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Avete realizzato il progetto, esportato i vostri Gerber e li ha sottoposti ad alcuni produttori - Poi arrivano i preventivi e ci si trova di fronte a una cifra notevolmente superiore a quella preventivata. Vi suona familiare?
Nella maggior parte dei casi, il colpevole non è il margine del produttore. Si tratta di una manciata di decisioni specifiche di progettazione, molte delle quali predefinite o derivanti da un progetto precedente, che spingono silenziosamente una scheda dalla fascia economica a quella costosa. La parte frustrante è che molte di queste decisioni spesso non hanno alcun impatto sulle prestazioni effettive del progetto. Si paga di più per una capacità di cui non si ha bisogno.
Questa guida analizza le otto scelte progettuali più comuni che gonfiano i costi di fabbricazione dei PCB, con numeri reali che consentono di valutare quali si applicano al vostro progetto. Ogni sezione include anche un'alternativa pratica e i risparmi realistici che ci si può aspettare.
Impatto tipico dei costi per decisione progettuale rispetto a una linea di base standard a 2 strati, 1oz, HASL-LF, 100×100 mm.
Aggiornamento a 4 livelli quando ne funzionano 2
Il numero di strati è la leva di costo più importante nella maggior parte dei preventivi di PCB. A Pannello a 4 strati Il prezzo di una scheda equivalente a 2 strati per piccole quantità è da 1,7 a 2,0 volte superiore: più cicli di laminazione, fogli di rame aggiuntivi, tempi di lavorazione più lunghi.
Gli ingegneri optano per 4 strati per tre motivi: migliore distribuzione dell'alimentazione, piani di massa più puliti e instradamento più semplice. Per molti dispositivi IoT, schede di sensori, semplici controllori di motori e schede di valutazione per prototipi, nessuno di questi vantaggi è strettamente necessario. Uno stack-up a 2 strati ben pianificato, con una solida messa a terra sullo strato inferiore e un'accurata instradamento dell'alimentazione su quello superiore, può ottenere le stesse prestazioni elettriche a un prezzo significativamente inferiore.
Quando 4 strati sono veramente giustificati:
- Coppie differenziali ad alta velocità che necessitano di un piano di ritorno continuo su tutta la scheda
- Layout a segnale misto denso in cui i domini analogici e digitali necessitano di isolamento a livello di piano
- Qualsiasi progetto in cui una colata di terra a 2 strati lascia discontinuità di impedenza inaccettabili
Specificare ENIG quando l'HASL senza piombo va bene
L'ENIG è un'eccellente finitura superficiale: piatta, resistente all'ossidazione, compatibile con i componenti a passo fine. È anche la finitura che più di ogni altra viene sovraspecificata. In una recensione di Oltre 500 ordini su PCBINQ, ENIG è stato specificato su circa 60% di schede che non avevano alcun componente con passo inferiore a 0,5 mm e nessun connettore di bordo che richiedesse una superficie di contatto in oro.
Il premio di costo per ENIG rispetto a ENIG. HASL senza piombo va da +20% a +35% a seconda delle dimensioni della scheda. Su una scheda a 2 strati da 100×100 mm in quantità da prototipo, ciò significa in genere $8-$18 in più per unità. Il conto torna in fretta.
| Finitura | Costo rispetto a HASL-LF | Min. Passo | Durata di conservazione | Quando ne avete effettivamente bisogno |
| HASL senza piombo | Linea di base | >0,5 mm | 12 mesi | Passivi per uso generale, a foro passante, 0402+ |
| OSP | +5% | >0,4 mm | 6 mesi | SMT ad alto volume, superficie piana preferibile, utilizzo veloce |
| ENIG | +20-35% | Fino a 0,3 mm | 12+ mo | BGA a passo fine, QFN, connettori perimetrali, bonding in oro |
| ENEPIG | +40-60% | Fino a 0,2 mm | 24+ mo | Flip-chip, wire bond, passo ultrafine, medicale/difesa |
| Oro duro | +50-80% | N/A | Anni | Connettori a bordo scheda, solo dita di contatto dorate |
se il passo del componente più piccolo è 0603 o superiore e non si dispone di connettori ai bordi, l'HASL senza piombo funziona perfettamente e costa molto meno. Passate all'ENIG solo se il vostro layout lo richiede veramente.
