Como as diferentes tecnologias afetam o custo do PCB

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As tecnologias de PCB envolvem altos níveis de complexidade. Dependendo do projeto de uma placa de circuito, sua produção pode ser mais ou menos cara do que a média de PCB. Se uma placa de circuito impresso for destinada a um item convencional do dia a dia, o custo de fabricação da placa em si deve ser significativamente menor do que o preço de uma placa projetada para máquinas de alta tecnologia.

Fatores que afetam o custo do PCB

Os três fatores que mais impactam o detalhamento do custo de fabricação do PCB são o tipo de material, o tamanho da placa e o número de camadas. Outros fatores que também podem afetar o preço incluem o acabamento e o tamanho dos furos, incluindo esses oito.

1. Escolha do material

Os materiais usados ​​em uma placa de circuito invariavelmente afetarão seu custo. Os PCBs padrão são laminados com material FR4, mas isso não será suficiente para placas fabricadas para usos de alta intensidade, como os comuns nas indústrias aeroespacial e de combustível.



Os fatores que podem afetar a seleção de materiais incluem:

• Confiabilidade térmica : A placa será capaz de funcionar na faixa de temperaturas esperadas para as tarefas em questão? Certas placas exigem materiais com classificação térmica mais alta do que as placas padrão.
• Confiabilidade de temperatura : O material pode suportar uma faixa esperada de condições atmosféricas dentro de um ambiente controlado sem superaquecimento? PCBs destinados a operações de trabalho em alta temperatura exigem materiais que passem nesses testes.
• Transferência de calor: A placa suportará cargas de alta intensidade sem transferir níveis indevidos de calor para componentes conectados e adjacentes? O material certo precisará passar neste teste para os usos em questão.
• Desempenho do sinal: O material facilitará os sinais elétricos ininterruptos ao longo de cada ciclo de operação de uma determinada máquina? O sinal resistirá a uma faixa necessária de temperaturas e outros fatores ambientais? Essas preocupações são essenciais para o desempenho de um PCB.
• Propriedades mecânicas: O material tem composição física suficiente para suportar uma gama plausível de tensões físicas? A placa pode ser pressionada em um slot apertado sem rachar? Ele pode cair vários metros sem quebrar? Qualquer PCB ideal para venda precisará passar por testes de queda e outros critérios de desempenho.

Como regra geral, as operações que envolvem frequências mais altas exigem materiais de qualidade superior ao FR4 padrão. Como tal, os materiais usados ​​em um PCB de micro-ondas podem ser 10 vezes mais caros do que os materiais usados ​​para a placa em uma calculadora ou outro dispositivo portátil.

2. Tamanho do PCB

O tamanho de um PCB e sua utilização do painel são dois dos fatores mais cruciais que afetam o preço. O tamanho de uma placa geralmente será determinado pelo número de circuitos necessários para o dispositivo correspondente.

Um PCB em algo tão pequeno quanto um relógio digital exigirá menos componentes e, em última análise, será mais barato de produzir do que um PCB de computador ou laptop. Da mesma forma, o PCB em uma grande máquina industrial será maior do que as placas contidas na maioria dos eletrodomésticos.

Na fabricação de PCB, as seguintes dimensões estão entre as mais comuns:

• 18 x 24" (457 x 610 mm)
• 18 x 21" (457 x 533 mm)
• 21 x 24" (533 x 610 mm)

A quantidade de espaço consumido pelos componentes em uma placa também afetará o preço. Concedido, algumas placas são projetadas com menos consideração de eficiência e custos de produção.

Por exemplo, um PCB de 18 x 24 que contém três colunas e duas longas filas de utilização do painel seria um uso eficiente do espaço da placa porque os componentes ativos consumirão a maior parte do painel geral. Por outro lado, um PCB 18 x 24 que contém uma coluna e três linhas seria menos eficiente porque as margens seriam mais amplas, mas ainda onerosas devido ao material.

Em última análise, as dimensões do design do seu PCB serão um dos principais fatores determinantes do preço geral. Mesmo se você fabricar um PCB pequeno em alto volume, o custo total pode ser menor do que o de um PCB grande e de baixo volume.

3. Número de camadas

Outro fator determinante do preço da prancha é o número de camadas envolvidas. Por razões óbvias, PCBs com três ou mais camadas custam mais para produzir do que placas que consistem em apenas duas camadas. A questão do preço é afetada pelos tipos de material utilizados e pelo tamanho da própria placa. Em geral, placas grossas com várias camadas exigem muito mais trabalho para fabricar.

