Wie sich verschiedene Technologien auf die PCB-Kosten auswirken

Gehe zu: Faktoren, die die PCB-Kosten beeinflussen | Materialauswahl | PCB-Größe | Anzahl der Schichten | Beenden (ENIG, HASL usw.) | Lochgröße | Minimale Spur und Platz | Die Dicke und das Seitenverhältnis | Benutzerdefinierte oder einzigartige Spezifikationen | PCB verschiedener Designs

PCB-Technologien beinhalten ein hohes Maß an Komplexität. Abhängig vom Design einer Leiterplatte kann ihre Herstellung mehr oder weniger kostenintensiv sein als die einer durchschnittlichen Leiterplatte. Wenn eine Leiterplatte für einen alltäglichen, konventionellen Artikel bestimmt ist, sollten die Kosten für die Herstellung der Platine selbst deutlich niedriger sein als der Preis einer Platine, die für Hightech-Maschinen entwickelt wurde.

Faktoren, die die PCB-Kosten beeinflussen

Die drei Faktoren, die sich am stärksten auf die Aufschlüsselung der Herstellungskosten von Leiterplatten auswirken, sind die Art des Materials, die Größe der Leiterplatte und die Anzahl der Schichten. Andere Faktoren, die sich ebenfalls auf den Preis auswirken können, sind das Finish und die Größe der Löcher, einschließlich dieser acht.

1. Materialauswahl

Die in einer Leiterplatte verwendeten Materialien wirken sich unweigerlich auf deren Kosten aus. Standard-Leiterplatten sind mit FR4-Material laminiert, aber dies reicht nicht für Platinen aus, die für hochintensive Anwendungen hergestellt werden, wie sie in der Luft- und Raumfahrt- und Kraftstoffindustrie üblich sind.

Zu den Faktoren, die sich auf die Materialauswahl auswirken können, gehören:

• Thermische Zuverlässigkeit : Wird die Platine in der Lage sein, unter dem Temperaturbereich zu arbeiten, der für die betreffenden Aufgaben erwartet wird? Bestimmte Platinen erfordern Materialien mit einer höheren thermischen Bewertung als Standardplatinen.
• Temperaturzuverlässigkeit : Kann das Material einem erwarteten Bereich atmosphärischer Bedingungen innerhalb einer kontrollierten Umgebung ohne Überhitzung standhalten? Leiterplatten, die für Hochtemperatur-Arbeitsvorgänge bestimmt sind, erfordern Materialien, die diese Tests bestehen.
• Wärmeübertragung: Hält die Platine hochintensiven Belastungen stand, ohne übermäßige Wärmemengen auf befestigte und benachbarte Komponenten zu übertragen? Das richtige Material muss diesen Test für die jeweiligen Anwendungen bestehen.
• Signalleistung: Ermöglicht das Material ununterbrochene elektrische Signale während jedes Betriebszyklus einer bestimmten Maschine? Hält das Signal einem erforderlichen Temperaturbereich und anderen Umweltfaktoren stand? Diese Bedenken sind für die Leistung einer Leiterplatte von wesentlicher Bedeutung.
• Mechanische Eigenschaften: Hat das Material eine ausreichende physikalische Zusammensetzung, um einem plausiblen Bereich physikalischer Belastungen standzuhalten? Lässt sich die Platine in einen engen Schlitz pressen, ohne zu reißen? Kann es mehrere Meter fallen gelassen werden, ohne zu brechen? Jedes für den Verkauf geeignete PCB muss Falltests und andere Leistungskriterien bestehen.

Als Faustregel gilt, dass für Operationen mit höheren Frequenzen Werkstoffe höherer Qualität als Standard-FR4 erforderlich sind. Daher könnten die in einer Mikrowellen-Leiterplatte verwendeten Materialien zehnmal teurer sein als die Materialien, die für die Platine in einem Taschenrechner oder einem anderen tragbaren Gerät verwendet werden.

2. PCB-Größe

Die Größe einer Leiterplatte und ihre Nutzenausnutzung sind zwei der entscheidenden Faktoren, die den Preis beeinflussen. Die Größe einer Platine wird im Allgemeinen durch die Anzahl der Schaltkreise bestimmt, die für das entsprechende Gerät benötigt werden.

Eine Leiterplatte in etwas so Kleinem wie einer Digitaluhr erfordert weniger Komponenten und ist letztendlich weniger kostspielig in der Herstellung als eine Computer- oder Laptop-Leiterplatte. Ebenso ist die Leiterplatte in einer großen Industriemaschine größer als die in den meisten Heimelektronikgeräten enthaltenen Platinen.

