Предполагаемое время чтения: 6 минут
Многие люди спрашивают: “Какой материал для печатных плат самый дешевый?” Краткий ответ: FR-4. Он широко распространен и недорог. Подходит для многих конструкций плат. Но дешевый материал не всегда означает низкую общую стоимость. Необходимо подумать о том, как плата будет работать в продукте. Ненадежная плата может привести к дополнительной работе и высоким затратам на ремонт в будущем.
В этой статье мы рассмотрим цену, производительность, производство и долгосрочные затраты. Она поможет вам понять, почему за низкой ценой может скрываться более высокая стоимость. Также в ней рассказывается, как выбрать материал, подходящий для ваших нужд.
Почему цена сама по себе не дает полной картины
Когда вы получаете предложение от производителя печатных плат, вы видите цену за панель или за квадратный дюйм. Вы можете выбрать самую низкую цену. Но это только часть затрат. Вы также потратите деньги на:
- Тестирование и ремонт неисправных плат
- Замена сломанных досок на месте
- Добавление деталей или шагов для регулирования нагрева или скорости
- Задержки при сбоях плат при большом объеме
Все эти вещи складываются. Они могут стоить больше, чем несколько центов за доску.
Это как покупка дешевой шины. Если она быстро изнашивается, вам придется скоро покупать новую. В итоге вы заплатите за шины больше, чем если бы с самого начала купили более качественную шину.
Общие недорогие варианты
Большинство людей рассматривают два типа недорогого ламината:
- FR-4 – смесь стеклоткани и эпоксидной смолы.
- CEM-1 – смесь бумажной ткани и эпоксидной смолы.
Оба варианта недорогие. Оба подходят для простых плат. Но у каждого есть свои ограничения.
Когда вы выбираете один из них, подумайте о следующем:
- Насколько сильно нагреется плата
- Как быстро будут передаваться сигналы
- Сколько слоев вам нужно
- Если доска должна изгибаться
FR-4: Стандартный бюджетный материал
FR-4 — это “стандартный” недорогой вариант. Он предлагает:
- Хорошая прочность при нагревании
- Стабильная производительность для большинства сигналов
- Поддержка многослойных сборок
- Широкая доступность по всему миру
Поскольку это очень распространенная услуга, многие магазины предлагают быстрое составление сметы и быстрое изготовление. Вы можете получить 2-слойные и 4-слойные платы за несколько дней. 8-слойные и более сложные платы можно получить за неделю или две.
Но не все FR-4 одинаковы. Существуют различные классы. Некоторые имеют более высокую температуру стеклования (Tg). Некоторые имеют лучшую диэлектрическую проницаемость (Dk). Некоторые могут различаться по толщине от партии к партии. Если вы выберете самый дешевый класс, вы можете увидеть:
- Деформация плат при пайке при высокой температуре
- Незначительные изменения в синхронизации сигнала
- Низкая производительность при использовании тонких линий или микроотверстий
Чтобы избежать таких неожиданностей, спросите у своего производителя печатных плат:
- Какова температура Tg FR-4?
- Подходит ли он для бессвинцового припоя?
- Соответствует ли Dk вашим техническим характеристикам?
Эти вопросы просты, но очень важны. Их можно задать бесплатно. Они помогут вам избежать скрытых неудач.
CEM-1: когда достаточно одного слоя
CEM-1 дешевле, чем FR-4. Он подходит для простых однослойных плат. Его можно увидеть в:
- Светодиодные ленты
- Основные источники питания
- Плата управления низкой скоростью
CEM-1 легче и слабее, чем FR-4. Он не подходит для многослойных плат. Он также не выдерживает высоких температур. Если вы попытаетесь изготовить 4-слойную плату на CEM-1, то при пайке увидите, что плата изгибается или расслаивается.
Используйте CEM-1 только в том случае, если вы уверены, что плата не будет подвергаться высоким температурам или нагрузкам. Если вы планируете перейти на большее количество слоев, заранее перейдите на FR-4. Это позволит избежать затрат на перепроектирование.
Другие “бюджетные” материалы и когда они позволяют сэкономить деньги
Помимо FR-4 и CEM-1, есть еще несколько вариантов, которые могут показаться экономически выгодными:
- Доски с алюминиевой основой – Сердцевина изготовлена из тонкого FR-4. Основание – из алюминия. Эти платы быстро отводят тепло. Они хорошо подходят для светодиодов и силовой электроники. Вы платите за каждую плату больше, чем за обычную FR-4. Но вы экономите на радиаторах или вентиляторах. Это позволяет сократить общие затраты.
