Comprendre les 9 types de vias PCB 

Introduction

Les vias PCB sont l'un des plus importants composants électriques de la technologie de conception de circuits imprimés modernes. Ce blog examinera les neuf types uniques de circuits imprimés ainsi que leurs caractéristiques, leur utilisation et le rôle qu'ils jouent dans la création de circuits imprimés stables et efficaces. Circuit imprimé.

Quel est le but d'un Via dans les PCB ?

Un via PCB est simplement un petit trou percé dans un PCB. Il relie les couches de la carte entre elles. Le trou est doublé de cuivre, ce qui permet au courant de passer à travers. Il établit une connexion électrique entre les couches. PCB Multilayer Les conceptions nécessitent des vias. Les connexions électriques et thermiques sont facilitées par ces derniers. Tous les vias ne sont pas identiques et certains traversent l'ensemble épaisseur du panneau. Ou bien, certains connectent simplement quelques couches. La taille et la forme d'un via dépendent de la conception. Un via peut être rond ou non, grand ou petit. Le placement des vias est également très important. Un bruit électrique ou un problème de signal peut être causé par un mauvais placement. Un placement correct des vias affecte également les performances thermiques.

Types de circuits imprimés

Différents types sont nécessaires pour répondre à différents besoins de conception. Si vous savez quel type de via convient, vous optimiserez l'espace, les performances et la fiabilité.

Trou traversant via

À travers le trou Les vias sont des vias qui traversent toute l'épaisseur de la carte. Les couches supérieure et inférieure de la carte sont reliées par eux. Les signaux électriques sont transportés entre les couches dans des vias plaqués. Les vias traversants sont simples et économiques. Le problème est cependant qu'ils prennent plus de place sur le PCB. Ils sont idéaux pour les conceptions moins complexes.

• Trou traversant plaqué – Connecte électriquement les couches du PCB. Le cuivre recouvre le trou pour transporter le courant entre les couches. Vous pouvez utiliser ce type de fil pour acheminer les signaux ou l'alimentation des conceptions multicouches.
• Trou traversant non plaqué – Ne possède pas de revêtement conducteur. Vous pouvez l'utiliser à des fins mécaniques. Fournit un support sans connecter électriquement les couches. Courant pour les besoins de montage ou structurels.

Aveugle via

Un extérieur Couche PCB peut se connecter à une couche interne via vias aveugles. Ils ne connectent pas l'ensemble de la carte. Cette réduction de l'espace et les améliorations de la qualité du signal sont réalisées par ces vias. La conception à haute densité utilise fréquemment des vias borgnes. Ils sont soit percés au laser, soit percés mécaniquement. La fabrication des vias borgnes dépend fortement de la profondeur précise du via.

• Via aveugle photo-définie – Fabriqué à partir de résine. Vous plastifiez résine photosensible sur un noyau pour le créer. Ce noyau contient des couches de signal enterrées ou avions de puissance.
• Laminage séquentiel par aveugle – Il s'agit de créer des couches étape par étape. Un mince stratifié est percé, gravé et plaqué comme un PCB double face. Ensuite, il est laminé avec le reste des couches du PCB.
• Aveugle à profondeur contrôlée Via – Il s'agit de trous partiellement percés. Vous devez percer à une profondeur spécifique au lieu de traverser la carte. Le trou est ensuite plaqué pour la connexion électrique.
• Trou borgne percé au laser – Ces vias sont précis et propres. Un laser crée le trou, reliant une couche externe à une couche interne. Le trou ne traverse pas l'intégralité du PCB.

Enterré via

Situé entre les couches internes du PCB, vias enterrés sont. Vous ne pouvez ni les voir de l'extérieur ni les voir. Ils relient deux ou plusieurs couches internes. L'un des avantages des vias enterrés est qu'ils aident à la conception de circuits imprimés compacts. Cela leur donne plus routage espace sur leurs couches externes. La fabrication par stratification et perçage de précision de ces vias est nécessaire.