No geral, os aumentos de preços em uma base camada por camada podem ser divididos da seguinte forma:

• 1L a 2L: 35 - 40%
• 2L a 4L: 35 - 40%
• 4L a 6L: 30 - 40%
• 6L a 8L: 30 - 35%
• 8L a 10L: 20 - 30%
• 10L a 12L: 20 - 30%

Alguns dos aumentos mais significativos no custo de fabricação ocorrem quando uma segunda camada é adicionada a uma placa. A partir daí, duas placas adicionais aumentarão o custo em pelo menos um terço do preço anterior. Os aumentos de preços geralmente são menos acentuados quando um design ultrapassa o limite de oito camadas.

Com cada camada adicionada a um PCB, mais etapas de produção estão envolvidas no processo de laminação. Isso requer mais tempo para ser alcançado e exige um maior suprimento de material. As etapas envolvidas na construção de placas multicamadas também aumentam a possibilidade de defeitos de produção. Para compensar o possível custo de erros, os fabricantes de PCB geralmente consideram isso em cotações na produção de placas multicamadas.

Dependendo do material usado em um design de placa, você pode precisar de mais camadas para garantir uma composição sólida. Se espera-se que um PCB suporte uma grande quantidade de estresse e ainda tenha um certo grau de flexibilidade, esses fatores determinarão em grande parte a contagem de camadas, bem como o material.

4. Acabamento (ENIG, HASL, etc.)

Um fator menor a considerar em relação à produção de PCB envolve os custos associados a um determinado acabamento. Alguns acabamentos possuem notas mais altas e oferecem vida útil mais longa, aumentando assim o custo total de produção. Um dos tratamentos de superfície mais comuns e de baixo custo é o HASL, que oferece boa soldabilidade, mas é avaliado desfavoravelmente em outros aspectos. ENIG, em comparação, pontua favoravelmente na maioria das categorias, mas comanda apenas uma pequena diferença de preço.

Cada uma das opções de tratamento de superfície oferece recursos exclusivos:

• HASL: Soldagem
• LFHASL: Soldagem
• OSP: Soldagem
• IMM Ag: Soldagem, ligável por fio de alumínio
• IMM Sn: Soldagem
• ENIG: Soldagem, ligável com fio de alumínio, superfície de contato
• ENEPIG: Soldagem, ligável com fio de alumínio, superfície de contato
• Elec. Au: Soldagem, ligável com fio Al/Au, superfície de contato

O número de camadas também pode determinar se o acabamento impacta significativamente o preço da produção de PCB.

5. Tamanho do furo

Um dos fatores importantes, se não cruciais, que podem influenciar o custo de produção de uma PCB é o tamanho dos furos em uma placa. Os custos associados aos furos também podem ser determinados pelo número de furos necessários para a placa, bem como pelo tipo de material e espessura das camadas a serem perfuradas. No geral, mais furos exigem mais trabalho, especialmente se os furos em questão forem difíceis de perfurar devido à pequenez e à espessura da placa.

Os tamanhos dos furos em um design de placa são os determinantes de preço mais importantes nessa área. Se os furos forem superfinos, eles precisarão de ferramentas especiais para serem produzidos. Por exemplo, um furo que tenha o diâmetro de um fio de cabelo será mais difícil de criar do que um furo que seja igual ao diâmetro de um furo de parafuso típico. Esses buracos exigem mais trabalho e um conjunto de habilidades especializadas para serem realizados.

Quer os furos sejam de tamanho regular ou microscópicos, o preço da produção da placa também pode ser afetado pelo número de furos contidos em um determinado design. Se uma placa contiver dezenas de furos, esse recurso será adicionado ao preço devido ao trabalho extra envolvido.

Fatores adicionais relacionados ao furo que podem afetar o preço de uma produção de PCB são a espessura do material e o número de camadas contidas no design da placa. Se uma placa consistir em 10 ou mais camadas, a perfuração será uma tarefa mais demorada devido à espessura. Se o material for super forte e difícil de perfurar, isso também afetará o preço.

6. Rastreamento e espaço mínimos

Para que uma corrente seja transferida em um PCB sem a ameaça de superaquecimento e danos à placa, deve haver largura de traço suficiente no projeto da placa. Em placas de todos os tamanhos, existe uma correlação simples entre a largura do traço e a capacidade de carga. Uma seção do primeiro determinará o último. Além disso, as seções transversais dos traços se correlacionam com a espessura do cobre.

Deve-se notar que a capacidade de carga do traço não corresponde necessariamente ao espaço da seção transversal. Na verdade, a quantidade de corrente que um traço pode conter, no máximo, não pode ser facilmente calculada, independentemente da largura do traço ou do aumento da temperatura. A capacidade de transporte de uma corrente também pode ser afetada por almofadas, vias e outros elementos da placa.

