Guide de conception des vias PCB : Bonnes pratiques, conseils et considérations clés

La conception de PCB de haute qualité nécessite non seulement des concepts innovants, mais aussi une compréhension approfondie des processus de fabrication des PCB. La conception des vias, en tant qu’étape critique de la conception PCB, est cruciale à la fois pour les performances du PCB et pour l’efficacité de sa fabrication.

Les vias peuvent-ils être conçus dans n’importe quelle taille ?

Pour répondre à cette question, il est important de comprendre d’abord comment les trous sont créés sur un PCB.

1. Découpe du matériau : Les fabricants de PCB utilisent des machines de découpe automatiques pour trancher de grandes plaques de stratifié cuivre-préimprégné en substrats de tailles spécifiques nécessaires à la production. Avant la découpe, la plaque cuivre-préimprégnée apparaît comme illustré ci-dessous :

2. Perçage des trous : Une machine CNC perce avec précision des trous aux emplacements désignés sur le stratifié cuivre-préimprégné. Comme les mèches sont circulaires, seuls des trous ronds peuvent être percés ; les trous carrés ne peuvent pas être réalisés.

Par exemple, si vous placez une balle de ping-pong circulaire dans un coin droit, il y aura un petit espace entre la partie courbée de la balle et le coin. Cet espace peut être compris comme le « R angle ». De la même manière, comme les mèches sont rondes, les trous carrés ne peuvent pas être obtenus.

Chez JLCPCB, le perçage mécanique est utilisé pour le traitement des PCB. Les spécifications des mèches augmentent ou diminuent par un minimum de 0,05 mm, avec des mèches circulaires allant de 0,15 mm à 6,30 mm de diamètre. La plus petite mèche pour rainure métallisée est de 0,65 mm, tandis que la plus petite mèche pour rainure non métallisée est de 1,0 mm.

Par conséquent, les vias ne peuvent pas être conçus dans des tailles arbitraires lors de la conception d’un PCB.

Considérations clés pour les petits trous

Quelle taille est considérée comme un petit trou ? En général, les trous de moins de 0,3 mm sont appelés petits trous. Plus le via est petit, plus il est difficile à traiter, surtout lorsqu’il approche des limites du processus de fabrication. Cela est lié à un terme industriel appelé « rapport d’aspect ».

- Rapport d’aspect : C’est le rapport entre l’épaisseur de la carte et le diamètre du via. Plus le rapport d’aspect est grand, plus le traitement est difficile. En d’autres termes, plus les vias sont petits, plus ils sont difficiles à fabriquer.

1. Difficultés de placage électrolytique : À mesure que les vias rétrécissent, le petit diamètre rend plus difficile le dépôt uniforme du cuivre lors du placage, augmentant ainsi la probabilité de défauts, tels que des trous non conducteurs ou défectueux. En résumé, les petits vias ont un taux de réussite plus faible pour le dépôt de cuivre.

Pour garantir la qualité des PCB, JLC utilise un test de faible résistance à quatre fils pour détecter l’état du placage de cuivre sur les parois des trous. Comparé aux méthodes traditionnelles, ce test offre une plus grande précision, permettant de repérer plus facilement les trous défectueux et d’assurer la fiabilité et la qualité du produit.

2. Efficacité de traitement réduite : La longueur effective des petites mèches est plus courte, ce qui réduit le nombre de cartes pouvant être percées simultanément et impacte directement l’efficacité de production. Pour éviter la rupture de la mèche, des vitesses d’avance plus lentes et des vitesses de rotation plus élevées sont nécessaires lors du perçage de petits trous. Ce processus augmente non seulement le temps de perçage, mais accélère également l’usure de la mèche.

Par conséquent, dans la conception PCB, il est recommandé de concevoir des vias de plus de 0,3 mm pour assurer une efficacité de traitement et des coûts plus faibles. Les petits vias ne doivent être envisagés que lorsque l’espace est limité.

3. Problèmes de diamètre externe : Lors de la conception de trous traversants ou de trous de soudure, il est important de tenir compte des exigences pour les diamètres interne et externe. Ces paramètres influencent directement le processus de fabrication des PCB.

