Оптимизация затрат на изготовление печатных плат (PCB) требует тонкого баланса между электрическими характеристиками, механическими ограничениями и производственными возможностями. Многие инженеры непреднамеренно завышают производственные затраты, указывая более жесткие допуски или более сложные характеристики, чем необходимо, часто не зная о конкретных факторах затрат в процессе изготовления. Понимая взаимосвязь между проектными решениями и производственными операциями, вы можете добиться значительной экономии при сохранении высокой надежности.

Основные моменты

• Использование материалов. Узнайте, как эффективность панели влияет на цену за единицу продукции и как проектировать рабочие панели стандартных размеров.
• Стратегия подсчета слоев: методы сокращения количества слоев за счет более разумной маршрутизации и размещения компонентов.
• Через технологию: Стоимость глухих, скрытых и микроотверстий по сравнению со стандартной технологией сквозных отверстий.
• Отделка поверхности: Сравнительный анализ HASL, ENIG и OSP с точки зрения стоимости, срока годности и плоскостности.
• Допуски. Как снижение некритических механических и электрических допусков может снизить процент брака и снизить цены.

Содержание

• 1. Выбор материала и использование панелей
• 2. Подсчет слоев и оптимизация стека
• 3. Через технологические ограничения и ограничения на бурение
• 4. След, пространство и вес меди
• 5. Отделка поверхности: баланс между стоимостью и производительностью
• 6. Как оценить стоимость печатной платы на основе файлов Gerber
• 7. Стратегии количества и времени выполнения
• 8. Протоколы испытаний и проверок
• 9. Усовершенствованный дизайн для технологичности (DFM)
• 10. Поиск поставщиков и поставщиков
• Сводный контрольный список для снижения затрат

1. Выбор материала и использование панелей

Необработанный ламинат составляет значительную часть общей стоимости платы, особенно для многослойных печатных плат. Выбор правильного материала и обеспечение его эффективного размещения на производственной панели производителя — это первый шаг к дешевому производству печатных плат.

Правило стандартных материалов

Правило: Придерживайтесь стандарта FR4 (TG130–150), если только приложение не требует высокой скорости или высоких температур. Почему это важно: Стандартный FR4 производится в огромных объемах, что позволяет снизить затраты. Специальные материалы, такие как Rogers или FR4 с высоким содержанием TG (TG170+), могут стоить в 2–10 раз дороже за лист. Как проверить: Проверьте свое техническое описание. Если ваша рабочая температура ниже 100°C и частоты сигнала ниже 1–2 ГГц, скорее всего, будет достаточно стандарта FR4. Распространенная ошибка: Выбор TG180 «на всякий случай» для потребительского устройства, работающего при комнатной температуре.

Эффективность использования панели

Производители печатных плат не производят платы одну за другой; они обрабатывают большие рабочие панели (обычно 18 x 24 дюйма, 21 x 24 дюйма или больше). Процент этой панели, покрытый вашими пригодными для использования печатными платами, определяет ваши потери материала.

• Целевой диапазон: Стремитесь к использованию панели >80 %.
• Математика: Если размер вашей платы 50 x 50 мм, а рабочая панель допускает зазор 5 мм, установка массива, который использует только 60% панели, означает, что вы платите за 40% отходов.
• Мероприятие: Заранее проконсультируйтесь с производителем о предпочтительных размерах рабочих панелей. Иногда изменение размера всего на 1–2 мм позволяет разместить на панели дополнительный ряд или столбец плат, что снижает стоимость единицы продукции на 15–20%.

Дополнительную информацию о свойствах материала можно найти в нашем руководстве по опциям FR4 PCB.

2. Подсчет слоев и оптимизация стека

Уменьшение количества слоев — один из наиболее прямых способов снижения затрат, но это должно быть сделано без ущерба для целостности сигнала.

Стоимость ламинирования

Каждая дополнительная пара слоев увеличивает цикл ламинирования, больше материала препрега и время обработки.

