Como Escolhas Tecnológicas Influenciam Custos de PCB: Guia Completo

Ir para: Fatores que Afetam Custo de PCB | Escolha de Material | Tamanho do PCB | Número de Camadas | Acabamento (ENIG, HASL, etc.) | Tamanho do Furo | Traço e Espaço Mínimos | Espessura e Proporção de Aspecto | Especificações Personalizadas ou Únicas | PCBs de Diferentes Designs

Tecnologias de PCB envolvem altos níveis de complexidade. Dependendo do design de uma placa de circuito, sua produção pode ser mais ou menos custosa que a média de PCBs. Se um PCB se destina a um item convencional do dia a dia, o custo para fabricar a placa em si deve ser significativamente menor que o preço de uma placa projetada para maquinário de alta tecnologia.

Fatores que Afetam o Custo de PCB

Os três fatores que mais impactam a divisão de custos de fabricação de PCB são o tipo de material, o tamanho da placa e o número de camadas. Outros fatores que também podem impactar o preço incluem o acabamento e o tamanho dos furos, incluindo estes oito.

1. Escolha de Material

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

Os fatores que podem impactar a seleção de material incluem:

• Confiabilidade Térmica: A placa será capaz de funcionar sob a faixa de temperaturas esperada para as tarefas em questão? Certas placas requerem materiais de classificação térmica mais alta que placas padrão.
• Confiabilidade de Temperatura: O material pode suportar uma faixa esperada de condições atmosféricas em um ambiente controlado sem superaquecer? PCBs destinados a operações de trabalho de alta temperatura requerem materiais que passem nesses testes.
• Transferência de Calor: A placa suportará cargas de alta intensidade sem transferir níveis indevidos de calor para componentes anexos e adjacentes? O material certo precisará passar neste teste para os usos em questão.
• Desempenho de Sinal: O material facilitará sinais elétricos ininterruptos durante cada ciclo operacional de uma determinada máquina? O sinal suportará uma faixa necessária de temperaturas e outros fatores ambientais? Estas preocupações são integrais ao desempenho de um PCB.
• Propriedades Mecânicas: O material tem composição física suficiente para suportar uma faixa plausível de tensões físicas? A placa pode ser pressionada em um slot apertado sem rachar? Pode ser deixada cair a vários metros sem quebrar? Qualquer PCB ideal para venda precisará passar em testes de queda e outros critérios de desempenho.

Como regra geral, operações que envolvem frequências mais altas requerem materiais de grau mais alto que o FR4 padrão. Como tal, os materiais usados em um PCB de micro-ondas poderiam ser 10 vezes mais custosos 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 de painel são dois dos fatores mais cruciais que afetam o preço. O tamanho de uma placa será geralmente determinado pelo número de circuitos necessários para o dispositivo correspondente.

Um PCB em algo tão pequeno como um relógio digital exigirá menos componentes e, em última análise, será menos custoso para produzir que um PCB de computador ou laptop. Da mesma forma, o PCB em uma grande peça de maquinário industrial será maior que as placas contidas na maioria dos eletrônicos domésticos.

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

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

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

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

Em última análise, as dimensões do seu design de 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 que o de um PCB grande de baixo volume.

3. Número de Camadas

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

Em geral, aumentos de preço em base camada por camada podem ser divididos da seguinte forma:

• 1L para 2L: 35 – 40%
• 2L para 4L: 35 – 40%
• 4L para 6L: 30 – 40%
• 6L para 8L: 30 – 35%
• 8L para 10L: 20 – 30%
• 10L para 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 preço são geralmente menos acentuados uma vez que 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 necessita de um suprimento maior 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, fabricantes de PCB frequentemente consideram isso nas cotações de 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 um PCB deve suportar uma alta quantidade de estresse e ainda ter certo grau de flexibilidade, esses fatores determinarão amplamente 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 ostentam graus mais altos e oferecem vida útil mais longa, adicionando assim ao custo geral de produção. Um dos tratamentos de superfície mais comuns e de baixo custo é HASL, que oferece boa soldabilidade, mas é avaliado desfavoravelmente em outros aspectos. ENIG, por comparação, pontua favoravelmente na maioria das categorias, mas comanda apenas uma leve diferença de preço.

Cada uma das opções de tratamento de superfície oferece características únicas:

• HASL: Soldabilidade
• LFHASL: Soldabilidade
• OSP: Soldabilidade
• IMM Ag: Soldabilidade, ligação de fio Al
• IMM Sn: Soldabilidade
• ENIG: Soldabilidade, ligação de fio Al, superfície de contato
• ENEPIG: Soldabilidade, ligação de fio Al, superfície de contato
• Elec Au: Soldabilidade, ligação de fio Al/Au, superfície de contato

O número de camadas também pode determinar se o acabamento impacta o preço da produção de PCB em um grau significativo.

5. Tamanho do Furo

Um dos fatores importantes, se não cruciais, que pode influenciar o custo de uma produção de 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 sendo perfuradas. Em geral, mais furos requerem mais trabalho, especialmente se os furos em questão são desafiadores para perfurar devido à minúscula dimensão e espessura da placa.

