PCB via couture et blindage

La couture de vias sur le PCB consiste à utiliser un grand nombre de vias pour connecter un ensemble des zones de cuivre sur différentes couches. Le blindage de vias (parfois appelé  » palissade « ) consiste à utiliser une ou deux rangées de vias pour relier des coulées de cuivre au périmètre de certaines pistes ou aux zones de coulée de cuivre. Il existe de nombreux points de vue différents sur quand et comment utiliser les vias de couture/blindage sur votre PCB, dont nous allons résumer certains dans ce post.

Masse constante


L’utilisation la plus courante des plans de couture avec vias est probablement de garantir des chemins de retour courts pour les signaux ou d’aider à maintenir une masse constante. Dès qu’un courant commence à circuler, il provoque une tension sur le cuivre qu’il traverse, ce qui permet à la fois de répartir le courant et de faire « rebondir » la masse en fonction de la partie du PCB examinée. La couture de via peut être un moyen efficace et peu coûteux de coupler plus étroitement la masse sur le PCB.

Gestion thermique


Sur certains PCB, la couture de vias peut être utile pour distribuer la chaleur. Un PCB est plus conducteur horizontalement (à travers la couche) que verticalement (à travers la carte). Si le suivi n’est effectué que sur les couches extérieures, une grande partie de la chaleur est transportée latéralement et le noyau peut être plus froid que les traces. En cousant cette construction avec des vias, on obtient un peu plus de conductivité à travers le plan qui transporte et dissipe la chaleur vers le noyau, réduisant ainsi les températures globales. Cet avantage disparaît bien sûr si toute la carte est utilisée pour transporter du courant et qu’il n’y a donc pas d’endroit plus froid où la chaleur peut se répandre.

 

Crosstalk


Le cuivre de couture peut également être utilisé pour réduire le couplage capacitif entre les signaux. Imaginez deux pistes adjacentes sur la carte comme les bornes d’un condensateur, l’espace entre elles étant le diélectrique. Un espace plus large signifie moins de capacité et moins de diaphonie. Le cuivre cousu entre les pistes a donc le même effet qu’un espace plus petit, à moins que le cuivre ne soit bien mis à la terre. Il est donc important de considérer si le cuivre cousu est effectivement mis à la terre à la fréquence d’intérêt. Dans ce rôle, les vias cousus ont tendance à être utilisés sur des circuits analogiques à haute impédance (ADC, SMPS, etc.) où il y a un manque de plans de référence solides.

 

EMI


La couture du cuivre autour des pistes à haute fréquence est réalisée pour des raisons totalement différentes. Le but ici est de clôturer les ondes électromagnétiques rayonnant de ces pistes. Malheureusement, les isolants du courant – y compris le noyau diélectrique FR4 du PCB – sont de bons conducteurs d’ondes électromagnétiques. Lorsque les fréquences des signaux sont suffisamment élevées pour que les longueurs d’onde soient de taille similaire à celles des éléments en cuivre du PCB, les deux plans de masse deviennent des guides d’ondes utiles, faisant rebondir les ondes électromagnétiques entre elles lors de leur sortie par le côté de la carte. La pratique suggérée est donc de coudre/blinder les plans de masse sur une carte RF avec des vias espacés d’au moins 1/10ème de la longueur d’onde de la plus haute fréquence concernée. L’objectif est de maintenir un espacement faible par rapport à une longueur d’onde dans le diélectrique du substrat, afin que la clôture apparaisse solide aux ondes incidentes.

 

 

Copper Balancing


Enfin, l’assemblage des panneaux de PCB peut présenter des avantages lors de la fabrication de la carte car les vias peuvent relier des zones de cuivre non connectées (îlots) au réseau, ce qui permet une plus grande couverture de cuivre. Le résultat est généralement que le PCB aura des quantités plus équilibrées de cuivre continu sur chaque côté de la carte, ce qui peut aider à prévenir la déformation pendant la refusion.

 

Applying Stitching Vias


La plupart des outils de CAO fournissent un mécanisme permettant d’assembler automatiquement deux coulées de cuivre. La première décision de l’utilisateur est d’inclure ou non des îlots dans la coulée de cuivre. Un îlot est une zone de cuivre inondée qui n’a pas de connexion au réseau sur sa couche mais qui acquerra une connexion au réseau lorsqu’elle sera assemblée à l’autre coulée de cuivre. Dans Proteus Design Suite, la case à cocher Supprimer les îlots est utilisée pour contrôler la coulée de cuivre lorsque vous placez un plan d’alimentation.

 

 

Une fois les zones d’inondation définies sur les deux couches, l’utilisateur doit invoquer la commande d’assemblage de via. Normalement, une boîte de dialogue de configuration permet de choisir le style de via et l’espacement minimum entre les vias, puis le logiciel se charge de placer les via. Une fois configurée, cette commande suture généralement toute la zone commune des deux plans.

 

 

Bien que cela semble évident, l’une des erreurs les plus courantes commises par les utilisateurs consiste à assembler les plans trop tôt dans la mise en page. Un PCB entièrement cousu rendra le routage des traces beaucoup plus difficile et donc, à moins qu’il n’y ait une bonne raison, la couture doit toujours être effectué après le routage.

 

Application de Shield


Les vias de blindage, parfois appelés via fences ou picket fences, suivent les mêmes principes que les vias de couture, mais consistent généralement en une seule rangée de vias de périmètre autour des pistes ou des limites de la coulée de cuivre. Ils sont presque toujours utilisés pour isoler les zones de la carte fonctionnant à des fréquences différentes et pour le contrôle des interférences électromagnétiques, comme indiqué ci-dessus.

De manière procédurale, vous appliquerez les vias de blindage presque de la même manière. Vous pouvez sélectionner soit la ou les pistes à blinder, soit le plan d’alimentation si les vias sont appliqués au périmètre de la coulée de cuivre. Le dialogue de blindage de vias est alors lancé à partir du menu contextuel et la configuration s’effectue de la même manière que pour la couture de vias.

 

Résumé


La question de savoir s’il est nécessaire ou non de suturer vos coulées de cuivre est souvent débattue par des concepteurs de circuits imprimés bien plus talentueux et expérimentés que moi, et la réponse à cette question nécessite dans tous les cas une bonne dose de connaissances spécifiques au produit. Nous espérons que cet article couvre les principales questions impliquées et vous donne quelques idées sur la façon dont les plans de couture pourraient aider votre conception de PCB.