L'utilisation de circuits imprimés (PCB) est courante dans une vaste gamme d'appareils électroniques, tels que les smartphones, les ordinateurs portables, les tablettes, etc. Les PCB modernes comportent plusieurs couches pour une meilleure transmission des signaux et un routage optimisé. Ces différentes couches sont interconnectées par de minuscules trous appelés vias. Ce terme signifie « interconnexion verticale ». Il existe différents types de vias dans la conception des PCB. Ces minuscules trous, ou vias, diffèrent les uns des autres à plusieurs égards. Dans cet article, je présenterai les principes de base des vias et leurs différents types dans la conception des PCB. C'est parti !
Qu'est-ce qu'un via dans un circuit imprimé ?
Avant de parler des différents types, comprenons d'abord les bases d'une via.
Un via sur un circuit imprimé est un petit trou percé dans ses couches. Ces trous permettent de connecter plusieurs couches empilées verticalement. Ils sont métallisés en cuivre pour assurer la connexion électrique entre les couches. Ainsi, le signal électrique peut les traverser et stabiliser les connexions. Sans ces vias, les couches ne seraient pas connectées.
Autrefois, les circuits imprimés étaient simples et comportaient moins de connexions, ne nécessitant donc pas plusieurs couches. Ces circuits imprimés plus grands étaient réservés aux appareils de grande taille. Cependant, la situation a évolué : les circuits imprimés modernes requièrent davantage de connexions. Au lieu de regrouper toutes les connexions sur une seule surface, les fabricants utilisent plusieurs couches, ce qui simplifie leur fabrication.
Ces connexions sont réparties sur ces couches, ce qui réduit la taille des circuits imprimés, les couches étant verticales. Si les connexions étaient en surface, le circuit imprimé serait plus volumineux et moins bien organisé. Des trous sont percés dans ces couches pour assurer la connexion. Ces minuscules trous permettent le passage des signaux électriques nécessaires au fonctionnement de ces connexions.
Grâce à ces minuscules perforations, les pistes restent mieux organisées, ce qui optimise la conception du circuit imprimé . L'un des principaux avantages des vias réside dans la très grande rapidité de propagation du signal. Les composants fonctionnent ainsi plus efficacement, quelle que soit leur taille. Rappelons que les circuits imprimés modernes sont plus performants et plus compacts, ce qui les rend idéaux pour les petits appareils électroniques.
Différents types de vias dans la conception de circuits imprimés
Comme je l'ai mentionné précédemment, il existe différents types de vias. Chacun de ces types possède ses propres spécifications et cas d'utilisation. Dans la section suivante, j'explorerai ces différents types.
1- Via traversant
Un via traversant est l'un des types de connexions les plus courants dans les circuits imprimés économiques. Il s'agit d'un trou percé traversant toutes les couches du circuit imprimé. Ainsi, toutes les couches sont électriquement connectées par ce trou, ce qui simplifie et améliore la régularité du routage. Le signal électrique de la couche supérieure atteint la couche inférieure grâce à ces minuscules trous conducteurs. L'un des principaux avantages des vias traversants est leur prix abordable. On les retrouve dans la plupart des circuits imprimés économiques.
2- Enfoui Via
Comme leur nom l'indique, ces vias sont enterrés dans la couche interne des circuits imprimés. Les couches supérieure et inférieure n'en comportent pas. Les fabricants privilégient généralement les vias enterrés pour connecter les couches internes. Ces trous étant conducteurs, ils permettent une transmission efficace du signal. L'utilisation de vias enterrés permet une densité de routage plus élevée et un gain de place. Les pistes et autres composants sont généralement situés sur les couches supérieures. Contrairement aux vias traversants, les vias enterrés sont plus complexes et plus coûteux à fabriquer.
3- Via aveugle
Les vias borgnes relient la couche supérieure à la couche sous-jacente. Elles peuvent également servir à relier la couche inférieure à la couche supérieure. En d'autres termes, ce type de via part de la partie visible (supérieure ou inférieure) et s'arrête à l'intérieur de la couche. Il peut aussi relier la couche supérieure à plusieurs couches sous-jacentes. Cependant, ce type de via ne s'étend pas jusqu'à la dernière couche. Il n'est donc pas utilisé dans les couches internes. Ainsi, ces couches internes restent inutilisées et leurs espaces peuvent accueillir d'autres composants.
