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Introduction
En ce qui concerne la sélection de la taille de votre PCB via, vous devez choisir la taille de PCB via appropriée pour des performances électriques optimales, une gestion thermique efficace et une bonne intégrité structurelle. Ce guide vous expliquera en détail les normes de taille de PCB via, les types, les rapports d'aspect et les directives de conception importantes pour vous aider à améliorer votre PCB.
Qu'est-ce qu'un via PCB ?
Un via, ou interconnexion verticale, est un trou minuscule, plaqué cuivre, traversant un circuit imprimé. Les signaux transitent entre les différentes couches du circuit imprimé ; le via assure la connexion entre ces couches. Le bon fonctionnement du circuit imprimé repose sur ces connexions. Il existe différents types de vias. On utilise couramment des vias traversants percés mécaniquement. D'autres, réalisés par découpe laser, utilisent des vias borgnes, qui ne connectent que certaines couches. Le rôle de chaque type de via est précis lors de la conception du circuit imprimé. Des connexions électriques robustes sont indispensables au bon fonctionnement du circuit imprimé.
Tailles de vias standard
La plupart des circuits imprimés ont une taille standard de via d'environ 10 mils. Après métallisation , cette taille est réduite à 7 mils. Cependant, la taille des vias n'est pas fixe. Elle dépend de l'épaisseur du circuit imprimé et de son rapport d'aspect. Généralement, les micro-vias, d'environ 4 mils de hauteur, sont plus petits que les vias classiques. Ils peuvent être percés au laser ou mécaniquement. Une exigence particulière pour les vias percés au laser est qu'ils nécessitent un espacement minimal de 3 mils entre les couches.
Types de circuits imprimés
Vias traversants
Le type le plus courant en conception de circuits imprimés. Il s'agit d'un trou traversant qui relie toutes les couches de la carte. Il est souvent utilisé pour les connexions à courant élevé . Les vias traversants renforcent la carte et la rendent plus durable.
Aveugle Vias
Il relie la couche externe exposée à une ou plusieurs sous-couches du circuit imprimé. Il ne traverse pas entièrement la carte. Les vias borgnes sont particulièrement utiles dans les conceptions haute densité où l'espace est limité. Ils permettent de réaliser des connexions entre les couches sans perçage traversant. Leur intérêt réside dans le gain de place précieux qu'ils offrent. De plus, ils contribuent à une intégration plus compacte des composants. Sur les cartes petites et complexes, les vias borgnes sont indispensables.
Vias enterré
Elle relie deux ou plusieurs couches internes d'un circuit imprimé. Elle n'entre jamais en contact avec la couche externe. L'utilisation de plusieurs vias par niveau, généralement un niveau de vias pour des raisons de taille et d'opacité, est une solution efficace pour les circuits imprimés haute densité. Un grand nombre de connexions ne nécessite pas beaucoup d'espace. Les vias enterrés permettent de réduire l'encombrement sur le circuit imprimé et d'augmenter le nombre de connexions sans pour autant nécessiter des circuits imprimés plus grands.
Vias empilés
Percés les uns sur les autres. Dans les circuits imprimés à haute densité, ce type de via est très utile. De nombreuses connexions peuvent être placées dans un espace réduit. Les vias empilés permettent de gagner de la place sur votre carte. Cela vous permet d'ajouter plus de connexions sans augmenter la taille de la carte.
Vias échelonnées
Il s'agit d'une liaison entre les couches d'un circuit imprimé. Ces couches ne sont pas en contact direct. On les retrouve fréquemment dans les interconnexions haute densité et les conceptions multicouches . Un routage optimisé est possible grâce à l'utilisation de vias décalés afin d'éliminer les interférences de signal. À haute fréquence, ils réduisent l'impédance. Cela simplifie la conception et évite le remplissage en cuivre des vias décalés.
Sauter les vias
Il s'agit d'un type de via borgne. Les pastilles sont connectées à une autre couche. Elles sont fréquemment utilisées dans les circuits imprimés à interconnexion haute densité (HDI). Elles relient également les deux côtés d'une piste. Elles réduisent le temps de routage manuel. Elles éliminent les vias enterrés entre les couches. De plus, elles résolvent les problèmes de fiabilité qui peuvent survenir avec des vias borgnes empilés.
