Vias 101 Partie 1

Dans ce premier article "Les bases des vias", nous allons couvrir les notions très élémentaires des vias dans la conception de PCB, incluant leurs paramètres caractéristiques, quels vias standards devraient être utilisés dans les conceptions, et parler brièvement de leurs capacités de gestion de courant. Dans la prochaine partie, nous examinerons le placement approprié des vias, et des cas d'utilisation spéciaux tels que les vias de transfert et de liaison.

Gardez à l'esprit qu'il existe bien plus de paramètres et de détails sur les vias dans la conception de PCB que nous ne pourrons couvrir dans cet article court. Cependant, l'article fournira aux ingénieurs débutants en conception de PCB un bon point de départ pour pouvoir approfondir le sujet. Commençons !

Les bases

Commençons par les bases des vias. Nous savons que les pistes sont des connexions sur un seul plan X-Y, partant d'un point sur une couche et se terminant à un point différent sur la même couche. Cependant, une fois que nous voulons router entre les couches, par exemple en connectant la couche un à la couche trois dans un PCB multicouche, nous devons utiliser quelque chose appelé un via. Essentiellement, un via est une connexion conductrice verticale dans la troisième dimension (Z), et est utilisé pour les connexions entre les couches, permettant à une piste sur une couche de sauter vers n'importe quelle couche (ou plusieurs couches) dans un PCB.

Une autre manière de penser à un via est de le considérer comme un mini-trou métallisé.

Gardez à l'esprit que si nous ne nous connectons pas à une certaine couche avec un via, nous allons créer un vide sur cette couche. Cela peut causer des problèmes, comme nous le verrons plus tard. L'image ci-dessous montre un vide, où nous avons un anti-pad dans la couche que nous traversons.

Paramètres

Lorsque nous parlons de vias, nous avons certains paramètres principaux qui les définissent. L'image ci-dessous montre un via traversant typique, défini par la taille du pad P (le diamètre total du via), et une taille de perçage D.

La taille de perçage doit toujours être inférieure à la taille du pad, et est limitée par le rapport d'aspect (le rapport entre l'épaisseur du PCB et la taille de perçage). C'est un problème de fabrication, et cela dépend de l'épaisseur de votre carte. - Plus votre carte est épaisse, en général, plus vous avez besoin d'une grande taille de perçage.

De plus, si nous soustrayons le diamètre de perçage D de notre taille de pad P, et que nous divisons ce nombre par deux, nous obtenons la taille de l'anneau annulaire. La taille de perçage et la taille de l'anneau annulaire sont des paramètres de fabrication importants.

Typiquement, sans ajouter de coût, la taille de perçage minimale est de 0,25 mm et l'anneau annulaire minimal est de 0,15 mm. Cependant, il est important que nous évitions les minimums si nous ne pouvons pas faire autrement. En ce qui concerne les fabricants de PCB, beaucoup offriront des capacités plus avancées, par exemple des perçages de 0,1 mm (généralement au laser). Gardez à l'esprit que cela ajoute des coûts.

Lorsque vous dimensionnez vos vias, en plus des tailles de perçage, des tailles de pad et des anneaux annulaires, il existe de nombreux autres paramètres qui composent un via. Par exemple : 

• Tentage : Couvrir le via avec un masque de soudure. Généralement sans coût supplémentaire.
• Remplissage : Remplissage avec de la résine ou un matériel conducteur, ce qui peut être utile pour la technologie via-in-pad. Cela représentera un coût supplémentaire.
• Type : Dans cet article, nous examinons les vias traversants (les plus faciles à produire et les plus courants). Cependant, il existe d'autres types tels que micro, aveugles et enterrés, pour n'en nommer que quelques-uns. Ce sont des sujets pour de futurs articles.

Paramètres recommandés

Il est difficile de donner des recommandations générales pour les paramètres des vias. Les paramètres que vous devriez finalement utiliser dans votre conception dépendent fortement du scénario. Par exemple, si vous routez un BGA à pas très fin, vos besoins en vias seront complètement différents de ceux pour le routage d'une carte composée uniquement de composants à traversants.

En termes de coût, une petite taille de perçage (généralement tout ce qui est inférieur à 0,2 mm) entraînera typiquement une augmentation du coût de fabrication du PCB et une baisse du rendement. Par rendement, cela signifie que peut-être 90 % des PCB fabriqués fonctionneront, et 10 % seront défectueux.

Il en va de même pour un petit anneau angulaire (autour de 0,1 mm). Là encore, le coût de fabrication du PCB augmentera et le rendement diminuera.

« Quelle taille de via dois-je utiliser ? » C'est une question que l'on me pose souvent, et comme via à usage général, je peux recommander les tailles suivantes :

• Grande : pad de 0,7 mm, perçage de 0,3 mm
• Moyenne : pad de 0,6 mm, perçage de 0,25 mm
• Petite : pad de 0,5 mm, perçage de 0,2 mm

Encore une fois, ceci est une directive générale, et les dimensions réelles des vias dépendront du scénario donné.

Capacités de gestion du courant

Lorsque nous discutons des vias, nous devons également penser, comme pour les pistes, aux capacités de gestion du courant. Les pistes peuvent gérer une certaine quantité de courant pour une élévation de température donnée, et il en va de même pour les vias.

En règle générale, un via de taille "standard" peut supporter environ 1,5 A pour une augmentation de température de 20 degrés Celsius. Si vous avez besoin de plus de courant, par exemple dans les pilotes de moteur d'un ESC, nous devons simplement utiliser des vias parallèles de la même taille. En revanche, pour les pistes, nous devons simplement élargir la piste. Cependant, augmenter les tailles de perçage et de pad pour un via n'augmente que marginalement les capacités de gestion du courant, mais mettre en parallèle des vias aide à réduire l'inductance et améliore la performance thermique.

Dans cet article, nous avons couvert les bases absolues des vias. La prochaine fois, nous examinerons le placement des vias, les vias de transfert et de couture.