• Стоимость перехода. При переходе от 2 слоев к 4 обычно стоимость увеличивается на 30–40 %. Переход от 4 к 6 слоям добавляет еще 20–30%.
• Стандартные стопки: придерживайтесь четного количества слоев (2, 4, 6, 8). Нечетное количество слоев (например, 5 слоев) обычно требует нестандартного процесса ламинирования, который может деформировать плату и фактически стоит больше, чем 6-слойная плата, из-за необходимости специального обращения.

Эффективность маршрутизации

Правило: Исчерпайте все возможности маршрутизации на внешних слоях перед добавлением внутренних слоев. Почему это важно. Инженеры часто для удобства переходят на шестиуровневый стек. Как проверить: Используйте автотрассировщики только для оценки; ручная трассировка часто показывает, что 4-слойный стек жизнеспособен, если размещение компонентов оптимизировано. Распространенная ошибка: Использование 6-слойного стека исключительно для плоскостей питания, когда достаточно полигона из залитой меди на сигнальном слое.

Ознакомьтесь с нашими рекомендациями по сборке печатных плат (/pcb/pcb-stack-up/), чтобы понять стандартную толщину диэлектрика.

3. Из-за технологических ограничений и ограничений бурения

Сверление — самый медленный и дорогой механический процесс при изготовлении печатных плат. Количество отверстий, их размер и используемая технология привода (механическая или лазерная) требуют значительных затрат.

Размер сверла и соотношение сторон

Правило: Сохраняйте минимальные размеры механических сверл ≥ 0,2 мм (8 мил) и соотношение сторон < 8:1. Почему это важно:

• Износ сверл: Сверла меньшего размера чаще ломаются и имеют более короткий срок службы.
• Складирование: Производители могут складывать 2–3 панели для одновременного сверления, если размер отверстий >0,3 мм. Для отверстий размером менее 0,2 мм панели приходится сверлить индивидуально, что утроит машинное время.
• Соотношение сторон: Отношение толщины платы к диаметру отверстия. Если толщина доски 1,6 мм, а диаметр отверстия 0,2 мм, соотношение составит 8:1. Соотношения выше 10:1 затрудняют гальванопокрытие и требуют применения сложных химических процессов, что увеличивает стоимость.

Hdi и расширенные переходные отверстия

Функции межсоединения высокой плотности (HDI), такие как глухие и скрытые переходные отверстия, требуют последовательного ламинирования.

• Влияние на стоимость. Добавление глухих переходных отверстий может увеличить стоимость платы на 50–80% по сравнению со стандартной платой со сквозными отверстиями.
• Альтернатива: Прежде чем переходить к технологии HDI PCB, попробуйте уменьшить плотность компонентов или немного увеличить размер платы, чтобы обеспечить стандартную разводку через сквозные отверстия.

Количество отверстий

Правило: Минимизируйте общее количество отверстий. Порог. Многие производители устанавливают порог (например, 50 отверстий на квадратный дюйм или 100 000 отверстий на партию), при котором взимаются дополнительные сборы из-за чрезмерного износа сверла и времени работы станка.

4. След, пространство и медный вес

Расширение границ возможностей травления снижает выход продукции. Более низкий выход означает, что производитель должен производить больше панелей, чтобы гарантировать, что доски достаточно хорошо пройдут проверку, и эти затраты перекладываются на вас.

Допуски трассировки/пространства

• Стандарт: 5/5 мил (0,127 мм) или 6/6 мил (0,152 мм). Это «безопасная зона» для большинства фабрик.
• Расширенный уровень: 3/3 мил (0,076 мм) или 4/4 мил.
• Формат затрат: Для снижения толщины ниже 4/4 мил часто требуется более строгий контроль чистых помещений и более медленные скорости травления. Это может увеличить базовую цену на 20–30%.

Медный вес

Правило: Используйте медь толщиной 1 унцию (35 мкм), если для высокого тока не требуется 2 унции или более. Почему это важно: Более тяжелая медь требует большего расстояния между дорожками для более чистого травления.

• Ограничение: Для меди весом 1 унцию минимальный размер обычно составляет 4–5 мил. Для меди весом 2 унции минимальный интервал увеличивается до 8–10 мил.
• Подводная ошибка: Указание содержания меди на 2 унции на всех слоях, когда она требуется только на уровне питания. Если вам нужен большой ток, рассмотрите решения Heavy Copper PCB только там, где это необходимо, или используйте шины.