Chez JLCPCB, le diamètre intérieur minimum pour les cartes double-face et multicouches est de 0,15 mm, et le diamètre extérieur minimum est de 0,25 mm. JLC peut désormais fabriquer des PCB à nombre élevé de couches, jusqu’à 32 couches. Avec sa technologie propriétaire ultra-haut-couche et la technologie des vias remplis de résine, JLC peut atteindre un diamètre de trou minimum de 0,15 mm, un écart trace/espace minimum de 0,0762 mm et prendre en charge des centaines de structures de stratification. Pour les cartes de plus de six couches, la technologie des vias remplis de résine avec caps électrodéposés est utilisée, permettant de placer les vias directement sur les pastilles pour une surface plus plane et un espace de routage plus grand.

De plus, si l’anneau annulaire est trop petit, le décalage entre le perçage et l’alignement du film causé par les tolérances des équipements peut entraîner des trous décentrés.

Un tel décalage réduit la surface effective de la pastille, augmente les défauts de fabrication et peut même provoquer des défaillances électriques. Il est donc essentiel de concevoir une taille d’anneau annulaire raisonnable en tenant compte des tolérances de fabrication pour garantir la qualité et la fiabilité du PCB.

Considérations pour la conception de rainures (slots)

En plus des petits trous, la conception de rainures ne doit pas être négligée. Les rainures sont essentielles pour certains emballages spéciaux. Lors de la conception des rainures, deux points clés doivent être pris en compte :

1. Rainures courtes : Les rainures courtes sont les plus difficiles à traiter lors du perçage. Une rainure courte est définie comme ayant une longueur inférieure à deux fois sa largeur. Comme la longueur est inférieure au double de la largeur, le perçage du début et de la fin peut placer la mèche partiellement sur le substrat et partiellement en suspension, entraînant des forces inégales qui provoquent des rainures mal alignées ou raccourcies. La longueur idéale des rainures par rapport à la largeur doit être : Longueur/Largeur ≥ 2,5.

2. Rainures longues : Pour les rainures longues, il est recommandé de choisir le procédé de nivellement par étain (HASL), en particulier pour les rainures de plus de 5 mm. La largeur annulaire de la rainure doit idéalement dépasser 0,3 mm (limite : 0,2 mm) ou utiliser un procédé à l’or par immersion. Si la largeur annulaire est inférieure à 0,3 mm, l’adhérence pendant le nivellement peut être insuffisante, entraînant des problèmes liés aux contraintes thermiques, comme l’éclatement. Les rainures avec anneau cuivre côté unique sont également sujettes à l’éclatement.

Lorsque les rainures sont densément disposées, les fils de trame et de chaîne du substrat peuvent être endommagés lors du perçage, provoquant des éclatements pendant le nivellement. Pour ces conceptions spéciales, le procédé à l’or par immersion est recommandé.

Différences entre vias et trous de composants

Sur un PCB, les diamètres de trous sont divisés en vias et trous de composants (pads). Leurs fonctions et exigences de traitement diffèrent et ne doivent pas être mélangés.

- Vias (Via) : Principalement utilisés pour les connexions inter-couches, généralement traités avec un masque de soudure.

- Trous de composants (Pad) : Conçus pour l’installation et la soudure des composants.

Deux scénarios peuvent entraîner une confusion :

1. Utilisation incorrecte d’un via comme trou traversant : Si un via est utilisé par erreur comme trou traversant, le masque de soudure peut bloquer ou obstruer le trou, empêchant l’installation correcte des composants.

2. Utilisation incorrecte d’un trou de composant comme via : Si un trou de composant est configuré comme via et que le masque de soudure est appliqué, le cuivre exposé sera recouvert, affectant la qualité de la soudure.

Résumé

1. Les vias ne peuvent pas être dimensionnés arbitrairement lors de la conception PCB.

2. Les trous de moins de 0,3 mm sont considérés comme petits. Les petits trous sont plus difficiles à plaquer, réduisent l’efficacité de traitement et peuvent provoquer des problèmes d’alignement.

3. Les rainures courtes sont difficiles à traiter. Le rapport longueur/largeur recommandé est ≥ 2,5.

4. La conception des rainures doit garantir une largeur annulaire supérieure à 0,3 mm (limite : 0,2 mm). Si l’espace est limité, utiliser un procédé à l’or par immersion.

5. Évitez de mélanger vias (Via) et trous de composants (Pad).