E-Book: Navigation durch die PCB-Herstellung: Teil 1

Front-End-Engineering eines PCB-Produkts

Im weitesten Sinne bezieht sich der Begriff „Front-End-Engineering“ auf einen ingenieurtechnischen Entwurfsansatz, der dazu dient, die Projektkosten zu kontrollieren und eine umfassende Planung für ein Projekt durchzuführen. Der Entwicklungsprozess eines PCB-Produkts bezieht sich auf alle Schritte, die unternommen werden, bevor die Platine vom Design- zum Fertigungsprozess weitergeleitet wird. Dieser Artikel wird diese Schritte überprüfen, definieren, was in ihnen geschieht und welche kritischen Elemente für jeden von ihnen vorhanden sind. Nachfolgende Artikel werden die tatsächlichen Operationen behandeln, die während des Fertigungsprozesses durchgeführt werden.Im weitesten Sinne bezieht sich der Begriff „Front-End-Engineering“ auf einen ingenieurtechnischen Entwurfsansatz, der dazu dient, die Projektkosten zu kontrollieren und eine umfassende Planung für ein Projekt durchzuführen. Der Entwicklungsprozess eines PCB-Produkts bezieht sich auf alle Schritte, die unternommen werden, bevor die Platine vom Design- zum Fertigungsprozess weitergeleitet wird. Dieser Artikel wird diese Schritte überprüfen, definieren, was in ihnen geschieht und welche kritischen Elemente für jeden von ihnen vorhanden sind. Nachfolgende Artikel werden die tatsächlichen Operationen behandeln, die während des Fertigungsprozesses durchgeführt werden.

Was ist in den Dateien

Wie in Abbildung 1 dargestellt, ist das Front-End-Engineering der erste Schritt bei der Herstellung einer Leiterplatte (PCB). Es sollte beachtet werden, dass der in dieser Abbildung gezeigte Prozess in der PCB-Herstellungsindustrie für die Fertigung von Mehrlagen-PCBs standardisiert ist.

Abbildung 1. Fertigungsprozessfluss für Mehrlagen-PCBs

Hier werden alle während des Layoutprozesses erstellten PCB-Design-Daten dem Hersteller zur Verfügung gestellt, damit der Fertigungsprozess beginnen kann. Computerunterstützte Fertigungsstationen (CAM) verarbeiten die Design-Daten durch eine Reihe von Schritten, die zu den Werkzeugen führen, die während des PCB-Fertigungsprozesses benötigt werden. Abbildung 2 zeigt eine typische Front-End-Engineering-Station.

Die für diesen Prozess bereitgestellten Informationen umfassen:

• Die „Gerber“-Daten oder Bilder der Schichten der PCB.
• Die Netzliste, die die Verbindungen der PCB zeigt.
• Die Stapelinformationen.
• Die Bohrinformationen.
• Die Fertigungsspezifikation.
• Die Materialspezifikation.

Abbildung 2. Typische Front-End-Engineering-Station

Wie oben ersichtlich, hat die Sicherstellung, dass alle an den Hersteller gelieferten Informationen vollständig und korrekt sind, direkten Einfluss auf das Ergebnis des Herstellungsprozesses. Tabelle 1 ist die Liste der typischen Datendateien, die von einem Hersteller benötigt werden. Es gibt mehrere Formate für diese Daten, einschließlich GenCam, Gerber und OCB++.

