Flex PCB 的成本驅動(dòng)因素是什么？

2021-08-24

Flex PCB 的成本驅動(dòng)因素是什么？

成本優(yōu)化是PCB設計時(shí)的主要目標之一。為了實(shí)現這一目標，每個(gè)設計人員都應該了解電路板的主要成本驅動(dòng)因素。柔性PCB的主要成本驅動(dòng)因素 包括板材料、層數、有效的面板利用率、加強筋類(lèi)型和表面光潔度。

是什么推動(dòng)了柔性 PCB 的成本？

柔性PCB的成本驅動(dòng)因素

電路板的總成本主要取決于電路板的類(lèi)型（剛性或柔性）、使用的材料、堆疊中的層數、HDI或 ELIC（每層互連）結構的結合。以下是影響柔性板整體價(jià)格的一些參數：

線(xiàn)路板材料

用于制造的PCB材料是柔性板的主要成本驅動(dòng)因素之一。標準剛性板使用FR-4 基材進(jìn)行層壓。聚酰亞胺基板是制造柔性芯和覆蓋層最常用的材料。與標準 FR4 層壓板相比，柔性基板具有更好的熱性能和電氣性能。柔性材料的厚度在整個(gè)基板上是均勻的。這些基材還提供了介于 3.2 和 3.4 之間的改進(jìn)的 D k值。缺乏編織玻璃增強材料減少了D k 的變化. 通常，柔性層的厚度在 1 到 5 密耳之間。柔性層壓板的成本可能是標準剛性材料的 2 到 3 倍。

無(wú)膠水對比 粘性柔性芯

基于粘合劑的柔性芯使用柔性粘合劑層在熱量和壓力下將每個(gè)銅層連接到聚酰亞胺芯。粘合劑通常是基于環(huán)氧樹(shù)脂或丙烯酸的，厚度范圍從0.0005"到0.001"。與無(wú)粘合劑材料相比，這些材料更便宜。 

銅直接粘合到聚酰亞胺芯上，無(wú)需在無(wú)粘合劑柔性芯中使用粘合劑。盡管無(wú)粘合劑材料價(jià)格昂貴，但它們具有許多優(yōu)點(diǎn)，例如減少撓曲厚度（由于沒(méi)有粘合劑層）、提高了額定溫度、出色的電鍍孔可靠性等。

影響柔性 PCB材料選擇的因素

熱可靠性：始終選擇滿(mǎn)足應用溫度預期的材料。如果電路板打算在高溫環(huán)境中運行，材料應能承受高強度的熱量，而不會(huì )將熱量傳遞給相鄰的組件。

機械性能：該因素決定了材料在組裝或操作過(guò)程中承受物理應力的能力。彎曲半徑是柔性 PCB的重要物理參數之一。 

信號性能：是材料在整個(gè)操作周期內促進(jìn)不間斷信號傳播的能力。這在高速和受控阻抗板中至關(guān)重要。

如果成本是首要考慮因素，請避免過(guò)度指定材料要求。例如，如果應用在較低溫度環(huán)境下運行，請考慮在聚酰亞胺基板上使用聚酯層壓板。簡(jiǎn)單的柔性板（1 類(lèi)柔性板）可以利用廉價(jià)的低溫材料。

電路層數

層數是柔性 PCB的另一個(gè)重要成本驅動(dòng)因素。隨著(zhù)電路層數的增加，電路板的總成本增加。隨著(zhù)更多層添加到板上，層壓過(guò)程變得復雜。這將需要更長(cháng)的時(shí)間，并且需要更多的材料供應。由于層數高而發(fā)生的處理問(wèn)題有：

層到層對齊

電鍍通孔完整性 

z 軸上的熱膨脹

層壓缺陷

下表給出了隨著(zhù)層數增加而價(jià)格上漲的估計。

增加層數	總成本增加
從1層到2層	35 至 40%
從2層到4層	35 至 40%
從4層到6層	30 到 40%
從6層到8層	30 至 35%
從8層到10層	20 到 30%
從10層到12層	20 到 30%

板的尺寸和形狀

更小的面積意味著(zhù)PCB材料成本的降低。

電路板的形狀和尺寸（電路板輪廓）由 PCB設計人員確定。表面積越大，價(jià)格越高。當在一個(gè)面板內制造多個(gè)板時(shí)，面板的表面應該得到有效利用。柔性板制造成不同的形狀，例如方形、矩形、圓形和許多隨機形狀。制造隨機形狀的PCB可能會(huì )增加成本，因為面板利用率可能會(huì )下降。

走線(xiàn)寬度和間距

電路板設計上的走線(xiàn)寬度和空間也會(huì )影響成本。

信號需要適當的走線(xiàn)寬度才能通過(guò)走線(xiàn)傳播而不會(huì )出現過(guò)熱的風(fēng)險。間距越小，可靠地蝕刻走線(xiàn)和焊盤(pán)就越困難。這增加了電路板的總成本。