Microvia

Dans la conception moderne des circuits imprimés, microvia Ce sont de petits trous. Ils relient deux couches adjacentes de la carte. Ils sont percés au laser pour plus de précision. En raison de leur petite taille, ils permettent d'économiser de l'espace dans les circuits denses. Cartes d'interconnexion haute densité (HDI) peut toujours avoir des microvias. De bonnes performances sont donc assurées dans des conceptions compactes et avancées.

Empilé via

Il est aligné verticalement sur des vias empilés qui relient plusieurs couches. Les vias borgnes ou enterrés sont ceux-là. Les chevauchements sont parfaits et nécessitent une fabrication de haute précision. Les vias décalés sont moins chers que les vias empilés. Ils sont utilisés dans les conceptions multicouches complexes. Ils permettent de gagner de la place tout en conservant des connexions fiables.

Via décalé

Les couches sont connectées sans chevauchement au moyen de vias décalés. Mais ils sont espacés, ce qui les rend faciles à produire. Les vias empilés sont plus rentables que ces vias. Les conceptions moins complexes utilisent des vias décalés. Cela permet toujours la connexion des appareils de manière fiable avec une utilisation relativement efficace de l'espace du PCB.

Passer par

Les vias de ce type traversent plusieurs couches, mais contournent les autres entre elles. Ils peuvent être enterrés, borgnes ou les deux. Les conceptions de routage peuvent être flexibles grâce à ces vias. Il est possible d'utiliser des vias de saut si vous n'avez pas besoin de connecter certaines couches. Dans les cartes multicouches et HDI, ils sont souvent utilisés.

Vias dans Pad

Ils placent ces types de vias directement sous les pastilles des composants. Ils dissipent flux thermique mieux et réduire les chemins de routage. Les vias sont souvent utilisés sous BGA et les composants de puissance. La soudure peut s'infiltrer dans le via si celui-ci n'est pas correctement rempli. Cela entraîne une mauvaise soudure et des joints fragiles. Un remplissage approprié permet d'obtenir une meilleure fiabilité et de meilleures performances.

Rempli via

Ces vias sont entièrement remplis de matériaux conducteurs ou non conducteurs. La conductivité électrique et thermique est améliorée par un remplissage conducteur. Le via est rempli d'un matériau non conducteur de sorte que l'air ou le liquide ne pénètre pas dans le via. La fiabilité et la fissuration du PCB sont évitées grâce à vias remplisIls offrent également des améliorations de performances pour les applications exigeantes.

• Via rempli de cuivre – Un via rempli de cuivre conducteur. Idéal pour les applications à courant élevé ou à haute puissance.
• Via rempli de polymère conducteur – Améliore la conductivité thermique. Assure également une connexion électrique stable.
• Via rempli non conducteur – Un via qui ne transporte pas de courant. Empêche les contaminants de pénétrer dans le trou. Courant dans les conceptions délicates.

Considérations importantes sur les vias

Ratio D'aspect

Le rapport hauteur/largeur du via est le rapport entre la largeur et la profondeur. L'épaisseur du placage et la capacité du via à conduire l'électricité sont également affectées. Les perceuses mécaniques fonctionnent mieux avec un rapport de 10:1 ou moins. Dans les plus petites, vous devrez peut-être avoir des microvias avec un rapport inférieur.

Bague annulaire

Du cuivre autour d'une via. Après le perçage, il maintient la connexion solide. Les connexions faibles sont le résultat d'un anneau trop petit. Vous devez toujours laisser suffisamment de cuivre pour éviter tout problème.

L'intégrité du signal

La manière dont vos signaux circulent à travers votre circuit imprimé peut être affectée par les vias. Des interférences ou du bruit peuvent être causés par des sections de vias inutilisées. Les performances peuvent être améliorées en retirant du métal supplémentaire ou en perçant à l'arrière. L'intégrité du signal est correctement entretenu grâce à une conception appropriée.

