Via (électronique)

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Séquence de 3 microvias remplis de cuivre et empilés, établissant une liaison électrique entre les 4 couches d'un circuit imprimé
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En électronique, dans un circuit imprimé, un via est un trou métallisé qui permet d'établir une liaison électrique entre deux couches.

Le diamètre d'un via dépasse rarement 1 mm, réalisé avec une perceuse et un foret adapté.

En-deçà de 150 µm de diamètre, il est appelé micro via. Il ne traverse pas la totalité du circuit imprimé, mais seulement une partie. Il peut être réalisé soit par perçage mécanique soit par perçage laser.

Généralités[modifier | modifier le code]

En électronique, dans un circuit imprimé, un via est un trou métallisé qui permet d'établir une liaison électrique entre deux ou plusieurs couches. Le trou créé par perçage mécanique ou laser est rendu conducteur par galvanoplastie (dépôt métallique) ou par l'insertion d'un tube ou d'un rivet. Les cartes à haute densité peuvent comporter des microvias (perçage laser), des vias borgnes qui ne sont exposés qu'à une seule face extérieure ainsi que des via enterrés qui relient des couches internes sans accessibilité à l'extérieur. Les via thermiques sont utilisés pour dissiper la chaleur et sont souvent utilisés en groupe.

Un via est constitué par :

  • Une ou plusieurs pastilles métallisées et percées assurant une connexion électrique sur le plan horizontal,
  • Un trou métallisé assurant la connexion électrique sur le plan vertical,
  • Une pastille sans métallisation (antipad) pour isoler le via sur les couches où il ne doit pas y avoir de connexion électrique.

On peut définir deux grands types de via en fonction de leur technique de perçage : mécanique ou laser. Néanmoins des techniques récentes permettent la fabrication de via sans perçage.

Via mécanique[modifier | modifier le code]

Différents types de via traversants

Il y a quatre types de via mécaniques :

  1. Via traversants (Plated Through Hole, PTH en anglais)
  2. Via enterrés (Buried via ou Inner Via Hole)
  3. Via percés (Backdrilled via)
  4. Via avec perçage contrôlé en profondeur (Controlled Depth Drilling), équivalents à des microvia

Les via les plus utilisés sont les via traversants, en effet les autres via mécaniques répondent à des besoins spécifiques et sont donc principalement utilisés sur des cartes haute densité et les cartes avec des signaux de fréquence élevée.

Via laser[modifier | modifier le code]

Différents types de via laser

Apparus dans les années 1990, il existe 4 types de via lasers, les termes enterrés et microvia ou borgne sont communs avec les via mécaniques :

  1. Microvia, abrégé en µvia, appelés aussi via borgne (blind via)
  2. Via étagés (Staggered microvia), peuvent être réalisés en escalier (a) ou en spirale par exemple (b)
  3. Via empilés (Stacked microvia)
  4. Via step/skip

Les vias lasers sont considérés enterrés (buried) s'ils ne sont pas à la surface du circuit imprimé.

Microvia[modifier | modifier le code]

La norme IPC-2226 définit un microvia comme un via enterré ou borgne dont le diamètre est inférieur ou égal à 150µm, la pastille métallisée ayant quant à elle un diamètre inférieur ou égal à 350µm[1]. La technique de fabrication n'importe pas dans la définition d'un microvias, néanmoins le perçage laser est la technique la plus répandue pour la fabrication des microvias[2].

Géométries multiples[modifier | modifier le code]

Il est possible de mélanger les différentes techniques mais cela rend la fabrication complexe et diminue la fiabilité

Fabrication[modifier | modifier le code]

Via mécanique[modifier | modifier le code]

Deux forets de perçage pour circuit imprimé.

Le perçage mécanique d'un via se fait à l'aide d'une perceuse et d'un foret du diamètre nécessaire.

