剛性電路板的 9 個(gè)成本驅動(dòng)因素

2021-08-31

剛性電路板的 9 個(gè)成本驅動(dòng)因素

應在早期 PCB生產(chǎn)階段采取成本控制措施，包括實(shí)際電路開(kāi)發(fā)階段。請注意剛性電路板的工藝步驟和成本驅動(dòng)因素，因為每個(gè)工藝都會(huì )在工藝時(shí)間、使用的材料、能源和廢物處理方面消耗額外的成本。

我們需要牢記生產(chǎn)策略、生產(chǎn)設備和多種技術(shù)來(lái)控制剛性電路板成本。在這篇博文中，我們想指出 PCB 的基本特性，包括PCB生產(chǎn)中涉及的工藝和制造步驟，具體取決于它們對成本的影響。

剛性電路板的主要成本驅動(dòng)因素

工藝成本影響最終的PCB價(jià)格，一旦PCB設計完成，不重新設計電路板就無(wú)法降低成本。只有采用準確的PCB設計和正確的工程策略才能實(shí)現盡可能低的成本。如果要優(yōu)化成本，請遵循 IPC-2220、IPC-2226 標準。

PCB加工成本考慮

成本類(lèi)別的分類(lèi)：I 類(lèi)項目的分配對于實(shí)現所需的PCB設計至關(guān)重要。II 類(lèi)和 III 類(lèi)的分配取決于設備使用情況，因此特定于制造商?？梢酝ㄟ^(guò)減少類(lèi)別 II 和 III 的要求來(lái)降低成本。

我們將成本貢獻要素分為不同的類(lèi)別。這種分類(lèi)的動(dòng)機是為了降低最終成本。我們不能忽視 I 類(lèi)中列出的因素，但我們可以根據我們的要求和最終應用更改 II 和 III 中列出的因素。

對于 PCB設計師和工程師來(lái)說(shuō)，優(yōu)化是首要因素。優(yōu)化時(shí)間、成本甚至工作量。Sierra Circuits努力為客戶(hù)提供高品質(zhì)的PCB和優(yōu)秀的設計服務(wù)。這包括設計人員的最佳實(shí)踐技巧。在設計下一個(gè)電路板時(shí)，您需要注意一些關(guān)鍵的剛性PCB成本驅動(dòng)因素。

從概念到 PCB制造和組裝，有幾個(gè)因素會(huì )影響您的電路板價(jià)格。通常，機械和/或電氣工程師會(huì )確定電路板要求，例如尺寸、適用的行業(yè)標準、機械和電氣限制以及材料特性。這樣做是為了確保董事會(huì )達到其目標績(jì)效。

一旦工程師有了可行的機械設計和功能原理圖，PCB設計人員就必須進(jìn)行 CAD 布局。布局完成后，PCB制造商就可以開(kāi)始構建電路板了。毋庸置疑，設計的復雜性將對電路板的最終成本產(chǎn)生最顯著(zhù)的影響，但價(jià)格也將主要取決于以下成本驅動(dòng)因素。

PCB的尺寸

機械工程師必須確定 PCB的尺寸和形狀——也稱(chēng)為 PCB輪廓。初始圖紙發(fā)送給設計團隊，如果可能，他們可以減少電路板輪廓。這是第一種省錢(qián)的方法，因為較小的面積可以降低PCB 材料成本。在這里，您的董事會(huì )的成本是一個(gè)房地產(chǎn)問(wèn)題——就像一個(gè)家一樣，越大，成本就越高。例如，想象一個(gè) 2'' x 2'' 的板?，F在想象一個(gè) 4'' x 4'' 的板。表面積乘以四，因此（材料的）基本價(jià)格也將乘以四。

更小的面積意味著(zhù)PCB材料成本的降低。

面板越大，成本越高

當您選擇面板選項時(shí)，請記住它就像電路板尺寸一樣。表面積越大，你的成本就越高。因此，您甚至可以為組裝后扔進(jìn)垃圾箱的廢物部分（褪色的綠色）付費。如果可能，將電路板放在面板上彼此更靠近，以減少浪費和成本。

合適的面板尺寸有助于材料利用率，從而降低成本。

總而言之，在概念階段您應該考慮的硬成本驅動(dòng)因素是PCB輪廓、層以及它們的走線(xiàn)/空間和過(guò)孔。仔細選擇您需要的材料類(lèi)型，并盡量避免浪費。最后，請記住，減少機器時(shí)間（用于制造和組裝）也將降低成本。

陣列注意事項：在使用面板以獲得最大產(chǎn)量時(shí)，這是一個(gè)很好的做法。讓我們通過(guò)一些例子來(lái)理解它：

示例 1：面板尺寸 = 18 x 24”

陣列大小 = 5.125 x 10.925”

數組部分的大?。總€(gè)數組中有四個(gè)部分）= 2 x 4.9”

Panel yield：總共有6個(gè)array，即總共24個(gè)parts。材料利用率為77.8%。它表示給定面板上的材料得到了很好的利用。

最大產(chǎn)量的陣列注意事項。

示例 2：

面板尺寸 = 18 x 24”

陣列大小 = 11.125 x 5.125”

數組部分的大?。總€(gè)數組中有四個(gè)部分）= 5 x 2”

Panel yield：總共有4個(gè)array，即總共16個(gè)parts。材料利用率為52.8%。它表示給定面板上的材料利用率低。與前一個(gè)示例中每個(gè)面板的 24 個(gè)部件相比，它增加了 33% 的成本。

