Calculateur de courant pour vias de circuit imprimé
Basé sur IPC-2221 — calculez le courant qu’un trou métallisé peut supporter, sa résistance et sa chute de tension, ou déterminez à rebours le diamètre du trou et le nombre de vias en parallèle nécessaires à votre réseau d’alimentation.
| Trou (mm) | Trou (mil) | Surface (mm²) | Imax. / via (A) | Résistance (mΩ) | Vias pour I |
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Capacité en courant : I = k · ΔT0.44 · A0.725 (IPC-2221), avec A en mil², k = 0,048 pour les conducteurs externes et 0,024 pour les conducteurs internes. Un via est entouré de FR-4 et dissipe mal la chaleur ; le coefficient interne (k = 0,024) est donc la valeur prudente par défaut.
Résistance : R = ρ·L / A, où ρ₂₀ = 1,72×10⁻⁸ Ω·m avec un coefficient de température de 0,00393/°C, et L est la longueur du via (≈ l’épaisseur du circuit pour un trou traversant). La chute de tension et la perte de puissance sont calculées avec I / N par via.
Conversions d’unités : 1 mil = 0,0254 mm = 25,4 µm · 1 oz/ft² = 35 µm de cuivre de surface (la métallisation du fût est spécifiée séparément) · Δ°F = Δ°C × 9/5 · °F = °C × 9/5 + 32.
Remarques : ① La classe 2 de l’IPC-6012 exige une métallisation moyenne du fût ≥ 20 µm (≥ 25 µm pour la classe 3) ; dans les trous à rapport d’aspect élevé, la métallisation est plus mince au centre du fût — vérifiez auprès de votre fabricant l’épaisseur minimale après fabrication. ② Les vias en parallèle ne se partagent pas parfaitement le courant : cet outil applique une réduction de capacité de 0,75 dès que N > 1, donc la capacité totale = Ivia × N × 0,75. ③ Les rapports d’aspect supérieurs à 8:1 (épaisseur du circuit / diamètre du trou) sont difficiles à métalliser uniformément. ④ La norme IPC-2221 est volontairement prudente ; IPC-2152 ou une simulation thermique donne des résultats plus précis pour les conceptions à courant élevé. ⑤ Les résultats ne tiennent pas compte des vias remplis ou bouchés, des connexions de décharge thermique ni des effets du masque de soudure — à titre indicatif seulement ; validez-les par des mesures avant la production.
Questions fréquemment posées
Quelle norme et quelle formule ce calculateur utilise-t-il ?
IPC-2221. Un via standard est un cylindre creux en cuivre ; sa section conductrice correspond donc à la paroi annulaire du fût : A = π · t · (D + t), où D est le diamètre fini du trou et t l’épaisseur de la métallisation du fût. La formule du courant est I = k · ΔT^0.44 · A^0.725, avec A en mil², k = 0,048 pour les conducteurs externes et 0,024 pour les conducteurs internes, et ΔT l’élévation de température admissible. Le calculateur indique également la résistance, la chute de tension et la perte de puissance, et peut calculer à rebours le diamètre minimal du trou pour un courant cible.
Pourquoi le modèle thermique interne est-il utilisé par défaut ?
Parce qu’un via est entouré de FR-4, et non d’air. Le FR-4 est un isolant thermique : la chaleur générée dans le fût ne peut donc se diffuser que dans le stratifié et les plans de cuivre adjacents ; elle ne peut pas être évacuée par convection vers l’air ambiant comme le ferait une piste en surface. Le coefficient interne k = 0.024 est donc le choix prudent — la valeur externe k = 0.048 doublerait approximativement la capacité calculée. Ne sélectionnez « Externe » que si le via est réellement exposé à un flux d’air ou relié à un grand plan dissipateur thermique.
Qu’est-ce qui compte le plus : le diamètre du trou ou l’épaisseur du dépôt ?