Microvias
Un microvia est un trou de très petite taille dans un circuit imprimé. Généralement, sa taille est inférieure à 6 mils. C'est le type de via idéal pour les conceptions haute densité. Il permet d'intégrer de nombreux composants dans des espaces restreints. Les applications haute fréquence sont également parfaitement adaptées aux microvias. Elles garantissent des signaux forts et clairs, et offrent une meilleure qualité de signal globale. Elles permettent d'optimiser les performances des petits appareils.
Vias dans Pad
Il s'agissait d'un trou sous la pastille du composant. Ce type de via est particulièrement adapté à la conception de circuits imprimés haute densité. Dans les environnements où chaque bit compte, il permet un gain de place considérable. Une connexion directe à la carte est ainsi réalisée. Cela réduit la longueur des pistes et améliore la qualité du signal. De plus, le risque de court-circuit est minimisé . Le matériau conducteur est intégré lors de l'assemblage du circuit imprimé.
Via Tenting
Il s'agit d'une situation où l'on métallise un via. Le vernis épargne forme une couche protectrice autour de ce petit trou. Ce vernis protège le via de l'humidité, de la poussière et des produits chimiques, qui peuvent provoquer de la corrosion et des courts-circuits. Les vias sont des trous métallisés traversants par lesquels les signaux électriques passent entre les couches. La fiabilité et les hautes performances des circuits imprimés reposent sur ce vernis épargne, notamment pour les interconnexions haute densité (HDI) et les circuits flexibles . Il empêche également la migration de la soudure, c'est-à-dire le phénomène où la soudure s'échappe des pastilles de soudure.
Rapports d'aspect pour les vias
Cela concerne le dépôt de cuivre à l'intérieur des vias. Il s'agit d'une mesure de la capacité de remplissage d'un via avec du cuivre. Le rapport d'aspect (AR) correspond au rapport entre l'épaisseur du circuit imprimé et le diamètre du trou. La fiabilité de votre circuit imprimé est primordiale et un bon rapport d'aspect y contribue grandement. Pour les microvias , le rapport d'aspect idéal est de 0.75:1. Cela signifie que le diamètre du trou est bien inférieur à l'épaisseur du circuit imprimé. Pour les vias traversants, le rapport d'aspect idéal est de 10:1. Ce rapport convient parfaitement au dépôt de cuivre. Vous pouvez choisir un rapport d'aspect supérieur à 10:1. Cependant, une telle approche augmente les coûts et la complexité de la conception. Elle peut même engendrer des problèmes de fiabilité.
Type et taille des vias PCB
| Par type | Ce qu'il fait | Exigences de taille |
| Signal ou masse | Il crée un chemin pour le courant électrique. | Il doit être suffisamment grand pour transporter le courant le plus élevé attendu sans problème. |
| Thermique | Il permet d'évacuer la chaleur d'une pièce ou de la carte. | Il doit être suffisamment grand pour garder les objets au frais sans endommager les composants ou les traces. |
| Sous tente | Il arrête le flux de courant et facilite la soudure. | La taille optimale pour ces vias est de 0.25 à 0.3 mm ; les vias plus petits et remplis utilisent moins de matériau, mais un perçage au laser peut être nécessaire pour une carte plus épaisse. |
Exigences relatives à la taille des vias PCB
Les vias sont importants lors de la conception d'un PCB. La manière dont vous les concevez et l'endroit où vous les placez sont importants. Parfois, un via défectueux peut affecter le bon fonctionnement d'une carte.
Via le calculateur de rapport hauteur/largeur
Par conséquent, la conception d'un PCB n'est bonne que si le rapport hauteur/largeur du via est respecté. Il compare la profondeur d'un via à sa largeur. Le rapport influence la manière dont le courant est transporté par le via. Un rapport hauteur/largeur élevé nécessite moins de temps de placage. Cela crée une couche plus épaisse. Un rapport hauteur/largeur faible peut entraîner une couche mince. Il peut réduire l'électricité qu'il est capable de conduire.
