Types de voies

Dans les appareils électroniques et informatiques, le circuit est dirigé par une minuscule carte verte qui transfère divers signaux des invites de commande et à l'écran. Dans chaque smartphone, par exemple, une carte de circuit imprimé (PCB) peut être trouvée à l'intérieur avec diverses puces et composants qui conduisent les signaux pour des milliers de fonctionnalités et de commandes différentes. Chaque fois que vous appuyez sur l'une des invites sur l'écran tactile, vous activez l'un des signaux sur la carte interne. La plupart de ces signaux sont conduits via des vias PCB.

Aller à : Qu'est-ce qu'un via ? | Principaux types de vias | Comment déterminer les bonnes exigences de via pour votre PCB

Qu'est-ce qu'un Via ?

Dans une carte de circuit imprimé, les vias sont des trous qui traversent les couches de la carte à des fins de conductivité. Chaque trou fonctionne comme un chemin conducteur à travers lequel les signaux électriques passent entre les couches de circuit. Les vias traversent différents niveaux sur une carte de circuit imprimé. Selon la conception du PCB, la carte peut nécessiter un trou qui traverse toutes les couches de haut en bas. Alternativement, certains vias ne pénètrent que dans la couche supérieure ou inférieure, et certains sont placés à travers une couche interne. Il existe différentes options en ce qui concerne les vias sur une carte de circuit imprimé.

Les vias sont parmi les caractéristiques les plus cruciales d'une carte de circuit imprimé. Par conséquent, ils représentent une part importante du coût de fabrication des cartes.

Malgré le fait que ces différents types de vias servent le même objectif de base, un type particulier de via sera plus approprié que d'autres sur certaines conceptions de PCB. Cet article couvre les différents types de vias dans la conception de PCB et comment chacun peut faciliter une connexion électrique sur une carte de circuit imprimé.

Principaux types de vias

Il existe deux catégories principales de vias, en fonction de leur emplacement dans les couches du circuit imprimé :le trou borgne et le trou enterré.

Dans un trou borgne, le trou pénètre dans la couche supérieure ou inférieure de la planche mais s'arrête avant l'une des couches internes. Les trous aveugles sont nommés ainsi car vous ne pouvez pas voir à travers eux lorsque vous tenez une planche à la lumière. Le processus impliqué dans la création de trous borgnes peut être difficile car vous devez savoir quand arrêter de percer dans la planche. En tant que tel, de nombreux fabricants de circuits imprimés évitent le placage des trous de ce type.

Un autre type de via est le trou enterré, qui peut apparaître à travers une ou plusieurs couches internes. Étant donné que le trou enterré est pris en sandwich entre les couches, il ne peut pas être vu à l'œil nu. Pour qu'une carte multicouche ait une couche aveugle, le placage des trous sur la couche interne doit être terminé au début de l'assemblage du PCB, avant que les couches supérieure et inférieure ne soient appliquées à la carte.

Quel que soit l'endroit où le via est placé, il s'agit probablement de l'un des trois principaux types :

• Trou traversant
• Via-in-pad
• Microvia.

1. Trou traversant

Le type de via le plus évident est le trou traversant de placage, qui pénètre dans toutes les couches d'une carte multicouche. Les trous traversants sont généralement plus grands que les trous borgnes et les trous enterrés et sont également beaucoup plus faciles à identifier à l'œil nu. Lorsque vous tenez une planche devant la lumière, la lumière percera à travers un trou traversant de placage. Les trous traversants sont également plus faciles à réaliser car vous pouvez simplement percer toutes les couches, contrairement aux trous borgnes, où vous devez faire attention à la profondeur du trou.

La technologie des trous traversants existe depuis le milieu du XXe siècle, lorsqu'elle a remplacé la construction point à point. Les trous traversants étaient les plus courants entre les années 1950 et 1980, lorsque presque toutes les caractéristiques trouvées sur une carte de circuit imprimé étaient attachées à un trou traversant.

Au début de la technologie des trous traversants, les circuits imprimés sur les circuits imprimés n'étaient imprimés que sur la face supérieure. Au fur et à mesure que la technologie avançait, l'impression est apparue des deux côtés. Finalement, les panneaux multicouches ont été utilisés. À ce stade, les trous traversants ont été mis à jour en trous traversants plaqués pour permettre les contacts entre les couches conductrices. Aujourd'hui, des trous traversants plaqués sont utilisés pour connecter les différentes couches d'un PCB. Les trous traversants sont généralement utilisés pour faciliter les composants avec des fils conducteurs. Les composants à sorties axiales sont placés à travers ces trous et utilisés pour se connecter sur des espaces courts.

