Blind, Buried & Micro Via Definition

Le rôle du via

Les vias sont utilisés pour créer les connexions verticales, ou inter-couches, dans un circuit imprimé.

Aux débuts de la fabrication des cartes, tous les vias traversaient entièrement la carte, d’un côté à l’autre. Ces thru-hole vias sont percés après la fabrication des couches et la gravure du routage. Les fûts conducteurs des vias sont formés dans les trous percés à l’aide d’un procédé de métallisation chimique sans courant, complétant ainsi les connexions entre couches.

L’évolution des technologies de fabrication des PCB a vu l’introduction des cartes multicouches, et avec elles, la possibilité de percer des vias entre d’autres paires de couches. En perçant des vias à certains moments du processus de fabrication, il est devenu possible de créer des vias qui ne s’étendent qu’entre deux couches de signal adjacentes. Ceux-ci sont appelés blind vias (d’une couche de surface vers la couche interne suivante) et buried vias (entre deux couches internes).

Les couches qu’un via peut relier dépendent de la technologie de fabrication utilisée pour produire la carte. L’approche traditionnelle pour fabriquer une carte multicouche consiste à réaliser un ensemble de fines cartes double face, ensuite assemblées en sandwich sous l’effet de la chaleur et de la pression pour former une carte multicouche.

L’image ci-dessous montre une carte à six couches, comme l’indiquent les noms de couches sur le côté gauche de l’image. Cette carte serait d’abord fabriquée sous la forme de trois cartes double face (Top-Plane1, Mid1-Mid2, Plane2-Bottom) comme l’indiquent les couches cœur hachurées.

Ces cartes double face peuvent comporter des emplacements de vias percés, si nécessaire, formant ce que l’on appelle des blind vias (via numéro 1) lorsque le via s’étend d’une couche de surface à une couche interne ; et des buried vias, lorsqu’un via s’étend d’une couche interne à une autre couche interne (via numéro 2). Après le pressage des couches ensemble pour former une seule carte multicouche, les vias traversants sont percés (via numéro 3).

Les trois types de vias pouvant être créés : borgne (1), enterré (2) et traversant.

Un autre type de technologie de fabrication des cartes multicouches est appelé technologie Build-up, où les couches sont ajoutées l’une après l’autre, souvent sur une carte double face ou une carte multicouche traditionnelle. Lorsque cette technologie est utilisée, les vias peuvent être percés au laser après l’ajout de chaque couche pendant le processus de build-up, ce qui permet un grand nombre de paires de couches possibles à relier. Les paires de couches utilisées pour chaque via sont définies par les paramètres Start Layer et End Layer du via.

Avant d’utiliser des vias borgnes ou enterrés, il est important d’établir le niveau de prise en charge fourni par le fabricant. La plupart des fabricants prennent en charge les vias borgnes et enterrés. Les couches qu’un via peut relier dépendent de la technologie de fabrication utilisée pour produire la carte. Avec cette technologie, une carte multicouche est fabriquée comme un ensemble de fines cartes double face ensuite « assemblées en sandwich ». Cela permet aux vias borgnes et enterrés de connecter les surfaces de ces cartes.

Les améliorations des techniques de fabrication et l’introduction du perçage laser ont permis de créer de très petits vias (<10 mil), formés d’une couche de surface vers la couche de signal suivante. Ceux-ci sont appelés µVias. En créant des µVias au fur et à mesure de la construction des couches pendant le processus de fabrication (appelé lamination séquentielle, ou build-up séquentiel), il est désormais possible de former une pile de µVias assurant des transitions de signal transparentes d’une couche à l’autre.

Tous ces types de vias sont pris en charge dans Altium Designer.

Tous les différents types de vias pouvant être fabriqués peuvent être définis dans l’onglet Via Types du Layer Stack Manager.