Un ratio maximum entre le diamètre du trou et l'épaisseur du circuit imprimé (appelé aspect ratio) percé doit être respecté et dépend des capacités du fabricant. Il est néanmoins admis qu'un ratio de 6:1 ou 7:1 (par exemple un via de 200µm dans un circuit imprimé d'épaisseur 1,4 mm donne un ratio de 7:1) pourra être réalisé par la plupart des fabricants. La limite actuelle est un ratio de 10:1. Néanmoins la technique du flip drill permet de passer outre ces limites en perçant la moitié du via sur une face puis la carte est retournée et le via est percé sur l'autre moité. Cela implique un coût plus important dû à la complexité de la technique : il faut retourner la carte et garder le même positionnement pour faire un trou droit.

Pour les via de faible de diamètre (en général inférieur à 300µm) des techniques particulières sont mises en oeuvre du fait de la fragilité du foret. Cela se fait principalement par des vitesses de rotation très élevées, jusqu'à 350 000 rotations par minute. Les fabricants peuvent descendre à 100µm de diamètre, voire jusqu'à 50µm pour les machines les plus avancées[3],[4].

Via enterrés[modifier | modifier le code]

Via enterré dans un circuit imprimé 6 couches. 1. Perçage d'un via dans 4 couches 2. Ajout des deux couches extérieures formant le circuit imprimé

La fabrication d'un circuit imprimé comportant des via enterrés se fait en au moins deux étapes. En effet on va dans un premier temps assembler les différentes couches que le via enterré va relier, puis on perce le via, on applique le dépôt métallique et ensuite on vient rajouter les couches supplémentaires qui formeront le circuit imprimé complet.

Plus il y a de via enterrés sur différents niveau et plus il y aura d'étapes de perçage, cela augmente la durée de fabrication du circuit imprimé à raison d'environ une journée par niveau de via enterrés.

Via percés[modifier | modifier le code]

Les via percés sont d'abord des via traversants qui relient l'une des face du circuit imprimé à une couche interne. Comme tout le via n'est pas utile, il y a formation d'un stub, il n'y a qu'une seule extrémité connectée. Pour les signaux RF ou à haute fréquence cela engendre des problèmes d'intégrité du signal et ou de compatibilité électromagnétique puisque le stub agit comme une antenne.

Pour éviter cela, on vient percer l'extrémité du via qui n'est pas utile avec un foret de diamètre légèrement supérieur à celui du via métallisé. Le dépôt de cuivre est alors extrait lors du perçage.

Via laser[modifier | modifier le code]

Autres techniques de fabrication[modifier | modifier le code]

Deux autres techniques de fabrication existent pour les microvias : la gravure au plasma (plasma etching) et les photovias.

Plasma etching[modifier | modifier le code]

Photovia[modifier | modifier le code]

Conductive Anodic Filament (CAF)[modifier | modifier le code]

Le CAF est une réaction électrochimique qui provoque l'apparition d'un filament métallique entre deux conducteurs anode et cathode. Ce défaut n'est pas spécifiques aux via mais concerne n'importe quels éléments conducteurs. Les facteurs agissant sur la création de ces filaments sont principalement une température élevée et une humidité élevée. Ce problème est surtout pris en considération dans des domaines industriels comme l'automobile ou l'aéronautique.

Modélisation physique[modifier | modifier le code]

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. (en) IPC-2226, Sectional Design Standard for High Density Interconnect (HDI) Printed Boards, IPC, , p. 2
  2. (en) « Microvia Drilling in Printed Circuit Boards (PCBs) », sur www.coherent.com (consulté le 27 août 2016)
  3. 渡邉 英人, 津坂 英夫 et 桝田 正美, « プリント配線板における微細穴あけ加工 », 精密工学会誌, vol. 74,‎ , p. 1204–1209 (DOI 10.2493/jjspe.74.1204, lire en ligne)
  4. (en) Norio Michigami, Masatoshi Yamaga, Masahiro Kawamura, Osamu Kuze et Shigeo Nakamura, « High-performance Printed Circuit Board Production Equipment for Ultra-high Density Multi-layer Wiring », Hitachi Review Vol. 60, no 5,‎ (lire en ligne)