更多層意味著(zhù)更多的生產(chǎn)時(shí)間、更多的生產(chǎn)步驟和更多的材料

自然，更多的層意味著(zhù)更高的成本。額外的兩層將增加約 25% 的成本。當您在設計中添加更多層時(shí)，您會(huì )添加更多材料（如預浸料和銅）以及更多生產(chǎn)步驟（如蝕刻、壓制和粘合周期等）。一旦生產(chǎn)完成，就必須檢查這些層。檢查八層比只檢查兩層需要更多的工作。

使用 HDI（高密度互連）技術(shù)可以減少層數。不過(guò)要小心; 如果您不是HDI經(jīng)驗豐富的設計師，建議先了解HDI的關(guān)鍵方面。您可以閱讀我們關(guān)于HDI 成本優(yōu)勢的文章。

成本隨著(zhù) PCB的復雜性而上升

當我們從傳統的 PCB 制造技術(shù)轉向復雜的制造技術(shù)時(shí)，成本會(huì )增加。這種對更復雜技術(shù)的傾向是由于最終應用要求。但是制造商應該明智地做出決定，以便將成本降至最低。

互連尺寸縮放：一旦互連尺寸減小以滿(mǎn)足應用需求，成本就會(huì )增加。

微孔：微孔結構的實(shí)施會(huì )廣泛影響 PCB制造，因為它們直接影響設計中的層壓循環(huán)和鉆孔步驟的總數。它發(fā)生在需要考慮微孔起始層和終止層的子結構中。它最終會(huì )增加成本，因為每個(gè)子結構都需要額外的疊片和鉆孔周期。

銅箔重量

PCB上更多的銅會(huì )導致更高的成本。

一般來(lái)說(shuō)，銅越薄，電路板越便宜。在層壓過(guò)程中，在內層上使用厚銅需要更多的預浸料來(lái)填充由銅組成的區域之間的間隙。內層超過(guò) ?oz 的銅和外層超過(guò) 1oz 的銅會(huì )增加 PCB 成本。 

使用較厚銅的另一個(gè)缺點(diǎn)是，您必須在走線(xiàn)之間保持足夠的空間，并且您可能還需要在兩個(gè)相鄰層之間使用較厚的預浸材料。但是，如果您使用非常薄的銅（小于 ? 盎司），則會(huì )增加額外的成本，因為處理非常薄的銅很昂貴。

軌跡/空間

走線(xiàn)/空間設計也會(huì )增加成本。

走線(xiàn)/空間越緊，可靠地蝕刻走線(xiàn)和焊盤(pán)就越困難?？紤]從長(cháng)遠來(lái)看，引線(xiàn)鍵合或 HDI 設計是否更具成本效益。Sierra Circuits 可以制造低于 3/3 的跡線(xiàn)/空間。

鉆孔數量越多，孔越小，成本越高

較小的機械孔尺寸更難以制造。

較小的機械孔尺寸更難以制造。它們還需要更小的鉆頭，但成本更高。當您要求小于 6 密耳的孔時(shí)，通常必須進(jìn)行激光鉆孔，這會(huì )增加成本。

HDI PCB技術(shù)使用盲孔和埋孔，這會(huì )大大增加電路板的成本。它們比通孔更難鉆孔，并且還增加了層壓步驟。僅當您沒(méi)有任何其他可用選項時(shí)才使用它們。例如，由于 PCB尺寸限制，在 HDI 設計中使用這些類(lèi)型的過(guò)孔是有意義的。如果您遇到布線(xiàn)問(wèn)題，那么在堆疊中再添加兩層將比使用盲孔或埋孔便宜。

標準鉆頭尺寸為 8 密耳，而高級鉆頭尺寸為 5 密耳。并且研發(fā)鉆頭尺寸可以小于5密耳。請注意，較小的孔尺寸和較厚的 PCB（高縱橫比）會(huì )增加鉆孔時(shí)間和鉆孔腐蝕，從而導致更高的成本。

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。對銅的鉆孔越小，PCB制造工藝就越昂貴。

可控阻抗

具有 受控阻抗意味著(zhù)設計和生產(chǎn)非常具體且均勻的走線(xiàn)寬度和空間。必須選擇具有特定介電特性的更昂貴的材料，以確保實(shí)現目標電氣性能。必須制作測試試樣以確保 PCB制造商滿(mǎn)足標準的 15% 容差。有時(shí)，它甚至是 5% 的容忍度。更多的工作、更多的優(yōu)惠券表面積和更多的測試推高了電路板的價(jià)格。

除非絕對必要，否則不要指定受控阻抗。這就是我們將其歸入重要類(lèi)別的原因。

剛性電路板成本優(yōu)化的材料選擇標準

兼容無(wú)鉛焊料（熱可靠性）

TG（溫度相關(guān)可靠性）

TCT、CTEz（溫度循環(huán)可靠性）

退化溫度（熱可靠性）

高導熱性（傳熱）

T260、T288（分層時(shí)間）

εr (Dk)、Df（電信號性能）

耐CAF

機械性能（跌落試驗、剛度等）

減少鹵素（環(huán)保特性）

材料的選擇

當我們在頻率圖中移到更高的位置以針對特定應用時(shí)，PCB材料的選擇就變得至關(guān)重要。

PCB設計初期必須考慮成本控制。智能設計和聲音工程始終是成本指數最低的最佳 PCB設計解決方案。 為了獲得最準確的成本估算，建議考慮現有的設計范圍，然后根據估算的技術(shù)調整要求。這些估計將提供更多的相關(guān)數據點(diǎn)，以制定每項技術(shù)決策的任何成本，并防止在將資源投入設計后的過(guò)程中出現意外。

我們都參與了每個(gè)獨特 PCB的供應鏈，并且我們擁有可以將您的產(chǎn)品盡可能快速和精心設計的產(chǎn)品推向市場(chǎng)的專(zhuān)業(yè)知識。但請注意，必須在供應鏈中盡早考慮這一點(diǎn)。