Guide d’ingénierie12 décembre 2024• 11 min lecture
Via Sizing: How Many Vias Needed?
Réponse rapide
Calculate the exact number of vias needed for your PCB. Engineering formulas for current requirements with practical examples.
"De combien de vias ai-je besoin ?" C’est l’une des questions les plus courantes dans la conception de PCB, et à laquelle il est étonnamment difficile de répondre. Trop peu de vias et vous risquez des pannes thermiques ou des problèmes de chute de tension. En trop grand nombre, vous gaspillez de l'espace sur le tableau et augmentez les coûts.
Ce guide vous donne les formules, les tableaux et les règles empiriques pour calculer exactement le nombre de vias dont vous avez besoin, que ce soit pour l'alimentation électrique, la gestion thermique ou la couture de masse. Plus besoin de deviner.
Bases du via : anatomie d'un via
Avant de calculer le nombre de vias, il est utile de comprendre ce qui détermine le courant et la capacité thermique d'un via.
| Paramètre | Description | Valeurs typiques |
|---|---|---|
| Diamètre du foret | Taille du trou avant placage | 8-20 millions |
| Diamètre fini | Taille du trou après placage | 6-18 millions |
| Épaisseur du placage | Cuivre sur paroi du tonneau | 0,8-1,5 mil |
| Diamètre du tampon | Anneau en cuivre autour du trou | Perceuse + 8-16 mil |
| Rapport hauteur/largeur | Épaisseur de la planche / taille du foret | 6:1 à 12:1 |
Information clé : le courant circule à travers le placage de cuivre sur le corps du via, et non à travers le centre. Un via plus grand a une plus grande surface de placage et donc une capacité de courant plus élevée.
Capacité actuelle via un seul canal
La capacité actuelle d'un seul via dépend de l'épaisseur du placage, de la taille du foret et de l'augmentation de température autorisée.
| Taille du foret | Zone de placage | Courant (10°C) | Courant (20°C) |
|---|---|---|---|
| 6 millions | 0,47 mil² | 0,4 A | 0,5 A |
| 8 millions | 0,63 mil² | 0,5 A | 0,7 A |
| 10 millions | 0,78 mil² | 0,7 A | 0,9 A |
| 12 millions | 0,94 mil² | 0,9 A | 1.2A |
| 15 millions | 1,18 mil² | 1.2A | 1,5 A |
| 20 millions | 1,57 mil² | 1.6A | 2.0A |
Ces valeurs supposent une épaisseur de placage standard. Pour un placage plus épais tel que 1,5 mil IPC Classe 3, augmentez la capacité d'environ 30 %.
Comment calculer le nombre de vias
Il existe deux manières pratiques de dimensionner un réseau de vias selon que vous vous souciez le plus de la fourniture de courant ou de la correspondance avec la géométrie du cuivre connecté.
Nombre de vias = (Courant requis ÷ Capacité d'un seul via) × Facteur de sécurité
Méthode 1 : Calcul basé sur le courant
Pour la fourniture d'énergie, divisez le courant requis par la capacité du simple via et ajoutez un facteur de sécurité.
Méthode 2 : Correspondance de la largeur de trace
Faites correspondre le total via la section transversale à la section transversale de la trace afin que la transition ne devienne pas un goulot d'étranglement.
- Utilisez un facteur de sécurité de 1,25 pour les applications standards.
- Utilisez un facteur de sécurité de 1,5 pour les conceptions à haute fiabilité ou soumises à des contraintes thermiques.
| Largeur du tracé | Zone de trace | Vias nécessaires |
|---|---|---|
| 20 millions | 27 millions² | 2-3 |
| 50 millions | 68 millions² | 4-5 |
| 100 millions | 137 millions² | 7-8 |
| 200 millions | 274 millions² | 14-16 |
Exemple : Un passage de rail de 5 A passant par des vias de 10 mil avec une capacité de 0,7 A pour un seul via a besoin d'environ 9 vias après application d'un facteur de sécurité de 1,25.
La méthode de section transversale peut également être utile : Via Count = (Trace width × Trace Thickness) ÷ Via Plating Area.
