La conception de circuits imprimés (PCB) est un élément essentiel du développement de produits électroniques. Les PCB offrent une disposition organisée et compacte des composants électroniques, permettant une transmission efficace des signaux et réduisant les risques d’interférences électriques. Un élément fondamental de la conception PCB est le via, un petit trou percé dans la carte permettant d’assurer des connexions électriques entre les différentes couches.

Dans cet article, nous proposons une vue d’ensemble complète des vias PCB, incluant leurs types, leurs paramètres de conception et leurs applications. Nous aborderons également l’importance de choisir le type de via le mieux adapté à votre conception ainsi que son impact sur les performances et la fiabilité de votre produit.

Qu’est-ce qu’un via ?

Un via est un petit trou percé dans un PCB qui relie différentes couches de la carte. Il est recouvert d’un matériau conducteur, généralement du cuivre, permettant au courant de circuler à travers le trou pour établir une connexion entre les couches. Les vias sont essentiels dans les PCB multicouches, car ils assurent des connexions électriques et thermiques entre les différentes couches.

Les vias peuvent traverser toute l’épaisseur de la carte et relier toutes les couches, ou être percés seulement sur une partie de l’épaisseur afin de connecter un nombre limité de couches. Leur taille et leur forme dépendent des besoins du design : ils peuvent être circulaires ou non circulaires, avec un diamètre allant de quelques mils à plusieurs centaines de mils.

Le placement des vias est également critique dans Conception de PCB. Les vias sont généralement placés dans des zones dépourvues de composants ou de pistes critiques, car ils peuvent interférer avec le signal ou générer du bruit électrique. De plus, leur emplacement peut avoir un impact sur les performances thermiques de la carte, ce qui rend essentiel de prendre en compte les exigences thermiques du design lors du placement des vias.

Types de vias dans un PCB

Il existe plusieurs types de vias, chacun ayant ses propres caractéristiques et applications. Voici quelques-uns des types de vias les plus courants dans la conception de PCB :

1. Via traversant (Through-hole via):

Le via traversant est le type de via le plus courant dans la conception de PCB. Il s’agit d’un trou qui traverse toute l’épaisseur de la carte et relie l’ensemble des couches. Les vias traversants sont généralement utilisés pour les connexions à fort courant ou pour offrir un support mécanique à la carte. Ils sont également utiles dans les applications nécessitant une connexion solide et continue entre les différentes couches.

2. Via borgne (Blind via):

Un via borgne est un trou qui relie la couche externe de la carte à une ou plusieurs couches internes, sans traverser toute l’épaisseur du PCB. Les vias borgnes sont généralement utilisés dans les conceptions de PCB haute densité où l’espace est limité. Ils permettent d’établir des connexions entre les couches externes et internes sans recourir à un via traversant qui occuperait un espace précieux sur la carte.

3. Via enterré (Buried via):

Un via enterré est un trou qui relie deux couches internes ou plus de la carte, sans atteindre les couches externes. Les vias enterrés sont particulièrement utiles dans les conceptions de PCB haute densité où un grand nombre de connexions entre les couches internes est nécessaire. Ils offrent une solution permettant d’économiser de l’espace et d’augmenter le nombre de connexions sans accroître la taille de la carte.

4. Via-in-pad:

Un via-in-pad est un trou situé directement sous le pad d’un composant. Cette technologie est particulièrement utile dans les conceptions de PCB haute densité où l’espace est limité. Le via-in-pad permet une connexion plus directe entre le composant et la carte, réduisant la longueur des pistes et améliorant la qualité du signal. Il diminue également le risque de ponts de soudure, car le via est rempli de matériau conducteur durant le processus d’assemblage.

5. Microvia:

Un microvia est un via de petit diamètre, généralement inférieur à 6 mils. Les microvias sont utiles dans les conceptions de PCB haute densité où l’espace est limité et où un grand nombre de connexions est nécessaire. Ils sont également employés dans les applications haute fréquence, où l’intégrité du signal est essentielle.

6. Via empilé (Stacked via):

Un via empilé est un via obtenu en forant deux trous ou plus alignés verticalement les uns sur les autres. Les vias empilés sont utiles dans les conceptions de PCB haute densité où un grand nombre de connexions entre les couches est nécessaire. Ils offrent une solution gain de place permettant d’augmenter le nombre de connexions sans accroître la taille de la carte.

7. Via tenté (Via tenting):

Le tenting de via est un procédé consistant à recouvrir le via d’un matériau non conducteur, comme un vernis épargne ou une résine époxy, afin d’empêcher la pénétration de contaminants ou d’humidité. Le tenting de via est particulièrement utile dans les environnements difficiles où il existe un risque de corrosion ou d’endommagement de la carte. Il améliore également l’apparence du PCB et réduit le risque de courts-circuits accidentels.

Points clés de conception

Lors de la conception d’un PCB, il est essentiel de prendre en compte la conception et l’emplacement des vias. Un via mal conçu ou mal placé peut affecter les performances et la fiabilité de la carte. Voici quelques-unes des considérations de conception les plus importantes concernant les vias dans un PCB :

1. Rapport d’aspect du via :

Le rapport d’aspect d’un via correspond au rapport entre la profondeur du via et son diamètre. Ce rapport influence la capacité du via à conduire le courant ainsi que l’épaisseur du placage. Un via avec un rapport d’aspect élevé peut nécessiter un cycle de placage plus long, entraînant une couche de placage plus épaisse. À l’inverse, un rapport d’aspect faible peut produire une couche de placage plus fine, ce qui peut affecter la conductivité du via. Un calculateur de rapport d’aspect de via permet de déterminer le rapport optimal pour une conception donnée.