Des trous traversants sont souvent visibles sur les grandes cartes mères utilisées dans les tours d'ordinateurs dans les années 1990 et 2000. Des PCB avec des composants traversants pouvaient également être vus dans les anciennes cartes d'interconnexion de composants périphériques (PCI) qui étaient branchées sur ces anciennes cartes mères. Par exemple, les cartes son connectées aux emplacements PCI à l'intérieur de la tour comportaient généralement des composants fixés à la carte dans des trous traversants. Des fonctionnalités similaires pouvaient être trouvées sur les cartes graphiques des ordinateurs plus anciens qui sont antérieurs aux appareils à écran plat tout-en-un d'aujourd'hui.

Avec la popularité croissante des petits appareils informatiques mobiles compacts et des gadgets électroniques, les circuits imprimés sont conçus avec peu ou pas de composants traversants. En tant que tel, il reste peu de raisons pour que les concepteurs de PCB continuent d'utiliser des cartes contenant de grands trous traversants, car ceux-ci consomment beaucoup d'espace sur une carte qui pourrait être utilisé plus efficacement avec des microvias. En fait, pour que les concepteurs gardent leurs cartes petites, les microvias et les montages en surface doivent être utilisés autant que possible. Comme la tendance se poursuit, les trous traversants seront probablement entièrement supprimés dans les années à venir.

2. Via-in-Pad

L'une des conceptions les plus populaires d'aujourd'hui pour les cartes de circuits imprimés implique l'application de vias sur des pastilles BGA (ball grid array), également appelées via-in-pad. Dans la conception via-in-pad, les vias sont placés sur les plots BGA du PCB. La conception est devenue populaire car elle permet aux fabricants de minimiser l'espace requis pour les vias. En tant que tel, via-in-pad permet aux fabricants de fabriquer des cartes de circuits imprimés plus petites qui nécessitent moins d'espace pour acheminer les signaux. Via-in-pad est une technologie optimale pour les appareils électroniques et informatiques compacts d'aujourd'hui, que les fabricants ont conçus pour tenir dans les poches et parfois autour des poignets.

La conception via-in-pad est particulièrement pratique pour le routage, car les trous se connectent directement à la couche sous-jacente au composant, ce qui permet d'acheminer les signaux sans risquer de sortir du périmètre de l'empreinte de l'appareil.

Certes, tous les fabricants n'ont pas adopté la pratique consistant à placer des vias sur des pastilles BGA. L'un des principaux inconvénients pour certains fabricants de PCB est que vous devez remplir le tampon de cuivre pur ou d'un matériau non conducteur recouvert de cuivre. Sinon, la soudure saignera de la pastille et entraînera la perte de connectivité du PCB.

Un autre facteur rédhibitoire pour certains fabricants est le fait que les vias nécessitent une étape supplémentaire souvent coûteuse et chronophage. Certains concepteurs ne souhaitent tout simplement pas augmenter le coût de création du PCB. De plus, lorsque vous placez des vias dans un pad, cela modifie le diamètre de perçage requis.

Malgré ces problèmes, il existe divers avantages à placer des vias sur des pastilles BGA. Mis à part les coûts, vous pouvez créer des cartes plus petites avec via-in-pad et finalement créer des appareils plus petits. Pour certains gadgets et appareils mobiles modernes, la conception via-in-pad peut être votre seule option.

Dans une configuration via standard, un masque de soudure peut être appliqué pour arrêter le flux de soudure dans le via. Avec la conception via-in-pad, vous ne pouvez pas laisser le barillet sans remplissage car l'air pourrait être emprisonné, provoquant un dégazage pendant que le PCB est en production. Par conséquent, les vias doivent être remplis lorsqu'ils sont placés sur des pastilles BGA. Pour que la conception fonctionne, vous devez également disposer d'une surface plane et plane, car cela permettra de connecter des BGA à pas fin avec peu de complications, voire aucune.

Les vias in-pad peuvent être remplis d'époxy. Cela devrait être fait après les étapes de perçage et de placage. Une autre option consiste à remplir les vias avec du cuivre. Cela fonctionnerait si les vias sont ablatés au laser. Quelle que soit la méthode que vous choisissez, vous devez vous assurer que le tampon est suffisamment grand pour le diamètre du trou et qu'il a également des tolérances suffisantes. De plus, la conception devrait répondre aux normes IPC Classe 2 et 3.

Si vous avez encore des doutes quant à savoir si via-in-pad serait la meilleure option qu'une disposition via standard, vous devriez parler avec un fabricant de PCB pour voir comment la nouvelle technologie a transformé leurs cartes.

3. Microvias

Dans la conception de circuits imprimés, les vias inférieurs à 150 microns sont appelés microvias, qui sont utilisés sur de nombreuses cartes d'interconnexion haute densité (HDI). Les concepteurs préfèrent les microvias en raison de la petite taille du trou, qui occupe beaucoup moins d'espace sur la carte que les trous qui nécessitent plus de perçage. Dans une microvia, les couches sont reliées les unes aux autres par un placage de cuivre.