Em uma placa com vários pads, você pode encontrar um traço de capacidade excepcional. Se isso não for considerado no processo de soldagem, uma área de seção transversal excessiva pode ser criada e surtos transitórios podem ocorrer.

Para evitar essas situações, os fabricantes de placas aumentarão a largura do traço, se possível. Alternativamente, eles podem adicionar máscara de solda extra aos traços que poderiam estar propensos a queimar. Essas etapas podem aumentar o preço de uma produção de PCB.

7. A espessura do PCB e a relação de aspecto

Até recentemente, a espessura de um PCB desempenhava apenas um papel menor no custo total, embora tudo isso possa mudar nos próximos anos. O material mais espesso pode ser mais caro para adquirir, laminar e formar uma placa de circuito impresso, especialmente se o design em si for altamente intrincado.

O material mais fino geralmente colocará uma linha de PCBs em uma faixa de custo ligeiramente mais baixa porque menos material é necessário para a produção em questão. Os custos de uma placa em relação à espessura também podem ser impactados pelo tipo de material utilizado em uma determinada produção.

A espessura padrão para um PCB é de 1,6 mm (0,063″). Nos últimos tempos, as placas mais grossas tornaram-se mais caras, embora nunca tenha sido estabelecida uma taxa para toda a indústria. No geral, depende do fabricante se uma placa mais fina de 0,8 mm custará menos ou igual a uma placa de espessura padrão.

O preço de uma placa mais grossa pode ser significativamente maior se ela também tiver uma proporção maior. Se a placa for composta por várias camadas para sua espessura e apresentar dimensões amplas, a placa exigirá mais material e envolverá mais trabalho em sua construção. Portanto, pode não ser a espessura da placa que afeta o custo tanto quanto as medidas ou o número de camadas que aumentam a espessura.

8. Especificações personalizadas ou exclusivas

Os custos de fabricação de PCB também podem ser afetados pelos elementos de design exclusivos em uma determinada produção. Se você chegar a um fabricante de PCB com especificações personalizadas, isso pode aumentar o custo de sua produção, mesmo que a placa em si seja pequena e consista em apenas uma ou duas camadas. O verdadeiro fator determinante a esse respeito será se os recursos em questão exigem ferramentas ou habilidades especiais para serem alcançados. Exemplos de especificações personalizadas podem incluir:

• Extremidades contornadas : PCBs com bordas arredondadas podem custar mais para produzir, especialmente aqueles que exigem roteamento de eixos z.
• Chapeamento Lateral : Alguns projetos de PCB especificam bordas de metal para aumentar a resistência EMC.
• Folga da máscara de solda: Se forem necessárias folgas e espessuras extras da máscara de solda, isso aumentará os custos.

Recursos especiais requerem conjuntos de habilidades especializadas. Se o seu projeto envolve detalhes difíceis de produzir e não são os tipos de detalhes que os fabricantes de PCB montam regularmente, isso pode limitar o número de pessoas que podem trabalhar na produção. Isso, por sua vez, poderia levar a uma produção mais demorada. Se a produção geral levar horas adicionais para terminar, suas pranchas custarão mais no final.

Muitas vezes, são necessárias ferramentas especiais para designs exclusivos de placas. Se a placa exigir vários furos em algum tamanho incomum que não corresponda a um dos diâmetros padrão, a empresa que atende seu pedido pode precisar adquirir o instrumento necessário e cobrar os custos envolvidos. Alternativamente, você pode ser solicitado a fornecer as ferramentas necessárias para uma solicitação de projeto especial. Estes são acordos que devem ser estipulados antes de qualquer contrato com um fabricante de PCB.

Para evitar custos excepcionalmente altos que podem resultar de solicitações exclusivas de design de PCB, calcule o preço potencial de seu design antes da produção. Determine as especificações personalizadas do projeto e as etapas necessárias para torná-lo realidade. Certifique-se de que esses detalhes sejam entendidos pelo fabricante do PCB para evitar tentativas e erros dispendiosos.

PCB de diferentes designs da Millennium Circuits Limited

As propriedades do material da PCB podem afetar significativamente o custo de montagem, assim como o tamanho da placa e o número de camadas envolvidas. Para manter os custos em um nível razoável, é sempre melhor fazer uma comparação de materiais de PCB com antecedência para ver o que funcionará melhor para o seu projeto.

Na Millennium Circuits, trabalhamos com cada cliente para garantir que eles recebam as placas de que precisam, da maneira que precisam. Entre em contato conosco hoje para uma cotação para suas especificações.