Tailles de vias standard en mils
Les très petites dimensions sont décrites par des mils, une unité. L'épaisseur de votre PCB déterminera ces tailles. Et elles dépendent de ce que le fabricant de PCB peut faire. En ce qui concerne les tailles de vias, les différents fabricants ont des limites différentes. Étant donné leur importance, le choix de la bonne taille est très important. Et cela aura une incidence sur le prix de la carte. Cela peut également affecter la fiabilité de votre carte si vous choisissez une taille mal dimensionnée. Les vias trop petits peuvent ne pas fonctionner.
Calculateur de bague annulaire PCB
L'anneau de cuivre entourant un via est appelé anneau annulaire . Sa taille est cruciale. Si le via est fragile, un petit anneau suffira. Cependant, cela rompt la liaison du plot de cuivre. Une bonne conductivité peut alors engendrer une mauvaise conductivité. Les signaux non blindés peuvent ainsi nuire à la fiabilité de votre carte. Un grand anneau annulaire, en revanche, est plus coûteux et peut également réduire la densité de composants sur la carte.
Via l'épaisseur du placage
Un placage plus épais peut être un moyen d'améliorer la conductivité. Il peut cependant également augmenter les coûts. Il peut également rendre la carte plus épaisse, et de plus. Un placage plus fin coûte moins cher. Il peut également alléger votre carte. Mais soyez prudent. Car cela pourrait affecter la conductivité et la fiabilité du via.
Stub dans la disposition du PCB
Il s'agit d'un court tronçon de piste, connecté à un via. Cela peut engendrer des problèmes sur votre circuit imprimé. Des réflexions de signal peuvent se produire via ces tronçons. Cependant, cela peut nuire à la qualité du signal. Il est important de maintenir les tronçons courts ; plus ils sont courts, mieux c'est. Cela réduit les interférences. De plus, l'impédance du tronçon doit être vérifiée. Elle doit correspondre à l'impédance de la piste. Pour une bonne intégrité du signal, une adaptation d'impédance est essentielle.
Lignes directrices et considérations pour la sélection de la taille des vias PCB
Types d'intermédiaires
Lorsque vous travaillez avec des types de vias, n'oubliez pas sur quel projet vous travaillez. Différents vias sont nécessaires pour différents projets. Des trous plus grands fonctionnent bien si vous n'avez qu'une seule couche. Vous avez de la flexibilité sans remplissage ni technologie supplémentaire. Plus de courant peut être acheminé à travers des vias plus grands. Et cela permet également une meilleure dissipation de la chaleur.
Via Dimensions
La taille de vos vias dépend de leur épaisseur. C'est ce qu'on appelle le rapport hauteur/largeur. Vos vias fonctionnent bien avec un rapport hauteur/largeur approprié. Plus la carte est grande, plus les vias doivent être grands. Plus le courant peut passer à travers les vias plus grands. Des vias plus petits suffisent tant que la carte est fine. Les petits vias sont plus petits et prennent moins de place. Veillez à ce que la taille des vias corresponde toujours à l'épaisseur de la carte.
Via les tolérances
Il s'agit de la plage dans laquelle les tailles de trous sont acceptables. Vous devez être précis sur la manière dont cette tolérance sera stipulée. Cela garantit que les trous s'adaptent bien. La plupart des fournisseurs de PCB ont leurs propres normes.
Sélection des technologies appropriées
Déterminez la technologie dont vous avez besoin. Avez-vous besoin de vias borgnes ou enterrés ? Assurez-vous alors de parler à votre fournisseur de PCB. Il peut vous aider à développer la bonne pile pour votre conception. Assurez-vous toujours que chaque exigence soit toujours clairement communiquée. Vous obtiendrez ainsi un meilleur produit final.
Spécifications de la bague annulaire
Ceci est important pour les cartes de classe 2 et de classe 3. L'anneau annulaire doit avoir une largeur minimale de 2 mils pour les microvias ou les vias percés au laser. Pour les vias percés mécaniquement, il doit avoir une largeur minimale de 4 mils. Cependant, n'oubliez pas que cette largeur est mesurée par un logiciel de FAO . La taille du trou percé est prise en compte.