Référence rapide : Nombre de vias par courant
Pour des estimations rapides, ce tableau suppose des vias de forage de 10 mil avec un placage de 1 mil et une augmentation de température de 10 °C.
| Actuel | Vias minimum | Recommandé | Haut-Rel |
|---|---|---|---|
| 0,5 A | 1 | 2 | 2 |
| 1 A | 2 | 2-3 | 3 |
| 2A | 3 | 4 | 5 |
| 3A | 5 | 6 | 8 |
| 5 A | 8 | 9-10 | 12 |
| 10 A | 15 | 18-20 | 25 |
| 15 A | 22 | 25-28 | 35 |
| 20 A | 29 | 35 | 45 |
Besoin de chiffres exacts ? Utilisez le Via Current Calculator pour dimensionner les tableaux à partir de vos objectifs réels de placage, d'épaisseur de carte et d'augmentation de température.
Via le dimensionnement par application
Différents tableaux via sont optimisés pour différentes tâches. Un réseau de transition de puissance n'est pas la même chose qu'un réseau de tampons thermiques ou une clôture de couture.
| Application | Courant typique | Par taille | Via le nombre |
|---|---|---|---|
| Puissance du MCU | 100-500 mA | 10 millions | 2-4 |
| Pilote de moteur | 1-5 A | 12-15 millions | 6-12 |
| Pilote LED | 0,5-2 A | 10-12 millions | 3-6 |
| Sortie DC-DC | 2-10 A | 12-15 millions | 8-20 |
| Connexion de la batterie | 5-20 A | 15-20 millions | 15-40 |
| Dissipation de puissance | Taille du tampon | Par taille | Via le nombre |
|---|---|---|---|
| 0,5 W | 3×3 mm | 12 millions | 4-6 |
| 1 W | 4×4 mm | 12-15 millions | 9-12 |
| 2 W | 5×5 mm | 15 millions | 12-16 |
| 5 W | 8×8 mm | 15-20 millions | 25-36 |
Pour la planification des coussins thermiques, comparez ces chiffres avec le Guide Thermal Via vs Signal Via.
Vias de couture au sol
Les coutures au sol maintiennent les chemins de retour courts et prévisibles pour les signaux à grande vitesse. L'espacement dépend de la fréquence la plus élevée qui vous intéresse.
| Fréquence maximale | Longueur d'onde (FR4) | Espacement maximal des vias |
|---|---|---|
| 100 MHz | ~1500 mm | 150 mm (aucune couture nécessaire) |
| 500 MHz | ~300 mm | 30 mm |
| 1 GHz | ~150 mm | 15 mm (600 mil) |
| 2,4 GHz | ~62 mm | 6 mm (240 mil) |
| 5 GHz | ~30 mm | 3 mm (120 mil) |
Règle générale : Espacez les vias de couture de masse à λ/20 ou moins, où λ est la longueur d'onde à la fréquence de signal la plus élevée. Cela permet de garder le chemin de retour bien contrôlé.
Via les bonnes pratiques en matière de placement
1. Alimentation via des tableaux
- Placez les vias selon un motif de grille sous les plots ou le long des traces.
- Utilisez un espacement minimum d'environ 3 × le diamètre via.
- Distribuez le courant pour qu'un via ne devienne pas un point chaud.
- Répartir les vias uniformément sur la zone de cuivre.
2. Transitions thermiques et de signaux
- Centrer les vias thermiques sous la source de chaleur.
- Utilisez un pas d'environ 1,0 à 1,2 mm pour de nombreux tampons thermiques.
- Placez les vias de terre à moins de 20 à 30 mil des vias de signal.
- Envisagez le rétro-perçage ou les vias HDI pour les signaux très rapides.
Via le calcul de chute de tension
Les vias ajoutent de la résistance ainsi qu'une augmentation de température. Dans les rails basse tension, cette résistance peut être presque aussi importante que le chauffage.
| Par exercice | Résistance | V-Drop à 1A |
|---|---|---|
| 8 millions | ~0,6 mΩ | 0,6 mV |
| 10 millions | ~0,5 mΩ | 0,5 mV |
| 12 millions | ~0,4 mΩ | 0,4 mV |
| 15 millions | ~0,3 mΩ | 0,3 mV |
Pour plusieurs vias en parallèle, divisez la résistance d'un seul via par le nombre de vias. La chute de tension totale du chemin inclut à la fois les traces et les vias, associez donc ces vérifications au calculateur de largeur de trace.