In der Leiterplattenfertigung gehören die folgenden Abmessungen zu den häufigsten:

• 18 x 24″ (457 x 610 mm)
• 18 x 21″ (457 x 533 mm)
• 21 x 24″ (533 x 610 mm)

Der Platzbedarf der Komponenten auf einer Platine wirkt sich ebenfalls auf den Preis aus. Zugegeben, einige Boards werden mit weniger Berücksichtigung von Effizienz und Produktionskosten entworfen.

Beispielsweise wäre eine 18 x 24-Leiterplatte, die drei Spalten und zwei lange Reihen zur Panelnutzung enthält, eine effiziente Nutzung des Platinenplatzes, da aktive Komponenten den Großteil des gesamten Panels verbrauchen. Andererseits wäre eine 18 x 24-Leiterplatte, die eine Spalte und drei Zeilen enthält, weniger effizient, da die Ränder breiter sind, aber aufgrund des Materials immer noch kostspielig.

Letztendlich sind die Abmessungen Ihres PCB-Designs einer der wichtigsten bestimmenden Faktoren für den Gesamtpreis. Selbst wenn Sie eine kleine Leiterplatte in großen Stückzahlen herstellen, sind die Gesamtkosten möglicherweise geringer als bei einer großen Leiterplatte in kleinen Stückzahlen.

3. Anzahl der Schichten

Ein weiterer bestimmender Faktor für den Plattenpreis ist die Anzahl der beteiligten Schichten. Leiterplatten mit drei oder mehr Schichten sind aus naheliegenden Gründen teurer in der Herstellung als Leiterplatten, die nur aus zwei Schichten bestehen. Die Preisfrage wird durch die Art des verwendeten Materials und die Größe der Platine selbst beeinflusst. Insgesamt erfordern dicke Platten mit vielen Lagen erheblich mehr Arbeitsaufwand in der Herstellung.

Insgesamt lassen sich die Preiserhöhungen schichtweise wie folgt aufschlüsseln:

• 1L bis 2L: 35 – 40 %
• 2L bis 4L: 35 – 40 %
• 4L bis 6L: 30 – 40 %
• 6L bis 8L: 30 – 35 %
• 8 l bis 10 l: 20 – 30 %
• 10 l bis 12 l: 20 – 30 %

Einige der signifikantesten Erhöhungen der Herstellungskosten treten auf, sobald einer Platine eine zweite Schicht hinzugefügt wird. Von dort erhöhen zwei zusätzliche Boards die Kosten um mindestens ein Drittel des vorherigen Preises. Die Preiserhöhungen sind im Allgemeinen weniger steil, sobald ein Design die Acht-Layer-Schwelle überschreitet.

Mit jeder Schicht, die einer Leiterplatte hinzugefügt wird, sind weitere Produktionsschritte am Laminierungsprozess beteiligt. Dies erfordert mehr Zeit und einen größeren Materialvorrat. Die Schritte, die beim Aufbau von Mehrschichtplatten erforderlich sind, erhöhen auch die Möglichkeit von Produktionsfehlern. Um die möglichen Kosten von Fehlern auszugleichen, berücksichtigen Leiterplattenhersteller dies häufig in Angeboten für die Produktion von Multilayer-Leiterplatten.

Abhängig vom Material, das in einem Board-Design verwendet wird, benötigen Sie möglicherweise mehr Schichten, um eine solide Zusammensetzung zu gewährleisten. Wenn von einer Leiterplatte erwartet wird, dass sie hohen Belastungen standhält und dennoch ein gewisses Maß an Flexibilität aufweist, bestimmen diese Faktoren maßgeblich die Anzahl der Lagen sowie das Material.

4. Beenden (ENIG, HASL usw.)

Ein kleiner Faktor, der bei der Leiterplattenproduktion zu berücksichtigen ist, betrifft die Kosten, die mit einer bestimmten Oberfläche verbunden sind. Einige Oberflächen haben höhere Qualitäten und eine längere Haltbarkeit, was die Gesamtproduktionskosten erhöht. Eine der gebräuchlicheren und kostengünstigeren Oberflächenbehandlungen ist HASL, die eine gute Lötbarkeit bietet, aber in anderen Punkten ungünstig bewertet wird. Im Vergleich dazu schneidet ENIG in den meisten Kategorien gut ab, weist aber nur einen geringen Preisunterschied auf.

Jede der Oberflächenbehandlungsoptionen bietet einzigartige Funktionen:

• HASL: Lötbarkeit
• LFHASL: Lötbarkeit
• OSP: Lötbarkeit
• IMM AG: Lötbarkeit, Al-Draht bondbar
• IMM Sn: Lötbarkeit
• ENIG: Lötbarkeit, Al-Draht bondbar, Kontaktfläche
• ENEPIG: Lötbarkeit, Al-Draht bondbar, Kontaktfläche
• Elek Au: Lötbarkeit, Al/Au-Draht bondbar, Kontaktfläche

Die Anzahl der Lagen kann auch bestimmen, ob sich das Finish in erheblichem Maße auf den Preis der Leiterplattenproduktion auswirkt.