2. Tailles standard des vias :

Les tailles standard des vias sont généralement mesurées en mils et varient en fonction de l’épaisseur du PCB ainsi que des capacités du fabricant. Ces tailles peuvent influencer le coût de fabrication, le rendement et la fiabilité de la carte. Il est donc essentiel de tenir compte des capacités du fabricant lors du choix de la taille du via et de s’assurer que celle-ci correspond aux exigences de la conception.

3. Anneau annulaire :

L’anneau annulaire est la couronne de cuivre qui entoure le via. La taille de cet anneau est un facteur essentiel pour déterminer la fiabilité et les performances du via. Un anneau annulaire trop petit peut entraîner une connexion faible entre le via et le pad en cuivre, provoquant une mauvaise conductivité et une fiabilité réduite. À l’inverse, un anneau annulaire plus large peut augmenter le coût de fabrication et réduire la densité de la carte. Un calculateur d’anneau annulaire pour PCB peut aider à déterminer la taille optimale de l’anneau pour une conception spécifique.

4. Épaisseur du placage :

L’épaisseur du placage d’un via influence sa conductivité et sa fiabilité. Une couche de placage plus épaisse peut améliorer la conductivité du via, mais elle peut également augmenter le coût de fabrication et réduire la densité de la carte. À l’inverse, une couche de placage plus fine peut diminuer le coût de fabrication et accroître la densité de la carte, mais elle peut affecter la conductivité et la fiabilité du via. Il est donc essentiel de prendre en compte l’épaisseur du placage lors de la conception du via et de s’assurer qu’elle convient à l’application visée.

5. Stub de via :

Un stub est une longueur supplémentaire de piste connectée à un via. Les stubs peuvent provoquer des réflexions de signal et perturber l’intégrité du signal, entraînant des performances et une fiabilité réduites. Il est essentiel de minimiser la longueur du stub et de s’assurer qu’elle soit aussi courte que possible. Il est également crucial de prendre en compte l’impédance du stub et de veiller à ce qu’elle corresponde à l’impédance de la piste.

Qu’est-ce que le Via-in-Pad ?

La technologie via-in-pad consiste à placer un via directement sous le pad du composant, puis à le remplir et le métalliser. Elle est très utilisée dans les PCB haute densité, car elle permet une connexion plus directe, améliore la qualité du signal et réduit les risques de ponts de soudure.

Via-in-pad chez JLCPCB

Sur les PCB 6 à 20 couches, JLCPCB met gratuitement à niveau les vias-in-pad vers la technologie POFV (Plated Over Filled Via), aussi bien pour les prototypes que pour les productions. Cela permet aux concepteurs de bénéficier pleinement de procédés de fabrication avancés sans coût supplémentaire.

Avantages du via-in-pad

La technologie via-in-pad consiste à percer un petit trou dans le pad et à le remplir de matériau conducteur lors du processus de fabrication. Ce procédé élimine le besoin d’un via séparé, réduisant ainsi la taille de la carte et améliorant sa densité. La technologie via-in-pad réduit également la longueur des pistes, améliore la qualité du signal et diminue les risques d’interférences et de bruit. De plus, elle limite le risque de ponts de soudure, car le via est rempli de matériau conducteur pendant la fabrication.

JLCPCB est un fabricant de PCB reconnu qui propose gratuitement la technologie via-in-pad pour les conceptions de PCB haute densité.

Points à considérer pour le via-in-pad chez JLCPCB：

Lors de l’utilisation de la technologie via-in-pad de JLCPCB, plusieurs points doivent être pris en compte.

A. Taille minimale du via

JLCPCB recommande une taille minimale de via de 0,2 mm pour la technologie via-in-pad. Cette taille garantit que le via n’interfère pas avec le processus de soudure du composant et assure une conductivité suffisante.

B. Anneau annulaire minimal

JLCPCB recommande une taille minimale d’anneau annulaire de 0,1 mm pour la technologie via-in-pad. Cette dimension garantit que le via dispose d’une couverture en cuivre suffisante, assurant ainsi une bonne conductivité et fiabilité.

C. Remplissage du via

JLCPCB utilise une pâte conductrice pour remplir le via lors du processus de fabrication. Cette pâte conductrice est soigneusement sélectionnée afin de garantir une bonne conductivité et de ne provoquer aucun effet indésirable sur le composant ou la carte.

D. Dégagement du composant

Lors de l’utilisation de la technologie via-in-pad, il est essentiel de prendre en compte le dégagement autour des composants afin de s’assurer que le via n’interfère pas avec le placement ou le fonctionnement du composant. JLCPCB recommande un dégagement minimum de 0,1 mm entre le via et le pad du composant.

E. Ouverture du vernis épargne

JLCPCB recommande que l’ouverture du vernis épargne soit légèrement plus grande que le pad du composant afin de garantir que la pâte à braser ne déborde pas sur les pads adjacents.

F. Limites du via-in-pad

La technologie via-in-pad de JLCPCB présente certaines limites. Elle n’est pas adaptée aux composants possédant de grands pads ni aux composants nécessitant une grande quantité de pâte à braser. De plus, cette technologie peut ne pas convenir aux applications exigeant une fiabilité élevée ou un courant important.

Conclusion ：

Le choix du type de via est une décision essentielle influençant les performances, la fiabilité et le coût de fabrication d’un PCB. Il est indispensable de tenir compte des besoins de l’application, des capacités du fabricant et des bonnes pratiques du secteur.

En collaborant étroitement avec votre fabricant PCB et en appliquant les standards industriels, vous garantissez une conception optimisée, durable et adaptée à votre projet.