Как технологические выборы влияют на стоимость PCB: всеобъемлющее руководство

Навигация: Факторы, влияющие на стоимость PCB | Выбор материала | Размер PCB | Количество слоев | Покрытие (ENIG, HASL и др.) | Размер отверстия | Минимальная трасса и зазор | Толщина и соотношение сторон | Индивидуальные спецификации | PCB различных дизайнов

Технологии PCB подразумевают высокие уровни сложности. В зависимости от дизайна схемы, ее производство может быть более или менее затратным по сравнению со средней PCB. Если плата предназначена для обычного бытового изделия, стоимость ее производства должна быть значительно ниже цены платы для высокотехнологичного оборудования.

Факторы, влияющие на стоимость PCB

Три фактора, которые сильнее всего влияют на структуру стоимости производства PCB: тип материала, размер платы и количество слоев. Другие факторы, также влияющие на цену: покрытие, размер отверстий и другие восемь параметров.

1. Выбор материала

Материалы, используемые в схеме, неизбежно влияют на ее стоимость. Стандартные PCB ламинируются с материалом FR4, но этого недостаточно для плат, предназначенных для высоконагруженных применений, таких как аэрокосмическая и топливная промышленности.

Факторы, влияющие на выбор материала:

• Тепловая надежность: Способна ли плата работать в ожидаемом диапазоне температур? Определенные платы требуют материалов с более высоким тепловым рейтингом.
• Температурная надежность: Выдерживает ли материал ожидаемый диапазон атмосферных условий в контролируемой среде без перегрева? PCB для высокотемпературных операций требуют материалов, проходящих эти тесты.
• Теплопередача: Выдерживает ли плата высокие нагрузки без передачи избыточного тепла к соседним компонентам? Правильный материал должен пройти этот тест для данного применения.
• Сигнальная производительность: Обеспечивает ли материал бесперебойные электрические сигналы на протяжении каждого рабочего цикла машины? Выдерживает ли сигнал необходимый диапазон температур и экологических факторов? Эти вопросы интегральны для производительности PCB.
• Механические свойства: Имеет ли материал достаточный физический состав для выдерживания правдоподобного диапазона физических напряжений? Можно ли впрессовать плату в узкий слот без трещин? Выдерживает ли она падение с нескольких футов без поломки? Любая PCB, идеальная для продажи, должна проходить тесты на удар и другие критерии производительности.

Как эмпирическое правило, операции с более высокими частотами требуют материалов более высокого класса, чем стандартный FR4. Таким образом, материалы для микроволновой PCB могут быть в 10 раз дороже материалов для платы калькулятора или другого портативного устройства.

2. Размер PCB

Размер PCB и использование панели — два из самых критичных факторов, влияющих на цену. Размер платы обычно определяется количеством схем, необходимых для соответствующего устройства.

PCB в чем-то столь малом, как цифровые часы, потребует меньше компонентов и в конечном счете будет менее затратна в производстве, чем плата компьютера или ноутбука. Точно так же PCB в крупном промышленном станке будет больше плат в большинстве бытовой электроники.

В производстве PCB следующие размеры среди наиболее распространенных:

• 18 x 24″ (457 x 610 мм)
• 18 x 21″ (457 x 533 мм)
• 21 x 24″ (533 x 610 мм)

Количество пространства, занимаемого компонентами на плате, также влияет на цену. Некоторые платы проектируют с меньшим учетом эффективности и затрат производства.

Например, PCB 18 x 24 с тремя колонками и двумя длинными рядами использования панели будет эффективным использованием пространства, так как активные компоненты будут потреблять большую часть панели. С другой стороны, PCB 18 x 24 с одной колонкой и тремя рядами будет менее эффективной, так как поля будут шире, но все равно затратны из-за материала.

В конечном счете, размеры вашего PCB-дизайна будут одним из главных определяющих факторов общей цены. Даже если вы производите маленькую PCB в большом объеме, общая стоимость может быть меньше, чем у низкообъемной большой PCB.

3. Количество слоев

Еще один определяющий фактор цены платы — количество слоев. По понятным причинам, PCB с тремя и более слоями стоят дороже в производстве, чем платы, состоящие всего из двух слоев. Ценообразование влияют типы используемых материалов и размер самой платы. В целом, толстые платы со множеством слоев требуют значительно больше работы для производства.

