Pour demander un devis de PCB, la bonne question ne se limite pas à « Est-ce du cuivre 1 oz ? ». Il faut savoir si 1 oz désigne la feuille de départ ou le conducteur fini, et si la conception exige également une épaisseur minimale mesurable.
Utilisez le poids du cuivre comme référence nominale. Si un conducteur doit présenter une épaisseur finie précise, indiquez cette exigence sur le plan de fabrication pour la couche concernée, ainsi que l’emplacement et la méthode de vérification. Traitez séparément le cuivre déposé sur la paroi des trous métallisés et la finition de surface.
Tableau de conversion du poids en épaisseur de cuivre
Le poids du cuivre d’un PCB s’exprime couramment en onces par pied carré (oz/ft²) : il s’agit de la masse de cuivre répartie sur une surface, et non de la masse totale de cuivre de la carte.
Le tableau ci-dessous adopte volontairement la convention arrondie de 35 µm par oz/ft². Il s’agit d’une référence nominale, pas d’un tableau d’épaisseurs minimales de cuivre fini, d’un tableau de tolérances ni d’une indication de disponibilité chez APTPCB.
| Poids de cuivre, oz/ft² | Épaisseur de référence, µm | Épaisseur de référence, mm | Épaisseur de référence, mil |
|---|---|---|---|
| 0,5 | 17,5 | 0,0175 | 0,69 |
| 1 | 35 | 0,035 | 1,38 |
| 2 | 70 | 0,070 | 2,76 |
| 3 | 105 | 0,105 | 4,13 |
| 4 | 140 | 0,140 | 5,51 |
Les calculs utilisés dans tout le tableau sont les suivants :
- µm ≈ 35 × poids du cuivre en oz/ft²
- mm = µm ÷ 1 000
- mil = µm ÷ 25,4
Sur cette base, 2 oz/ft² correspondent par exemple à environ 70 µm, soit 2,76 mil. Les valeurs en mil sont arrondies ; un mil représente un millième de pouce.
La base de 35 µm est une convention pratique, pas une conversion physique exacte. Une couche idéale et uniforme calculée avec une masse volumique du cuivre de 8,96 g/cm³ donne environ 34,1 µm par oz/ft². D’autres documents utilisent d’autres valeurs arrondies. Pour comparer des chiffres, vérifiez la base indiquée au lieu de considérer la dernière décimale comme une garantie de fabrication.
L’épaisseur du cuivre est également différente de l’épaisseur finie de la carte entière. Pour cette dimension mécanique, consultez l’épaisseur standard des PCB.
Le cuivre de base et le cuivre fini correspondent à des exigences différentes
Le cuivre de base est la feuille initiale associée à une couche, avant les opérations de fabrication concernées. Son poids nominal aide à décrire la construction, mais l’épaisseur réelle de la feuille de départ ne correspond pas nécessairement partout à la valeur arrondie du tableau.
Le cuivre fini du conducteur est le cuivre qui reste dans le conducteur après les étapes d’ajout et de retrait applicables. Selon la couche et la construction, son épaisseur finale peut différer de celle de la feuille de départ.
La feuille de départ n’est pas le cuivre fini. Illustration conceptuelle, non à l’échelle et sans épaisseur de couche mesurée. À gauche : exemple de conducteur externe, feuille de base plus cuivre déposé puis opérations de fabrication ; à droite : feuille interne et matière retirée pendant le procédé. Le cuivre de base et le cuivre ajouté sont distingués ; la finition métallique n’est pas du cuivre et le masque de soudure est également séparé. Pour le bilan local hypothétique : 16,8 + 21,6 − 2,4 = 36,0 µm, soit base + ajout − retrait. Ce résultat est inférieur au minimum lui aussi hypothétique de 40 µm. Les caractéristiques internes métallisés doivent faire l’objet d’un examen distinct de la construction.
Dans une construction avec trous métallisés, une couche externe peut recevoir du cuivre supplémentaire pendant la fabrication. Des étapes ultérieures peuvent également en retirer. La section 3.2.1 et la figure 4 du document SPMA056 de Texas Instruments présentent un exemple particulier de PCB à quatre couches, où les couches de signaux externes utilisent nominalement une demi-once de cuivre de base et une demi-once de cuivre déposé pour décrire un total nominal d’une once. Cet exemple montre pourquoi la mention « couche externe 1 oz » ne signifie pas nécessairement que la carte a commencé avec une feuille de 1 oz. Il ne s’agit ni d’une recette universelle de métallisation ni d’une épaisseur minimale de cuivre fini.
Une couche interne ordinaire est souvent gravée à partir d’une feuille sans suivre la même séquence de métallisation que les couches externes. Pour cette construction, la feuille de départ et la matière retirée pendant le procédé influent sur le résultat final. N’étendez pas cette description à toutes les cartes : des constructions séquentielles ou complexes peuvent comporter des éléments internes métallisés. La documentation de construction doit identifier ces éléments et leurs exigences.