Densité de routage

Les vias deviennent des obstacles sur les chemins critiques dans les zones de PCB encombrées. Sous les composants à broches élevées tels que les BGA, ce phénomène est courant. L'utilisation de vias borgnes ou de microvias peut libérer de l'espace de routage. Réfléchissez soigneusement à la manière dont vous allez planifier, pour éviter la congestion.

Par taille ou dimensions

La taille des vias influe sur l'espace occupé par votre conception. Les vias plus petits permettent de gagner de la place, mais nécessitent des forets sophistiqués. Ils sont plus faciles à produire et coûtent moins cher. Choisissez une taille adaptée à vos besoins et à votre budget.

Épaisseur de placage

La résistance et la conductivité du via dépendent de la placage épaisseur. Un placage plus épais réduit les coûts mais améliore le flux de courant. Des économies avec un placage plus fin peuvent en résulter, mais une durabilité réduite. Sélectionnez un équilibre pour votre application.

PCB Layout

Le bon positionnement des vias affecte le fonctionnement et la fiabilité de votre carte. Cela peut entraîner une mauvaise disposition, entraînant une perte de signal ou des chemins bloqués. Les performances sont améliorées avec des stubs plus courts et un bon placement des vias. Planifiez à l'avance pour ne pas rencontrer de problèmes de disposition.

Matériaux utilisés pour les vias

Le cuivre est souvent utilisé pour fabriquer des vias en raison de sa conductivité. L'époxy argenté, l'aluminium ou le tungstène sont des alternatives. Cependant, chaque matériau offre des atouts uniques tels que le coût ou la résistance. Choisissez-en un qui fonctionne dans l'environnement et l'application de votre PCB.

Conseils de conception de circuits imprimés pour Via

·       Vias décalés sur vias empilés

Utilisez des vias décalés pour éviter un remplissage et des coûts supplémentaires. Ils sont plus faciles et plus fiables que les vias empilés.

·       Utiliser une profondeur contrôlée pour les vias borgnes et enterrés

La profondeur contrôlée vous aide à percer précisément jusqu'à la couche souhaitée. Elle garantit que les vias borgnes et enterrés fonctionnent comme prévu.

·       Minimiser les rapports hauteur/largeur pour les vias à grande vitesse

Maintenez un rapport hauteur/largeur faible pour réduire les problèmes de signal. Cela améliore les performances et réduit les interférences.

·       Optez pour des vias plus petits dans les cartes HDI

Les cartes HDI fonctionnent mieux avec des vias plus petits. Les vias plus petits réduisent la capacité et l'inductance parasites, améliorant ainsi le flux de signal. Ces vias permettent également d'économiser de l'espace pour les conceptions denses.

·       Remplissage des vias dans les pads

Remplissez les vias dans les pads pour éviter les problèmes de soudure lors de l'assemblage. Les vias remplis améliorent les connexions électriques et la fiabilité. Évitez de laisser des trous de via ouverts, en particulier sous les composants importants.

·       Planariser les vias pour les agencements de pastilles BGA

Les pastilles BGA avec vias doivent être planarisées pour une soudure en douceur. Des vias inégaux peuvent fragiliser joints de soudure et causer des problèmes. Les vias borgnes et traversants dans les pads BGA doivent être soigneusement remplis.

·       Incorporer des vias de tampon thermique sous les QFN

Vias de tampon thermique sous QFN améliorent la dissipation de la chaleur et le flux de soudure. Ces vias sécurisent le tampon thermique et empêchent le flottement lors de l'assemblage.

·       Envisager des ajustements de pochoir de pâte à souder

Manque de vias thermiques Cela peut provoquer un flaquement ou un dégazage de la soudure. Pour résoudre ce problème, ajustez le pochoir de pâte à braser avec des motifs en forme de vitre. Cela permet de répartir uniformément la soudure et d'éviter les défauts.

