Qu'est-ce qu'un via ?
Un via (Vertical Interconnect Access) est un trou métallisé dans un PCB qui crée des connexions électriques entre différentes couches de cuivre. Les vias sont essentiels pour router les signaux et l'alimentation à travers les cartes multicouches, mais ils introduisent des effets parasites qui peuvent dégraderl'intégrité du signalà hautes fréquences.
Point clé
À des fréquences supérieures à 1 GHz, un via n'est plus simplement une connexion—il devient une discontinuité deligne de transmissionavec sa propre impédance, inductance et capacitance. Comprendre ces effets parasites est crucial pour la conception haute vitesse moderne, y compris USB 3.x,PCIe etEthernet 10G+.
Un via typique se compose de plusieurs composants :
- Fût : Le cylindre métallisé à travers la carte
- Pad : La zone de cuivre autour du trou sur chaque couche
- Anneau annulaire : L'anneau de cuivre entre le trou et le bord du pad
- Anti-pad : Le trou de dégagement dans les couches planes
Types de vias expliqués
Choisir le bon type de via est crucial pour équilibrer coût, fabricabilité et performance. Voici une comparaison détaillée de chaque type et quand les utiliser :
Via traversant (PTH)
Relie toutes les couches du haut vers le bas. Type le plus courant et économique.
Avantages
- Coût le plus bas
- Fabrication simple
- Haute fiabilité
Inconvénients
- Crée un stub sur les couches de signal
- Utilise l'espace de routage sur toutes les couches
- Non adapté à la haute densité
Idéal pour
Routage général, distribution d'alimentation, signaux basse vitesse
Via borgne
Relie la couche externe à une ou plusieurs couches internes, mais ne traverse pas toute la carte.
Avantages
- Pas de stub côté opposé
- Meilleur pour haute vitesse
- Économise l'espace de routage
Inconvénients
- Coût plus élevé
- Fabrication plus complexe
- Nécessite laminage séquentiel
Idéal pour
Signaux haute vitesse, cartes HDI, conceptions à espace limité
Via enterré
Relie uniquement les couches internes, invisible des deux surfaces.
Avantages
- Densité de routage maximale
- Aucun impact sur la surface
- Excellent pour HDI
Inconvénients
- Coût le plus élevé
- Fabrication complexe
- Réparabilité limitée
Idéal pour
Conceptions HDI, appareils mobiles, cartes multicouches
Microvia
Petit via percé au laser (≤150µm) reliant les couches adjacentes.
Avantages
- Effets parasites minimaux
- Densité la plus élevée
- Meilleur pour haute vitesse
Inconvénients
- Rapport d'aspect limité
- Nécessite perçage laser
- Coût par via plus élevé
Idéal pour
Fanout BGA, PCB pour smartphones, packaging avancé
Questions fréquemment posées
Qu'est-ce qu'un stub de via et pourquoi est-ce important ?
Un stub de via est la partie inutilisée d'un via traversant qui s'étend au-delà de la couche de signal. À hautes fréquences (>3 GHz), ce stub agit comme une antenne, provoquant résonance et réflexion du signal. Le stub crée une résonance quart d'onde à f = c/(4×L×√εr), où L est la longueur du stub. Pour un stub de 40 mil dans FR-4, la résonance se produit vers 9 GHz, dégradant significativement des signaux comme PCIe Gen4 ou USB 3.2.
Quand devrais-je utiliser le contre-perçage ?
Utilisez le contre-perçage lorsque : (1) Les fréquences de signal dépassent 5 GHz, (2) Les stubs de via sont plus longs que 10 mils, (3) Le budget de perte d'insertion est serré, (4) Vous concevez PCIe Gen4+, Ethernet 25G ou des interfaces haute vitesse similaires. Le contre-perçage élimine généralement le stub jusqu'à 8-10 mils de la couche de signal. L'augmentation des coûts est de 10-20% mais améliore considérablement l'intégrité du signal.
Comment calculer l'inductance d'un via ?
L'inductance d'un via peut être approximée par : L ≈ 5.08h × (ln(4h/d) + 1) nH, où h est la hauteur du via en pouces et d est le diamètre du via. Un via typique de 10 mil à travers une carte de 62 mil a une inductance d'environ 1 nH. Réduisez l'inductance en : utilisant des vias de plus grand diamètre, ajoutant des vias de masse à proximité, utilisant plusieurs vias parallèles pour l'alimentation, ou utilisant des microvias pour des chemins plus courts.
Qu'est-ce que le via-in-pad et quand devrais-je l'utiliser ?
Le via-in-pad place le via directement dans le pad du composant plutôt que de router vers un via séparé. Utilisez-le pour : BGA à pas fin (<0.8mm), gestion thermique (dispositifs de puissance), condensateurs de découplage haute fréquence et conceptions à espace limité. Le via doit être rempli et planarisé (processus VIPPO) pour permettre une brasure correcte. Cela ajoute environ 0,02-0,05 $ par via mais permet des conceptions plus denses.
Combien de vias de masse ai-je besoin autour d'un via de signal ?
Pour un chemin de retour de signal optimal : utilisez au moins 2 vias de masse par via de signal pour les signaux single-ended, 4-6 vias de masse pour les paires différentielles. Placez les vias de masse à moins de 20 mils des vias de signal pour les fréquences supérieures à 5 GHz. Cela maintient l'impédance pendant la transition via et minimise l'inductance. Pour les très hautes fréquences (>25 GHz), envisagez des cages de vias ou des structures de vias coaxiaux.