Utilizzo di 2 oz di rame invece di 1 oz di rame
Il rame più pesante è in realtà richiesto nel caso di elettronica di potenza ad alta corrente, come ad esempio azionamenti per motori, I sistemi di gestione delle batterie e i convertitori di potenza che trasportano 10A e più attraverso ogni traccia; tuttavia, quando si tratta di tutto il resto, questo peso aggiuntivo in rame è in genere solo un modo per aggiungere peso inutile alla distinta dei materiali e alla fattura.
La differenza di costo tra l'uso del rame da 2 oz e quello del rame da 1 oz è in genere superiore di 15-25% per la scheda nuda. Inoltre, il rame da 2 oz richiede tolleranze di incisione più ampie per ottenere un'accuratezza equivalente della larghezza di linea, il che renderà più difficile, anziché più facile, il percorso a passo fine. Pertanto, se la traccia di alimentazione più spessa del vostro progetto trasporta meno di 3A, quasi sicuramente non è necessario passare al rame da 1 oz.
Un errore comune è quello di utilizzare rame da 2 oz perché l'ultima scheda di potenza lo utilizzava. Prima di specificare il peso del rame, è sempre consigliabile verificare la corrente effettiva che passa attraverso ogni traccia, poiché la maggior parte delle schede di segnale e di segnale misto non richiede un rame da 2 oz.
Ricerche correlate: “1oz vs 2oz copper PCB cost”, “when to use 2oz copper PCB”, “PCB copper weight current capacity”.
Dimensioni della scheda che non ottimizzano l'utilizzo del pannello
I produttori di circuiti stampati lavorano in pannelli (tipicamente 18×24 pollici o 21×24 pollici) e il prezzo della scheda deriva in ultima analisi da quante copie della scheda possono essere inserite nel pannello con uno scarto ragionevole. Una scheda di 97×97 mm rispetto a 100×100 mm può sembrare una differenza di arrotondamento, ma può significare l'inserimento di una colonna di schede in più su un pannello, con una riduzione del costo unitario di 10-15% senza alcuna modifica tecnica.
La stessa logica si applica alle schede di forma non rettangolare. Le schede con ritagli di grandi dimensioni, contorni complessi o angoli acuti generano più scarti di pannello e talvolta richiedono dispositivi di instradamento speciali. Se è possibile semplificare il profilo della scheda senza compromettere l'accoppiamento meccanico, è bene farlo.
Quando il progetto è quasi ultimato, eseguire un rapido controllo di panellizzazione. Molti strumenti gratuiti vi mostrerà come la vostra lastra si incastra su un pannello standard. Un aggiustamento di 5 mm su una dimensione può cambiare significativamente il costo unitario del volume.
Specifiche di traccia/spazio più strette di quelle effettivamente utilizzate dal layout
La maggior parte dei software di progettazione di PCB mostra di default se le tracce superano un controllo delle regole di progettazione rispetto ai minimi specificati, ma questi minimi non sempre riflettono ciò che serve al produttore per avere un prezzo competitivo. C'è una differenza di costo significativa tra un 6/6 mil traccia/spazio e un pannello da 4/4 mil o 3/3 mil.
Se l'instradamento effettivo non richiede una capacità di linea fine - e la maggior parte delle schede sotto gli 8 strati non lo fa - ma le impostazioni DRC sono state lasciate a 4/4 mil da un progetto precedente, ogni produttore vi quoterà al livello di linea fine anche se tutte le tracce effettive sono larghe 8 mil. Si tratta di una soluzione semplice: impostare i minimi delle regole di progettazione in modo che corrispondano a ciò che il layout utilizza effettivamente, non a ciò che il modello CAD ha impostato come predefinito.