Exemple chiffré : être proche de la valeur nominale ne signifie pas satisfaire un minimum
Supposons qu’un conducteur externe local présente les valeurs réelles illustratives suivantes :
- Cuivre de départ : 16,8 µm
- Cuivre ajouté : 21,6 µm
- Cuivre retiré ensuite : 2,4 µm
Le résultat simplifié est le suivant :
16,8 + 21,6 − 2,4 = 36,0 µm de cuivre fini
Ce résultat est proche de la référence nominale de 35 µm du tableau pour 1 oz. Toutefois, si le projet exige séparément un minimum de 40 µm à l’emplacement de mesure défini, 36,0 µm ne respecte pas cette limite numérique.
L’exigence de 40 µm et les trois valeurs de procédé sont des hypothèses pour cet exemple ; elles ne constituent ni un seuil sectoriel, ni un résultat de production d’APTPCB, ni une prévision pour un procédé donné. Le point est à la fois contractuel et numérique : une désignation nominale et une valeur minimale d’acceptation répondent à deux questions différentes.
Distinguer le cuivre plan, les parois de trous et la finition
Un conducteur sur une couche de la carte et le cuivre déposé sur la paroi d’un trou métallisé sont liés à la construction, mais ne correspondent pas à des dimensions interchangeables.
Spécifiez l’épaisseur du conducteur plan pour la couche et l’emplacement concernés. Si l’épaisseur de cuivre des parois de trous importe, indiquez-la séparément pour les trous applicables et précisez la base d’inspection à retenir. Ne supposez pas qu’une valeur de cuivre fini pour une couche externe décrit aussi la paroi du fût.
Le masque de soudure n’est pas du cuivre. Une finition métallique de surface, par exemple nickel/or ou étain, constitue un système de matériaux distinct ; ne comptez pas ces métaux dans l’épaisseur du cuivre. Indiquez séparément la finition requise sur le plan.
Micrographie d’un défaut sur un coupon NASA, créditée à Charles E. Powers/NASA GSFC, 2009. Les flèches d’origine indiquent des couronnes annulaires internes et externes manquantes. Il ne s’agit pas d’un échantillon APTPCB ; l’image ne comporte pas d’échelle permettant de déterminer l’épaisseur du cuivre ou son acceptation. Crédit de l’image et référence source.
Une coupe métallographique peut montrer le contexte du conducteur et de la paroi du trou, mais une image seule ne définit pas une exigence d’épaisseur. Un plan d’inspection exploitable précise la caractéristique, la préparation et la méthode de mesure, l’échantillon et la base d’acceptation.
Transformer le tableau en demande de devis couche par couche
Prenons le cas d’un projet hypothétique à quatre couches. L’équipe de conception exige au moins 40 µm de cuivre fini à des emplacements spécifiés sur L1. Pour les autres couches planes, elle ne fixe aucun minimum numérique de cuivre fini supplémentaire au-delà des exigences applicables au projet.
L’équipe propose la structure initiale suivante pour le devis. Les valeurs de feuille de base sont des valeurs nominales proposées, pas des résultats mesurés ni des instructions de procédé fixes. Le fabricant peut proposer une autre feuille de départ pour examen si cela est nécessaire pour atteindre l’exigence de cuivre fini.
| Couche | Feuille de base nominale proposée | Exigence de cuivre plan fini | Emplacement, méthode et compte rendu d’acceptation |
|---|---|---|---|
| L1 — externe | 0,5 oz/ft² | Minimum de 40 µm aux emplacements convenus | Définir les emplacements représentatifs des pistes L1 et convenir de la méthode de mesure, de l’échantillon et de l’exigence applicable avant le lancement |
| L2 — interne | 1 oz/ft² | Aucun minimum numérique supplémentaire spécifié dans cet exemple | Identifier l’exigence applicable, puis confirmer la construction de la couche et la base de cuivre fini indiquée dans le devis |
| L3 — interne | 1 oz/ft² | Aucun minimum numérique supplémentaire spécifié dans cet exemple | Identifier l’exigence applicable, puis confirmer la construction de la couche et la base de cuivre fini indiquée dans le devis |
| L4 — externe | 0,5 oz/ft² | Aucun minimum numérique supplémentaire spécifié dans cet exemple | Identifier l’exigence applicable et confirmer la base de cuivre fini indiquée dans le devis |
Il s’agit d’un exemple d’interprétation d’une demande de devis, pas d’un plan de production finalisé. En particulier, le tableau ne confirme pas que la feuille de départ proposée pour L1 permettra d’obtenir 40 µm de cuivre fini. Il rend cette distinction visible afin que la construction puisse être examinée avant la validation de la commande.
Pour chaque couche, le dossier d’exigences doit conserver :
- L’identifiant de couche, conforme à l’empilage et aux fichiers de conception.
- La feuille de base nominale, en précisant si elle est obligatoire ou proposée pour la construction.
- Le minimum ou la plage de cuivre fini, si la conception nécessite une limite chiffrée.
