Les fabricants de circuits imprimés se concentrent de plus en plus sur la conception de circuits imprimés plus petits. Technologie Moko n'est pas en reste ; nous intégrons moins de composants traversants tout en intégrant davantage de technologie de montage en surface (SMT). Pour les grands trous métallisés traversants, nous occupons moins d'espace sur la carte. Au lieu de trous métallisés traversants, nous utilisons de plus en plus de composants CMS. Tous nos circuits imprimés sont conçus pour utiliser des vias.
Un via désigne un trou métallisé présent dans les circuits imprimés (PCB) et permettant de suivre une trace depuis la couche superficielle de la carte jusqu'à l'intérieur et aux autres couches. Les vias de PCB peuvent être métallisés pour former des connexions électriques et percés mécaniquement.
Bien que les vias soient essentiels dans les circuits imprimés multicouches, leur conception et leur production sont complexes. Ils permettent au courant thermique et au flux électrique de circuler entre les différentes couches de la carte. En résumé, les vias sont des canaux de différents types et de différentes dimensions.
Types de PCB via
Il existe cinq types de vias PCB :
1. Via aveugle – Un via aveugle est un laser qui transite d’une seule couche à la suivante.
2. Via enterré – Ce type de via se trouve entre les couches internes et est nécessaire lorsque des projets séquentiels ou multi-lamination existent.
3. Via traversante – Une via traversante relie les deux couches extérieures en perçant de haut en bas.
4. Micro-via – Le micro-via est percé à l'aide d'un laser plutôt que d'un perçage mécanique, ce qui permet d'obtenir moins de 0.006 pouce.
5. Via-in-pad – Ce via est positionné à l'intérieur du pad du composant monté en surface.
Voie aveugle ou voie enterrée
Les vias enterrés et borgnes permettent de relier les différentes couches d'un circuit imprimé. Le via enterré assure l'interconnexion des couches internes, la carte étant entièrement dissimulée. Les vias borgnes, quant à eux, assurent l'interconnexion des couches externes avec une ou plusieurs couches internes du circuit imprimé. Ces deux vias sont avantageux pour les circuits imprimés HDI, car leur densité idéale est compromise par l'augmentation de la taille ou du nombre de couches de la carte.
Micro-via PCB
Les micro-vias peuvent être percés au laser, car leur diamètre est inférieur à celui des vias traversants. Comme il est difficile de plaquer du cuivre à l'intérieur des micro-vias, leur épaisseur est inférieure à deux couches. Par conséquent, plus le diamètre d'un via est petit, plus la capacité de pénétration du bain de revêtement est élevée, créant ainsi un revêtement de cuivre autocatalytique.
Selon leur emplacement dans les couches de la carte, les micro-vias sont classés en deux catégories : empilés, sautés ou décalés.
• Vias empilés – Ils peuvent être créés en les empilant les uns sur les autres dans différentes couches.
• Vias décalés – Ces vias peuvent être dispersés sur plusieurs couches, bien qu’ils soient coûteux.
• Des vias de saut peuvent traverser une couche, garantissant ainsi l'absence de contact électrique. Ainsi, une couche sautée ne peut pas former de liaison électrique avec un via.
PCB Via-in-pad
La méthode Via-in-pad a été inventée en raison de la vitesse élevée du signal, de l'épaisseur et de la densité des composants PCB. Les structures Via standard et VIPPO permettent d'assurer la capacité de routage et l'intégrité d'un signal.
La trace du signal des vias standard est tracée de la pastille à la pastille par les fabricants afin d'éviter toute fuite de la couche de soudure dans les vias. Un via dans la pastille est placé dans la pastille du composant à montage externe.
Pour ce faire, le via est d'abord rempli d'époxy non conducteur, selon les exigences du fabricant du circuit imprimé. Le via est ensuite recouvert d'un revêtement pour libérer de l'espace. Le trajet du signal s'élargit ainsi, éliminant ainsi l'effet d'inductance et de capacité opportunistes.
Plus important encore, le via-in-pad réduit la taille du circuit imprimé et héberge une petite masse. Cette méthode est particulièrement adaptée aux composants d'un BGA Empreinte. Pour obtenir d'excellents résultats, il est essentiel de mettre en œuvre le procédé de rétroperçage à l'aide d'un via-in-pad. Les échos de signal présents dans les parties restantes d'un via sont supprimés par rétroperçage.
Composants d'un PCB via
a) Baril - C'est un tuyau conducteur utilisé pour remplir le trou infiltré.
b) Pad - Il relie toutes les extrémités du canon à ses traces.
c) Antipad - Il s'agit d'un trou de dégagement utilisé pour séparer la couche non connective et le canon.
Utilisations courantes des vias dans la conception de circuits imprimés
Routage du signal – De nombreux circuits imprimés utilisent des vias traversants pour le routage du signal. Cependant, les cartes plus épaisses utilisent des vias enterrés ou borgnes, tandis que les cartes légères n'utilisent que des micro-vias.