Classifications IPC des PCB
Les cartes de classe 2 et de classe 3 ont des normes différentes. Les cartes de classe 2 sont celles qui sont recommandées pour l'électronique de tous les jours. Les ordinateurs portables et les smartphones en sont équipés. Et elles peuvent présenter quelques petits défauts. Et pour cette raison, elles sont plus faciles à inspecter et plus rapides à fabriquer. Les appareils à haute fiabilité sont des cartes de classe 3. Les équipements militaires et les stimulateurs cardiaques sont utilisés. Ces cartes sont très strictes et fiables. Les inspections sont plus nombreuses et elles sont plus coûteuses. Les produits qui doivent fonctionner encore et encore aussi bien que la dernière fois sont les mieux adaptés aux cartes de classe 3.
Spécifications des équipements
Lorsque vous définissez la taille des vias sur votre conception de PCB, gardez à l'esprit la capacité du fabricant. Lors de l'achat de PCB, il est important de choisir le fournisseur qui dispose de la technologie la plus récente. Cela garantit qu'il peut répondre à vos exigences spécifiques en matière de taille de via. De nombreux fabricants peuvent ne pas disposer de l'équipement approprié. Ou ils peuvent avoir besoin de sous-traiter le travail à quelqu'un d'autre.
Densité du PCB
Une carte à haute densité de connexions comporte de 65 à 120 connexions par pouce carré. Il faut également tenir compte de la densité de trous. Une carte double face avec environ 600 trous par décimètre carré est très courante. La densité de courant est aussi un facteur clé. Veillez à l'espacement des pistes en cuivre. Placez-les à intervalles réguliers sur leur largeur. Cela évite les problèmes de signal et la surchauffe. Il est préférable de placer les composants similaires à proximité les uns des autres.
Techniques de remplissage par voie et options de placage
Les défauts de votre PCB sont causés par des substances piégées. Une pâte époxy conductrice et non conductrice peut être placée dans les vias. Une chimie de galvanoplastie spéciale est utilisée pour les vias borgnes et les vias dans les pads. Cependant, si vous souhaitez déplacer la chaleur sur la carte, optez pour un remplissage conducteur. Assurez-vous que les vias sont scellés ou recouverts d'un placage recouvert. Le résultat est que pendant la fabrication, les problèmes de placage des vias enterrés sont évités. Vous pouvez éviter ces problèmes en remplissant d'abord les vias avec de la résine. Si vous avez un via dans le pad, vous devez le plaquer.
Dégagement des composants
Il s'agit de l'espace autour du via. Il doit y avoir suffisamment d'espace pour tous les composants du PCB. Le via peut gêner le composant si l'espace est trop petit. L'assemblage ou même le fonctionnement peuvent poser problème. Nous suggérons que l'espace minimum soit d'au moins 0.1 mm. C'est une bonne règle. Cela permet de placer correctement vos composants.
Solder Mask
Il est important de bien dimensionner les ouvertures du vernis épargne . Les pastilles de vos composants doivent être légèrement plus petites que ces ouvertures. Cela empêche la pâte à braser de s'infiltrer dans les pastilles voisines. Nous recommandons également de recouvrir les vias de vernis épargne. Cela les protège des dommages et empêche les fuites de soudure, sources de courts-circuits. Cependant, il est déconseillé de recouvrir les vias dont le diamètre des pastilles est supérieur à 12 mils, car cela risque de créer des vides de soudure et d'entraîner des problèmes de fiabilité.
Comment optimiser vos choix de taille de via
Sachez quelle quantité de courant vos traces doivent supporter
Les courants de signal, d'alimentation et de terre sont transportés par les vias. Chaque type a besoin qu'ils fonctionnent bien ensemble. Les vias qui sont clairement capables de transférer leur signal sont bons. En conséquence, moins de pertes et de meilleures performances. Assurez-vous que vos vias sont sûrs pour le courant.
Suivez des directives simples concernant la largeur et l'espacement des traces
Votre conception contient des traces et des vias. Les composants de surface sont connectés par des vias. Un routage efficace de vos vias est un bon routage de traces. Les traces doivent être suffisamment larges pour le courant. Espacez-les juste comme il faut, sans interférer. Cela permet d'obtenir de meilleurs vias.
