刚性電(diàn)路板的 9 个成本驱动因素

2021-08-31

刚性電(diàn)路板的 9 个成本驱动因素

应在早期 PCB生产阶段采取成本控制措施，包括实际電(diàn)路开发阶段。请注意刚性電(diàn)路板的工艺步骤和成本驱动因素，因為(wèi)每个工艺都会在工艺时间、使用(yòng)的材料、能(néng)源和废物(wù)处理(lǐ)方面消耗额外的成本。

我们需要牢记生产策略、生产设备和多(duō)种技术来控制刚性電(diàn)路板成本。在这篇博文(wén)中，我们想指出 PCB 的基本特性，包括PCB生产中涉及的工艺和制造步骤，具體(tǐ)取决于它们对成本的影响。

刚性電(diàn)路板的主要成本驱动因素

工艺成本影响最终的PCB价格，一旦PCB设计完成，不重新(xīn)设计電(diàn)路板就无法降低成本。只有(yǒu)采用(yòng)准确的PCB设计和正确的工程策略才能(néng)实现尽可(kě)能(néng)低的成本。如果要优化成本，请遵循 IPC-2220、IPC-2226 标准。

PCB加工成本考虑

成本类别的分(fēn)类：I 类项目的分(fēn)配对于实现所需的PCB设计至关重要。II 类和 III 类的分(fēn)配取决于设备使用(yòng)情况，因此特定于制造商(shāng)。可(kě)以通过减少类别 II 和 III 的要求来降低成本。

我们将成本贡献要素分(fēn)為(wèi)不同的类别。这种分(fēn)类的动机是為(wèi)了降低最终成本。我们不能(néng)忽视 I 类中列出的因素，但我们可(kě)以根据我们的要求和最终应用(yòng)更改 II 和 III 中列出的因素。

对于 PCB设计师和工程师来说，优化是首要因素。优化时间、成本甚至工作量。Sierra Circuits努力為(wèi)客户提供高品质的PCB和优秀的设计服務(wù)。这包括设计人员的最佳实践技巧。在设计下一个電(diàn)路板时，您需要注意一些关键的刚性PCB成本驱动因素。

从概念到 PCB制造和组装，有(yǒu)几个因素会影响您的電(diàn)路板价格。通常，机械和/或電(diàn)气工程师会确定電(diàn)路板要求，例如尺寸、适用(yòng)的行业标准、机械和電(diàn)气限制以及材料特性。这样做是為(wèi)了确保董事会达到其目标绩效。

一旦工程师有(yǒu)了可(kě)行的机械设计和功能(néng)原理(lǐ)图，PCB设计人员就必须进行 CAD 布局。布局完成后，PCB制造商(shāng)就可(kě)以开始构建電(diàn)路板了。毋庸置疑，设计的复杂性将对電(diàn)路板的最终成本产生最显着的影响，但价格也将主要取决于以下成本驱动因素。

PCB的尺寸

机械工程师必须确定 PCB的尺寸和形状——也称為(wèi) PCB轮廓。初始图纸发送给设计团队，如果可(kě)能(néng)，他(tā)们可(kě)以减少電(diàn)路板轮廓。这是第一种省钱的方法，因為(wèi)较小(xiǎo)的面积可(kě)以降低PCB 材料成本。在这里，您的董事会的成本是一个房地产问题——就像一个家一样，越大，成本就越高。例如，想象一个 2'' x 2'' 的板。现在想象一个 4'' x 4'' 的板。表面积乘以四，因此（材料的）基本价格也将乘以四。

更小(xiǎo)的面积意味着PCB材料成本的降低。

面板越大，成本越高

当您选择面板选项时，请记住它就像電(diàn)路板尺寸一样。表面积越大，你的成本就越高。因此，您甚至可(kě)以為(wèi)组装后扔进垃圾箱的废物(wù)部分(fēn)（褪色的绿色）付费。如果可(kě)能(néng)，将電(diàn)路板放在面板上彼此更靠近，以减少浪费和成本。