- Полиимид (PI) – Это гибкая пленка, которая может изгибаться. Она стоит дороже, чем FR-4. Но она позволяет изготавливать складные или носимые платы. Если ваша конструкция требует гибкости, это может сэкономить деньги за счет удаления шарнирных деталей.
- Ламинаты Rogers – Они имеют низкие потери для высокочастотных сигналов. Они стоят гораздо дороже за лист. Но если вы занимаетесь радио- или микроволновыми схемами, вам может понадобиться Rogers. Дешевый FR-4 будет искажать сигналы и вызывать сбои в тестировании. Исправление этих сбоев может стоить гораздо дороже, чем дополнительная стоимость ламината.
Каждый вариант увеличивает стоимость на квадратный дюйм. Но он может снизить затраты на сборку, охлаждение, тестирование или ремонт на месте.
Как дешевые материалы могут повредить вашему объему
Дешевые материалы могут подойти для прототипов и небольших партий. Но когда вы переходите к производству сотен или тысяч плат, вы можете столкнуться со следующими проблемами:
- Более высокий уровень брака – Дешевые платы могут деформироваться под воздействием припоя. Деформированные платы подвергаются давлению или падают. Они выходят из строя.
- Еще больше неудачных испытаний – Если Dk или T g изменяются, ваши испытательные приспособления могут сработать. Вам нужно будет перенастраивать их для каждой партии. Это отнимает время.
- Более длительное время цикла – Деформированные доски требуют дополнительного обращения. Они замедляют работу вашей сборочной линии.
- Плохие результаты полевых испытаний – Некачественные доски попадают в руки ваших клиентов. Вы платите за их обратную доставку. Вы платите за доставку новых. Вы теряете доверие.
Эти затраты могут значительно превысить небольшую экономию, полученную за счет снижения цены на материалы.
Лучшие вопросы, которые стоит задать вашему поставщику
Вместо того, чтобы просто спрашивать “Насколько дешево вы можете предложить?”, задайте несколько ключевых вопросов:
- Можете ли вы прислать спецификацию материала?
- Что такое Tg и Td (разложение)?
- Каково значение Dk на моей частоте?
- Насколько плоские платы после переплавки?
Получив ответы, вы сможете сравнить не только цену, но и характеристики. Возможно, вы увидите, что FR-4 немного более высокого качества стоит всего на несколько центов дороже. Но он снижает количество брака на 5%. Это позволяет сэкономить больше, чем эти несколько центов.
Простой пример из практики
Представьте, что вы создаете небольшой модуль для домашнего устройства. Он потребляет энергию и имеет микроконтроллер. Вы выбираете самый дешевый класс FR-4. Вы платите $0,50 за плату при небольшом объеме. Вы изготавливаете 100 плат. Линия работает.
Когда вы переходите к 1000 доскам, вы видите:
- 50 плат выброшены при сборке – потеряно $25
- 20 плат не прошли тестирование – потеряно $10 в виде запчастей и трудозатрат
- 10 полевых возвратов – потеряно $50 при транспортировке и поддержке
Общая скрытая стоимость: $85. Это составляет $0,085 дополнительно на каждую плату.
Если бы вы потратили на $0,03 больше на каждую плату на более качественный FR-4, вы бы заплатили на $3 больше за 1000 плат. Вы бы сэкономили $82 на отходах, тестировании и возвратах. В результате вы бы выиграли $79.
Заключительные мысли о дешевом и недорогом
Низкая цена легко видна в коммерческом предложении. Истинная стоимость проявляется позже в урожайности, при тестировании и в полевых условиях. При выборе материала:
- Подумайте о том, насколько сильно нагревается ваша плата.
- Подумайте о скорости сигнала и слоях.
- Подумайте об объеме и доходности.
- Подумайте о надежности и доходности.
Несколько центов, потраченных сегодня, могут сэкономить вам доллары в будущем. Это может сэкономить ваше время и сделать ваших клиентов счастливыми.
Если вам нужна простая плата без теплоотвода, CEM-1 может подойти. Если вам нужно больше слоев или теплоотвод, остановитесь на FR-4 и выберите подходящий класс. Если вам нужен теплоотвод, гибкость или высокая частота, заплатите за подходящий ламинат. В конечном итоге, ваш выбор должен соответствовать вашему дизайну и бюджету.
