Ajout de Via Stitching et de Via Shielding

En un coup d'œil

Cet article explique la différence entre les vias de couture et les vias de blindage dans Altium Designer, les raisons d’utiliser chaque technique et la manière dont Altium Designer prend en charge les deux selon une procédure similaire. Il décrit les étapes d’ajout de vias de couture à un net, présente les principales options de configuration du placement, de l’espacement et du type de via, et explique comment modifier des ensembles de vias existants après leur placement. Si vous souhaitez mieux comprendre quand utiliser des vias de couture ou de blindage et comment les configurer dans l’éditeur de PCB, ce guide vous aidera à suivre la procédure en toute confiance. Poursuivez votre lecture pour optimiser la conception de votre PCB.

- Vous comprendrez le rôle des vias de couture et des vias de blindage, ainsi que les différents objectifs auxquels ils répondent dans la conception de PCB.
- Vous découvrirez comment ajouter des vias de couture ou de blindage dans Altium Designer, notamment grâce aux principales options des boîtes de dialogue qui contrôlent le placement et les propriétés des vias.
- Vous prendrez connaissance de points importants concernant l’espacement, le comportement des connexions, le recalcul du remplissage des polygones et la modification des ensembles de vias existants.
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La couture par vias est une technique utilisée pour relier de grandes zones de cuivre sur différentes couches, créant ainsi une connexion verticale robuste à travers la structure du circuit imprimé, ce qui contribue à maintenir une faible impédance et des boucles de retour courtes. La couture par vias peut également servir à reconnecter à leur net des zones de cuivre qui seraient autrement isolées.

Le blindage par vias a une autre fonction : dans les conceptions RF, il contribue à réduire la diaphonie et les interférences électromagnétiques sur une piste transportant un signal RF.  Un blindage par vias, également appelé barrière de vias ou clôture de vias, est créé en plaçant une ou plusieurs rangées de vias le long du trajet du signal. Dans Altium Designer, cette technique est appelée blindage par vias.

Altium Designer prend en charge la couture par vias et le blindage par vias. Le processus d’ajout de vias de couture ou de blindage étant similaire, cette page traite des deux sujets.

 
 
 
 
 

La couture par vias contribue à créer des connexions verticales robustes à travers le circuit imprimé, à maintenir les impédances et à raccourcir les boucles de retour.

Le blindage par vias permet de créer une « barrière » pour protéger le net contre la diaphonie et les interférences électromagnétiques.

 

Ajout de vias de couture

La couture par vias s’effectue en post-traitement et consiste à remplir les zones de cuivre libres avec des vias de couture. Pour que la couture par vias soit possible, des zones de cuivre reliées au net spécifié doivent se chevaucher sur différentes couches. Les zones de cuivre prises en charge comprennent : Fills, Solid Regions, Polygons et Power Planes.

Pour ajouter des vias de couture à un net, sélectionnez la commande Tools » Via Stitching/Shielding » Add Stitching to Net dans les menus. La boîte de dialogue Add Stitching to Net s’ouvre et permet de spécifier Net, Stitching Parameters et Via Style. Lorsque vous cliquez sur le bouton OK, l’algorithme de couture identifie tous les remplissages, régions pleines, polygones et plans d’alimentation reliés au net sélectionné, puis tente de les connecter à travers le circuit imprimé à l’aide du via et du motif de couture spécifiés.  

Les nouveaux ensembles de vias de couture sont configurés dans la boîte de dialogue Add Stitching to Net. Les ensembles de vias existants sont ensuite modifiés dans la boîte de dialogue Via Stitching () ou dans le panneau Properties (). Les champs de ces trois interfaces sont décrits ci-dessous.

Remarques sur la couture par vias

  • Sélectionnez d’abord le Net à utiliser pour la couture, car cela influe sur le comportement des autres options, notamment lorsque vous cliquez sur le bouton Load values from Routing Via Style Rule. Si le net est déjà sélectionné dans l’espace de conception, il est automatiquement choisi à l’ouverture de la boîte de dialogue Add Stitching to Net.

  • Les vias de blindage sont identifiés par VSn: Via Stitching, où la valeur numérique n indique que ce via appartient à la même union de vias de couture que les autres vias portant le même identifiant numérique.

  • Le style de connexion du via (à frein thermique ou direct) est défini par la contrainte de conception Polygon Connect Style applicable pour les polygones et par la contrainte de conception Plane Connect Style applicable pour les plans d’alimentation ; les connexions aux régions pleines et aux remplissages sont directes.