合适的面板尺寸有(yǒu)助于材料利用(yòng)率，从而降低成本。

总而言之，在概念阶段您应该考虑的硬成本驱动因素是PCB轮廓、层以及它们的走線(xiàn)/空间和过孔。仔细选择您需要的材料类型，并尽量避免浪费。最后，请记住，减少机器时间（用(yòng)于制造和组装）也将降低成本。

阵列注意事项：在使用(yòng)面板以获得最大产量时，这是一个很(hěn)好的做法。让我们通过一些例子来理(lǐ)解它：

示例 1：面板尺寸 = 18 x 24”

阵列大小(xiǎo) = 5.125 x 10.925”

数组部分(fēn)的大小(xiǎo)（每个数组中有(yǒu)四个部分(fēn)）= 2 x 4.9”

Panel yield：总共有(yǒu)6个array，即总共24个parts。材料利用(yòng)率為(wèi)77.8%。它表示给定面板上的材料得到了很(hěn)好的利用(yòng)。

最大产量的阵列注意事项。

示例 2：

面板尺寸 = 18 x 24”

阵列大小(xiǎo) = 11.125 x 5.125”

数组部分(fēn)的大小(xiǎo)（每个数组中有(yǒu)四个部分(fēn)）= 5 x 2”

Panel yield：总共有(yǒu)4个array，即总共16个parts。材料利用(yòng)率為(wèi)52.8%。它表示给定面板上的材料利用(yòng)率低。与前一个示例中每个面板的 24 个部件相比，它增加了 33% 的成本。

更多(duō)层意味着更多(duō)的生产时间、更多(duō)的生产步骤和更多(duō)的材料

自然，更多(duō)的层意味着更高的成本。额外的两层将增加约 25% 的成本。当您在设计中添加更多(duō)层时，您会添加更多(duō)材料（如预浸料和铜）以及更多(duō)生产步骤（如蚀刻、压制和粘合周期等）。一旦生产完成，就必须检查这些层。检查八层比只检查两层需要更多(duō)的工作。

使用(yòng) HDI（高密度互连）技术可(kě)以减少层数。不过要小(xiǎo)心; 如果您不是HDI经验丰富的设计师，建议先了解HDI的关键方面。您可(kě)以阅读我们关于HDI 成本优势的文(wén)章。

成本随着 PCB的复杂性而上升

当我们从传统的 PCB 制造技术转向复杂的制造技术时，成本会增加。这种对更复杂技术的倾向是由于最终应用(yòng)要求。但是制造商(shāng)应该明智地做出决定，以便将成本降至最低。

互连尺寸缩放：一旦互连尺寸减小(xiǎo)以满足应用(yòng)需求，成本就会增加。

微孔：微孔结构的实施会广泛影响 PCB制造，因為(wèi)它们直接影响设计中的层压循环和钻孔步骤的总数。它发生在需要考虑微孔起始层和终止层的子结构中。它最终会增加成本，因為(wèi)每个子结构都需要额外的叠片和钻孔周期。

铜箔重量

PCB上更多(duō)的铜会导致更高的成本。

一般来说，铜越薄，電(diàn)路板越便宜。在层压过程中，在内层上使用(yòng)厚铜需要更多(duō)的预浸料来填充由铜组成的區(qū)域之间的间隙。内层超过 ½oz 的铜和外层超过 1oz 的铜会增加 PCB 成本。 

使用(yòng)较厚铜的另一个缺点是，您必须在走線(xiàn)之间保持足够的空间，并且您可(kě)能(néng)还需要在两个相邻层之间使用(yòng)较厚的预浸材料。但是，如果您使用(yòng)非常薄的铜（小(xiǎo)于 ¼ 盎司），则会增加额外的成本，因為(wèi)处理(lǐ)非常薄的铜很(hěn)昂贵。