銅箔厚度

電路板的成本隨著(zhù)銅層厚度的增加而增加。 當在內層上實(shí)施厚銅層時(shí)，層壓過(guò)程中需要更多數量的預浸料。這些預浸料通過(guò)填充銅部分之間的間隙來(lái)避免樹(shù)脂不足。當內層有超過(guò) ? 盎司的銅和外層有超過(guò) 1 盎司的成品銅時(shí)，PCB價(jià)格就會(huì )上漲。

使用較厚銅的另一個(gè)缺點(diǎn)是走線(xiàn)之間必須保持足夠的間距。更厚的銅需要更寬的走線(xiàn)寬度。然而，由于額外的加工成本，使用非常薄的銅（小于 1/4 盎司）會(huì )導致成本飆升。 

鉆孔

鉆孔尺寸

標準鉆頭的直徑為 8 密耳，而高級鉆頭的直徑為 5 密耳。鉆孔尺寸越小，鉆孔持續時(shí)間越長(cháng)。這導致更高的總成本。

要了解有關(guān)PCB鉆孔過(guò)程的更多信息，請閱讀我們的博客文章PCB鉆孔解釋?zhuān)涸撟龅暮筒辉撟龅摹?span>

鉆到銅

在柔性PCB中鉆孔到銅

鉆孔到銅是從鉆孔邊緣到層上最近的銅特征（焊盤(pán)、澆注和走線(xiàn)等）的距離。通常，鉆孔到銅的間隙為 8 密耳。對銅的鉆孔越小，PCB 制造工藝就越昂貴。

表面處理

甲PCB表面光潔度是所述印刷電路板和組件的可焊區域的裸銅的金屬間連接。應以提高產(chǎn)品性能的方式選擇表面光潔度，同時(shí)考慮成本。

PCB表面處理的類(lèi)型

ENIG（化學(xué)鍍鎳/浸金）：這是最常見(jiàn)的電路板表面處理類(lèi)型。它很受歡迎，因為它不會(huì )變色，而且很可靠。ENIG 比其他表面處理更昂貴，但它提供了卓越的PCB可焊性。這種表面光潔度有時(shí)會(huì )導致形成黑墊。這是磷在鎳層和金層之間積聚的地方。斷裂和不正確的電路板連接是可能的結果。

浸銀：銀是一種堅固的飾面材料，可用于各種應用。由于其越來(lái)越受歡迎，該材料變得更加免費，從而降低并穩定了其價(jià)格。

浸錫：這種表面處理包括在電路板上沉積一層薄薄的錫。浸錫提供一致的光潔度。缺點(diǎn)是壽命短。然而，它以最優(yōu)的成本提供了出色的性能。 

加強筋類(lèi)型

柔性PCB的總成本還取決于所采用的加強筋類(lèi)型。在柔性設計中，加勁肋用于以下目標：

修改厚度以滿(mǎn)足 ZIF 連接器規范

組件/連接器區域支持

促進(jìn)散熱

FR4 和聚酰亞胺是兩種最常見(jiàn)的加強筋材料。盡管在某些設計中使用了鋁和不銹鋼，但它們比 FR4 和聚酰亞胺更貴。鋁是用于散熱應用的流行材料。

加強筋通過(guò)熱粘合粘合劑或壓敏粘合劑 (PSA) 粘合。熱粘合粘合劑是優(yōu)選的，盡管設計限制可能需要使用 PSA。熱粘合劑是柔性環(huán)氧樹(shù)脂或丙烯酸粘合劑，用于將覆蓋層連接到柔性電路，并提供永久粘合。它們比 PSA 便宜。

如何降低撓性和剛撓性PCB的總體成本

保持盡可能少的層數

隨著(zhù)設計層數的減少，所需的預浸料層數也隨之減少。限制柔性電路的層數會(huì )降低總成本。同時(shí)，更少的層數提高了制造商提高制造產(chǎn)量的能力。

在剛柔結合設計中使用剛性基材獲得整體厚度

如果需要達到特定的總厚度，請使用剛性板層壓板而不是無(wú)流動(dòng)預浸料或柔性層壓板。柔性層壓板比剛性層壓板更昂貴。

高效的面板利用率

高效的柔性面板化以降低整體成本

面板或電路板陣列是包含多個(gè)獨立PCB的大片材料。通過(guò)有效利用面板表面積可以降低整體制造成本。上圖顯示了低效和高效的 flex 面板化示例。

加強筋厚度均勻

始終使用厚度均勻的加強筋。這減少了制造時(shí)間，進(jìn)而降低了成本。

限制過(guò)孔數量

與通孔相比，盲孔和埋孔需要更多的制造步驟，這會(huì )增加處理時(shí)間并降低產(chǎn)量。減少柔性板上過(guò)孔的數量可以降低總成本。

在電路板設計的初始階段應考慮成本優(yōu)化。確定最便宜的柔性PCB成本驅動(dòng)因素需要準確的設計解決方案和清晰的工程策略。了解使用特定材料的利弊、鉆孔技術(shù)、加強筋類(lèi)型、走線(xiàn)寬度和間距等有助于防止未來(lái)的生產(chǎn)失敗。提前規劃并與您的 PCB 制造商進(jìn)行一致討論將幫助您優(yōu)化時(shí)間和成本。