• Routage d'alimentation – Les vias dans la plupart des cartes PCB sont limités à l'utilisation de vias traversants larges pour le routage des réseaux d'alimentation et de masse, bien que des vias borgnes puissent également être utilisés.
• Routage d'échappement – Les composants CMS (montage en surface) de grande taille utilisent principalement des vias traversants pour le routage d'échappement. Les micro-vias ou les vias borgnes sont les plus couramment utilisés pour le routage d'échappement, mais un via-in-pad peut être utilisé sur des boîtiers solides comme les BGA à nombre de broches élevé.
• Couture – Des vias traversants ou borgnes peuvent être utilisés pour offrir de nombreuses connexions à un plan. Par exemple, une bande métallique avec des vias cousus entoure la zone sensible du circuit pour la relier à un plan de masse et assurer une protection contre les interférences électromagnétiques.
Conduction thermique – Les vias peuvent être utilisés pour la conduction thermique d'un composant à travers sa couche plane intérieure connectée. Généralement, les vias thermiques nécessitent une via borgne dense ou traversante, ces vias devant être situés dans les pastilles de ces composants.
Importance des vias lors de la conception d'un PCB
Sur un circuit imprimé simple, les vias ne sont pas nécessaires. Cependant, ils ne sont nécessaires que sur une carte multicouche. Lors de la conception de circuits imprimés, les vias sont essentiels car ils :
• Vous aide à créer une densité exceptionnelle de composants dans des cartes multicouches.
• Augmenter la densité des pistes dans les cartes multicouches, car elles peuvent être superposées et superposées dans différentes directions. Les vias permettent la connexion de différentes pistes, agissant ainsi comme facteurs de connexion verticale.
• Lorsqu'une via n'est pas intégrée au processus de routage d'un PCB multicouche, les composants finissent par être placés de manière compacte.
Faciliter la transmission de l'énergie et du signal entre les couches. Les composants d'un circuit imprimé doivent être acheminés sur un seul plan si l'on ne souhaite pas utiliser de via. Plus important encore, les composants montés en surface dans un circuit imprimé multicouche rendent difficile l'acheminement des composants sur un seul plan.
Conseils de conception de circuits imprimés pour les vias
Lors de l'utilisation de vias dans un PCB, il est essentiel de prendre en compte les conseils ci-dessous ;
• Lors de la conception des PCB, il est nécessaire d'utiliser un maximum de structures via.
• Lors de l'empilement entre des vias décalés et empilés, pensez à décaler les vias car les vias empilés doivent être remplis.
• Réduisez au maximum le rapport hauteur/largeur pour obtenir une efficacité exceptionnelle des signaux et des performances électriques. De plus, minimisez les interférences électromagnétiques, le bruit et la diaphonie.
Il est conseillé d'utiliser des vias plus petits car ils ;
• Vous permet de construire une carte HDI de qualité en réduisant l'inductance et la capacité d'un parasite.
• Remplissez les via-in-pads à chaque fois, sauf lorsqu'ils sont à l'intérieur de pads thermiques.
• N'oubliez pas que la matrice de pastilles sur laquelle est fixé le BGA peut contenir des vias borgnes ou traversants. Sachant cela, veillez à planer et à remplir les vias afin d'éviter toute compromission des soudures.
• Lors de la conception des PCB, il est essentiel de savoir que les vias aident à sécuriser les joints de soudure de la barre et à empêcher la chaleur de bloquer l'ensemble, ce qui empêche la formation d'excellents joints de soudure à l'intérieur des joints QFN.
• Pour les pastilles thermiques, privilégiez l'assemblage en atelier plutôt que le perçage traversant. Cela ne peut se faire qu'en réalisant des ouvertures en forme de fenêtre à l'intérieur du pochoir de la couche de soudure, au-dessus de la pastille. Cela élimine les effets de dégazage et de fusion de la soudure lors de la conception.
• Utilisez l'emplacement du boîtier BGA pour toujours rechercher un dégagement via et la moindre trace dans les composants routés.
• Remplissez toujours l'assemblage de votre via-in-pad.
• Utilisez une piste courte prédéterminée pour séparer une via de son plot lors de l'assemblage d'un os de chien.
• Une documentation PCB nécessite un gabarit de perçage comportant des points XY pour chaque trou et code de fonction.
Par traitement
Les fabricants de circuits imprimés appliquent un traitement supplémentaire aux vias afin d'améliorer leurs performances thermiques. Ces traitements supplémentaires permettent également d'éliminer plusieurs problèmes d'assemblage tels que le remplissage, le recouvrement, le bouchage et le remplissage conducteur. Des traitements appropriés des vias sont essentiels, car ils permettent d'éviter des dépannages coûteux.