Os tamanhos dos furos em um design de placa são os determinantes de preço mais cruciais nesta área. Se os furos são superfinos, eles requererão ferramentas especiais para produzir. Por exemplo, um furo que tem o diâmetro de um fio de cabelo será mais desafiador para criar que um furo que iguala o diâmetro de um furo de parafuso típico. Tais furos requerem mais trabalho e um conjunto de habilidades especializado para realizar.

Sejam os furos de tamanho regular ou microscópicos, o preço da produção da placa também pode ser impactado pelo número de furos contidos em um determinado design. Se uma placa contém dezenas de furos, esta característica será adicionada ao preço devido ao trabalho extra envolvido.

Fatores adicionais relacionados a furos que podem impactar 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 consiste em 10 ou mais camadas, a perfuração de furos será uma tarefa mais demorada devido à espessura. Se o material é super-resistente e difícil de perfurar, isso também impactará o preço.

6. Traço e Espaço Mínimos

Para uma corrente transferir em um PCB sem a ameaça de superaquecimento e danos à placa, deve haver largura de traço suficiente no design da placa. Em placas de todos os tamanhos, existe uma correlação simples entre a largura do traço e a capacidade de carga. Uma seção da primeira determinará a segunda. Além disso, seções transversais de traço correlacionam-se com a espessura do cobre.

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

Em uma placa com numerosos pads, você pode encontrar um traço de capacidade excepcional. Se isso não for contabilizado no processo de soldagem, uma área transversal excessiva pode ser criada, e picos transitórios estão propensos a ocorrer.

Para evitar estas situações, fabricantes de placas aumentarão a largura do traço, se possível. Alternativamente, podem adicionar máscara de solda extra aos traços que poderiam ser propensos a queimar. Estas etapas podem adicionar ao preço de uma produção de PCB.

7. Espessura do PCB e Proporção de Aspecto

Até recentemente, a espessura de um PCB desempenhava apenas um papel menor no custo geral, embora tudo isso esteja sujeito a mudar nos próximos anos. Material mais grosso pode ser mais custoso para adquirir, laminar e formar em uma placa de circuito impresso, especialmente se o design em si é altamente complexo.

Material mais fino geralmente colocará uma linha de PCBs em um nível de custo ligeiramente menor 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 usado em uma determinada produção.

A espessura padrão para um PCB é 1,6mm (0,063"). Em tempos recentes, placas mais grossas tornaram-se mais caras, embora uma taxa de mercado estabelecida nunca tenha sido definida. Em 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 poderia ser significativamente mais alto se também tiver uma proporção de aspecto maior. Se a placa consiste em múltiplas camadas para sua espessura e apresenta dimensões amplas, a placa requererá mais material e envolverá mais trabalho em sua construção. Portanto, pode não ser a espessura da placa que impacta o custo tanto quanto as medidas ou o número de camadas que adicionam à espessura.

8. Especificações Personalizadas ou Únicas

Custos de fabricação de PCB também podem ser impactados por elementos de design únicos em uma determinada produção. Se você vier a um fabricante de PCB com especificações personalizadas, isso pode aumentar o custo de sua produção, mesmo se a placa em si for pequena e consistir em apenas uma ou duas camadas. O fator determinante real a este respeito será se as características em questão requerem ferramentas ou habilidades especiais para alcançar. Exemplos de especificações personalizadas poderiam incluir:

• Bordas Contorneadas: PCBs com bordas arredondadas podem custar mais para produzir, especialmente aqueles que requerem roteamento de eixo-z.
• Metalização Lateral: Alguns designs de PCB especificam bordas metálicas para maior força EMC.
• Folga de Máscara de Solda: Se folga e espessura extras são necessárias da máscara de solda, isso aumentará os custos.

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

Ferramentas especiais são frequentemente necessárias para designs de placa únicos. Se a placa requer numerosos furos em algum tamanho incomum que não corresponde a um dos diâmetros padrão, a empresa que lida com seu pedido pode precisar adquirir o instrumento necessário e cobrar você pelos custos envolvidos. Alternativamente, você pode ser solicitado a fornecer as ferramentas necessárias para uma solicitação de design especial. Estes são acordos que devem ser estipulados antecipadamente a qualquer contrato com um fabricante de PCB.

Para evitar custos excepcionalmente altos que podem decorrer de solicitações únicas de design de PCB, calcule o preço potencial do seu design antes da produção. Determine as especificações personalizadas do design e as etapas necessárias para levá-lo à fruição. Certifique-se de que estes detalhes são compreendidos pelo fabricante de PCB para evitar tentativa e erro custoso.

PCBs de Diferentes Designs da Millennium Circuits Limited

Propriedades de materiais de PCB podem impactar significativamente o custo de montagem, assim como o tamanho da placa e o número de camadas envolvidas. Para manter custos em um nível razoável, é sempre melhor fazer uma comparação de materiais de PCB antecipadamente para ver o que funcionará melhor para seu design.

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