Définir un type de via

1. Pour définir un nouveau type de via, basculez vers l’onglet Via Types du Layer Stack Manager. C’est ici que vous définissez les exigences de portée entre couches dans le plan Z pour chacun des types de vias nécessaires à votre conception. Lorsque vous ouvrez l’onglet Via Types, il contient un seul type de via traversant.  Pour une carte à deux couches, le via par défaut est nommé Thru 1:2, cette dénomination reflétant le type de via ainsi que les première et dernière couches qu’il relie. La portée traversante par défaut ne peut pas être supprimée.
2. Les propriétés du type de via actuellement sélectionné sont modifiées dans le mode Layer Stack Manager du panneau Properties. Si le panneau n’est pas visible, cliquez sur le bouton en bas à droite de l’application pour l’activer.
3. Cliquez sur le bouton pour ajouter un type de via supplémentaire, puis sélectionnez les couches que ce type de via relie dans le panneau Properties. La nouvelle définition portera un nom de <Type> <FirstLayer>:<LastLayer> (par ex., Thru 1:2). Le logiciel détectera automatiquement le type (par ex. traversant, borgne, enterré) en fonction des couches choisies et nommera le type de via en conséquence.
4. Configurez les paramètres First Layer et Last Layer pour définir la portée de ce type de via.
5. Si un µVia est requis, activez la case à cocher µVia. Cette option n’est disponible que lorsque le via relie des couches adjacentes, ou adjacentes +1 (appelé Skip via).
6. Si l’option Stack Symmetry est activée dans la région Board du panneau Properties, l’option Mirror devient disponible. Lorsque Mirror est activé, un miroir du via actuel, reliant les couches symétriques dans l’empilement, est automatiquement créé — activez cette option si nécessaire. 
7. Enregistrez le stackup pour rendre les modifications disponibles dans l’éditeur PCB.

Panneau Properties

Lorsque l’onglet Via Types du document Layer Stack est actif, le panneau Properties vous permet de définir les exigences autorisées de portée entre couches dans le plan Z pour le ou les vias utilisés dans la conception.

Le Via Types tab est utilisé pour définir les exigences autorisées de portée entre couches dans le plan Z pour le ou les vias utilisés dans la conception.

• Via Type
  • Name – le nom du via. Le logiciel détecte automatiquement le type en fonction des couches choisies et nomme le via en conséquence.
  • First layer – la première couche que le via relie.
  • Last layer – la dernière couche que le via relie.
  • µVia – activez cette option si un microvia est requis.
  • Mirror – lorsqu’elle est activée, un miroir du via actuel reliant les couches symétriques dans l’empilement est créé. Cette option n’est disponible que si l’option Stack Symmetry est activée.
• Board
  • Stack Symmetry – activez cette option pour ajouter des couches par paires correspondantes, centrées autour de la couche diélectrique médiane. Lorsqu’elle est activée, l’empilement est immédiatement vérifié pour s’assurer de sa symétrie autour de la couche diélectrique centrale. Si une paire de couches à égale distance de la couche diélectrique de référence centrale n’est pas identique, la boîte de dialogue Stack is not symmetric dialog s’ouvre.

• Library Compliance – lorsqu’elle est activée, pour chaque couche sélectionnée dans la bibliothèque de matériaux, les propriétés actuelles de la couche sont vérifiées par rapport aux valeurs de cette définition de matériau dans la bibliothèque.
• Substack – ces informations concernent le sous-empilement actuellement sélectionné (couches, diélectrique, épaisseurs, etc.). Lorsque vous passez d’un sous-empilement à un autre, ces informations sont mises à jour en conséquence (pour le sous-empilement actuellement sélectionné).

• Stack Name – saisissez un nom de sous-empilement explicite. Ce champ est utile lorsque la région de stackup X/Y se voit attribuer un sous-empilement de couches.
• Is Flex – activez cette option si le sous-empilement est flexible.
• Layers – le nombre total de couches dans le sous-empilement.
• Dielectrics – le nombre total de diélectriques dans le sous-empilement.
• Conductive Thickness – l’épaisseur de la ou des couches conductrices dans le sous-empilement. Les couches de signal en cuivre sont appelées couches conductrices.
• Dielectric Thickness – l’épaisseur de la ou des couches diélectriques dans le sous-empilement.
• Total Thickness – l’épaisseur totale du sous-empilement.