5. Größe des Lochs

Einer der wichtigen, wenn nicht entscheidenden Faktoren, die die Kosten einer Leiterplattenproduktion beeinflussen können, ist die Größe der Löcher in einer Platine. Die mit Löchern verbundenen Kosten können auch durch die Anzahl der für die Platte erforderlichen Löcher sowie die Art des Materials und die Dicke der zu bohrenden Schichten bestimmt werden. Insgesamt erfordern mehr Löcher mehr Arbeit, insbesondere wenn die fraglichen Löcher aufgrund ihrer Winzigkeit und Plattendicke schwierig zu bohren sind.

Die Lochgrößen in einem Boarddesign sind die entscheidenden Preisfaktoren in diesem Bereich. Wenn die Löcher superdünn sind, werden spezielle Werkzeuge zur Herstellung benötigt. Beispielsweise ist ein Loch mit dem Durchmesser einer Haarsträhne schwieriger herzustellen als ein Loch, das dem Durchmesser eines typischen Schraubenlochs entspricht. Solche Löcher erfordern mehr Arbeit und spezielle Fähigkeiten, um sie zu meistern.

Unabhängig davon, ob die Löcher regelmäßig oder mikroskopisch klein sind, kann der Preis der Plattenproduktion auch von der Anzahl der Löcher beeinflusst werden, die in einem bestimmten Design enthalten sind. Wenn ein Brett Dutzende von Löchern enthält, wird diese Funktion aufgrund des zusätzlichen Arbeitsaufwands zum Preis hinzugefügt.

Weitere lochbezogene Faktoren, die sich auf den Preis einer Leiterplattenproduktion auswirken können, sind die Dicke des Materials und die Anzahl der im Leiterplattendesign enthaltenen Schichten. Wenn eine Platte aus 10 oder mehr Schichten besteht, ist das Bohren von Löchern aufgrund der Dicke eine zeitaufwändigere Aufgabe. Wenn das Material superfest und schwer zu bohren ist, wirkt sich dies auch auf den Preis aus.

6. Minimum Trace und Space

Damit ein Strom auf einer Leiterplatte übertragen werden kann, ohne dass eine Überhitzung und Beschädigung der Platine droht, muss im Platinendesign eine ausreichende Leiterbahnbreite vorhanden sein. Bei Brettern aller Größen besteht ein einfacher Zusammenhang zwischen Leiterbahnbreite und Tragfähigkeit. Ein Teil des ersteren wird das letztere bestimmen. Darüber hinaus korrelieren die Leiterbahnquerschnitte mit der Dicke des Kupfers.

Zu beachten ist, dass die Leiterbahntragfähigkeit nicht zwingend dem Querschnittsraum entspricht. Tatsächlich kann die Strommenge, die eine Leiterbahn maximal halten kann, nicht einfach berechnet werden, unabhängig von der Leiterbahnbreite oder dem Temperaturanstieg. Die Stromtragfähigkeit kann auch durch Pads, Vias und andere Platinenelemente beeinträchtigt werden.

Auf einem Board mit zahlreichen Pads stoßen Sie möglicherweise auf eine Spur außergewöhnlicher Kapazität. Wenn dies beim Lötprozess nicht berücksichtigt wird, kann eine übermäßige Querschnittsfläche erzeugt werden, und vorübergehende Überspannungen können auftreten.

Um diese Situationen zu vermeiden, werden die Leiterplattenhersteller die Leiterbahnbreite nach Möglichkeit vergrößern. Alternativ können sie den Leiterbahnen, die andernfalls anfällig für Verbrennungen wären, eine zusätzliche Lötmaske hinzufügen. Diese Schritte können den Preis einer Leiterplattenproduktion erhöhen.

7. Die Dicke der Leiterplatte und das Seitenverhältnis

Bis vor kurzem spielte die Dicke einer Leiterplatte nur eine untergeordnete Rolle bei den Gesamtkosten, doch das dürfte sich in den kommenden Jahren ändern. Dickeres Material kann kostspieliger zu beschaffen, zu laminieren und zu einer Leiterplatte zu formen, insbesondere wenn das Design selbst sehr kompliziert ist.

Dünneres Material wird im Allgemeinen eine Reihe von Leiterplatten in eine etwas niedrigere Kostenklasse bringen, da weniger Material für die vorliegende Produktion benötigt wird. Die Kosten einer Platte in Bezug auf die Dicke können auch durch die Art des Materials beeinflusst werden, das in einer bestimmten Produktion verwendet wird.