  • Une fois la couture terminée, vous devez recalculer le remplissage de tous les polygones concernés auxquels les vias sont raccordés par une connexion à frein thermique.

  • Chaque ensemble de vias de couture est ajouté à une union. Réglez le panneau PCB sur le mode Unions pour explorer ces unions ().

  • Pour modifier un ensemble de vias de couture, double-cliquez sur l’un des vias de l’ensemble afin d’ouvrir la boîte de dialogue Via Stitching, ou le panneau Properties s’il est configuré pour s’ouvrir par un double-clic (). Vous pouvez également tracer un rectangle de sélection par inclusion (de gauche à droite) englobant un ou plusieurs vias de couture, puis modifier les paramètres dans le panneau Properties.

  • L’ensemble de vias peut être supprimé en exécutant la commande Tools » Via Stitching » Remove Via Stitching Group, puis en cliquant sur l’un des vias du groupe. 

  • L’algorithme de couture par vias traite les polygones, les remplissages, les régions pleines et les plans d’alimentation de la manière suivante :

    1. Les polygones, régions et remplissages appartenant au même net sont reliés par des vias de couture partout où ils se chevauchent sur différentes couches. Si des polygones, régions ou remplissages appartenant à d’autres nets chevauchent cette zone (sur une autre couche), aucune couture n’est effectuée dans cette zone. Les régions de plan appartenant à d’autres nets qui se chevauchent sont traversées.

    2. Les régions de plan qui se chevauchent sur le net cible sont toujours reliées par des vias de couture, indépendamment de la présence de régions de plan (sur une autre couche) rattachées à d’autres nets. La règle 1 ci-dessus s’applique si des polygones, régions ou remplissages se chevauchent dans la même zone.

      To summarize these two rules - sur les autres couches, les plans appartenant à d’autres nets sont toujours traversés par les vias de couture, contrairement aux polygones, régions ou remplissages appartenant à d’autres nets. Si la conception comprend des polygones appartenant à d’autres nets dans une zone nécessitant des vias de couture, mettez temporairement ces polygones de côté, définissez les vias de couture, puis rétablissez les polygones et recalculez leur remplissage. En savoir plus sur la mise de côté des polygones et le recalcul de leur remplissage. 

Modification de la zone de couture par vias

Les vias de chaque zone distincte de couture par vias sont regroupés dans une union. L’union entière peut être déplacée, et la zone peut également être redimensionnée.

Tracez une fenêtre de sélection de gauche à droite pour sélectionner une zone de couture, puis déplacez-la ou redimensionnez-la en positionnant la souris de manière à obtenir le curseur approprié.

Ajout de vias de blindage à un net

Le blindage par vias permet d’isoler un net des interférences ou des couplages potentiels provenant de signaux voisins. L’espacement des vias de blindage doit être adapté à la fréquence la plus élevée contre laquelle la protection est nécessaire. Une conception correcte du blindage est essentielle : une barrière de vias mal conçue peut en effet contribuer aux problèmes d’interférences électromagnétiques si son espacement correspond à la fréquence de résonance d’un signal voisin. Ce point est abordé plus en détail dans la section Remarques sur le blindage par vias.

Pour placer un blindage par vias autour d’un net routé, sélectionnez la commande Tools » Via Stitching/Shielding » Add Shielding to Net dans les menus. La boîte de dialogue Add Shielding to Net s’affiche. Vous pouvez y configurer les paramètres Net to Shield et les autres Shielding Parameters, la référence Net, ainsi que les Via Style selon vos besoins. Les vias sont placés de part et d’autre du ou des nets choisis, partout où leur placement respecte les règles de conception applicables.

Les nouveaux ensembles de vias de blindage sont configurés dans la boîte de dialogue Add Shielding to Net. Les ensembles existants sont ensuite modifiés dans la boîte de dialogue Via Shielding () ou dans le panneau Properties ().  Les champs de ces trois interfaces sont décrits ci-dessous.

Remarques sur le blindage par vias

  • Sélectionnez d’abord le Net à blinder car cela influe sur le comportement des autres options, notamment lorsque vous cliquez sur le bouton Load values from Routing Via Style Rule. Si le net est déjà sélectionné dans l’espace de conception, il est automatiquement choisi à l’ouverture de la boîte de dialogue Add Shielding to Net.

