Bouchage de via – de quoi s’agit-il et quand l’utiliser ?

Le bouchage de via est une technique utilisée lors de la fabrication d’un circuit imprimé qui consiste à remplir le via (ou trou métallisé) avec du vernis épargne ou une résine époxy. Ce processus permet de boucher partiellement ou complètement le via, à l’aide d’un matériau de remplissage conducteur (électrique ou thermique) ou non. Cette méthode permet d’éviter des migrations de soudure lors de l’assemblage et d’améliorer la fiabilité du PCB en réduisant la probabilité de présence de bulles d’air ou des résidus chimiques, dans le via.

Qu’est-ce qu’un via ?

Un via est un trou traversant métallisé (PTH) dans un circuit imprimé. Il est utilisé pour réaliser une connexion électrique entre les différentes couches du circuit. En revanche, il ne permet pas d’insérer des composants car il s’agit généralement d’un trou et d’une pastille de faible diamètre.

Existe-t-il différents types de bouchages de via et quelles sont leurs spécificités ? En effet, il existe sept types de bouchages de via. Certains sont recommandés par NCAB en revanche, d’autres sont obligatoires en fonction des technologies. Chaque bouchage porte un nom ou type différent.

L’IPC-4761 spécifie 7 types de via différents :          

NCAB Group n’utilise que trois types de bouchages de via sur les sept existants : Filled Via Holes (Type V), Filled and Covered Via Holes (Type VI) et Filled and Capped Via Holes (Type VII).

• Filled (Via Type V) : Cette méthode permet un remplissage total par un matériau non conducteur, éliminant le risque de piéger des contaminants dans le via.
• Filled and covered (Via Type VI) : Pénétration complète du vernis/résine dans le via avec un dépôt supplémentaire de vernis appliqué sur les pastilles. Le vernis est appliqué sur une ou deux faces en fonction du design. Lorsque les deux pastilles sont recouvertes de vernis, cela offre une meilleure protection au trou métallisé.
• Filled and capped (Via Type VII) : Bouchage identique au via type VI avec une couche de cuivre conductrice recouvrant le via sur les 2 faces du circuit. Utilisé pour des applications avec via in pad dans les BGA (PCB HDI). Dans ce cas, une résine spécifique est utilisée pour boucher le via afin de minimiser les risques de bulles d’air.

Bouchage vernis épargne

En comparaison au « tenting via », les via sont totalement remplis d’encre de vernis épargne (LPI) lors de ce process.

Process de sérigraphie

Dans ce process, un pochoir en aluminium est utilisé pour faire pénétrer le vernis (liquide) dans les via destinés à être remplis. L’étape du vernis épargne est effectuée après ce dépôt en sérigraphie.

Avantages:

• Moins coûteux que le bouchage de via (conducteur ou non conducteur).
• Ce process est idéal uniquement s’il s’agit de remplir des via à 100 %.
• Voir le tableau ci-dessous pour les principaux avantages, le degré de certitude et les facteurs de coût.

Inconvénients :

• Ne convient pas au process Via In Pad (c’est-à-dire pour les via actifs).

Bouchage de via (Via In Pad – conducteur ou non conducteur)

Pour fabriquer des produits de plus en plus complexes, avec des isolements serrés, les ingénieurs électroniques doivent concevoir des circuits imprimés avec une densité supérieure sans compromettre les performances. C’est pourquoi, les BGA avec des pas ou des isolements fins sont de plus en plus communs. Au lieu d’utiliser le standard « dog bone » où les signaux sont transférés du BGA vers le via connecté aux autres couches, le trou est percé directement dans la plage du BGA. Cela facilite le routage des pistes car la surface du via devient une plage BGA, ce qui permet de l’utiliser comme une plage CMS normale pour le vernis. Ce processus est appelé “Via In Pad” tandis que le pad est appelé “Active Pad”.

Globalement, il existe deux types de bouchages de via en fonction du matériau utilisé : le bouchage de via non conducteur et le bouchage de via conducteur. Parmi ces deux types, le plus courant et le plus privilégié est le bouchage de via non conducteur.

Bouchage de via conducteur

Pour les conceptions de PCB qui nécessitent la diffusion d’une grande quantité de chaleur ou de courant de part et d’autre de la carte, le bouchage de via avec résine conductrice thermique est une solution efficace. Il peut également être utilisé pour dissiper la chaleur excessive générée sous certains composants. La nature métallique du matériau de remplissage dissipe la chaleur du composant vers l’autre côté de la carte, un peu comme un radiateur.

Avantages:

• Dissipateur ou transfert de chaleur là où d’autres méthodes conventionnelles ne sont pas possibles, par exemple sous la puce du composant.
• Augmentation de la dissipation grâce à une conductivité thermique plus élevée (entre 3,5 et 15 W/mK) du matériau conducteur.

