Imaginez faire passer 50 ampères dans une piste de PCB standard. Résultat ? Des traces carbonisées et un beau feu d'artifice. C'est là qu'intervient leHeavy Copper PCB — le bodybuilder de l'électronique de puissance. Avec des épaisseurs de cuivre allant jusqu'à 20oz (700μm !), ces cartes sont conçues pour encaisser les gros courants sans broncher.
Définitions clés :
- Standard PCB : 0,5 - 2 oz de cuivre (17-70 μm)
- Heavy Copper : 3 - 10 oz de cuivre (105-350 μm)
- Extreme Copper : 10 - 20+ oz de cuivre (350-700+ μm)
Tableau des Épaisseurs de Cuivre
| Poids (oz/ft²) | Épaisseur (μm) | Catégorie | Courant typique | Applications |
|---|---|---|---|---|
| 0.5 oz | 17 μm | Ultra-thin | < 1A | Flex, RF |
| 1 oz | 35 μm | Standard | 1-3A | Électronique générale |
| 2 oz | 70 μm | Standard+ | 3-5A | LED, IoT puissance |
| 3 oz | 105 μm | Heavy | 5-15A | Alimentations |
| 4 oz | 140 μm | Heavy | 10-25A | Onduleurs |
| 6 oz | 210 μm | Heavy | 20-40A | Variateurs moteur |
| 10 oz | 350 μm | Extreme | 40-80A | Véhicules électriques |
| 20 oz | 700 μm | Extreme | 100A+ | Ferroviaire, militaire |
Comparaison Détaillée
| Critère | Standard (1-2 oz) | Heavy Copper (3-10 oz) |
|---|---|---|
| Capacité de courant | 1-5A par trace | 10-80A par trace |
| Dissipation thermique | Limitée | Excellente (effet heatsink) |
| Résistance mécanique | Standard | Très élevée |
| Largeur de piste min | 0,1 mm | 0,2-0,5 mm |
| Coût relatif | 1x (référence) | 1,5x - 3x |
| Délai fabrication | Standard | +2-5 jours |
| Nombre de couches | Jusqu'à 64 | Limité (4-12) |
| Fournisseurs | Tous | Spécialisés |
| Gravure | Chimique standard | Combinée (chimique + mécanique) |
Capacité de Courant : Les Chiffres
La capacité de courant d'une piste dépend de trois facteurs : l'épaisseur du cuivre, la largeur de la piste, et l'élévation de température acceptable. Selon les normesIPC-2152, voici les capacités typiques pour une élévation de 20°C :
| Largeur piste | 1 oz (35μm) | 3 oz (105μm) | 6 oz (210μm) | 10 oz (350μm) |
|---|---|---|---|---|
| 0,5 mm | 0,8A | 2,4A | 4,5A | 7A |
| 1 mm | 1,5A | 4,2A | 8A | 12A |
| 2 mm | 2,8A | 7,5A | 14A | 22A |
| 5 mm | 5,5A | 15A | 28A | 45A |
| 10 mm | 9A | 25A | 48A | 75A |
"Le passage au heavy copper n'est pas qu'une question de courant. C'est aussi une assurance thermique. Sur un convertisseur DC-DC de 500W, j'ai vu des cartes standard fondre littéralement après 10 minutes. Avec du 6oz, la même carte fonctionne à 50°C de moins. Le cuivre épais, c'est de la physique, pas du luxe."