В целом, рост цены по слоям можно разбить следующим образом:

• 1L до 2L: 35–40%
• 2L до 4L: 35–40%
• 4L до 6L: 30–40%
• 6L до 8L: 30–35%
• 8L до 10L: 20–30%
• 10L до 12L: 20–30%

Некоторые из самых значительных ростов стоимости происходят при добавлении второго слоя к плате. Оттуда дополнительные два слоя поднимают стоимость минимум на треть от предыдущей цены. Рост цен становится менее крутым после пересечения порога в восемь слоев.

С каждым добавленным слоем в PCB в процесс ламинирования входит больше производственных шагов. Это требует больше времени и большего запаса материалов. Шаги, вовлеченные в многослойную конструкцию, также увеличивают вероятность производственных дефектов. Чтобы компенсировать возможную стоимость ошибок, производители часто учитывают это в котировках на многослойное производство.

В зависимости от материала, используемого в дизайне платы, может потребоваться больше слоев для обеспечения прочной композиции. Если PCB должна выдерживать высокие нагрузки и сохранять определенную степень гибкости, эти факторы в значительной степени определят количество слоев и материал.

4. Покрытие (ENIG, HASL и др.)

Второстепенный фактор, касающийся стоимости производства PCB — затраты, связанные с данным покрытием. Некоторые покрытия обладают более высокими классами и предлагают более длительный срок хранения, что увеличивает общую стоимость производства. Одним из более распространенных и дешевых поверхностных покрытий является HASL, которое предлагает хорошую паяльность, но оценивается неблагоприятно по другим пунктам. ENIG в сравнении получает благоприятные оценки в большинстве категорий, но требует лишь незначительной разницы в цене.

Каждый из вариантов поверхностного покрытия предлагает уникальные особенности:

• HASL: Паяльность
• LFHASL: Паяльность
• OSP: Паяльность
• IMM Ag: Паяльность, алюминиевый проводной бондинг
• IMM Sn: Паяльность
• ENIG: Паяльность, алюминиевый проводной бондинг, контактная поверхность
• ENEPIG: Паяльность, алюминиевый проводной бондинг, контактная поверхность
• Elec Au: Паяльность, алюминиевый/золотой проводной бондинг, контактная поверхность

Количество слоев также может определять, в значительной степени ли покрытие влияет на цену производства PCB.

5. Размер отверстия

Одним из важных, если не решающих, факторов, влияющих на стоимость производства PCB, является размер отверстий в плате. Затраты, связанные с отверстиями, также могут определяться количеством необходимых отверстий, а также типом материала и толщиной сверляемых слоев. В целом, больше отверстий требует больше работы, особенно если отверстия сложны для сверления из-за крошечного размера и толщины платы.

Размеры отверстий в дизайне платы — самые критичные ценовые детерминаторы в этой области. Если отверстия сверхтонкие, они потребуют специальных инструментов. Например, отверстие диаметром с волосок будет сложнее создать, чем отверстие диаметром с типичный винт. Такие отверстия требуют больше работы и специализированных навыков.

Будь отверстия регулярного размера или микроскопическими, цена производства платы также может влиять на количество отверстий в данном дизайне. Если плата содержит десятки отверстий, эта особенность добавится к цене из-за дополнительной работы.

Дополнительные факторы, связанные с отверстиями, влияющие на цену производства PCB: толщина материала и количество слоев в дизайне платы. Если плата состоит из 10 или более слоев, сверление отверстий будет более трудоемкой задачей из-за толщины. Если материал сверхпрочный и трудносверлимый, это также повлияет на цену.

6. Минимальная трасса и зазор

Для передачи тока на PCB без угрозы перегрева и повреждения платы в дизайне должно быть достаточное количество трасс. На платах всех размеров существует простая корреляция между шириной трассы и несущей способностью. Участок первого определяет вторую. Более того, поперечные сечения трасс коррелируют с толщиной меди.