Se il DRC è impostato su 4/4 mil da un progetto precedente ma le tracce effettive sono tutte larghe 8 mil, ogni produttore vi quoterà al livello fine-line anche se nulla nel vostro progetto lo richiede. Si tratta di una soluzione semplice che richiede due minuti.
| Classe | Min. Traccia | Min. Spazio | Costo Premio | Applicazione tipica |
| Standard (6/6) | 6 mil / 0,15 mm | 6 mil / 0,15 mm | Linea di base | La maggior parte dei pannelli a 2-4 strati |
| Linea fine (4/4) | 4 mil / 0,10 mm | 4 mil / 0,10 mm | +15-25% | Denso 4-8 strati, fanout BGA stretto |
| Ultra-fine (3/3) | 3 mil / 0,075 mm | 3 mil / 0,075 mm | +35-55% | HDI, microvie impilate |
| HDI / mSAP | <2 milioni | <2 milioni | +80-150% | Smartphone, calcolo avanzato |
Impostate i minimi DRC in modo che corrispondano a quelli effettivamente utilizzati dal vostro layout, non a quelli predefiniti dal modello CAD.
Specificare le canaline cieche o interrate quando funzionano i fori passanti
I vias ciechi e i vias interrati possono essere davvero necessari per i layout HDI densi, ma hanno un costo reale. Una scheda con vias ciechi e/o interrati richiede più fasi di laminazione, operazioni di foratura separate e un controllo di processo più complesso. L'aumento dei costi può essere compreso tra +50% e +100% rispetto a un progetto equivalente di via a foro passante.
Il via-in-pad è una variante ancora più costosa, che richiede il riempimento del foro del via con rame o resina e la planarizzazione in modo che un componente possa posizionarsi direttamente sopra. Questo processo è standard nei progetti BGA ad alta densità in cui non c'è spazio per l'instradamento al di fuori della piazzola, ma non dovrebbe essere utilizzato per l'instradamento di convenienza.
Se state specificando vias ciechi perché l'attuale impilamento degli strati rende difficile l'instradamento, valutate se un diverso impilamento o un piccolo aumento delle dimensioni della scheda vi permetterebbe di ottenere lo stesso instradamento con vias standard a foro passante. La differenza di prezzo è sostanziale.
Accatastamento di più specifiche premium su un prototipo a bassa tiratura
Questo è uno schema che si ripresenta costantemente: una serie di prototipi da 10 schede che specificano 4 strati + ENIG + 2 oz di rame + controllo dell'impedenza + maschera di saldatura nera + via-in-pad + tolleranze ristrette. Ogni singola specifica può avere un motivo. Combinate in una serie di prototipi, creano un effetto moltiplicatore che produce quotazioni che nessuno si aspettava.
In un prototipo si sta verificando se il concetto funziona, non si sta ottimizzando per le specifiche di produzione. Un approccio ragionevole consiste nel separare deliberatamente la fase di prototipo dalla fase di specifiche pre-produzione.
Approccio pratico: Eseguite due preventivi. Uno con le vostre specifiche ideali complete, l'altro con una specifica minima fattibile: il minor numero di strati che si instradano in modo pulito, rame standard, HASL-LF. Se il progetto funziona con la versione più economica, avete preservato il margine di costo per la produzione. Se non funziona, avete imparato qualcosa di specifico su ciò di cui il progetto ha effettivamente bisogno.
Invio di file Gerber incompleti o ambigui
Non si tratta di una decisione di progettazione, ma di un errore di processo, che costa più di quanto la maggior parte degli ingegneri si renda conto. Quando un produttore riceve un pacchetto Gerber con strati mancanti, file di foratura non corrispondenti, contorni della scheda non definiti o distanze ambigue tra rame e bordo, succede una di queste due cose: lo rimanda indietro per la revisione, aggiungendo giorni, oppure fa un'ipotesi che potrebbe non corrispondere alle vostre intenzioni.