Exemples concrets
Exemple 1 : Étage de puissance du pilote de moteur
Conception : pilote de moteur 12 V, courant de crête 8 A, transition de couche de la trace externe au plan interne.
Via foret : 12 mil → Capacité d'un seul via : 0,9A (10°C)
Vias requis : 8A ÷ 0,9A = 9 minimum
Avec facteur de sécurité de 1,25× : 9 × 1,25 = 12 vias
Disposition : grille 3×4 au pas de 40 mil sous le bloc d'alimentation.
Via foret : 12 mil → Capacité d'un seul via : 0,9A (10°C)
Vias requis : 8A ÷ 0,9A = 9 minimum
Avec facteur de sécurité de 1,25× : 9 × 1,25 = 12 vias
Disposition : grille 3×4 au pas de 40 mil sous le bloc d'alimentation.
Exemple 2 : coussin thermique du régulateur de tension
Conception : LDO dissipant 1,5 W, plot exposé de 5 mm × 5 mm, connecté au plan de masse.
Zone du plot thermique : 25 mm²
Diamètre du via : 15 mil (0,4 mm) avec plot de 0,8 mm
Pas du via : 1,0 mm pour un transfert thermique fort
Via array : 4×4 = 16 vias
Option de remplissage : branché ou sous tente pour réduire l'évacuation de la soudure.
Zone du plot thermique : 25 mm²
Diamètre du via : 15 mil (0,4 mm) avec plot de 0,8 mm
Pas du via : 1,0 mm pour un transfert thermique fort
Via array : 4×4 = 16 vias
Option de remplissage : branché ou sous tente pour réduire l'évacuation de la soudure.
Exemple 3 : Transition du signal USB 3.0
Conception : transition de couche de paire différentielle USB 3.0 SuperSpeed (5 Gbit/s).
Signal via : foret de 8 mil pour une capacité inférieure
Vias de terre : 2 par via de signal, à environ 25 mil de distance
Configuration : GND-D+-D--GND
Envisagez de percer en arrière pour réduire la longueur du tronçon de via.
Signal via : foret de 8 mil pour une capacité inférieure
Vias de terre : 2 par via de signal, à environ 25 mil de distance
Configuration : GND-D+-D--GND
Envisagez de percer en arrière pour réduire la longueur du tronçon de via.
Erreurs courantes de dimensionnement des vias
Utiliser un seul via pour les connexions à courant élevé. Un seul via de 10 mil ne transporte qu'environ 0,7 A en toute sécurité dans des hypothèses courantes, de sorte que les rails d'alimentation en ont généralement besoin de plusieurs en parallèle.
Encombrement des vias trop rapprochés. Des réseaux trop denses créent un risque de fabrication et un mauvais partage du courant. Gardez au moins 3 × via l'espacement des diamètres, et 4 × est souvent plus sûr.
Ignorer les limites de rapport hauteur/largeur. Un petit via à travers une planche épaisse peut devenir impossible à plaquer de manière fiable. Les usines standard sont beaucoup plus satisfaites du 8:1 que du 17:1.
Oublier les goulots d'étranglement des connexions planes. Une ferme de vias n'aide pas si elle alimente une trace étroite ou une mauvaise restriction de l'avion.
Résumé : Formule de comptage via
Il s'agit d'un bon raccourci de premier passage pour les vias de 10 mil avec un placage de 1 mil à une élévation de 10°C.
Pour des résultats précis adaptés à votre conception, utilisez le Via Current Calculator. Il tient compte de la taille des vias, de l'épaisseur du placage, de l'épaisseur des panneaux et de l'augmentation de la température.
Via Count = (Courant ÷ 0,7A) × 1,25
Lorsque vous avez besoin de visualiser les zones thermiques et l'emplacement des panneaux, l'examen mécanique 3D peut également vous aider. Les flux de travail de modélisation 3D modernes sont de plus en plus utiles lors du prototypage électronique.
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