Следует отметить, что несущая способность трассы не обязательно соответствует площади поперечного сечения. Фактически, максимальный ток, который трасса может удерживать, не может быть легко рассчитан независимо от ширины трассы или повышения температуры. Несущая способность тока также может влиять на контактные площадки, виа и другие элементы платы.

На плате с множеством площадок вы можете встретить трассу исключительной емкости. Если это не учтено в процессе пайки, может быть создано чрезмерное поперечное сечение, и вероятны временные скачки.

Чтобы избежать таких ситуаций, производители плат расширяют ширину трассы, если возможно. Альтернативно, они могут добавить дополнительную паяльную маску на трассы, которые иначе могли бы сгореть. Эти шаги могут добавить к цене производства PCB.

7. Толщина PCB и соотношение сторон

До недавнего времени толщина PCB играла лишь незначительную роль в общей стоимости, хотя все это может измениться в ближайшие годы. Толстый материал может быть дороже в закупке, ламинировании и формировании в печатную плату, особенно если дизайн высоко сложен.

Тонкий материал в целом помещает линейку PCB в немного более низкую ценовую категорию, так как для производства требуется меньше материала. Затраты на плату по толщине также могут влиять на тип материала, используемого в данном производстве.

Стандартная толщина для PCB — 1,6 мм (0,063″). В последнее время более толстые платы стали дороже, хотя отраслевой единый тариф никогда не устанавливался. В целом, зависит от производителя, будет ли более тонкая плата 0,8 мм стоить дешевле или равно плате стандартной толщины.

Цена более толстой платы может быть значительно выше, если у нее также большее соотношение сторон. Если плата состоит из множества слоев для своей толщины и имеет широкие размеры, она потребует больше материала и больше работы в конструкции. Поэтому на стоимость может влиять не столько толщина платы, сколько размеры или количество слоев, добавляющих толщину.

8. Индивидуальные или уникальные спецификации

Стоимость производства PCB также может влиять уникальные элементы дизайна в данном производстве. Если вы приходите к производителю PCB с индивидуальными спецификациями, это может поднять стоимость производства, даже если сама плата мала и состоит только из одного или двух слоев. Решающим фактором будет то, требуют ли особенности специальных инструментов или навыков. Примеры индивидуальных спецификаций:

• Контурные края: PCB с закругленными краями могут стоить дороже, особенно те, что требуют Z-осевую фрезеровку.
• Боковое наплавиление: Некоторые дизайны PCB специфицируют металлические края для усиления ЭМС-прочности.
• Зазор паяльной маски: Если нужен дополнительный зазор и толщина паяльной маски, это увеличит затраты.

Особые особенности требуют специализированных наборов навыков. Если ваш дизайн включает детали, которые трудно производить и не являются типами деталей, которые производители PCB собирают регулярно, это может ограничить число людей, способных работать над производством. Это, в свою очередь, может привести к более трудоемкому производству. Если общее производство занимает дополнительные часы, ваши платы в итоге будут стоить дороже.

Специальные инструменты часто требуются для уникальных дизайнов плат. Если плата требует множества отверстий в необычном размере, не соответствующем стандартным диаметрам, компания, обрабатывающая ваш заказ, может потребоваться закупить необходимый инструмент и взимать плату за затраты. Альтернативно, вас могут попросить снабдить инструменты, необходимые для особого дизайна. Это соглашения, которые должны быть оговорены заранее перед любым контрактом с производителем PCB.

Чтобы избежать исключительно высоких затрат, которые могут исходить из уникальных запросов дизайна PCB, рассчитайте потенциальную цену вашего дизайна до производства. Определите индивидуальные спецификации дизайна и шаги, необходимые для его реализации. Убедитесь, что эти детали понятны производителю PCB, чтобы избежать дорогостоящих проб и ошибок.

PCB различных дизайнов от Millennium Circuits Limited

Свойства материалов PCB могут существенно влиять на стоимость сборки, как и размер платы и количество слоев. Чтобы держать затраты на разумном уровне, всегда лучше заранее провести сравнение материалов PCB, чтобы увидеть, что лучше подойдет для вашего дизайна.

В Millennium Circuits мы работаем с каждым клиентом, чтобы обеспечить получение плат, которые им нужны, так, как они их нуждаются. Свяжитесь с нами сегодня для котировки по вашим спецификациям.