비아 스티칭 및 비아 차폐 추가하기

개요

이 문서에서는 Altium Designer의 비아 스티칭과 비아 실딩의 차이점, 각 기법을 사용하는 이유, 그리고 Altium Designer에서 유사한 작업 흐름으로 두 기법을 지원하는 방법을 설명합니다. Net에 스티칭 비아를 추가하는 과정을 살펴보고, 배치, 클리어런스, 비아 스타일에 관한 주요 설정 옵션과 배치 후 기존 비아 세트를 편집하는 방법을 안내합니다. 스티칭과 실딩을 각각 언제 사용해야 하는지, PCB Editor에서 어떻게 설정하는지 더 명확히 이해하고 싶다면 이 가이드를 참고하세요. 안내에 따라 자신 있게 작업을 진행하고 PCB 레이아웃 작업의 효율을 높일 수 있습니다.

- 비아 스티칭과 비아 실딩의 역할, 그리고 각 기법이 PCB 설계에서 어떤 목적으로 사용되는지 이해할 수 있습니다.
- 배치와 비아 속성을 제어하는 주요 대화상자 옵션을 비롯해 Altium Designer에서 스티칭 또는 실딩 비아를 추가하는 방법을 살펴볼 수 있습니다.
- 클리어런스, 연결 동작, 폴리곤 다시 채우기, 기존 비아 세트 편집에 관한 주요 유의 사항을 알아볼 수 있습니다.
AI로 더 깊이 알아보기:

비아 스티칭은 서로 다른 레이어의 넓은 구리 영역을 연결하는 기법으로, 보드 구조를 관통하는 견고한 수직 연결을 형성하여 낮은 임피던스를 유지하고 리턴 루프를 짧게 하는 데 도움이 됩니다. 또한 비아 스티칭을 사용하면 고립될 수 있는 구리 영역을 해당 Net에 다시 연결할 수 있습니다.

비아 실딩은 다른 기능을 수행합니다. RF 설계에서는 RF Signal을 전달하는 배선의 누화와 전자기 간섭을 줄이는 데 사용됩니다.  비아 펜스 또는 피켓 펜스라고도 하는 비아 실드는 Signal의 배선 경로를 따라 한 줄 이상의 비아를 배치하여 만듭니다. Altium Designer에서는 이를 비아 실딩이라고 합니다.

Altium Designer는 비아 스티칭과 비아 실딩을 모두 지원합니다. 스티칭 비아와 실딩 비아를 추가하는 과정이 유사하므로 이 페이지에서는 두 주제를 함께 다룹니다.

 
 
 
 
 

비아 스티칭은 보드를 관통하는 견고한 수직 연결을 형성하여 임피던스를 유지하고 리턴 루프를 짧게 하는 데 도움이 됩니다.

비아 실딩은 누화와 전자기 간섭으로부터 Net을 보호하는 "펜스"를 만드는 데 사용됩니다.

 

스티칭 비아 추가

비아 스티칭은 후처리로 실행되며, 구리의 빈 영역을 스티칭 비아로 채웁니다. 비아 스티칭을 수행하려면 서로 다른 레이어에 지정된 Net에 연결된 구리 영역이 겹쳐 있어야 합니다. 지원되는 구리 영역은 다음과 같습니다. Fills, Solid Regions, Polygons 및 Power Planes.

Net에 스티칭 비아를 추가하려면 메뉴에서 Tools » Via Stitching/Shielding » Add Stitching to Net 명령을 선택합니다. Add Stitching to Net 대화 상자가 열리면 Net, Stitching Parameters 및 Via Style을 지정합니다. OK 버튼을 클릭하면 스티칭 알고리즘이 선택한 Net에 연결된 모든 Fill, 솔리드 Region, 폴리곤 및 전원 플레인을 식별하고, 지정된 비아와 스티칭 패턴을 사용하여 보드를 관통해 연결을 시도합니다.  

새 스티칭 비아 세트는 Add Stitching to Net 대화 상자에서 구성하며, 기존 비아 세트는 Via Stitching 대화 상자() 또는 Properties Panel()에서 편집합니다. 이 세 가지에 대한 모든 필드는 아래에 설명되어 있습니다.

비아 스티칭 관련 참고 사항

  • 먼저 스티칭에 사용할 Net을 선택하세요. 이 선택은 Load values from Routing Via Style Rule 버튼 클릭과 같은 다른 옵션의 동작에 영향을 줍니다. 설계 공간에서 이미 네트가 선택되어 있으면 Add Stitching to Net 대화 상자를 열 때 해당 네트가 자동으로 선택됩니다.