5. Отделка поверхности: баланс стоимости и производительности

Поверхностная обработка защищает медь от окисления и обеспечивает паяемость.

Готово	Стоимость	Срок годности	Планарность	Лучшее для
HASL (выведенный)	Самый низкий	12 месяцев	Бедные	Сквозное отверстие, простой SMT
HASL (бессвинцовый)	Низкий	12 месяцев	Бедные	Соответствие RoHS, общее использование
ОСП	Низкий	6 месяцев	Отлично	Мелкий шаг SMT, контролируемое хранение
ЭНИГ	Средний/высокий	12+ месяцев	Отлично	BGA, проволочное соединение, сенсорные контакты
Твердое золото	Самый высокий	Годы	Отлично	Краевые соединители, износостойкие

Рекомендация: используйте бессвинцовый HASL для общей электроники. Обновите до ENIG, только если у вас есть компоненты с мелким шагом (BGA, QFN) или вам требуется идеально ровная поверхность. Избегайте Hard Gold, если у вас нет краевых разъемов, которые будут вставляться/извлекаться неоднократно.

6. Как оценить стоимость печатной платы на основе файлов Gerber

Понимание того, как оценить стоимость печатной платы на основе данных Gerber, позволит вам проверить свои проекты перед выставлением цен. Когда инженер CAM просматривает ваши файлы, он ищет «добавители затрат».

Контрольный список «Сумма затрат»

1. Фрезерование пазов. Имеются ли пазы с покрытием? Для этого требуется дополнительный этап сверления/фрезерования.
2. Зончатые отверстия. Половинчатые отверстия на краю требуют специальной фрезеровки и обработки.
3. Маленькие кольцевые кольца: Если размер колодки за вычетом размера сверла составляет < 4 мил, это требует высокоточного выравнивания (регистрации), что увеличивает стоимость.
4. Отслаиваемая маска: используется для защиты отверстий во время пайки волновой пайкой. Это процесс подачи заявки вручную.
5. Через заполнение: Проводящее или непроводящее сквозное заполнение (POFV) значительно дороже, чем простое наложение паяльной маски.

Самопроверка. Запустите свои файлы Gerber с помощью инструмента DFM или Gerber Viewer, чтобы выявить эти функции. Если функция не является критичной, удалите ее.

7. Стратегии количества и времени выполнения заказа

Экономика производства печатных плат в значительной степени определяется затратами на установку и экономией за счет масштаба.

Ловушка платы за установку

Каждый заказ предполагает затраты на NRE (единичное проектирование): проверка CAM, создание пленки, создание трафарета и настройка машины.

• Сценарий. Заказ 5 прототипов может стоить 100 долларов США (20 долларов США за плату). Заказ 50 штук может стоить 200 долларов (4 доллара за доску).
• Стратегия. Если вы уверены в конструкции, заказ чуть большей пробной партии (например, 50 единиц) часто оказывается более рентабельным в расчете на единицу, чем заказ 5, затем 10, а затем 20.

Время выполнения

Правило: Планируйте заранее, чтобы избежать премий «быстрого поворота». Диапазон: Стандартный срок выполнения заказа — 5–7 дней. Запрос на 24-часовую или 48-часовую очередь может увеличить цену на 100–200 %. Логистика: Консолидируйте заказы. Доставка 5 различных дизайнов печатных плат в одной упаковке позволяет значительно сэкономить на международных перевозках.

8. Протоколы испытаний и проверок

Обеспечение качества жизненно важно, но чрезмерное уточнение требований к испытаниям приводит к ненужным расходам.

Электрические испытания (E-Test)

• Летающий зонд: Подходит для прототипов и небольших объемов. Никаких затрат на приспособления, но медленно на доску.
• Гвозди (крепеж): Высокая стоимость установки (200–500 долларов США), но очень быстро на каждую доску.
• Решение: Для заказов площадью до 50 кв. метров или небольших партий летающий зонд входит в стандартную комплектацию и обычно включен в цену. Не запрашивайте испытания приспособлений для прототипов.