  • Les vias de blindage sont identifiés par VSHn: Via SHielding, où la valeur numérique n indique que ce via appartient à la même union de vias de blindage que les autres vias portant le même identifiant numérique.

  • Le style de connexion des vias (avec frein thermique ou directe) est défini par la contrainte de conception Style de connexion des polygones applicable aux polygones et par la contrainte de conception Style de connexion aux plans applicable aux plans d’alimentation.

  • Une fois la couture terminée, vous devrez recalculer le remplissage de tous les polygones concernés auxquels s’applique une règle de conception Style de connexion des polygones spécifiant une connexion avec frein thermique.

  • Chaque ensemble de vias de blindage est ajouté à une union. Passez le panneau PCB en mode Unions pour explorer ces unions ().

  • Pour modifier un ensemble de vias de blindage, double-cliquez sur n’importe quel via de l’ensemble afin d’ouvrir la boîte de dialogue Via Shielding , ou le panneau Properties s’il est configuré pour s’ouvrir par double-clic (). Vous pouvez également tracer un rectangle de sélection par inclusion (de gauche à droite) contenant un ou plusieurs vias de blindage, puis modifier les paramètres dans le panneau Properties.

  • Pour supprimer l’ensemble de vias, exécutez la commande Tools » Via Stitching/Shielding » Remove Via Shielding Group, puis cliquez sur n’importe quel via du groupe.

  • Vous pouvez effectuer un blindage partiel d’un net ou blinder plusieurs nets :

    • Si vous ne souhaitez pas blinder l’intégralité du net, sélectionnez d’abord les segments de piste souhaités, puis effectuez le blindage en activant l’option Selected Objects.

    • Pour blinder plusieurs nets adjacents, sélectionnez-les dans l’espace de conception, puis effectuez le blindage en activant l’option Selected Objects.

    • Notez qu’une paire différentielle peut être blindée à l’aide de la technique Selected Objects pour plusieurs nets, ou en choisissant l’un des deux nets de la paire différentielle dans la liste déroulante Net to Shield.

  • Utilisez l’option Add shielding copper pour ajouter un polygone englobant les vias de blindage et activez l’option Add clearance cutout pour rogner le polygone afin qu’il englobe uniquement les vias. Consultez la rubrique Ajout de cuivre de blindage avec les vias de blindage ci-dessous pour en savoir plus sur ces options.

Le dimensionnement et le positionnement des vias de blindage ne relèvent pas d’une science exacte, mais des recommandations ont été établies à partir d’essais empiriques. 

  • Dans son article intitulé « Techniques de conception de PCB pour une conformité CEM au moindre coût — Partie 1 », M. K. Armstrong recommande :

« Réalisez une couture avec un espacement maximal de λ/20, et des longueurs de tronçons en dérivation ne dépassant pas cette valeur. C’est en fait une très bonne règle pour relier par couture toute zone de cuivre de masse au plan de masse dans une conception multicouche. λ est la longueur d’onde correspondant à la fréquence significative la plus élevée de la conception (supposez une fréquence de 1 GHz si elle est inconnue), où :

f = C / λ

N. B. : C (vitesse de la lumière) sera d’environ 60 % de la vitesse dans le vide pour un rayonnement électromagnétique se propageant à travers le diélectrique FR4 d’un PCB. »

  • Comme indiqué dans le forum de discussion(5) référencé ci-dessous, pour un PCB doté d’une antenne intégrée, « la distance entre les vias ne doit pas dépasser 1/4 de la longueur d’onde de résonance ». 

  • La discussion du forum(5) renvoie également à une note technique qui précise que « la règle empirique courante consiste à espacer les vias de couture de λ/10 au maximum, et de préférence de λ/20 ».

Ajout de cuivre de blindage avec les vias de blindage

Outre l’ajout de vias de blindage de part et d’autre du routage, vous pouvez également ajouter du cuivre de blindage, comme illustré dans les images ci-dessous. Pour ce faire, activez l’option Add shielding copper dans la boîte de dialogue Via Shielding . Ce cuivre est créé sous forme de polygone et respecte donc les règles de conception Espacement et Style de connexion des polygones applicables.