A) Recouvrement. Il s'agit d'un procédé courant utilisé par les fabricants pour sécher les masques de soudure. Le film sec a une épaisseur de 4 mm, suffisante pour recouvrir efficacement même les grands trous.
B) Remplissage – Les fabricants utilisent la pâte époxy non conductrice pour remplir un via standard ou en empiètement. Ces vias remplis présentent quelques millimètres qui empêchent le masque de soudure d'atteindre la pastille. Cette technique est excellente pour les circuits imprimés de densité moyenne, car le masque de soudure minimise les risques de pontage de soudure entre la pastille et le via.
C) Obturation – Ce traitement consiste à obturer les extrémités des vias avec une pâte époxy non conductrice afin d'empêcher l'infiltration de la soudure pendant le soudage. Pour que l'époxy perce efficacement le trou, le diamètre du via doit être inférieur à 20 mm. Les fabricants utilisent un masque de soudure pour recouvrir le via obturé.
D) Remplissage conducteur – Les fabricants de circuits imprimés utilisent du cuivre pur ou de la résine époxy avec du cuivre pour remplir les microvias d'une pâte conductrice, améliorant ainsi la conductivité du circuit imprimé. Cette technique de remplissage conducteur convient à tous les types de vias.
Remplissage de via conducteur ou non conducteur
Les fabricants de circuits imprimés utilisent une méthode de fabrication unique appelée remplissage de vias pour obturer les vias entièrement à l'aide d'époxy. Voici quelques avantages clés du remplissage de vias :
• Augmente les rendements d'assemblage
• Cela rend les montages en surface plus fiables
• Améliore la consistance en minimisant les risques d’air ou de liquide coincé.
Le remplissage de vias non conducteur conduit l'énergie et la chaleur grâce à des vias cuivrés. Un époxy spécial à faible retrait est utilisé pour remplir les vias. Le remplissage de vias conducteur, quant à lui, assure une conductivité électrique et thermique supplémentaire grâce à des particules d'argent ou de cuivre dispersées dans l'époxy.
La conductivité thermique d'un matériau de remplissage non conducteur est de 0.25 W/mK, tandis que celle d'un matériau de remplissage conducteur varie entre 3.5 et 15 W/mK. En revanche, la conductivité thermique du cuivre électrolytique est supérieure à 250 W/mK.
Bien qu'un remplissage de vias conducteur fournisse souvent la conductivité requise dans certaines applications, l'ajout de vias supplémentaires à l'aide d'une pâte non conductrice reste possible. Une conductivité thermique et électrique exceptionnelle permet de réduire l'impact financier.
Différence entre le type et le diamètre de la via
Le tableau ci-dessous présente les différences de diamètre des vias selon le type de via. Il décrit également clairement le plot de via, le diamètre minimal de via et la bague annulaire d'un via exact. Conception de PCB L'agencement des vias est déterminé en fonction de l'application. Le tableau détaille également les différentes dimensions essentielles à la mise en œuvre sur le circuit imprimé. Le rapport hauteur/largeur de chaque type de via est également indiqué.
Facteurs à prendre en compte lors du choix du bon via
Il est essentiel de choisir un via approprié pour tout projet de PCB en comprenant la faisabilité de la conception. Tenez toujours compte des facteurs ci-dessous lorsque vous envisagez d'entreprendre un projet de PCB.
1) Type de via – Déterminez le type de via le plus adapté à votre projet. Lorsqu'une seule lamination est disponible, sans remplissage ni technologie de via, il est possible que des trous de grande taille soient présents.
2) Taille des vias – 10 mm est la taille standard des vias pour PCB, ou 7 mm après placage, l'épaisseur de la carte déterminant la taille des vias. Les micro-vias, qu'ils soient percés mécaniquement ou au laser, présentent des trous de 4 mm.
3) Tolérance de via – Il est essentiel d'indiquer la tolérance de la taille du trou de via, bien que la plupart des fournisseurs de PCB fournissent toutes les directives internes.
4) Soutenir la technologie la plus adaptée – Lorsque vous avez besoin de vias enterrés ou borgnes, demandez toujours aux fournisseurs de PCB de créer un empilement prenant en charge ce type de technologie.
5) Directives IPC – Il est essentiel de respecter scrupuleusement les directives IPC des technologies connexes, notamment la distance entre les vias indiquée par le fabricant du PCB. Les directives d'assemblage IPC pour les applications militaires, de classe 2, de classe 3 et de classe 3DS étant légèrement différentes, il est essentiel de les prendre en compte.
6) Bague annulaire – La taille du plot de via étant très importante, il est crucial de s'assurer que la via présente une bague annulaire suffisamment grande après le perçage. Les forets mécaniques étant légèrement décalés lors du perçage, le foret de dérivation peut compromettre la via, faute de bague annulaire suffisante.
