I. Premièrement, comprendre : Pourquoi choisir un PCB en cuivre épais ? (Introduction de 30 secondes)

Les PCB en cuivre épais, en termes simples, sont des cartes de circuits imprimés avec une épaisseur de feuille de cuivre ≥ 3oz (1oz ≈ 35μm). On les trouve couramment dans des scénarios "haute puissance, haute dissipation thermique" tels que les alimentations industrielles, les véhicules à énergie nouvelle et les équipements médicaux—par exemple, les bornes de recharge des véhicules à énergie nouvelle doivent résister aux fortes surtensions. Les cartes en cuivre fin ordinaires sont sujettes à la surchauffe et à la combustion. Le cuivre épais agit comme une "autoroute dans le circuit", dissipant rapidement le courant et la chaleur, et améliorant également la résistance mécanique de la carte de circuit imprimé (résistance à la flexion, résistance aux vibrations). Cependant, le cuivre épais n'est pas "plus il est épais, mieux c'est". Une conception incorrecte peut entraîner des problèmes tels que "une dissipation thermique inégale, une mauvaise soudure et une flambée des coûts". C'est la question centrale sur laquelle nous allons nous concentrer aujourd'hui : comment répondre aux exigences de performance tout en assurant la fabricabilité (DFM) ?

II. Considérations clés pour la conception de PCB en cuivre épais (Première étape pour éviter les pièges)

1. Sélection de l'épaisseur de la feuille de cuivre: Ne pas rechercher aveuglément "plus il est épais, mieux c'est". Principe clé : Le courant nominal détermine l'épaisseur du cuivre. Une formule simplifiée est : Courant admissible (A) ≈ Épaisseur de la feuille de cuivre (oz) × Largeur de la trace (mm) × 0,8 (Température ambiante ≤40℃). Exemple : Une feuille de cuivre de 3oz + une trace de 3 mm de large peut supporter environ 7,2 A de courant, ce qui est suffisant pour la plupart des scénarios d'alimentation industrielle. Piège : Le cuivre dépassant 10oz peut provoquer une flexion du PCB et des difficultés de perçage. Sauf exigences particulières (telles que les équipements aérospatiaux), privilégiez la spécification courante de 3 à 6oz.

2. Conception des traces: Évitez le "chauffage par col étroit" et assurez un flux de courant régulier. Largeur de la trace : Les traces en cuivre épais ne doivent pas être trop étroites ! Pour une feuille de cuivre de 3oz, la largeur de trace minimale recommandée est ≥0,3 mm (0,1 mm est suffisant pour le cuivre fin ordinaire). La largeur doit augmenter proportionnellement au courant (par exemple, pour une feuille de cuivre de 6oz transportant un courant de 10A, la largeur recommandée est ≥5 mm).

Transition de trace : Évitez les rétrécissements/élargissements soudains (par exemple, une chute brutale de 5 mm à 1 mm). Utilisez une "transition progressive" (longueur ≥ 3 fois la différence de largeur), sinon un "goulot d'étranglement du courant" se formera, provoquant une surchauffe localisée et une combustion. Optimisation de la dissipation thermique : Sous les appareils haute puissance (tels que les MOSFET), utilisez "cuivrage + vias thermiques" (diamètre du via 0,8-1,2 mm, espacement 2-3 mm) pour permettre à la chaleur d'être rapidement conduite vers le plan de masse/d'alimentation.

3. Conception des vias: Un "défaut fatal" des cartes en cuivre épais—faites très attention ! Diamètre du via : La couche de cuivre sur la paroi du via d'une plaque de cuivre épaisse doit correspondre à l'épaisseur de la feuille de cuivre. Un diamètre de via standard de 0,4 mm est insuffisant pour le placage d'une feuille de cuivre de 3oz. Un diamètre de via minimal de ≥0,8 mm (avec une épaisseur de paroi en cuivre ≥20μm) est recommandé.

Nombre de vias : N'utilisez pas un seul via sur les chemins à courant élevé ! Par exemple, si une feuille de cuivre de 3oz transporte 5A de courant, il est recommandé d'utiliser 2 à 3 vias en parallèle (chaque via peut supporter environ 2 à 3A de courant) pour empêcher le via de surchauffer et de fondre.

Ouverture du masque de soudure : Des ouvertures de masque de soudure suffisantes (0,2-0,3 mm plus grandes que le diamètre du via) doivent être prévues autour du via pour empêcher la soudure de boucher le via pendant la soudure, ce qui affecterait la dissipation thermique et la conductivité.

