Dans l'électronique de puissance, les PCB traditionnels utilisant du cuivre de 1 oz ou 2 oz ne peuvent souvent pas supporter les charges de courant ou la dissipation thermique requises. C'est là que les PCB en cuivre épais, également appelés PCB en cuivre lourd, entrent en jeu.
Un PCB en cuivre épais présente généralement des couches de cuivre de 3 oz (105μm) ou plus. Ces cartes sont conçues pour une fiabilité dans des environnements à courant élevé, haute température ou soumis à des contraintes mécaniques. Elles sont couramment utilisées dans :
- Modules d'alimentation
- Systèmes de protection et de charge de batteries pour véhicules électriques
- Circuits d'onduleurs solaires
- Contrôleurs de moteurs industriels
- Systèmes militaires ou aérospatiaux
Highleap PCB Factory a fabriqué des PCB multicouches de 6 oz et des cartes hybrides (par exemple, couches de puissance de 4 oz + couches de signal de 1 oz) qui passent les tests de cyclage thermique, de vibration et environnementaux pour des clients dans les secteurs des véhicules électriques et des énergies renouvelables. Ces cas d'utilisation soulignent l'importance des performances électriques et de la fiabilité mécanique dans des conditions réelles.
1. Qu'est-ce qu'un PCB en cuivre épais et pourquoi l'utiliser ?
Un PCB en cuivre épais est tout circuit imprimé utilisant des couches de cuivre plus épaisses que 3 oz/ft². Alors que les PCB typiques utilisent du cuivre de 1 oz, les conceptions en cuivre épais varient souvent de 3 oz à 10 oz selon les exigences de courant, thermiques et mécaniques.
Cas d'utilisation
Le cuivre épais est essentiel dans les applications à courant élevé (40A–100A), telles que :
- Convertisseurs DC/DC
- Systèmes de gestion de batteries
- Contrôleurs industriels et servomoteurs
- Plans de distribution d'alimentation
- Systèmes énergétiques à haute tension
Pourquoi les ingénieurs choisissent le cuivre épais
- Gestion du courant : Une section transversale plus large réduit les pertes résistives
- Fiabilité thermique : Le cuivre lourd agit comme un dissipateur de chaleur
- Résistance mécanique : Réduit le risque d'endommagement des pistes sous contrainte
- Résilience aux courts-circuits : Gère l'énergie transitoire de surtension
- Chute de tension réduite : Meilleure stabilité de tension dans les zones à charge élevée
2. Directives de conception pour les PCB en cuivre épais
Concevoir un PCB en cuivre épais ne se limite pas à augmenter l'épaisseur du cuivre. Cela impacte les règles de mise en page, l'impédance, la construction de l'empilement et la DFM (Design for Manufacturing).
a. Calcul de la largeur des pistes
Utilisez IPC-2152 plutôt que les anciens tableaux IPC-2221 pour dimensionner les pistes. Par exemple, 10A sur du cuivre de 4 oz peut nécessiter une largeur de piste de 100 mil+ selon l'élévation de température et le flux d'air. Les calculatrices en ligne ne suffisent pas—confirmez avec votre fabricant.
b. Gestion de la chaleur
Le cuivre épais aide à conduire la chaleur, mais une répartition adéquate des couches, les vias thermiques et les empilements symétriques restent essentiels pour éviter les points chauds et le délaminage. Évitez de placer toutes les pistes haute puissance sur une seule couche.
c. Espacement minimum et gravabilité
Le cuivre lourd nécessite des pistes et des espaces plus larges en raison de la surgravure. Par exemple :
- Cuivre 1 oz : 4/4 mil
- Cuivre 4 oz : 10/10 mil typique
- Cuivre 6 oz : ≥12 mil préférable
Consultez toujours le tableau des capacités de votre fabricant.
d. Conception d'empilement équilibré
Pour éviter le gauchissement, maintenez une symétrie du cuivre entre les couches. Si la couche externe est de 6 oz, les couches internes doivent être ajustées en conséquence. Les conceptions déséquilibrées se déforment souvent pendant le refusion ou les cycles thermiques.