4- Microvia
Les microvias sont parmi les vias les plus courants, car ces trous sont extrêmement petits. Généralement percés au laser, ils mesurent environ 0.05 à 0.15 mm (50 à 150 µm). Cette taille réduite les rend idéaux pour les circuits imprimés haute densité. Ces minuscules trous relient des couches adjacentes et occupent très peu d'espace. C'est pourquoi ils sont privilégiés pour la fabrication de circuits imprimés compacts destinés aux petits appareils. Les microvias offrent également une densité de routage plus élevée, un avantage considérable.
De plus, la vitesse de propagation des signaux électriques à travers ces trous est très élevée. Cependant, le coût élevé des microvias constitue un inconvénient. Il convient de noter que ces microvias sont également utilisées dans les circuits imprimés HDI (interconnexion haute densité).
5- Microvia empilées
Les microvias empilées sont un type de microvia disposées les unes sur les autres. Cette disposition leur donne un aspect superposé. Chaque microvia de ce type relie une couche à une autre. Ainsi, les microvias empilées créent un chemin en connectant une couche à une autre. Cette connexion atteint la couche la plus profonde, créant ainsi un chemin continu. Comme les microvias sont empilées, elles occupent très peu d'espace. Par conséquent, les composants peuvent être positionnés très près les uns des autres au sein de ces couches, ce qui améliore la compacité du circuit imprimé.
6- Microvia décalée
Les microvias décalées sont un type de microvia, mais elles ne sont pas empilées les unes sur les autres. Au contraire, elles sont disposées de manière décalée. Chaque microvia est connectée à une couche adjacente. Cependant, ces vias forment un motif en zigzag lorsqu'elles connectent différentes couches. Elles ne sont pas alignées. Grâce à ce motif en zigzag, les contraintes sont réparties plus uniformément.
Il est important de noter que les microvias décalées sont plus encombrantes que les microvias empilées. En effet, leur disposition en zigzag vertical les rend plus volumineuses, ce qui constitue un inconvénient. Cependant, leur coût reste relativement abordable.
7- Rempli via
Un via rempli est un type de via de circuit imprimé dont l'orifice est comblé par un matériau spécial. Contrairement à un via classique, qui possède un orifice ouvert, un via rempli ne présente aucun espace intérieur. Ce matériau de remplissage est conducteur ou non conducteur, selon le modèle de circuit imprimé. Une fois l'orifice comblé, la surface est généralement rectifiée.
Cette surface plane facilite la fixation d'autres composants. De plus, grâce à sa planéité, les fabricants peuvent placer des composants de petite taille directement au-dessus du via. Il n'y a donc pas lieu de craindre que la soudure ne coule dans le trou lors de l'assemblage. C'est pourquoi les vias remplis sont principalement utilisés dans les circuits imprimés de petite taille et de haute précision, où chaque centimètre compte.
8- Couture par via vs Couture par via
Le via stitching et le via tenting sont deux techniques de fabrication de circuits imprimés (PCB) distinctes, répondant à des objectifs différents. Le via stitching consiste à placer de nombreux vias très proches les uns des autres. Il améliore les connexions électriques, réduit le bruit électrique et favorise la dissipation de la chaleur sur le circuit imprimé. Le via tenting, quant à lui, consiste à recouvrir l'ouverture d'un via d'une couche de vernis épargne.
Cette méthode protège les vias de la poussière, de l'humidité et des résidus de soudure indésirables lors de l'assemblage. Le circuit imprimé est ainsi plus fiable, propre et sûr. Bien que les deux méthodes soient utiles, elles répondent à des besoins différents. Les concepteurs de circuits imprimés les utilisent souvent simultanément sur un même circuit afin d'en optimiser les performances, la fiabilité et la protection.
Conclusion
Les circuits imprimés (PCB) figurent parmi les composants les plus importants des appareils modernes. Aujourd'hui, ces PCB sont multicouches afin d'accroître leur efficacité et leur fiabilité. Cependant, ces couches ne sont pas connectées au hasard. De petits trous, appelés vias, permettent de relier les différentes couches. Mais tous les vias ne sont pas identiques.
Dans ce guide, j'ai présenté différents types de vias pour circuits imprimés. Vous constaterez que chaque type se distingue par sa fonction et sa conception. Comprendre leur fonctionnement facilite la création d'une carte performante et durable. N'oubliez pas qu'il n'existe pas de via idéal pour tous les circuits imprimés. Le choix final dépend de votre circuit, de l'espace disponible, des performances requises et de votre budget.