Inconvénients :

• Forte instabilité de la pastille et de la métallisation du cuivre à l’intérieur du trou. Cette instabilité est due à la différence de valeur du coefficient de dilatation thermique (CTE en Z) entre le matériau conducteur et le stratifié qui l’entourent. Lorsque le circuit imprimé subit des cycles thermiques, le métal se réchauffe et se dilate plus rapidement que le substrat ce qui peut provoquer une rupture entre la pastille et le trou d’interconnexion, et conduire à un circuit ouvert.
• La conductivité thermique n’est pas trop élevée (comparée à celle du cuivre électro-déposé qui est supérieure à 250 W/mK), de sorte qu’il est possible d’ajouter quelques via supplémentaires et d’éviter ce process au profit d’un bouchage de via non conducteur plus fiable.
• Plus coûteux que le bouchage non conducteur
• La demande n’est pas très répandue donc peu de fabricants sont en mesure d’en fournir

Bouchage de via non conducteur ou bouchage résine Epoxy

Il s’agit de la méthode la plus courante de bouchage des via, en particulier pour le process Via In Pad. Le trou métallisé est rempli d’un matériau non conducteur. Le choix de ce matériau dépend de la valeur CTE, de la disponibilité, des exigences de conception spécifiques et du type de process. La conductivité thermique d’un matériau non conducteur est normalement proche de 0,25 W/mK. Une idée reçue à propos des via non conducteurs est qu’ils ne transmettent pas de courant ou ne transportent que des signaux électriques faibles, ce qui est faux. Le via est toujours métallisé avant que le matériau non conducteur ne soit inséré à l’intérieur. Ainsi, le via fonctionnera normalement comme dans n’importe quel autre circuit imprimé standard.

Avantages:

• Empêche le vernis ou tout autre contaminant de pénétrer dans le via
• Fournit une résistance et un support structurel aux « active pad » (processus Via In Pad).
• Offre une meilleure stabilité et fiabilité du via en raison de la valeur proche du CTE entre le matériau de remplissage et le stratifié

Que recommande NCAB Group ?

Lorsque la spécification prévoit un bouchage de via mais ne précise pas la méthode à utiliser, le fabricant de PCB doit se conformer à la norme IPC-4761 Type VI (filled and recovered).

Via borgne

Les via borgnes vont de la couche externe à la première couche interne (N-1). S’ils sont de faible diamètre (100µm) et percés au laser, nous les appelons microvias. S’ils sont placés sur une plage, le fabricant les remplit de cuivre. Certains fabricants les remplissent d’époxy et les recouvrent de cuivre. NCAB ne spécifie pas de type IPC-4761 spécial pour les via borgnes. Pour les µvia in pad, il est recommandé de les boucher avec du cuivre. Il est possible de réaliser un bouchage type VII résine et copper capped, mais cette solution est plus complexe en terme de process et donc plus onéreuse.

Le remplissage des via est un élément qui peut s’avérer très important mais, bien souvent, le concepteur ignore quel type spécifier. NCAB déconseille de spécifier « via rempli » ou « via bouché » car cela est source de confusion à la fois pour le concepteur et pour le fabricant.

A la place, nous recommandons de spécifier le type IPC-4761 du via. Cela facilite la compréhension du concepteur et du fabricant, et permet de comprendre la fonctionnalité des via. L’IPC-4761 définit les types de bouchage pour les via percés mécaniquement, pas pour les microvia percés au laser. Les microvia sont systématiquement bouchés avec du cuivre s’ils sont placés sur la plage d’un composant ou si un autre microvia est empilé (stacké).

« Pour les via tented et bouchés, « -a » signifie une seule face et « -b » signifie les deux faces. L’IPC ne donne pas d’exigence en termes de profondeur de remplissage mais NCAB le fait : pour un PCB d’une épaisseur de 1,60 mm, avec des via traversants, d’un diamètre compris entre 0,25 mm et 0,50 mm, l’objectif est un remplissage à 100 %. Cependant nous considérons comme acceptable si > 70% de remplissage est atteint.

De nos jours, le prix est plus important que jamais. Il est donc important de choisir le bon type de bouchage de via dès la phase de conception.

Avant de le spécifier, posez-vous ces questions :

• Quelle sera la fonctionnalité du via ?
• Dois-je placer le via à l’intérieur de la plage (via in pad) ?
• Ai-je besoin que le via soit bouché à 100 % ?
• Quelle est la taille du via destiné à être rempli et quel est son diamètre ?

Si vous avez des questions concernant le bouchage des via, veuillez contacter votre bureau local NCAB et nous vous aiderons à spécifier le bon type de bouchage.

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