如何控制印刷電路組裝與成本設計

電子系統(tǒng)的設計過程需要決定影響印刷電路組件（PCA）的成本和性能。

一般原則

能夠快速估算設計對成本的影響是有價值的。由于縮短產品上市時間的壓力越來越大，設計工程師可能無法使用試錯法和報價來調整新設計。此外，新產品開發(fā)周期越長，因任何原因引入設計變更的難度就越大。在產品規(guī)劃和邏輯設計的早期階段做出的決策對最終成本的影響比通常實現的要大。

當工程師和設計師了解導致印刷電路板（PCB）成本的因素時， PCA以及他們的決策如何優(yōu)化性能和成本，不僅可以為即時采購訂單節(jié)省資金，而且還可以在產品的整個生命周期內節(jié)省資金。

定價模型

PCB制造商和PCA裝配商都在努力賺錢，他們希望通過至少一些利潤來收回他們的費用。雖然許多因素導致了這些費用，但設計師，工程師和供應鏈管理專業(yè)人員對他們可以通過自己的設計選擇直接控制的事物最感興趣。

任何制造工廠的運營成本都將包括開銷管理，銷售和營銷等。然而，這些通常被認為是設計獨立的并且不受客戶控制。同樣，獲利的加價更少取決于設計，更多的是供應商想要贏得這項業(yè)務，競爭環(huán)境和其他戰(zhàn)略考慮因素的程度。

可以估算與設計相關的成本通過查看生產中使用的材料的成本加上使用的任何過程的分配成本，調整因檢查或測試期間發(fā)生故障而產生的任何產量損失。圖1顯示了一些成本因素。

圖1：定價中的各種因素制造商的模型。

用于構建PCB的材料是直接材料成本的來源。這包括銅箔，預浸料，覆銅芯層壓板和阻焊膜。可以從板面積和板結構的細節(jié)容易地確定材料成本，例如層壓板類型，層數和預浸料層的數量。它還包括任何沉積的金屬層，盡管除了金之外，這個成本可以忽略不計。對于PCA，這肯定會包括物料清單中的任何附加組件。

制造過程的特點是可變成本取決于生產的單元數量，而固定成本則取決于生產單元的數量。可變成本包括間接消耗品，人工和維護。固定成本。例如資本設備的折舊，無論是否使用該過程都會產生。從與設計相關的成本的角度來看，這些可以作為總工藝成本集中在一起。

PCB或PCA供應商的具體成本模型可能會有所不同，但是，許多運營部門使用成本中心的概念。適用于通過中心的每個單位的具體分配。

供應商的內部首次通過收益也必須考慮到成本中，原因有幾個。 PCB難以返工，并且由于長期可靠性的風險，許多客戶更愿意供應商廢棄任何未通過測試的電路板。

而不是計算每種新設計的自下而上的成本，PCB制造商通常創(chuàng)建標準定價矩陣，為報價提供依據。該矩陣假設一組標準設計特征，包括層壓材料，外層表面光潔度，最小導體寬度，最小孔尺寸，并使用這些標準來估算給定電路板尺寸和層數的成本。電路板設計的任何特性偏離標準材料和加工都會增加成本，并作為價格加法器或其自己的定價模型進行核算。 PCA組裝商使用組件物料清單和類似的矩陣進行報價。

雖然每個工廠或供應商可能都有自己的內部和保密成本模型，但我們可以根據平均市場價格數據推斷出不同設計特征的相對成本貢獻。圖2顯示了2016年7月對中國PCB供應商的調查結果，其中不同層數的PCB的價格范圍（每平方英寸美分）。在絕對價格數據不可用的情況下，仍然可以使用比率或相對于標準的相對價格來比較設計選項。

