reduction of a chip antenna? 질문이 제기된 토론 포럼

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