·       Vérifiez le jeu des bords fraisés/rayés

Gardez les vias et les pistes éloignés des bords acheminés ou rainurés. Un espacement minimal évite les dommages pendant la fabrication ou l'utilisation. Planifiez la disposition de votre circuit imprimé pour maintenir un espacement approprié.

·       Inspecter les vias pour les boîtiers BGA

Vérifiez le placement et la qualité des vias sous les boîtiers BGA. Des vias mal alignés peuvent entraîner des problèmes de soudure. Inspectez les conceptions pour vous assurer que l'espacement et la couverture du masque sont corrects.

·       Valider les conceptions en forme d'os de chien

Les conceptions en forme d'os de chien séparent les vias des pastilles avec des traces courtes. Assurez-vous que le masque de soudure couvre les vias sous les configurations BGA. Une couverture manquante peut provoquer un contact électrique indésirable.

·       Respecter les tolérances PCB VIA

Respectez les tolérances standard pour les vias dans votre conception de PCB. Vérifiez les dimensions, le jeu et les dimensions de la bague annulaire pour plus de précision. Le respect de ces valeurs garantit que votre PCB est conforme aux normes IPC.

Limitations et considérations dans la conception de Via

Implications de coût

Les microvias et les vias en pad représentent un type de via avancé qui coûte plus cher. Il nécessite un perçage au laser et des étapes de placage très précises. Il nécessite également un équipement spécial, qui a ses propres frais de fabrication. Ceux-ci peuvent rapidement s'accumuler, en particulier avec des cartes complexes. Une planification minutieuse de votre conception peut vous aider à équilibrer les coûts.

Complexités de fabrication

La production de vias est un processus extrêmement précis. Les pannes électriques sont causées par des défauts d'alignement forage ou un remplissage incomplet. Ces problèmes n'apparaissent pas forcément immédiatement, mais ils peuvent entraîner des problèmes à long terme. Des solutions encore plus difficiles à réaliser sont celles avancées via des types empilés ou remplis.

Problèmes de fiabilité

Les vias plus petits et les configurations plus denses posent des problèmes de fiabilité. Au fil du temps, de minuscules défauts dans les vias peuvent entraîner une défaillance. Cela est particulièrement dangereux pour les applications sûres telles que médical appareils ou aérospatial équipement. Pour gérer le stress, vous devez vous assurer que les vias sont solides et bien faits. La cohérence est nécessaire si vous ne voulez pas payer pour des réparations ou un remplacement coûteux.

Défis et solutions de la gestion thermique

Les conceptions de circuits imprimés modernes nécessitent un contrôle efficace de la chaleur. Plus les composants fonctionnent rapidement, plus la chaleur produite est importante. En éliminant la chaleur des pièces sensibles, les vias thermiques aident. Si vous n'en avez pas, la surchauffe pourrait endommager votre carte ou réduire sa durée de vie. Mais avec un placement soigné des vias thermiques, tout peut fonctionner sans problème.

Comment déterminer les bonnes exigences de via pour votre PCB

Les vias que vous choisissez dépendront de la taille et de l'objectif de votre PCB. PCB plus grand, et en particulier pour les appareils plus anciens, des composants traversants peuvent être nécessaires. Si vous avez des cartes plus grandes construites selon des normes plus anciennes, celles-ci fonctionnent mieux. Les composants traversants gaspillent plus d'espace pour les appareils plus petits. Les cartes compactes sont les meilleures des microvias aveugles. Elles prennent en compte l'efficacité de l'espace et gèrent bien le signal. PCB plus petits, avec des microvias, ils sont plus chers, mais généralement les avantages de l'utilisation d'un PCB plus petit, avec des microvias, l'emportent sur le coût supplémentaire.