物料成本動因

對于PCB而言，材料成本的主要驅動因素是介電層壓板，包括覆銅芯和預浸料。與層壓板成本相關的設計決策包括材料本身類型，板尺寸和層數。

材料類型

玻璃纖維增強FR- 4當然仍然是PCB的默認選擇，目前可提供具有各種熱特性的無DiCY或無鹵素品種。有更便宜的材料，如紙酚醛，但它們的性能可能無法滿足成品PCA的電氣和熱要求。在光譜的另一端是更昂貴和奇特的材料，使用不同的樹脂和增強材料用于高速或低熱膨脹應用。對于雙面多層板，層壓板類型對板成本的影響是最顯著的成本因素，僅次于訂單量。

板尺寸和層數

這些決定了使用了多少材料，供應商將這些作為任何報價的起點。 PCB制造商構建面板，然后將它們切割成單獨的板，因此，當您為整個面板付費時，最大化面板利用率具有明顯的優(yōu)勢。供應商將與客戶合作，優(yōu)化電路板尺寸，電路板間距和面板布局，使用嵌套和旋轉，以最大限度地減少未使用的空間。

圖2：基于std的層數的典型定價矩陣。 FR-4和商品設計規(guī)則

設計人員添加層以提供更多的信號路由區(qū)域，尤其是當整個電路板尺寸受到限制時。

更高的電路板厚度可以貢獻更高的PCB成本，部分原因是所需的層壓板數量略多，但也因為需要非標準厚度的銅包層芯材。

標準PCB使用銅作為主要導電介質，但是銅相對便宜并且很少成為材料成本考慮因素，即使對于用于高電流應用的較厚的銅包覆材料也是如此。厚銅的較大影響是對較小特征的蝕刻容差。與HASL施加的無鉛焊料相比，常見的表面處理對電路板成本有輕微影響，除了金，鎳，銀或鈀之外，其他例外情況除外。

工藝成本驅動因素

當使用設計規(guī)則時，特定的成本驅動因素超出構成圖2中所示典型成本矩陣的商品設計規(guī)則。如圖3所示，如果沒有額外成本，設計規(guī)則在標準矩陣內。但如果超過標準，則成本與實際值相關聯，直至達到超出其標準慣例的條件。設計規(guī)則可能超過這一點，但只能達到過程將不再起作用的“截止”。每個供應商都有自己的成本驅動因素！

對于PCB工廠，邏輯生產成本驅動因素包括

?內層處理（成像，蝕刻，檢查）

?層壓

?鉆孔

?外層加工（電鍍，蝕刻，最終表面處理）

?焊料掩模

?圖形印刷

?分板

?最終檢查和電氣測試

?其他特殊工藝（例如，金連接器指）

對于PCA工廠，這些是

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?焊膏印刷

?表面貼裝元件放置

?熱回流

?通孔元件放置

?波峰焊

?手動放置元件

?最終檢查和電氣測試

圖3：使用的設計規(guī)則將是常見的成本直到它們成為特定成本驅動因素并將成本增加到流程最小能力。

標準處理定義了電路板定價的基準，并在引用的模型中自動計算電路板面積和層數。以下是設計如何影響PCB或PCA總工藝成本的一些示例：

某些電路板設計必須多次通過工藝。在最簡單的情況下，層數將決定內層處理速率的應用次數。雙面表面貼裝組件需要至少兩次通過元件放置和回流。埋孔或盲孔通常需要順序層壓。

由于鉆孔工藝成本通常以每孔表示，因此該成本將取決于堆疊高度或可以的面板數量一次鉆孔，這又取決于鋼板厚度和最小孔徑。

大多數成本中心都處理完整的面板，因此可以使用的圖像或紙板越多在單個面板上設計，每個板的工藝成本越小。

請注意，可以添加一次性流程，如初始設置和軟工具打印作為第一個采購訂單的收費或分配到多個訂單。

標準定價模型中未包含的任何其他PCB或PCA流程步驟將增加成本，例如孔堵，斜切，或電鍍邊緣或槽。這包括需要更大控制的特殊工藝，以實現所需的公差，例如電路板厚度，孔尺寸和受控阻抗應用。由于需要勞動力，手動過程顯然比自動過程昂貴。這包括手動編帶或屏蔽，手動分離以及無法裝入取放機器的組件的手動放置。