  • 차폐 비아는 VSn: Via Stitching으로 식별되며, 여기서 숫자 값 n은 이 비아가 동일한 숫자 식별자를 가진 다른 비아와 같은 비아 스티칭 유니온에 속함을 나타냅니다.

  • 비아 연결 스타일(릴리프 또는 직접 연결)은 폴리곤의 경우 적용 가능한 폴리곤 연결 스타일 설계 제약 조건으로, 전원 평면의 경우 적용 가능한 평면 연결 스타일 설계 제약 조건으로 정의됩니다. 솔리드 영역과 채움에는 직접 연결이 사용됩니다.

  • 스티칭이 완료되면 비아가 릴리프 연결 스타일로 연결되는 모든 해당 폴리곤을 리푸어해야 합니다.

  • 각 스티칭 비아 세트는 유니온에 추가됩니다. 이러한 유니온을 살펴보려면 PCB 패널을 Unions 모드로 설정하세요().

  • 스티칭 비아 세트를 편집하려면 세트 내의 비아를 두 번 클릭하여 Via Stitching 대화 상자를 열거나, 두 번 클릭 시 열리도록 구성된 경우 Properties 패널을 엽니다(). 또는 하나 이상의 스티칭 비아가 포함되도록 내부 선택 사각형을 왼쪽에서 오른쪽으로 드래그한 다음, Properties 패널에서 설정을 편집합니다.

  • 비아 세트를 제거하려면 Tools » Via Stitching » Remove Via Stitching Group 명령을 실행한 다음 그룹에 속한 비아를 클릭합니다. 

  • 비아 스티칭 알고리즘은 폴리곤, 채움, 솔리드 영역 및 전원 평면을 다음과 같이 처리합니다.

    1. 동일한 네트에 속한 폴리곤, 영역 및 채움은 서로 다른 레이어에서 겹치는 모든 위치에 스티칭이 적용됩니다. 해당 영역 내에서 다른 네트의 폴리곤, 영역 또는 채움이 다른 레이어에 겹쳐 있으면 그 영역에는 스티칭이 적용되지 않습니다. 다른 네트의 겹치는 평면 영역은 관통합니다.

    2. 타겟 네트의 겹치는 평면 영역에는 다른 네트에 연결된 평면 영역이 다른 레이어에 있는지와 관계없이 항상 스티칭이 적용됩니다. 동일한 영역에 폴리곤, 영역 또는 채움이 겹쳐 있으면 위의 규칙 1이 적용됩니다.

      To summarize these two rules - 다른 레이어에서 스티칭 비아는 다른 네트의 평면 레이어를 항상 관통하지만, 다른 네트의 폴리곤, 영역 또는 채움은 관통하지 않습니다. 설계에서 스티칭 비아가 필요한 영역 내에 다른 네트의 폴리곤이 있다면 해당 폴리곤을 일시적으로 보류하고 스티칭 비아를 정의한 다음, 폴리곤의 보류를 해제하고 리푸어하세요. 폴리곤 보류 및 리푸어에 대해 자세히 알아보세요. 

비아 스티칭 영역 수정

각 개별 비아 스티칭 영역의 비아 세트는 하나의 유니온으로 묶입니다. 유니온 전체를 이동할 수 있으며 영역의 크기도 조정할 수 있습니다.

왼쪽에서 오른쪽으로 선택 창을 드래그하여 스티칭 영역을 선택한 다음, 적절한 커서가 표시되도록 마우스를 위치시켜 이동하거나 크기를 조정합니다.

Net에 차폐 비아 추가

비아 차폐는 주변 신호로 인한 잠재적인 간섭이나 커플링으로부터 Net을 격리하는 데 사용됩니다. 차폐 비아의 간격은 차단하려는 가장 높은 주파수에 맞춰야 합니다. 차폐 구조를 올바르게 설계하는 것이 중요합니다. 비아 펜스의 설계가 부적절하여 그 간격이 주변 신호의 공진 주파수에 해당하면 오히려 EMI 문제를 유발할 수 있습니다. 이에 대한 자세한 내용은 비아 차폐 관련 참고 사항 섹션에서 설명합니다.

라우팅된 Net 주위에 비아 차폐 구조를 배치하려면 메뉴에서 Tools » Via Stitching/Shielding » Add Shielding to Net 명령을 선택합니다. Add Shielding to Net 대화상자가 나타나면 필요에 따라 Net to Shield 및 기타 Shielding Parameters, 기준 Net, Via Style을 구성합니다. 선택한 Net의 양쪽을 따라 해당 Design Rule을 준수하는 비아를 배치할 수 있는 모든 위치에 비아가 배치됩니다.