Più sottilmente: i file mal preparati spesso attivano code di revisione DFM manuali anziché motori di determinazione dei prezzi automatizzati. Solo questo può aggiungere $20-$50 al preventivo in termini di spese di gestione, e aggiunge sempre tempo.
Un pacchetto Gerber completo per una scheda standard a 4 strati:
- Rame anteriore, rame posteriore, strato interno 1, strato interno 2
- Maschera di saldatura anteriore e posteriore
- Serigrafia anteriore e posteriore
- Lima per trapano Excellon - fori placcati e non placcati specificati separatamente
- Profilo della scheda / strato meccanico
- Note di fabbricazione, disegno di impilamento, requisiti di impedenza se applicabili
Visualizzate il vostro output Gerber in un visualizzatore prima di caricarlo ovunque. Tutti i principali strumenti CAD dispongono di preimpostazioni di esportazione gratuite. Utilizzatele e verificate l'output. Bastano cinque minuti e si elimina una delle fonti più comuni di ritardi e ripetizioni dei preventivi.
| Decisione di progettazione | Impatto tipico sui costi | Una soluzione facile? | Controllate prima questo |
| 2 strati → 4 strati | +70-100% | Spesso | È possibile eseguire un nuovo percorso con una colata di terra migliore? |
| HASL-LF → ENIG | +20-35% | Di solito | Qualsiasi componente con passo inferiore a 0,5 mm? |
| 1 oz → 2 oz di rame | +15-25% | Di solito | C'è qualche traccia che trasporta effettivamente >3A? |
| Dimensioni non ottimizzate | +10-20% | Sì | Eseguire un controllo della piastrellatura del pannello prima della finalizzazione |
| Specifiche di traccia strette (<4 mil) | +15-55% | Spesso | Controllare la traccia minima effettiva rispetto alle impostazioni DRC |
| Vias ciechi/interrati | +50-100% | Spesso | Un diverso accatastamento consentirebbe di realizzare dei fori passanti? |
| Via-in-pad | +30-60% | A volte | Non c'è davvero spazio per il routing fuori dal pad? |
| File Gerber incompleti | +$20-50 + giorni | Sempre | Visualizzazione nel visualizzatore Gerber prima di ogni invio |
Non siete sicuri di quali di questi elementi influenzino il vostro preventivo? Inviateci i vostri file.I nostri ingegneri esaminano ogni pacchetto Gerber per ottenere un riscontro DFM gratuito prima di formulare un preventivo. Segnaleremo esattamente da dove provengono i costi e dove è possibile risparmiare senza modificare l'intento progettuale.
Domande frequenti
Dipende dalla geometria del pad. L'HASL-LF lascia una finitura superficiale leggermente irregolare a causa del processo di livellamento dell'aria, che può influire sulla complanarità in caso di pacchetti a passo molto fine. Con un passo di 0,5 mm è al limite: molti ingegneri utilizzano con successo l'HASL-LF a questo passo, ma l'ENIG è la scelta più sicura se si sta costruendo un prototipo destinato alla produzione in cui la consistenza dei giunti di saldatura è importante.
La maggior parte dei produttori fornisce su richiesta un diagramma di pannellatura prima di confermare l'ordine. È anche possibile eseguire un controllo manuale: dividere l'area del pannello per l'area della scheda, tenendo conto dei canali di instradamento e delle distanze dai bordi. Se l'utilizzo è inferiore a 60%, vale la pena di valutare se un adeguamento delle dimensioni possa migliorarlo.
Eseguite un DRC con una larghezza minima della traccia impostata a 6 mil e verificate quali violazioni emergono. Se non emerge nulla, il progetto attuale è già nella fascia di capacità standard e qualsiasi impostazione DRC più rigida non fa altro che farvi spendere soldi per i preventivi. Se invece compaiono delle violazioni, sapete esattamente quali sono le tracce che necessitano di attenzione prima di poter allentare le specifiche.