III. Conception DFM pour les PCB en cuivre épais : Permettre aux usines de "produire avec moins de retouches"

Le cœur du DFM (Design for Manufacturability) est que "la conception doit s'adapter aux processus de fabrication". Le DFM pour les PCB en cuivre épais se concentre sur la résolution des "défis de processus posés par le cuivre épais" :

1. Gravure de la feuille de cuivre: Éviter la gravure inégale. Largeur/espacement minimal : Pour une feuille de cuivre de 3oz, la largeur de ligne minimale ≥ 0,3 mm et l'espacement minimal des lignes ≥ 0,3 mm (0,1 mm est suffisant pour le cuivre fin) ; pour une feuille de cuivre de 6oz, une largeur/espacement de ligne ≥ 0,4 mm est recommandé, sinon, des "largeurs de ligne inexactes" et des "courts-circuits" sont susceptibles de se produire pendant la gravure.
2. Pose du cuivre avec des ouvertures : Pour la pose de cuivre sur de grandes surfaces, utilisez la "pose de cuivre en grille" (espacement de la grille 2-3 mm, largeur de ligne 0,2-0,3 mm) pour éviter le rétrécissement de la feuille de cuivre pendant la gravure, ce qui peut provoquer une flexion du PCB ; si une pose de cuivre pleine est requise, des "fentes de dissipation thermique" (largeur 0,5 mm, espacement 10-15 mm) doivent être réservées.

2. Processus de stratification: Pour éviter la "délamination et le bullage", la séquence de stratification doit être la suivante : La feuille de cuivre épaisse doit être placée sur la "couche extérieure" ou "près de la couche extérieure" pour éviter d'être prise en sandwich au milieu et empêcher la dissipation thermique ; l'épaisseur de la feuille de cuivre de la carte multicouche doit être symétrique (par exemple, 3oz pour la couche supérieure et 3oz pour la couche inférieure), sinon un gauchissement se produira après la stratification. Sélection du substrat : Privilégiez les substrats à haute Tg (Tg≥170℃), tels que les substrats FR-4 Tg170 ou PI, pour éviter le ramollissement et la délamination du substrat pendant la soudure à haute température (la température de soudure des plaques de cuivre épaisses est généralement de 10 à 20℃ supérieure à celle du cuivre fin).

3. Processus de soudure: Sélection d'appareils à "haute conductivité thermique" adaptés au cuivre épais : Privilégiez les "boîtiers haute puissance" (tels que TO-220, D2PAK) pour éviter de souder de petits appareils en boîtier sur du cuivre épais, où la chaleur ne peut pas se dissiper et la soudure fondra. Conception des pastilles : Les pastilles sur le cuivre épais doivent être 0,2-0,3 mm plus grandes que les pastilles ordinaires. Par exemple, les pastilles pour une résistance 0805 sont généralement de 0,8×1,2 mm, mais pour le cuivre épais, 1,0×1,5 mm est recommandé pour assurer une forte soudure. Paramètres de soudure par refusion : Le cuivre épais absorbe plus de chaleur, la température de soudure par refusion doit donc être augmentée de manière appropriée (5-10℃ de plus que pour le cuivre fin) et le temps de maintien prolongé de 10 à 15 secondes pour éviter les "joints de soudure froids".

4. Contrôle des coûts: La valeur cachée du DFM (Design for Manufacturing) - Éviter la surconception : Par exemple, utilisez une feuille de cuivre de 1 à 2 oz dans les zones où un courant élevé n'est pas requis, et n'utilisez du cuivre épais que dans les chemins critiques pour réduire les coûts de matériaux ; Dimensions standardisées : Utilisez autant que possible les épaisseurs de carte standard de l'usine (par exemple, 1,6 mm, 2,0 mm). Les épaisseurs de carte spéciales (par exemple, 3,0 mm et plus) augmenteront la difficulté et le coût de traitement ; Communication précoce : Confirmez les capacités de traitement avec le fabricant de PCB avant la conception (par exemple, épaisseur maximale du cuivre, diamètre minimal des trous, précision de la gravure) pour éviter les conceptions qui ne peuvent pas être fabriquées après l'achèvement.

IV. Résumé :

Conception de PCB en cuivre épais : "3 éléments clés"
Correspondance de l'épaisseur du cuivre au courant : Évitez d'augmenter aveuglément l'épaisseur ; sélectionnez les spécifications courantes de 3 à 6 oz en fonction des exigences de courant ; Atténuation des risques grâce aux détails : Transitions de traces progressives, vias parallèles et largeur/espacement des traces conformes ; Priorité DFM : Tenez compte des processus de gravure, de stratification et de soudure lors de la conception pour réduire les retouches. La conception de PCB en cuivre épais peut sembler complexe, mais en saisissant les deux éléments clés de la "conduction du courant" et de la "compatibilité des processus", la plupart des pièges peuvent être évités.