L’épaisseur du dépôt, en général. La section est A = π · t · (D + t), et la paroi du fût est très mince : un trou de 0.3 mm avec un dépôt de 25 µm ne contient que 0.0255 mm² de cuivre, bien moins qu’une piste de surface de 0.3 mm de large en cuivre 1 oz. Doubler l’épaisseur du dépôt double presque la section ; agrandir le trou apporte bien moins par unité de surface de carte. La norme IPC-6012 classe 2 exige une épaisseur moyenne de cuivre dans le fût de 20 µm (25 µm pour la classe 3), et le cuivre est plus mince au centre du fût des trous à rapport d’aspect élevé : vérifiez toujours l’épaisseur minimale après finition auprès de votre fabricant.
Comment calcule-t-on la résistance d’un via, et l’épaisseur de la carte a-t-elle une incidence ?
R = ρ·L/A, où ρ est la résistivité du cuivre (1.72×10⁻⁸ Ω·m à 20 °C, corrigée en fonction de la température de fonctionnement), L est la longueur du via — approximativement l’épaisseur de la carte pour un trou traversant — et A est la section du cuivre déposé. Un via typique de 0.3 mm avec un dépôt de 25 µm traversant une carte de 1.6 mm présente une résistance d’environ 1.08 mΩ. L’épaisseur de la carte ne modifie pas la capacité en courant, qui dépend de la section, mais elle augmente la résistance, la chute de tension et les pertes de puissance. Elle augmente aussi le rapport d’aspect : au-delà de 8:1, il est difficile de déposer le cuivre uniformément dans le fût.
Combien de vias en parallèle me faut-il pour un réseau à fort courant ?
Ne vous contentez pas de diviser par la capacité nominale d’un seul via. Les tolérances de fabrication et l’asymétrie du routage font que le courant ne se répartit pas uniformément. Ce calculateur applique donc une réduction de 0.75 pour le partage du courant dès qu’on utilise plusieurs vias : capacité totale = courant par via × N × 0.75. Par exemple, un via de 0.3 mm avec un dépôt de 25 µm, prévu pour environ 0.95 A avec une élévation de température de 10 °C, nécessite 8 vias pour conduire 5 A avec une marge de +10 %. Répartissez-les régulièrement le long du trajet du courant plutôt que de les regrouper, et prévoyez des pistes suffisamment larges pour alimenter chaque via.
Quelle élévation de température et quelle marge de sécurité dois-je utiliser ?
Une élévation de 10 °C avec une marge de +10 % est la valeur recommandée par défaut. Une élévation de 5 °C est plus prudente pour les boîtiers étanches, les températures ambiantes élevées et les cartes à haute fiabilité ; une élévation de 20–30 °C n’est acceptable que pour les charges intermittentes. La marge augmente le courant de conception avant que le calculateur détermine le diamètre minimal du trou ou le nombre de vias ; le résultat en tient donc déjà compte. Pour une charge continue à pleine puissance dans un boîtier chaud, choisissez +20 %.
Le calculateur prend-il en compte les vias remplis, les microvias et la norme IPC-2152 ?
Non — il modélise un trou traversant métallisé standard et creux. Les vias remplis de cuivre ou obturés avec un matériau conducteur présentent une section efficace plus importante et peuvent conduire davantage de courant. Les microvias réalisés au laser sont borgnes et beaucoup plus courts : indiquez l’épaisseur de la couche diélectrique comme longueur du via plutôt que l’épaisseur totale de la carte. La norme IPC-2221 est un ancien modèle empirique volontairement prudent ; les résultats d’IPC-2152 et des simulations thermiques concordent mieux avec les mesures effectuées sur les empilements modernes. Considérez le résultat comme une limite basse prudente et validez les chemins à fort courant en faisant circuler du courant dans un coupon de test ou à l’aide d’une caméra thermique. LEADHUI peut fabriquer des coupons avec votre empilement de production.