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

비아 차폐 관련 참고 사항

  • 차폐할 Net을(를) 먼저 선택하세요. 이 선택은 Load values from Routing Via Style Rule 버튼 클릭 등 다른 옵션의 동작에 영향을 줍니다. 설계 공간에서 Net이 이미 선택되어 있으면, Add Shielding to Net 대화상자를 열 때 해당 Net이 자동으로 선택됩니다.

  • 차폐 비아는 VSHn: Via SHielding으로 식별되며, 숫자 값 n은(는) 이 비아가 동일한 숫자 식별자를 가진 다른 비아와 같은 비아 차폐 유니온에 속함을 나타냅니다.

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

  • 스티칭이 완료되면, 릴리프 연결 스타일을 지정하는 Polygon Connect Style 설계 규칙이 적용되는 모든 영향받은 폴리곤을 다시 채워야 합니다.

  • 각 차폐 비아 세트는 유니온에 추가됩니다. 이러한 유니온을 살펴보려면 PCB 패널을 Unions 모드로 설정하세요().

  • 차폐 비아 세트를 편집하려면 세트 내의 아무 비아나 두 번 클릭하여 Via Shielding 대화상자를 열거나, 두 번 클릭 시 열리도록 구성된 경우 Properties 패널을 여세요(). 또는 하나 이상의 차폐 비아를 포함하도록 내부 선택 사각형을 왼쪽에서 오른쪽으로 드래그한 다음, Properties 패널에서 설정을 편집하세요.

  • 비아 세트를 제거하려면 Tools » Via Stitching/Shielding » Remove Via Shielding Group 명령을 실행한 다음 그룹 내의 아무 비아나 클릭하세요.

  • Net의 일부를 차폐하거나 여러 Net을 차폐할 수 있습니다.

    • 전체 Net을 차폐하지 않으려면 먼저 필요한 트랙 세그먼트를 선택한 다음, Selected Objects 옵션을 활성화한 상태에서 차폐하세요.

    • 서로 인접한 여러 Net을 차폐하려면 설계 공간에서 해당 Net들을 선택한 다음, Selected Objects 옵션을 활성화한 상태에서 차폐하세요.

    • 차동 쌍은 다중 Net Selected Objects 기법을 사용하거나 Net to Shield 드롭다운에서 차동 쌍을 구성하는 두 Net 중 하나를 선택하여 차폐할 수 있습니다.

  • Add shielding copper 옵션을 사용하면 차폐 비아를 둘러싸는 폴리곤을 추가할 수 있으며, Add clearance cutout 옵션도 함께 사용하면 비아만 둘러싸도록 폴리곤을 잘라낼 수 있습니다. 이러한 옵션에 대한 자세한 내용은 아래의 차폐 비아와 함께 차폐 구리 포함하기 항목을 참조하세요.

차폐 비아의 크기와 배치에 정해진 공식은 없지만, 실험을 통해 수립된 지침은 있습니다. 

  • M K Armstrong은 "최저 비용으로 EMC 규정을 준수하기 위한 PCB 설계 기법, 1부"라는 논문에서 다음과 같이 권장합니다.

"스티칭 간격은 λ/20 이하여야 하며, 스텁 길이도 이를 초과하지 않아야 합니다. 이는 실제로 다층 설계에서 모든 접지 구리 채움 영역을 접지 플레인에 스티칭할 때 적용할 수 있는 매우 유용한 규칙입니다. λ는 설계에서 유의미한 가장 높은 주파수의 파장입니다(주파수를 알 수 없다면 1 GHz로 가정). 여기서:

f = C / λ

참고: FR4 유전체 PCB를 통해 전파되는 전자기파의 경우 C(광속)는 자유 공간에서의 속도의 약 60%입니다."

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

  • 이 포럼 토론(5)에서는 기술 노트도 참조하며, 해당 노트에는 "일반적인 경험칙은 스티칭 비아의 간격을 λ/10 이하로 배치하는 것이며, 가능하면 λ/20 간격으로 배치하는 것이 좋다"고 명시되어 있습니다.

차폐 비아와 함께 차폐 구리 포함하기

라우팅의 양쪽을 따라 차폐 비아를 추가할 뿐만 아니라, 아래 이미지와 같이 차폐 구리도 포함할 수 있습니다. 이렇게 하려면 Via Shielding 대화상자에서 Add shielding copper 옵션을 활성화하세요. 이 구리는 폴리곤으로 생성되므로 해당 클리어런스 및 Polygon Connect Style 설계 규칙을 따릅니다.