Respectez les règles IPC-2222 concernant les dimensions minimales des trous
Vous devez d'abord connaître la classification de densité de votre composant. Ensuite, vous utilisez des formules simples pour trouver les tailles minimales des trous. Pour le niveau A, nous ajoutons 0.25 mm au diamètre maximal du fil. Pour le niveau B, ajoutez 0.20 mm et pour le niveau C, ajoutez 0.25 mm. Nous déciderons ensuite des tailles de pastilles via la norme IPC-2221. Les diamètres des pastilles sont calculés à partir des tailles de trous.
Réduisez le nombre de vias que vous utilisez
Utilisez moins de vias lorsque cela est possible. Trop de vias obstrueront vos vias. Ils affaibliront la carte et son fonctionnement. Moins de vias signifie une meilleure conception. Concentrez-vous plutôt sur la façon d'acheminer vos traces. Cela signifie trouver le meilleur chemin pour les connexions. Un bon routage signifie que vous avez besoin de moins de vias.
Travaillez avec votre fabricant pour trouver des tailles de via adaptées
Travailler avec votre fabricant vous aidera à fabriquer les meilleures cartes. Demandez-lui quelles tailles de vias il peut percer. Les capacités varient selon les fabricants. Certains peuvent percer de petits trous, mais d'autres non. Ils ont des restrictions sur l'épaisseur de la carte qu'ils peuvent faire. Mais comprendre ces limites vous aide à décider quelles tailles de vias vous conviennent le mieux.
Questions sur les tailles des vias PCB
Quelle est la taille du via laser PCB ?
La taille des vias percés au laser sur les circuits imprimés est variable. La plus petite mesure 0.025 mm (0.001 pouce). Elle peut descendre jusqu'à 0,013 mm (0.0005 pouce) et atteindre 0,20 mm (0.008 pouce). Le rapport d'aspect est généralement de 0.75:1. On utilise fréquemment le perçage laser pour réaliser des vias borgnes et enterrés. La stratification séquentielle est particulièrement adaptée à ces vias. Ils sont également présents dans les BGA à pas fin.
Quelle est la taille du tampon de capture Via ?
Cela dépendra du type et de l'épaisseur de votre PCB. L'épaisseur du PCB varie de 1.5 mm à 0.660 mm. En général, il s'agit d'un tampon de capture de via de 0.7 mm dans ce cas. La taille du tampon pour un grand via est de 0.3 mm et la taille du foret est de 0.25 mm. La taille du foret est de 0.6 mm et la taille du tampon, de 0.5 mm, est pour un via moyen. La taille du tampon est de 0.2 mm et la taille du foret est de 0.4 mm pour un petit via. Le diamètre maximal des vias borgnes est de 450 mm, avec un tampon de 0.4 μm. De même, pour les vias enterrés, le diamètre est également de 300 mm mais les dimensions du tampon sont de XNUMX μm.
Quelle taille peuvent atteindre les vias ?
En règle générale, les vias de taille minimale se situent entre 0.25 et 0.3 mm. Ils nécessitent moins de matériau pour ces vias plus petits. Mais encore une fois, si la profondeur de la carte varie, il peut être nécessaire de les percer au laser. La taille minimale du foret est généralement de 0.25 mm. La plus petite taille de bague annulaire est de 0.15 mm. Idéalement, vous souhaitez éviter d'aller jusqu'à ces minimums.
Comment calculer la taille du PCB ?
La longueur et la largeur, exprimées en millimètres, servent à calculer la taille du circuit imprimé. Multipliez ces deux valeurs pour obtenir la surface en millimètres carrés. Divisez-la par 1 000 000 pour la convertir en mètres carrés. Prenons l'exemple d' un logiciel de conception de circuits imprimés . Ouvrez le fichier de routage du circuit imprimé compatible avec votre logiciel. Placez ensuite vos composants à l'intérieur du contour du circuit imprimé. Ajustez la taille de ce contour à l'aide de l'outil « Déplacer ». Enfin, mesurez les dimensions du contour.
Conclusion
Sur ce blog PCBTok , nous avons expliqué en détail le dimensionnement des vias sur les circuits imprimés. Nous avons abordé les notions essentielles pour une conception éclairée : normes, types de vias et rapports d'aspect. Nous avons traité de tous les aspects, des différents types de vias aux exigences dimensionnelles et aux possibilités d'optimisation, afin de vous offrir une vision globale de l'amélioration de votre processus de conception de circuits imprimés.