轨迹/空间

走線(xiàn)/空间设计也会增加成本。

走線(xiàn)/空间越紧，可(kě)靠地蚀刻走線(xiàn)和焊盘就越困难。考虑从長(cháng)遠(yuǎn)来看，引線(xiàn)键合或 HDI 设计是否更具成本效益。Sierra Circuits 可(kě)以制造低于 3/3 的迹線(xiàn)/空间。

钻孔数量越多(duō)，孔越小(xiǎo)，成本越高

较小(xiǎo)的机械孔尺寸更难以制造。

较小(xiǎo)的机械孔尺寸更难以制造。它们还需要更小(xiǎo)的钻头，但成本更高。当您要求小(xiǎo)于 6 密耳的孔时，通常必须进行激光钻孔，这会增加成本。

HDI PCB技术使用(yòng)盲孔和埋孔，这会大大增加電(diàn)路板的成本。它们比通孔更难钻孔，并且还增加了层压步骤。仅当您没有(yǒu)任何其他(tā)可(kě)用(yòng)选项时才使用(yòng)它们。例如，由于 PCB尺寸限制，在 HDI 设计中使用(yòng)这些类型的过孔是有(yǒu)意义的。如果您遇到布線(xiàn)问题，那么在堆叠中再添加两层将比使用(yòng)盲孔或埋孔便宜。

标准钻头尺寸為(wèi) 8 密耳，而高级钻头尺寸為(wèi) 5 密耳。并且研发钻头尺寸可(kě)以小(xiǎo)于5密耳。请注意，较小(xiǎo)的孔尺寸和较厚的 PCB（高纵横比）会增加钻孔时间和钻孔腐蚀，从而导致更高的成本。

钻孔到铜是从钻孔边缘到层上最近的铜特征（焊盘、浇注和走線(xiàn)等）的距离。对铜的钻孔越小(xiǎo)，PCB制造工艺就越昂贵。

可(kě)控阻抗

具有(yǒu) 受控阻抗意味着设计和生产非常具體(tǐ)且均匀的走線(xiàn)宽度和空间。必须选择具有(yǒu)特定介電(diàn)特性的更昂贵的材料，以确保实现目标電(diàn)气性能(néng)。必须制作测试试样以确保 PCB制造商(shāng)满足标准的 15% 容差。有(yǒu)时，它甚至是 5% 的容忍度。更多(duō)的工作、更多(duō)的优惠券表面积和更多(duō)的测试推高了電(diàn)路板的价格。

除非绝对必要，否则不要指定受控阻抗。这就是我们将其归入重要类别的原因。

刚性電(diàn)路板成本优化的材料选择标准

兼容无铅焊料（热可(kě)靠性）

TG（温度相关可(kě)靠性）

TCT、CTEz（温度循环可(kě)靠性）

退化温度（热可(kě)靠性）

高导热性（传热）

T260、T288（分(fēn)层时间）

εr (Dk)、Df（電(diàn)信号性能(néng)）

耐CAF

机械性能(néng)（跌落试验、刚度等）

减少卤素（环保特性）

材料的选择

当我们在频率图中移到更高的位置以针对特定应用(yòng)时，PCB材料的选择就变得至关重要。

PCB设计初期必须考虑成本控制。智能(néng)设计和声音工程始终是成本指数最低的最佳 PCB设计解决方案。 為(wèi)了获得最准确的成本估算，建议考虑现有(yǒu)的设计范围，然后根据估算的技术调整要求。这些估计将提供更多(duō)的相关数据点，以制定每项技术决策的任何成本，并防止在将资源投入设计后的过程中出现意外。

我们都参与了每个独特 PCB的供应链，并且我们拥有(yǒu)可(kě)以将您的产品尽可(kě)能(néng)快速和精心设计的产品推向市场的专业知识。但请注意，必须在供应链中尽早考虑这一点。