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很多人會問：「PCB 最便宜的材料是什麼？」快速的答案是 FR-4.它很常見，而且成本低。它適用於許多電路板設計。但便宜的材料並不總是代表整體成本低。您需要考慮板子在產品中如何運作。薄弱的電路板可能會導致額外的工作和日後高昂的維修費用。
本文將探討價格、效能、製造和長期成本。它將幫助您了解為什麼一個便宜的價格標籤可能隱藏著更大的成本。它還會告訴您如何根據自己的需求選擇合適的材料。
為什麼單靠價格並不能說明一切？
當您收到板屋的報價時，您會看到每塊板或每平方英寸的價格。您可能會選擇最低的價格。但這只是成本的一部分。您還會花錢在以下方面
- 測試並修復故障的電路板
- 在現場更換破損的木板
- 增加處理熱量或速度的零件或步驟
- 板卡容量故障時的延遲
所有這些東西加起來。每塊板子的成本可能不只幾美分。
這就像買便宜的輪胎一樣。如果它損耗得快，您就必須馬上再買一個。到頭來，您花在輪胎上的錢比先買一個更好的輪胎還要多。
常見的低成本選擇
大多數人都會關注兩種低成本的層壓板類型：
- FR-4 - 編織玻璃布與環氧樹脂的混合物。
- CEM-1 - 紙布和環氧樹脂的混合物。
兩者的價格都很低。兩者都適用於簡單的電路板。但每一種都有其限制。
當您選擇時，請考慮
- 板子會變得多熱
- 信號移動的速度
- 您需要多少層
- 如果板子必須彎曲
FR-4：標準預算材料
FR-4 是「預設」的低成本選擇。它提供
- 耐熱強度佳
- 針對大多數訊號的穩定效能
- 支援多層建置
- 全球廣泛可用性
由於它非常普遍，許多商店都會快速報價並快速製作。您可以在幾天內拿到 2 層和 4 層板。您可以在一兩個星期內得到 8 層或更多的板。
但並非所有 FR-4 都是一樣的。也有等級之分。有些玻璃轉換溫度 (Tg) 較高。有些有更好的介電常數 (Dk)。有些在不同批次的厚度會有所不同。如果您選擇最便宜的等級，您可能會看到：
- 板在高溫焊接中翹曲
- 訊號配時的輕微改變
- 使用細線或微孔時，產量不佳
為了避免這些意外，請詢問您的董事會：
- FR-4 的 Tg 是多少？
- 它的額定值是否適用於無鉛焊料？
- Dk 是否與您的規格表相符？
這些問題很簡單，但卻很關鍵。問這些問題不花一分錢。它們可以幫助您避免隱藏的失敗。
CEM-1：當您只需要單層時
CEM-1 比 FR-4 便宜。它適用於簡單的單層板。您可以在下列產品中看到它：
- LED 條形燈
- 基本電源供應器
- 低速控制板
CEM-1 比 FR-4 更輕更弱。它無法處理多層。它也無法承受高溫。如果您嘗試在 CEM-1 上製作 4 層板，當您焊接時，您會看到板子彎曲或分層。
只有當您知道電路板不會受到高溫或壓力時，才使用 CEM-1。如果您打算使用更多的層數，請及早改用 FR-4。這樣可以避免重新設計的成本。
其他「經濟實惠」的材料以及它們何時能省錢
除了 FR-4 和 CEM-1，還有一些其他的選項，看起來可能具有成本效益：
- 鋁質背板 - 核心是薄的 FR-4。底座是鋁質。這些板子散熱快。用於 LED 和功率電子元件效果很好。每塊板的價格比普通 FR-4 板高。但您可以節省散熱器或風扇。這可以降低總成本。
- 聚酰亞胺 (PI) - 這是一種可彎曲的柔性薄膜。它的成本比 FR-4 高。但它可以讓您做出可摺疊或可穿戴的板子。如果您的設計需要彎曲，它可以省去鉸鏈零件，從而節省成本。
- 羅傑斯層壓板 - 這些產品對高頻信號的損耗較低。它們的單價較高。但如果您做無線電或微波電路，您可能需要 Rogers。廉價的 FR-4 會使訊號失真並導致測試失敗。修復這些故障的費用遠遠高於額外的層壓板價格。
每個選項都會增加每平方英寸的成本。但它可以消除組裝、冷卻、測試或現場修復的成本。
廉價材料如何損害您的大量建置
廉價的材料可能在原型和小批量生產時奏效。但是當您增加到成百上千的板子時，您可能會發現.....：
- 較高的報廢率 - 廉價的電路板在焊接時可能會翹曲。翹曲的板子會受到壓力或掉落。它們會失效。
- 更多測試失敗 - 如果 Dk 或 T g 有變化，您的測試夾具可能會跳脫。您需要每批重新調整。這需要花費時間。
- 更長的週期時間 - 彎曲的板子需要額外處理。它們會減慢組裝線的速度。
- 不良場回報 - 壞的板子最後會落到客戶手上。你要付錢把它們運回去。你要付運新的。你失去了信任。
這些成本可能會讓您在材料價格上省下的一點錢相形見拙。
詢問供應商更好的問題
與其只問「您能便宜到什麼程度？」，不如問幾個關鍵問題：
- 您可以寄送材料規格表嗎？
- 什麼是 Tg 和 Td（分解）？
- 我的頻率的 Dk 是多少？
- 回流焊後的電路板平整度如何？
當您得到答案時，您不僅可以比較價格，還可以比較效能。您可能會發現，等級稍高的 FR-4 只會多花幾美分。但它會使您的報廢率降低 5%。這節省的可不止這幾美分。
簡單案例研究
想像您為家用裝置製作一個小型模組。它會消耗電力並有一個微控制器。您選擇最便宜的 FR-4 等級。小批量生產時，每塊板的價格為 $0.50。您製造了 100 塊板。生產線正常運作。
當你移動到 1,000 板時，你就會看到：
- 組裝時有 50 板報廢 - 遺失 $25
- 20 板測試失敗 - 損失 $10 零件和人工費
- 10 次現場退貨 - 運費和支援損失 $50
隱藏成本總額： $85.這樣一來，每塊板子就多出 $0.085。
如果您在更好的 FR-4 上每塊板子多花 $0.03，1,000 塊板子就會多花 $3。在廢料、測試和退貨方面，您將節省 $82。您會多付 $79。
對於廉價與低成本的最後看法
低價很容易在報價單上看到。真正的成本會在產量、測試和現場中顯現出來。當您選擇材料時：
- 想想您的滑板有多熱。
- 考慮信號速度和層次。
- 考慮數量和產量。
- 考慮可靠性和回報。
今天多花幾美分，日後就能為您省下幾美元。它可以節省您的時間，讓您的客戶滿意。
如果您需要的是不需加熱的簡單電路板，CEM-1 也許適用。如果您需要更多的層數或熱量，請堅持使用 FR-4，並選擇合適的等級。如果您需要散熱、撓性或高頻率，請選購合適的層壓板。最後，您的選擇必須符合您的設計和預算。