µVias (MicroVias)

Les µvias sont utilisés comme interconnexions entre les couches dans les conceptions à interconnexion haute densité (HDI), afin de répondre à la forte densité d’entrées/sorties (E/S) des boîtiers de composants avancés et des conceptions de cartes. La technologie de fabrication séquentielle (SBU, Sequential Build-Up) est utilisée pour fabriquer les cartes HDI. Les couches HDI sont généralement ajoutées sur une carte cœur double face fabriquée de manière traditionnelle ou sur un PCB multicouche. À mesure que chaque couche HDI est construite de chaque côté du PCB traditionnel, les µvias peuvent être réalisés par : perçage laser, formation des vias, métallisation des vias et remplissage des vias. Comme le trou est percé au laser, il a une forme conique.

Si une connexion nécessitait un chemin à travers plusieurs couches, l’approche d’origine consistait à décaler une série de µvias selon un motif en escalier. Les améliorations des technologies et des procédés permettent désormais d’empiler directement les µvias les uns sur les autres.

Les µvias enterrés doivent être remplis, tandis que les µvias borgnes sur les couches externes ne nécessitent pas de remplissage. Les µvias empilés sont généralement remplis de cuivre électrodéposé afin d’assurer les interconnexions électriques entre les multiples couches HDI et de fournir un support structurel au(x) niveau(x) externe(s) du µvia.

Définition d’un µvia

Prise en charge des µvias

• Le logiciel prend en charge deux types de µvias :

  • Un µVia qui traverse d’une couche vers une couche adjacente.
  • Un Skip µVia, ce type de µvia saute la couche adjacente et aboutit sur la couche de cuivre suivante.

• Le type de via est détecté automatiquement en fonction de l’étendue de couches définie, comme illustré dans l’image ci-dessous.

• L’ordre dans lequel les First layer et Last layer sont choisis définit le sens de perçage d’un µvia, comme l’indique la direction de la forme conique du µvia dans l’image.

• Les µvias sont automatiquement empilés lors de la traversée de plusieurs couches pendant le routage interactif (à l’aide des types de vias disponibles). En savoir plus sur la modification du type de via pendant le routage.

Considérations de sortie pour les µvias

Le tableau de perçage PCB et les fichiers de sortie de type perçage prennent en charge les µvias.

Tableau de perçage

Le tableau de perçage PCB inclut les paires de perçage des µvias.

Le tableau de perçage identifie chaque trou par taille ; si la même taille est utilisée sur plusieurs paires de couches de perçage, elle est signalée comme mixte.

Fichiers de fabrication de perçage

NC Drill - un fichier distinct est créé pour chaque paire de perçage de µvias.

Gerber X2 - des entrées de configuration spécifiques pour chaque tracé de µvia.

ODB++ - un fichier de fabrication de perçage distinct est créé pour chaque paire de perçage de µvias.

Contre-perçage des vias traversants

Main page: Perçage à profondeur contrôlée, ou contre-perçage

Le contre-perçage, également appelé perçage à profondeur contrôlée (CDD), est une technique utilisée pour retirer la partie inutilisée, ou stub, du fût de cuivre d’un trou traversant dans une carte de circuit imprimé. Lorsqu’un signal haute vitesse circule entre les couches du PCB à travers un fût de cuivre, il peut être déformé. Si l’utilisation des couches de signal entraîne la présence d’un stub, et que ce stub est long, cette déformation peut devenir significative.

Ces stubs peuvent être supprimés en reperçant ces trous une fois la fabrication terminée, avec un foret légèrement plus grand. Les trous sont contre-percés à une profondeur contrôlée, proche de la dernière couche utilisée par le via, mais sans la toucher. En tenant compte des variations de fabrication et de matériau, un bon fabricant peut contre-percer les trous de manière à laisser un stub de 7 mil, et idéalement, le stub restant sera inférieur à 10 mil.

  
En reperçant le trou avec un foret surdimensionné jusqu’à une profondeur spécifique, la partie inutilisée du fût du via est supprimée, ce qui améliore l’intégrité de ce trajet de signal.

Le contre-perçage est activé dans le menu Layer Stack Manager's Tools, puis configuré dans l’onglet Back Drills du Layer Stack Manager.