La pastille d'un via se trouve près du cuivre des plans de référence et contribue à la capacité parasite. Une approximation simple montre comment le diamètre de la pastille, le dégagement de l'antipad et l'épaisseur de la carte modifient cette estimation. Elle ne remplace pas un modèle de chaque plan, couche diélectrique et chemin de retour d'une transition réelle.
Le calculateur de capacité des vias PCB compare une modification géométrique à la fois et trace la réactance capacitive idéale en fonction de la fréquence. Commencez par identifier correctement les dimensions : le trou, la pastille et l'antipad sont des éléments distincts.
Que représentent D1, D2 et T ?
| Symbole | Signification dans cette approximation | Erreur de saisie fréquente |
|---|---|---|
| D1 | Diamètre de la pastille du via | Saisir le diamètre de perçage ou du trou fini |
| D2 | Diamètre de dégagement ou d'antipad dans les plans de référence | Saisir un dégagement radial au lieu d'un diamètre |
| T | Épaisseur totale du PCB pour l'approximation du via traversant | Saisir la distance au plan de référence le plus proche |
| εr | Permittivité relative supposée | Considérer une valeur générique de stratifié comme une donnée mesurée à toutes les fréquences |
Le dégagement radial entre pastille et antipad vaut (D2 − D1)/2. Une pastille de 0.60 mm dans un antipad de 1.00 mm présente un dégagement radial de 0.20 mm. Après toute conversion d'unité, le diamètre de dégagement doit dépasser celui de la pastille.
T n'a pas ici le même sens que la hauteur diélectrique d'un calculateur d'impédance microruban. Dans l'atelier d'impédance, la géométrie entre piste et référence est déterminante. Pour cette équation particulière de via traversant, T est l'épaisseur totale du PCB. Transférer le même nombre d'un outil à l'autre sans vérifier sa définition change la question physique.
Quelle formule le calculateur utilise-t-il ?
Texas Instruments SLLA284G, équation 1, page imprimée 15 fournit l'approximation. Exprimée en millimètres :
C [pF] = (1.41 / 25.4) × εr × T [mm] × D1 / (D2 − D1)
Le coefficient publié utilise les pouces ; la division par 25.4 convertit T pour l'expression en millimètres. D1 et D2 doivent employer la même unité afin que leur rapport reste sans dimension. L'outil convertit chaque entrée avant d'évaluer l'expression.
Le nombre de plans et le diamètre du trou ne sont pas des entrées supplémentaires de cette équation. Ce n'est ni une somme de capacités individuelles à plaques parallèles, ni un modèle de via borgne, ni une résolution de champ. Pour distinguer les distances aux différents plans ou un dégagement irrégulier, choisissez un modèle qui inclut ces caractéristiques.
Exemple chiffré : via traversant sur une carte de 1.6 mm
Définissez T = 1.60 mm, D1 = 0.60 mm, D2 = 1.00 mm, εr = 4.2 et une fréquence d'évaluation = 1000 MHz. Le calculateur renvoie C = 0.559559 pF. Le tableau modifie une seule dimension par ligne :
| Cas | T | D1 | D2 | C estimée | Variation | Module idéal de Xc à 1 GHz |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Référence | 1.60 mm | 0.60 mm | 1.00 mm | 0.559559 pF | — | 284.429 Ω |
| Antipad agrandi de 25% | 1.60 mm | 0.60 mm | 1.25 mm | 0.344344 pF | −38.46% | 462.197 Ω |
| Pastille réduite de 25% | 1.60 mm | 0.45 mm | 1.00 mm | 0.305214 pF | −45.45% | 521.454 Ω |
| Carte amincie de 25% | 1.20 mm | 0.60 mm | 1.00 mm | 0.419669 pF | −25.00% | 379.239 Ω |
Ces variantes montrent la sensibilité mathématique. Une pastille plus petite doit conserver une couronne annulaire et une marge de positionnement suffisantes. Un antipad plus grand retire davantage de cuivre du plan de référence et peut modifier la continuité du courant de retour ou les structures voisines. Une carte plus mince change les contraintes mécaniques et d'empilage. Aucune ligne n'est une recommandation automatique de fabrication.
Pourquoi les faibles dégagements sont-ils sensibles ?
Le dénominateur D2 − D1 devient petit lorsque les deux diamètres se rapprochent. Conservez T, D1 et εr aux valeurs de référence, mais réduisez D2 de 1.00 à 0.65 mm. La capacité estimée devient 4.47647 pF, soit huit fois la référence, car la différence des diamètres passe de 0.40 à 0.05 mm.
Cette forte variation explique l'importance des tolérances dimensionnelles. Elle ne prouve pas que l'approximation reste précise lorsque l'espace tend vers zéro. D2 = D1 est indéfini et D2 < D1 est invalide pour cette géométrie. Une capacité négative obtenue avec cette combinaison est une erreur d'entrée ou de modèle, et non un résultat exploitable.
La fréquence modifie-t-elle la capacité ?
Pas dans ce modèle géométrique à permittivité constante. La fréquence modifie le module de la réactance capacitive idéale :
|Xc| [Ω] = 10⁶ / {2π × f [MHz] × C [pF]}
La référence donne environ 2844.29 Ω à 100 MHz et 284.429 Ω à 1 GHz. En continu, un condensateur idéal est un circuit ouvert. L'outil affiche cet état plutôt qu'un nombre fini ; il ne calcule pas les fuites diélectriques.
Un module de réactance capacitive plus faible n'équivaut pas à une résistance série plus faible. Son effet dépend de la connexion de cette capacité dans la transition. La courbe tracée ne prédit ni les pertes d'insertion, ni la résonance, ni la bande passante utilisable. La permittivité et les pertes du matériau réel peuvent aussi varier avec la fréquence.
Comment utiliser le résultat lors d'une revue de conception ?
Consignez les définitions exactes de pastille et d'antipad, l'épaisseur totale, l'hypothèse de matériau et la transition comparée. Utilisez l'outil pour identifier la dimension qui mérite une étude de tolérance. Examinez ensuite la structure complète, y compris les pastilles et dégagements propres à chaque couche, la longueur du fût, le stub inutilisé et les plans de référence.
Lisez le guide complémentaire sur l'inductance des vias pour comprendre l'estimation distincte du fût. Ne transformez pas ces deux résultats indépendants en résonance annoncée au moyen d'une équation LC idéale : ils ne décrivent pas tous les effets distribués d'une transition réelle par via.
Questions fréquentes
L'antipad est-il identique au diamètre du trou ?
Non. L'antipad est un dégagement de cuivre dans un plan de référence. Le trou est l'ouverture percée ou finie à travers la carte. Dans ce calculateur, D2 est le diamètre de l'antipad.
T doit-il être la distance au plan le plus proche ?
Non. Cette approximation TI pour via traversant utilise l'épaisseur totale du PCB. Un modèle basé sur les distances aux plans individuels correspond à un autre calcul.
Un antipad plus grand améliore-t-il toujours la conception ?
Il réduit cette estimation de capacité si les autres entrées restent constantes. Il peut aussi modifier la continuité du retour et le cuivre environnant. Examinez l'ensemble de la transition et les contraintes de fabrication.
Peut-on calculer la capacité d'un microvia borgne ?
L'outil applique l'approximation indiquée pour un via traversant. À cette fin, utilisez un modèle adapté à la géométrie du via borgne et à ses plans de référence réels.
Comparez les dimensions de pastille et d'antipad avant de demander une revue de l'empilage et de la fabrication.