Les microvias sont créés sous la forme de cônes, ce qui facilite le cuivrage des côtés des vias. Une microvia peut traverser deux couches adjacentes mais pas plus loin. Si une conception de carte nécessite un via à travers plusieurs couches, plusieurs microvias devront être empilés en conséquence.

Du point de vue de la fabrication, la création de microvias empilés peut être un processus long et coûteux. Sur les cartes qui nécessitent une microvia plutôt qu'une autre, la conception la plus courante comportera deux microvias. En ce qui concerne l'empilement, la limite ultime est de quatre microvias. Cependant, quatre microvias sont rarement utilisés dans la fabrication de PCB en raison des coûts élevés.

Une option alternative à la microvia empilée est la microvia décalée, qui est configurée comme un escalier où une deuxième ou une troisième microvia est placée un pas en avant en dessous de celle du dessus. Comme pour les microvias empilés, les microvias échelonnés peuvent être difficiles et coûteux à produire sur un circuit imprimé multicouche.

Si une microvia pénètre à travers la couche externe de la carte et coupe jusqu'à une couche interne avant de s'arrêter, cela serait considéré comme une microvia aveugle. Avec un microvia aveugle, vous pouvez augmenter la densité du câblage sur une carte de circuit imprimé. Les microvias aveugles sont particulièrement avantageuses si un signal sur la couche externe doit être acheminé vers une couche sous-jacente, car la microvia aveugle offrira la distance la plus courte. Sur une carte HDI, les microvias aveugles permettent d'optimiser l'espace dans une carte multicouche, comme dans un PCB à quatre couches où la microvia peut être placée sur les deux couches supérieures ou inférieures.

Dans certains cas, une microvia pénétrera deux couches entières. Les vias aveugles qui correspondent à cette description sont connus sous le nom de vias sautés. Cependant, les vias sautés ne sont pas recommandés par les fabricants car la nature du trou peut entraîner des complications avec le placage.

Une microvia qui relie deux couches internes dans un PCB est connue sous le nom de microvia enterrée. Pour qu'une microvia enterrée soit incluse dans une conception de PCB, les couches qui contiennent les trous doivent d'abord être percées avant que les couches externes ne soient appliquées. Avec une microvia enterrée, vous pouvez connecter deux couches internes sur une carte de circuit imprimé. Le perçage peut être réalisé avec un outil mécanique ou, alternativement, avec un laser.

Lorsque vous placez une microvia sur un PCB, il est crucial de faire attention au rapport d'aspect de la taille du trou, sinon, il pourrait être impossible de plaquer correctement la carte.

Comment déterminer les bonnes exigences de via pour votre circuit imprimé

Le type de vias que vous choisissez pour une conception de PCB doit être basé sur la taille et le but de la carte. Si la carte est conçue pour être utilisée dans un appareil informatique plus ancien et plus grand, vous aurez probablement besoin d'une conception de PCB conforme aux normes plus anciennes, car tout ce qui est plus récent serait probablement incompatible avec l'appareil en question. Pour certains de ces appareils plus anciens, votre seule option serait probablement un circuit imprimé plus grand avec des composants traversants.

Si vous concevez un circuit imprimé pour un appareil plus petit, il n'y a vraiment aucune raison d'utiliser des composants traversants car vous devrez maximiser le peu d'espace sur la petite carte qui conviendra à l'appareil. Par exemple, si votre conception de circuit imprimé n'a qu'une taille d'un pouce carré, vous n'aurez pas l'espace nécessaire pour un grand trou traversant car il y aura trop de signaux à conduire dans le peu d'espace autorisé. Une carte de cette taille serait bien mieux servie avec des microvias aveugles, qui pourraient transmettre des signaux puissants entre de courtes distances sur une carte de la taille d'un pouce.

Certes, le processus de fabrication d'un PCB plus petit avec des microvias nécessitera probablement plus d'investissement en raison de la main-d'œuvre que ces cartes impliquent. Cependant, les avantages de ces cartes plus petites peuvent facilement rentabiliser l'investissement, surtout si vous commercialisez un nouvel appareil révolutionnaire qui pourrait finalement devenir un gros vendeur.

Produits et services PCB de Millennium Circuits

En ce qui concerne la conception des cartes de circuits imprimés, il existe un éventail de vias parmi lesquels choisir, tels que des microvias aveugles et enterrés. Sur les circuits imprimés plus petits d'aujourd'hui, les microvias permettent d'équiper un appareil de nombreuses fonctionnalités et offrent également des vitesses et une puissance de traitement qui dépassent les capacités de performance des composants traversants plus volumineux qui étaient monnaie courante il y a 20 ans. Pour produire les conceptions de PCB les plus compactes et optimales, il est crucial d'avoir une équipe capable d'assembler ces pièces. Contactez Millennium Circuits pour un devis sur les produits et services PCB.