Требования к классу IPC

• IPC Класс 2: Стандарт для большинства промышленной и бытовой электроники.
• Класс 3 IPC: Требуется для аэрокосмических, медицинских систем и систем жизнеобеспечения.
• Стоимость: Класс 3 требует более плотных кольцевых колец, большей толщины покрытия в отверстиях и более строгих критериев проверки, что часто увеличивает затраты на 20–40 %.
• Проверка: Действительно ли вашему контроллеру светодиодов требуется надежность класса 3? Скорее всего, нет.

9. Усовершенствованный дизайн для технологичности (DFM)

Внедрение надежных Рекомендаций DFM является лучшим инструментом снижения затрат. Это предотвращает статус «приостановленного», когда инженерные вопросы (EQ) задерживают производство и потенциально приводят к дорогостоящим изменениям конструкции.

Заглушки паяльной маски

Правило: Поддерживайте минимальный зазор паяльной маски 4 мил (0,1 мм) между контактными площадками. Неисправность: Если перемычка слишком мала, производитель должен разблокировать маску (полностью удалить ее между контактными площадками), что увеличивает риск образования перемычек во время сборки. Чтобы сохранить плотину, им может потребоваться более точная технология LDI (лазерная прямая визуализация), которая стоит дороже.

Ограничения шелкографии

Правило: Сохраняйте высоту текста шелкографии ≥ 30 мил и ширину линии ≥ 5 мил. Почему это важно: Разборчивость. Хотя это не всегда напрямую увеличивает цену, неразборчивая шелкография может привести к ошибкам сборки, которые представляют собой огромные «скрытые» затраты.

10. Поиск поставщиков и поставщиков

Наконец, факторы стоимости печатных плат и способы их снижения также зависят от того, кого вы выберете для производства своих плат.

• Магазины прототипов: оптимизированы для скорости и небольшого количества. Высокая цена за единицу, низкая плата за установку.
• Массовое производство: оптимизировано по объему. Низкая цена за единицу, более высокая плата за установку.
• Гибридные производители: такие компании, как APT PCB, устраняют этот разрыв, предлагая плавный переход от NPI Small Batch к массовому производству.

Оффшорные и внутренние

В то время как отечественное производство обеспечивает скорость и IP-безопасность, оффшорное производство (особенно в Азии) остается королем недорогого производства печатных плат. Интеграция цепочек поставок рабочей силы и материалов позволяет устанавливать цены на 30-50% ниже при массовом производстве.

Сводный контрольный список для снижения затрат

Чтобы убедиться, что вы получаете лучшую цену, перед отправкой файлов просмотрите этот контрольный список:

1. Панельизация. Загрузка панели превышает 80 %?
2. Материал: Указан ли стандарт FR4 TG140?
3. Слои: Могу ли я разместить это на 4 слоях вместо 6?
4. Сверла: Все ли отверстия размером >0,2 мм? Существует ли менее 10 различных размеров сверл?
5. Трасса/Пробел: Соответствует ли конструкция ограничениям 5/5 мил?
6. Завершение: Приемлем ли HASL, не содержащий свинец?
7. Переходные отверстия: Устранил ли я слепые/скрытые переходные отверстия?
8. Допуски. Снижены ли допуски контуров до +/- 0,2 мм?
9. Тест: Достаточно ли класса 2 IPC?
10. Объем. Могу ли я увеличить размер пакета, чтобы амортизировать затраты на установку?

Систематически учитывая эти факторы, вы можете добиться существенного снижения стоимости печатных плат, не жертвуя при этом качеством и функциональностью своих электронных продуктов. Цель состоит не только в том, чтобы найти самого дешевого производителя, но и в том, чтобы спроектировать плату, которая по своей сути экономична в изготовлении.Для подробного анализа расценок или обсуждения того, как оптимизировать стоимость вашей конкретной конструкции, свяжитесь с нашей командой инженеров или отправьте свои файлы через наш портал Цитата.

Related links

• FR4 PCB
• HDI PCB
• Heavy Copper PCB
• ENIG
• Gerber Viewer
• Рекомендаций DFM
• NPI Small Batch