3. Considérations clés lors de l'approvisionnement de PCB en cuivre épais
a. Validation DFM et de l'empilement
Chez Highleap PCB Factory, nous aidons les clients à valider les empilements avant la production. Nous prenons en compte :
- L'écoulement de la résine sous un poids de cuivre élevé
- La température de liaison des couches et le rating Tg
- Le placage des parois de trou pour les conceptions à couches épaisses
Une collaboration précoce évite les surprises pendant la fabrication.
b. Normes de qualité et de fiabilité
Nos PCB en cuivre épais respectent IPC-6012 Classe 2 ou Classe 3 selon vos objectifs de fiabilité. Chaque projet inclut :
- Des tolérances d'épaisseur de cuivre vérifiées (±10%)
- Des rapports optionnels de microsection et de cyclage thermique
- Un test électrique à 100% et une vérification d'impédance (si nécessaire)
Le cuivre épais ne concerne pas seulement la construction—il s'agit de performances reproductibles en production.
c. Délais et capacité
Délais typiques :
- Prototypes : 7–10 jours ouvrés
- Petites séries : 10–14 jours ouvrés
- Séries moyennes : jusqu'à 18 jours ouvrés
Des services express sont disponibles. Les empilements sont revus avant de confirmer les fenêtres de production pour garantir un respect des délais.
d. Facteurs de coût et conseils de devis
Facteurs affectant le coût :
- Matériau en cuivre plus cher et cycles de pressage supplémentaires
- Usure des forets et vitesses d'avance lentes
- Ajustements des tolérances AOI et de gravure
Pour optimiser les coûts :
- Utilisez uniquement le poids de cuivre nécessaire
- Combinez signal et puissance avec des empilements hybrides
- Demandez des options de matériaux standards si possible
Nous proposons des devis transparents avec des détails d'empilement et des suggestions d'ingénierie pour réduire les coûts sans sacrifier la fiabilité.
e. Expédition et manutention
Les PCB en cuivre épais sont plus lourds et moins flexibles. Nous utilisons :
- Emballages intérieurs sous vide et protégés contre les décharges électrostatiques
- Protection par mousse rigide + carton extérieur
- Options de messagerie mondiale avec documents prêts pour les douanes
Pour les expéditions multi-cartes, nous proposons un emballage combiné PCB + PCBA pour réduire les coûts et les risques de transit.
4. Assemblage de PCB en cuivre épais : Ajustements pratiques pour une production fiable
a. Refusion et masse thermique
Le cuivre lourd agit comme un dissipateur thermique pendant la refusion. Cela nécessite :
- Une montée en température plus lente et des temps de maintien prolongés
- Un préchauffage pour la soudure sélective
- Des pochoirs à gradins ou un ajustement du volume de pâte à souder
Chez Highleap PCB Factory, tous les profils de refusion pour cuivre épais sont ajustés en interne sur la base de simulations d'empilement.
b. Conception des pastilles et optimisation CAM
Nous adaptons la conception des pastilles pour le dégagement thermique et la mouillabilité de la soudure. Les techniques incluent :
- Des rayons thermiques sur les grandes zones de cuivre
- Des pastilles définies par masque de soudure pour le contrôle de la chaleur
- Le remplissage de vias dans les pastilles pour réduire la succion sur les plans de cuivre internes
Notre équipe CAM examine vos données et recommande des ajustements de mise en page si nécessaire, en particulier pour les cartes avec des masses de cuivre lourdes ou des composants haute densité.
Conclusion : La fabricabilité commence par une conscience technique
Les PCB en cuivre épais sont essentiels pour l'électronique de puissance moderne, mais ils ne réussissent que lorsque la conception, la fabrication et l'assemblage sont alignés.
Chez Highleap PCB Factory, nous ne fabriquons pas seulement—nous conseillons, validons et livrons. Notre objectif est de garantir que votre PCB en cuivre épais est électriquement solide, mécaniquement fiable et prêt pour la production dès le premier lot jusqu'au dernier.
Que vous conceviez un contrôleur de moteur industriel robuste, un module de batterie à courant élevé ou un convertisseur solaire compact, nous sommes prêts à vous accompagner de la conception de l'empilement jusqu'à l'expédition dans les délais.