L’option Add shielding copper ajoute un polygone englobant les vias de blindage. Le bord du polygone situé à l’opposé du net blindé touche le bord des vias. Le bord du polygone adjacent au net blindé est placé en retrait du net conformément à la règle de conception Espacement applicable. Si l’option Add clearance cutout est également activée, le retrait du polygone par rapport au net blindé est alors défini par le paramètre Distance de la boîte de dialogue Add Shielding to Net. Survolez l’image ci-dessous avec le curseur pour voir la différence.

Vias de blindage autour d’un net avec l’option de découpe d’espacement activée, et

vias de blindage autour d’un net avec l’option de découpe d’espacement désactivée.

 

Sélection ou modification des vias de couture ou de blindage

Pour simplifier la manipulation d’un réseau de vias de couture ou de blindage, ces deux types de vias sont automatiquement regroupés en unions. Les unions sont gérées dans le panneau PCB.

Sélection à l’aide du panneau PCB

Pour sélectionner le réseau, passez le panneau PCB en mode Unions et sélectionnez l’union Via Stitching ou Via Shielding souhaitée. Tous les vias appartenant à ce réseau seront sélectionnés si la case Select est cochée dans le panneau (comme illustré dans l’image ci-dessous). Vous pouvez également double-cliquer sur n’importe quel via du réseau pour ouvrir le panneau Propriétés  et modifier le réseau.

Utilisez le panneau PCB en mode Unions pour sélectionner tous les vias d’un réseau de couture ou de blindage. Dans cette image, les quatre unions de vias de blindage sont sélectionnées.
Utilisez le panneau PCB en mode Unions pour sélectionner tous les vias d’un réseau de couture ou de blindage. Dans cette image, les quatre unions de vias de blindage sont sélectionnées.

Sélection interactive d’un ensemble de vias

Comportement de sélection :

  • Un via de liaison ou de blindage individuel peut être sélectionné et supprimé.

  • Si l’option Popup Selection Dialog est activée dans Preferences (), un clic sur un via individuel appartenant à une union affiche une liste incluant cette union, comme illustré dans l’image ci-dessus. Lorsqu’une union est sélectionnée, cet ensemble de vias peut être supprimé dans l’espace de travail ou modifié dans le panneau Properties. 

  • Si la boîte de dialogue Popup Selection n’est pas activée, un clic sur un via individuel appartenant à une union se comporte comme suit :

    • Le premier clic sélectionne le via individuel.

    • Le deuxième clic et les suivants sélectionnent l’objet suivant dans l’ordre de sélection utilisé lorsque des objets se superposent : par exemple, composant, polygone, union de vias (si ces objets se trouvent sous le curseur).

    • Vous pouvez également, après avoir sélectionné le via individuel au premier clic, appuyer sur le raccourci Shift+Tab pour appeler la commande Select Overlapping. Continuez à appuyer sur Shift+Tab pour parcourir les objets superposés et les sélectionner tour à tour.

  • Une union de vias de liaison limitée à une zone peut être sélectionnée en traçant une fenêtre de sélection englobante autour de n’importe quel via de l’union (de gauche à droite), comme le montre l’animation de la section Modification d’une zone de vias de liaison définie par l’utilisateur de cette page.

Modification d’un ensemble de vias

Une fois un ensemble de vias de liaison ou de blindage sélectionné, ses propriétés peuvent être modifiées dans le mode Via Stitching ou Via Shielding du panneau Properties. Double-cliquez sur n’importe quel via de l’ensemble pour ouvrir le panneau.

Exemple de modification de vias de liaison dans le panneau Properties.Exemple de modification de vias de liaison dans le panneau Properties.

Après avoir modifié une propriété dans le panneau et appuyé sur la touche Enter du clavier, le message Changes pending et les boutons s’affichent en haut du panneau. Cliquez sur Apply pour terminer la modification.

Pour en savoir plus

  1. Pour obtenir des informations sur tous les aspects de la conception de circuits imprimés, consultez le site du magazine Printed Circuit Design and Fab Magazine. Ce site est une excellente ressource sur des sujets techniques, tels que le rôle d’une « via fence » (incluez les guillemets pour améliorer la qualité des résultats de recherche).

  2. Article Wikipédia, Barrière de vias

  3. Études sur le couplage entre vias dans les circuits imprimés multicouches

  4. Un article présentant les principes fondamentaux de la propagation des ondes électromagnétiques dans la structure d’un circuit imprimé : Bonnes pratiques de conception de circuits imprimés

  5. Un forum de discussion où la question Via fences for noise reduction of a chip antenna? a été posée

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