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很多人问："PCB 板最便宜的材料是什么？快速答案是 FR-4.它很常见，成本也很低。它适用于许多电路板设计。但廉价材料并不总是意味着低总成本。您需要考虑电路板在产品中将如何工作。薄弱的电路板会导致额外的工作和高昂的维修费用。
本文将对价格、性能、制造和长期成本进行分析。它将帮助你了解为什么便宜的价格标签可能隐藏着更大的成本。它还将告诉你如何根据自己的需要选择合适的材料。
为什么价格不能说明一切？
当你从木板房得到报价时，你会看到每块木板或每平方英寸的价格。你可能会选择最低的价格。但这只是成本的一部分。您还需要在以下方面花钱
- 测试和修复故障电路板
- 在现场更换破损的木板
- 增加处理热量或速度的部件或步骤
- 电路板出现故障时的延迟
所有这些东西加在一起。每块木板的成本可能不止几美分。
这就像买一个廉价轮胎。如果它磨损得快，你就必须尽快再买一个。到头来，你花在轮胎上的钱比先买一个更好的轮胎还要多。
常见的低成本选择
大多数人都会关注两种低成本的层压板类型：
- FR-4 - 玻璃纤维布和环氧树脂的混合物。
- CEM-1 - 纸布和环氧树脂混合物。
两者的价格都很低。都适用于简单的电路板。但两者都有局限性。
选择时要考虑
- 电路板的温度
- 信号移动的速度
- 需要多少层
- 如果电路板必须弯曲
FR-4：标准预算材料
FR-4 是 "默认 "的低成本选择。它具有以下优点
- 耐热强度高
- 对大多数信号具有稳定的性能
- 支持多层构建
- 可在世界各地广泛使用
由于它非常普遍，许多商店都能快速报价，快速制作。你可以在几天内得到 2 层和 4 层电路板。一两周内就能得到 8 层或更多层板。
但并不是所有的 FR-4 都是一样的。它们有等级之分。有些玻璃转化温度（Tg）更高。有些具有更好的介电常数（Dk）。有些牌号的厚度可能因批次而异。如果您选择最便宜的等级，您可能会看到：
- 电路板在高热焊接过程中变形
- 信号时间的轻微变化
- 使用细线或微维亚时产量低
为了避免这些意外，请询问您的寄宿家庭：
- FR-4 的 Tg 是多少？
- 是否可用于无铅焊料？
- Dk 是否与规格表相符？
这些问题很简单，但很关键。提出这些问题不需要任何成本。它们能帮助你避免隐藏的失败。
CEM-1：当您只需要单层时
CEM-1 比 FR-4 便宜。它适用于简单的单层电路板。您可以在以下产品中看到这种材料：
- LED 灯条
- 基本电源
- 低速控制板
CEM-1 比 FR-4 更轻更弱。它无法处理多层结构。它也无法承受高热。如果尝试在 CEM-1 上制作 4 层电路板，焊接时就会看到电路板弯曲或分层。
只有在知道电路板不会受到高温或应力的情况下，才使用 CEM-1。如果计划增加层数，请尽早改用 FR-4。这样可以避免重新设计的成本。
其他 "预算 "材料及其省钱之处
除了 FR-4 和 CEM-1，还有一些其他选择看起来也很合算：
- 铝背板 - 核心是薄的 FR-4。底座是铝。这些电路板散热快。它们能很好地用于 LED 和电力电子设备。每块电路板的价格比普通 FR-4 高。但可以节省散热片或风扇。这可以降低总成本。
- 聚酰亚胺 (PI) - 这是一种可弯曲的柔性薄膜。它的成本高于 FR-4。但它可以让你制作可折叠或可穿戴的电路板。如果您的设计需要弯曲，它可以通过移除铰链部件来节省成本。
- 罗杰斯层压板 - 它们对高频信号的损耗小。它们的单价要高得多。但如果你做无线电或微波电路，你可能需要罗杰斯。廉价的 FR-4 会使信号失真并导致测试失败。修复这些故障的成本远远高于额外的层压板价格。
每种方案都会增加每平方英寸的成本。但它可以降低装配、冷却、测试或现场修复的成本。
廉价材料如何影响批量生产
廉价材料在原型和小批量生产中可能会奏效。但是，当你要生产成百上千块电路板时，你就会发现，廉价的材料并不能满足你的需求：
- 废品率更高 - 廉价电路板在焊接时可能会翘曲。翘起的电路板会受到挤压或掉落。它们就会失效。
- 更多测试失败 - 如果 Dk 或 T g 有变化，您的测试夹具可能会跳闸。您需要每批重新调整它们。这需要花费时间。
- 周期更长 - 翘曲的电路板需要额外处理。它们会减慢装配线的速度。
- 不良字段返回 - 坏电路板最终会落到客户手里。你要花钱把它们运回去。你要花钱运送新的电路板。你失去了信任。
这些费用可能会让您在材料价格上节省的微薄成本相形见绌。
向供应商提出更好的问题
不要只问 "能便宜到什么程度？"，而是要问几个关键问题：
- 能否提供材料规格表？
- 什么是 Tg 和 Td（分解）？
- 我的频率的 Dk 是多少？
- 回流焊后电路板的平整度如何？
得到答案后，您不仅可以比较价格，还可以比较性能。您可能会发现，等级稍高的 FR-4 只需多花几美分。但它能使您的废品率降低 5%。节省的可不止这几美分。
一个简单的案例研究
想象一下，你为家用设备制作了一个小型模块。它需要耗电并带有一个微控制器。您选择了最便宜的 FR-4 等级。小批量生产时，每块电路板的价格为 $0.50。您制作了 100 块电路板。生产线正常运行。
当你移动到 1000 个棋盘时，你就会看到：
- 组装时报废 50 块电路板 - 丢失 $25
- 20 块电路板未能通过测试 - 损失 $10 零件和人工费
- 10 次现场退货 - 损失 $50 运费和支持费
隐性成本总额： $85.这样算下来，每块电路板要多出 $0.085。
如果每块电路板多花 $0.03，就能买到更好的 FR-4，那么 1000 块电路板的价格就会多出 $3。在废料、测试和退货方面，您将节省 $82。您将节省 $79。
关于廉价与低价的最后思考
报价单上很容易看到低价。而真正的成本则体现在产量、测试和现场。挑选材料时
- 想想你的电路板运行时有多热。
- 考虑信号速度和层次。
- 考虑产量和收益。
- 考虑可靠性和回报。
今天多花几美分，日后就能省下几美元。它可以节省您的时间，让您的客户满意。
如果您需要一块简单的无发热电路板，CEM-1 可能可行。如果需要更多层次或热量，则应坚持使用 FR-4，并选择合适的等级。如果需要散热、挠性或高频，则应选择合适的层压板。最后，您的选择必须符合您的设计和预算。