- L’emplacement, la méthode et l’échantillon de mesure, si l’acceptation dépend d’une mesure.
- L’exigence applicable, avec le document concerné, sa révision, la classe le cas échéant et les dérogations convenues.
L’absence de minimum numérique propre au projet pour une couche ne signifie pas qu’elle est dépourvue d’exigences. Le devis doit tout de même définir la base de cuivre fini ainsi que les exigences de fabrication et d’acceptation applicables.
Exemple de note de plan pour L1
La note suivante constitue un point de départ pour le projet hypothétique ; elle ne remplace pas un plan d’inspection convenu :
L1 : le cuivre plan fini des conducteurs doit mesurer au moins 40 µm aux emplacements de mesure désignés sur L1. Feuille de base nominale proposée : 0,5 oz/ft² ; toute construction alternative doit être approuvée par la conception. Confirmer avant le lancement en fabrication la méthode de mesure, le lien entre l’échantillon ou le coupon et la carte, la spécification applicable et sa révision, la classe concernée et les dérogations. Spécifier séparément le cuivre des parois des trous métallisés et la finition de surface.
Le plan doit identifier les emplacements désignés et fournir les références applicables au complet. Si un coupon représentatif est proposé à la place de la carte elle-même, définissez le lien entre ce coupon et l’exigence faisant l’objet de l’acceptation. Une coupe métallographique peut être une méthode proposée appropriée, mais il faut encore convenir de la caractéristique, de la préparation, de l’échantillonnage et de la convention de mesure.
Évitez d’écrire « ±35 µm » pour dire « environ 35 µm ». Une référence nominale, une tolérance autour d’une cible et une limite minimale sont trois consignes différentes. Si une feuille de base particulière et un minimum de cuivre fini sont tous deux réellement obligatoires, indiquez-le explicitement et faites examiner cette combinaison. Sinon, définir l’exigence sur le cuivre fini tout en autorisant une construction examinée laisse au fabricant la latitude de proposer un procédé adapté.
Pour les autres documents de fabrication, notamment l’articulation entre l’empilage et les notes, consultez les éléments essentiels d’un plan de fabrication et la conception de l’empilage PCB.
Comparer les devis sur une même base
Deux devis peuvent tous deux mentionner « 1 oz » tout en décrivant des éléments différents. Avant de choisir, comparez les empilages retournés et vérifiez les distinctions suivantes :
- Cuivre de base ou fini ? Une désignation de feuille de base n’équivaut pas à un minimum de cuivre fini du conducteur.
- Quelle couche ? Une couche externe métallisée et une couche interne ordinaire à feuille peuvent suivre des procédés différents.
- Valeur nominale ou limite d’acceptation ? Une référence arrondie de cuivre fini ne confirme pas à elle seule le minimum de 40 µm sur L1 dans l’exemple.
- Où la mesure est-elle effectuée ? Une indication concernant une piste, une pastille, un coupon ou la paroi d’un trou exige l’emplacement correspondant et une base de mesure.
- Qu’est-ce qui a changé d’autre ? Toute modification proposée de la construction cuivre doit être examinée par rapport à l’ensemble de l’empilage et aux exigences de conception avant validation.
Pour le projet hypothétique, le résultat concret attendu est un devis qui identifie la feuille de base proposée pour chaque couche et traite explicitement le minimum de 40 µm sur L1 aux emplacements convenus. Si la construction proposée ne peut pas respecter cette exigence, ne requalifiez pas une réponse nominale de 1 oz en réponse conforme. Examinez une autre construction ou révisez l’exigence selon le processus d’approbation de la conception. Si la base de mesure ou le document applicable reste à clarifier, maintenez ce point ouvert au lieu de considérer le devis comme un engagement d’acceptation confirmé.
L’épaisseur du cuivre est un paramètre de la conception électrique et thermique, mais ce tableau ne détermine pas la capacité en courant. Pour cette décision distincte, consultez le guide de conception des PCB à forte épaisseur de cuivre.
Joindre l’exigence à l’empilage
Pour une demande adressée à APTPCB, transmettez le relevé du cuivre couche par couche avec le plan de fabrication, l’empilage et les fichiers de conception. Indiquez quelles feuilles de base sont des propositions, précisez les limites de cuivre fini obligatoires et demandez que le devis signale les modifications proposées ainsi que les points d’inspection encore à résoudre.
Démarrez une demande de devis avec le dossier du projet, ou contactez APTPCB si les exigences des couches doivent être clarifiées avant l’envoi. L’objectif est de définir d’un commun accord, pour le projet concerné, ce qui sera fabriqué et comment toute limite déclarée sera évaluée.
Références documentaires
- LPKF, TechGuide: In-House PCB Prototyping, « Basic Information on PCBs ».
- Texas Instruments, SPMA056, section 3.2.1 et figure 4.
- NIST, Composition of COPPER et Handbook 44, annexe C.
- NASA/GSFC, Charles E. Powers, 2009, NTRS 20090027819.