Die Standarddicke für eine Leiterplatte beträgt 1,6 mm (0,063″). In letzter Zeit sind dickere Platten teurer geworden, obwohl sich nie ein branchenweit gültiger Preis etabliert hat. Insgesamt hängt es vom Hersteller ab, ob eine dünnere Platte von 0,8 mm weniger oder gleich viel kostet wie eine Platte mit Standardstärke.

Der Preis für ein dickeres Board könnte deutlich höher sein, wenn es auch ein größeres Seitenverhältnis hat. Wenn die Platte aufgrund ihrer Dicke aus mehreren Schichten besteht und große Abmessungen aufweist, erfordert die Platte mehr Material und erfordert mehr Arbeit bei ihrer Konstruktion. Daher wirkt sich die Dicke der Platte möglicherweise nicht so stark auf die Kosten aus wie die Abmessungen oder die Anzahl der Schichten, die zur Dicke beitragen.

8. Benutzerdefinierte oder einzigartige Spezifikationen

Die Herstellungskosten von Leiterplatten können auch durch die einzigartigen Designelemente in einer bestimmten Produktion beeinflusst werden. Wenn Sie mit kundenspezifischen Spezifikationen zu einem Leiterplattenhersteller kommen, kann dies die Produktionskosten erhöhen, selbst wenn die Leiterplatte selbst klein ist und nur aus einer oder zwei Schichten besteht. Der wirklich bestimmende Faktor in dieser Hinsicht wird sein, ob die fraglichen Funktionen spezielle Werkzeuge oder Fähigkeiten erfordern, um sie zu erreichen. Beispiele für benutzerdefinierte Spezifikationen könnten sein:

• Konturierte Kanten : Leiterplatten mit abgerundeten Kanten könnten teurer in der Herstellung sein, insbesondere solche, die ein Z-Achsen-Routing erfordern.
• Seitenbeschichtung : Einige PCB-Designs spezifizieren Metallkanten für erhöhte EMV-Stärke.
• Lötmaskenabstand: Wenn zusätzlicher Abstand und Dicke der Lötstoppmaske benötigt werden, erhöht dies die Kosten.

Spezielle Funktionen erfordern spezialisierte Fähigkeiten. Wenn Ihr Design Details enthält, die schwer herzustellen sind und nicht die Art von Details sind, die Leiterplattenhersteller regelmäßig zusammenbauen, könnte dies die Anzahl der Personen einschränken, die an der Produktion arbeiten könnten. Dies wiederum könnte zu einer zeitaufwändigeren Produktion führen. Wenn die Gesamtproduktion zusätzliche Stunden in Anspruch nimmt, werden Ihre Platinen am Ende mehr kosten.

Für einzigartige Platinendesigns sind oft Spezialwerkzeuge erforderlich. Wenn das Brett zahlreiche Löcher in einer ungewöhnlichen Größe erfordert, die nicht zu einem der Standarddurchmesser passt, muss das Unternehmen, das Ihre Bestellung bearbeitet, möglicherweise das erforderliche Instrument beschaffen und Ihnen die damit verbundenen Kosten in Rechnung stellen. Alternativ werden Sie möglicherweise gebeten, die für eine spezielle Designanfrage erforderlichen Werkzeuge bereitzustellen. Dies sind Vereinbarungen, die vor jedem Vertrag mit einem Leiterplattenhersteller festgelegt werden sollten.

Um außergewöhnlich hohe Kosten zu vermeiden, die durch einzigartige PCB-Designanforderungen entstehen könnten, berechnen Sie den potenziellen Preis Ihres Designs vor der Produktion. Bestimmen Sie die benutzerdefinierten Spezifikationen des Designs und die Schritte, die erforderlich sind, um es zu verwirklichen. Stellen Sie sicher, dass diese Details vom Leiterplattenhersteller verstanden werden, um kostspielige Versuche und Irrtümer zu vermeiden.

PCB verschiedener Designs von Millennium Circuits Limited

Die Materialeigenschaften von Leiterplatten können die Montagekosten erheblich beeinflussen, ebenso wie die Größe der Leiterplatte und die Anzahl der beteiligten Schichten. Um die Kosten auf einem vernünftigen Niveau zu halten, ist es immer am besten, vorher einen Vergleich der PCB-Materialien durchzuführen, um zu sehen, was für Ihr Design am besten geeignet ist.

Bei Millennium Circuits arbeiten wir mit jedem Kunden zusammen, um sicherzustellen, dass er die Platinen erhält, die er benötigt, und zwar so, wie er sie benötigt. Kontaktieren Sie uns noch heute für ein Angebot für Ihre Spezifikationen.