Add shielding copper 옵션은 차폐 비아를 둘러싸는 폴리곤을 추가합니다. 차폐된 Net에서 먼 쪽의 폴리곤 가장자리는 비아의 가장자리에 닿습니다. 차폐된 Net에 인접한 폴리곤 가장자리는 해당 클리어런스 설계 규칙에 따라 Net에서 이격됩니다. Add clearance cutout 옵션도 활성화하면, 대신 Add Shielding to Net 대화상자의 Distance 설정에 따라 폴리곤이 차폐된 Net에서 이격됩니다. 아래 이미지 위에 커서를 올려 차이를 확인하세요.

클리어런스 컷아웃 옵션이 활성화된 Net 주변의 차폐 비아와

클리어런스 컷아웃 옵션이 비활성화된 Net 주변의 차폐 비아.

 

스티칭 또는 차폐 비아 선택 및 편집하기

스티칭/차폐 비아 배열 작업을 간소화하기 위해 두 종류의 비아 모두 자동으로 유니온으로 그룹화됩니다. 유니온은 PCB 패널에서 관리합니다.

PCB Panel을 사용하여 선택하기

배열을 선택하려면 PCB 패널을 Unions 모드로 전환하고 필요한 Via Stitching 또는 Via Shielding 유니온을 선택하세요. 패널에서 Select 체크박스가 활성화되어 있으면 아래 이미지와 같이 해당 배열에 속한 모든 비아가 선택됩니다. 또는 배열 내의 아무 비아나 두 번 클릭하여 Properties 패널을 열고 배열을 편집하세요.

PCB 패널을 Unions 모드로 사용하면 스티칭 또는 차폐 배열의 모든 비아를 선택할 수 있습니다. 이 이미지에서는 비아 차폐 유니온 4개가 모두 선택되어 있습니다.
PCB 패널을 Unions 모드로 사용하면 스티칭 또는 차폐 배열의 모든 비아를 선택할 수 있습니다. 이 이미지에서는 비아 차폐 유니온 4개가 모두 선택되어 있습니다.

대화식으로 비아 세트 선택하기

선택 동작:

  • 개별 스티칭/차폐 비아를 선택하여 삭제할 수 있습니다.

  • Preferences ()에서 Popup Selection Dialog 옵션이 활성화되어 있으면, 유니온에 속한 개별 비아를 클릭할 때 위 이미지와 같이 해당 유니온이 포함된 목록이 표시됩니다. 유니온을 선택하면 워크스페이스에서 해당 비아 유니온을 삭제하거나 Properties Panel에서 편집할 수 있습니다. 

  • Popup Selection 대화 상자가 활성화되어 있지 않으면, 유니온에 속한 개별 비아를 클릭할 때 다음과 같이 동작합니다.

    • 첫 번째 클릭은 개별 비아를 선택합니다.

    • 두 번째 클릭부터는 객체가 겹쳐 있을 때 사용되는 선택 순서에 따라 다음 객체를 선택합니다. 예를 들어 커서 아래에 해당 객체가 있으면 컴포넌트, 폴리곤, 비아 유니온 순으로 선택합니다.

    • 또는 첫 번째 클릭으로 개별 비아를 선택한 후 Shift+Tab 단축키를 눌러 Select Overlapping 명령을 실행할 수 있습니다. Shift+Tab 키를 계속 누르면 겹쳐 있는 객체를 순환하며 하나씩 선택합니다.

  • 특정 영역으로 제한된 스티칭 유니온은 유니온에 속한 비아 주위에 내부 선택 창을 드래그하여(왼쪽에서 오른쪽으로 드래그) 선택할 수 있습니다. 이 페이지의 사용자 정의 비아 스티칭 영역 수정 섹션에 있는 애니메이션에서 이 방법을 확인할 수 있습니다.

비아 세트 편집

스티칭 또는 차폐 비아 세트를 선택하면 Properties Panel의 Via Stitching 또는 Via Shielding 모드에서 해당 속성을 편집할 수 있습니다. 세트에 속한 비아를 두 번 클릭하면 Panel이 열립니다.

Properties Panel에서 스티칭 비아를 편집하는 예.Properties Panel에서 스티칭 비아를 편집하는 예.

Panel에서 속성을 편집하고 키보드의 Enter 키를 누르면 Panel 상단에 Changes pending 메시지와 버튼이 나타납니다. Apply을 클릭하여 편집 작업을 완료합니다.

추가 읽을거리

  1. PCB 설계의 모든 측면에 관한 정보는 Printed Circuit Design and Fab Magazine 웹사이트를 참조하세요. 이 사이트는 "via fence"의 역할과 같은 기술 주제에 관한 훌륭한 자료를 제공합니다(검색 결과의 정확도를 높이려면 따옴표를 포함하세요).

  2. 위키백과 문서, 비아 펜스

  3. 다층 인쇄 회로 기판의 비아 간 결합에 관한 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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