Quand utiliser des vias plus petits

Dans certaines conceptions, vous devez penser à des vias plus petits. Des vias plus petits peuvent économiser de l'espace de surface si votre PCB comporte de nombreuses pièces ou filets, mais des couches modérées. Cela signifie qu'il y a de la place pour le routage et les composants sur les couches supérieures. Les traces fines sur certaines cartes à plusieurs couches peuvent devoir s'insérer dans des vias plus petits. Cependant, des microvias sont souvent nécessaires pour interconnecter des BGA à pas fin. Si vous n'avez pas de microvias, vous risquez de ne pas atteindre les billes BGA internes. Les vias plus petits réduisent les interférences et les signaux sont plus fiables. Bien qu'ils représentent un travail supplémentaire, ils peuvent entraîner de meilleures performances de la carte et permettent d'économiser de l'espace.

Questions fréquemment posées sur les types de vias PCB

• Qu'est-ce que le remplissage de type 7 ?

Utilisé pour les conceptions via-in-pad. La pâte non conductrice est introduite dans les trous via puis durcie. Elle est ensuite aplatie, plaquée et rendue soudable. C'est un excellent moyen d'économiser de l'espace sur les PCB haute densité. Grâce à cela, il garantit que les composants auront des pastilles lisses pour les composants et que la fiabilité sera bonne. Et vous pouvez l'utiliser lorsque vous avez besoin d'une conception de PCB compacte et efficace.

• Quelle est la norme IPC pour les vias PCB ?

Les vias PCB respectent des règles importantes fournies dans le Norme IPC-6012Il s'agit d'une description de ce qui est acceptable en matière de conception et de fabrication des vias. Il s'agit de certains des paramètres basés sur la taille de la bague annulaire et l'épaisseur du placage. Les différents niveaux de « classe » de la norme vont de la classe 1 à la classe 3. La classe la plus stricte est la classe 3 et doit être utilisée pour les applications à haute fiabilité. Une caractéristique clé de la bague annulaire est sa résistance mécanique. Elle doit entourer le trou de via et rendre le délaminage impossible. Elle spécifie également l'épaisseur de placage nécessaire sur les barils de via.

• Pourquoi les microvias sont-ils un choix privilégié dans les PCB HDI ?

Les microvias améliorent électriquement votre PCB. Cela permet de réduire la taille de la carte. Une densité de routage plus élevée est possible avec moins de couches de routage grâce au routage basé sur les microvias. Cela signifie que vous pouvez raccourcir les trous de traversée. Ils contribuent également à augmenter la puissance de traitement et les performances. Les problèmes de rupture de BGA deviennent plus faciles à gérer avec les microvias. Ils sont essentiels pour la conception de PCB compacts et hautes performances.

• En termes de gestion thermique, comment les vias contribuent-ils à la dissipation de la chaleur dans les conceptions à forte consommation d'énergie ?

Différents composants ont tendance à chauffer, les vias aident à évacuer la chaleur. Ils dirigent la chaleur vers les parties les plus froides du PCB. Sous l'endroit où la chaleur est générée, des vias thermiques ont été placés. Cependant, les matériaux de ces vias servent à améliorer le flux de chaleur. Cela permet de garder votre PCB au frais et d'éviter la surchauffe.

• Comment utiliser des vias borgnes et enterrés dans ma conception ?

In Fabrication de PCB, il y a deux feuilles de cuivre pour chaque couche. Les feuilles sont placées dans un noyau diélectrique et séparées les unes des autres. Ce sont les vias borgnes et enterrés qui interconnectent des couches spécifiques de votre conception. logiciel de conception vous pouvez indiquer les couches à connecter. Mais cela n'éliminera pas les conceptions impraticables.

Conclusion

Dans ce nouvel article concernant notre nouveau projet PCBTok Dans notre blog, nous avons donné un aperçu détaillé de 9 types différents de vias PCB, tels que les vias traversants, les vias borgnes, les vias enterrés, les microvias et les autres. Nous avons abordé leur objectif et décrit les considérations de conception sur la manière dont elles impactent des éléments tels que la densité de routage, l'intégrité du signal et la gestion thermique. Le blog comprenait également les meilleures pratiques pour choisir le bon ensemble de vias pour la conception de PCB.