— Hommer Zhao, Directeur Technique WellPCB
Avantages du Heavy Copper
Haute capacité de courant
10x plus de courant qu'un PCB standard pour la même largeur de piste
Dissipation thermique
Le cuivre épais agit comme dissipateur intégré, réduisant les hotspots
Robustesse mécanique
Résistance accrue aux cycles thermiques, vibrations et stress mécaniques
Fiabilité long terme
Durée de vie prolongée dans les environnements industriels sévères
Exemples de Stack-up
Les PCB heavy copper utilisent souvent des configurations "hybrides" : couches de signal en cuivre standard (1-2oz) et couches de puissance en cuivre épais (4-10oz). Voici deux exemples typiques utilisés dans nos usines :
Applications Typiques
| Application | Cuivre recommandé | Courant typique | En savoir plus |
|---|---|---|---|
| Chargeur batterie EV | 6-10 oz | 50-200A | Voir → |
| Onduleur solaire | 4-6 oz | 20-50A | Voir → |
| Variateur de fréquence | 6-10 oz | 30-100A | Voir → |
| Alimentation serveur | 3-4 oz | 10-30A | Voir → |
| Amplificateur audio | 3-6 oz | 10-40A | Voir → |
| Soudure industrielle | 10-20 oz | 100-500A | Voir → |
| Traction ferroviaire | 10-20 oz | 200A+ | Voir → |
Défis de Fabrication
Fabriquer un PCB heavy copper n'est pas trivial. Le cuivre épais pose des défis techniques que tous les fabricants ne peuvent pas relever. Voici pourquoi nosusines certifiées sont équipées spécifiquement pour cette production :
Défis techniques
- Gravure difficile : le cuivre épais nécessite des techniques combinées (chimique + mécanique)
- Sous-gravure importante : les flancs de piste sont moins verticaux
- Épaisseur inégale : contrôle qualité plus strict nécessaire
- Perçage : usure accélérée des forets
- Laminage : pression et température spécifiques requises
Solutions WellPCB
- Équipements de gravure plasma pour cuivre > 6oz
- Contrôle d'épaisseur par courant de Foucault
- Forets carbure spéciaux à géométrie optimisée
- Presses à vide avec contrôle thermique précis
- Inspection AOI 3D calibrée pour cuivre épais
Analyse des Coûts
Oui, le heavy copper coûte plus cher. Mais comparé au coût d'un PCB cramé ou d'un produit rappelé, c'est une assurance bon marché. Voici les facteurs de coût typiques :
| Épaisseur cuivre | Facteur de coût | Délai ajouté | Disponibilité |
|---|---|---|---|
| 1 oz (standard) | 1x | — | Tous fabricants |
| 2 oz | 1,1x | — | Tous fabricants |
| 3 oz | 1,3x | +1-2 jours | Plupart des fabricants |
| 4 oz | 1,5x | +2-3 jours | Fabricants équipés |
| 6 oz | 1,8x | +3-5 jours | Spécialistes |
| 10 oz | 2,5x | +5-7 jours | Quelques usines |
| 20 oz | 4x+ | +7-10 jours | Très rare |
Conseils de Conception
Règles de design pour heavy copper :
- Élargir les pistes : minimum 0,2mm pour 3oz, 0,3mm pour 6oz, 0,5mm pour 10oz
- Augmenter les clearances : prévoir 0,3-0,5mm entre pistes haute tension
- Utiliser des vias thermiques : plusieurs vias en parallèle pour dissiper la chaleur
- Éviter les angles aigus : préférer des courbes ou angles à 45° pour le flux de courant
- Prévoir des zones de cuivre pleines pour la dissipation (copper pour)
- Consulter votre fabricant : les règles de design varient selon l'épaisseur
Conclusion
Le Heavy Copper PCB n'est pas pour tout le monde — et c'est tant mieux. Si votre application reste sous 5A, un PCB standard fera parfaitement l'affaire. Mais dès que vous entrez dans le monde de l'électronique de puissance — convertisseurs, onduleurs, véhicules électriques — le cuivre épais devient votre meilleur allié.
Chez WellPCB, nous produisons des PCB jusqu'à 10oz en standard et pouvons atteindre 20oz sur demande. Nos équipes d'ingénieurs peuvent vous aider à optimiser votre design pour le heavy copper. Utilisez notre calculateur PCB pour une estimation, ou demandez un devis personnalisé avec support technique.
Sources et Références
- IPC-2152 - Standard for Determining Current-Carrying Capacity— Norme de capacité de courant des pistes
- Epec Engineering - Heavy Copper PCB Design— Guide de conception cuivre épais
- Wikipedia - Printed Circuit Board— Vue d'ensemble des PCB
- HIL Electronic - Heavy Copper Stack-up Design— Configurations multicouches