Tabelle 1. Typische Datendateien zur Herstellung einer PCB

Initiierung des Front-End-Engineering-Aufwands

Der erste Schritt im Front-End-Engineering-Prozess besteht darin, das Design auf Genauigkeit zu überprüfen. Ein kritischer Teil dieses Prozesses ist es, aus den Gerber-Daten oder der Grafik eine Netzliste zu synthetisieren, die zeigt, wie die PCB verbunden wird, wenn sie gemäß der Grafik gebaut wird. Diese synthetisierte Liste wird mit der CAD-Netzliste (wie oben angegeben) verglichen und repräsentiert, wie die PCB verbunden sein sollte. Diese Netzlistenvergleichsbemühung ist der erste entscheidende Schritt im PCB-Tooling-Prozess und sollte niemals ausgelassen werden, egal wie eng der Zeitplan sein mag. Die Netzlisteninformationen müssen vollständig und genau sein (um das alte Szenario „Müll rein, Müll raus“ zu vermeiden). Wenn die Netzliste der Gerber-Daten und die CAD-Netzliste nicht übereinstimmen, sollte keine weitere Arbeit erfolgen, bis die Unterschiede geklärt sind. Diese Netzlistenvergleichsoperation ist eine lebenswichtige Sicherheitsmaßnahme gegen Fehler, die sich im Laufe des Weges in die Designdaten einschleichen können. Das Versäumnis, diese Anstrengung zu unternehmen, führt häufig zu PCBs, die von Anfang an falsch und unbrauchbar sind. Sobald die Netzlistenübung erfolgreich abgeschlossen wurde, besteht der nächste Schritt darin, die Designgrafik zu überprüfen, um sicherzustellen:

• Korrekte Leiterbahnbreiten.
• Korrekte Abstände.
• Richtige Registrierung zwischen allen Schichten.
• Die Pad-Größen sind ausreichend für die Bohrgrößen und Toleranzen.

Wenn die Leiterplatte (PCB) hergestellt wird, handelt es sich um eine kontrollierte Impedanz. Das Designteam der Ingenieure hat es versäumt, die Spurbreiten, Laminatdicken und Stile bereitzustellen, die erforderlich sind, um die korrekte Impedanz in jeder Schicht zu erreichen. Die Front-End-Engineering-Gruppe wird Impedanzvorhersage-Tools verwenden, um an diese entscheidenden Informationen zu gelangen. Aus unserer Erfahrung ist es unklug, diesen kritischen Schritt allein dem Hersteller zu überlassen, da jeder ihn an seine Standardprozesse anpassen wird. Dies kann dazu führen, dass man eine völlig unterschiedliche PCB von zwei verschiedenen Herstellern erhält, die denselben Satz von Filmen verwenden. Dies ist einer der Hauptgründe, warum wir in unseren Kursen und unseren Schriften so viel Zeit mit dem Stackup-Design verbringen. Es nicht richtig zu machen, kann Zeit, Geld, verpasste Markteinführungszeiten oder alle drei kosten.

Fertigungswerkzeuge

Der nächste Schritt nach dem Vorherigen ist die Erstellung von Fertigungswerkzeugen. Dies umfasst:

• Produktionskunstwerk für jede Schicht.
• Bohrdateien.
• Testwerkzeuge.
• Fräsprofile.
• Galvanikpläne.
• Ätzpläne.
• Aufbaueinweisungen.
• Laminierpläne.
• Qualitätstests.

Jedes der Vorhergehenden wird unten beschrieben.

Produktionsvorlagen bestehen aus einem Film für jede PCB-Schicht sowie Filmen für die Lötstopplackierung auf jeder Seite und der Legende oder dem Siebdruck auf jeder Seite. Diese Vorlagen unterscheiden sich von den Designvorlagen in folgenden Punkten:

• Die Leiterbahnbreiten werden verbreitert, um die Verengung, die während des Ätzprozesses auftritt, zu kompensieren.
• Die tatsächliche Größe der Vorlagen wird leicht vergrößert, um das Schrumpfen des Materials, das während des Laminierprozesses stattfindet, zu berücksichtigen.
• Fertigungswerkzeuge werden um den Rand des Panels hinzugefügt, in dem die PCB hergestellt wird. Diese Funktionen umfassen:
  • Registrierungsziele.
  • Teststrukturen.
  • Harzsperren, um den Fluss des Harzes im Prepreg zu vereinheitlichen, da es während des Laminierens weich wird.

Abbildung 3. Innenschichtdetail nach dem Auftragen von Schwarzoxid.

Foto links zeigt die Fertigungswerkzeuge, Harzsperren (das Muster schwarzer Punkte) und Teststrukturen sind im Rand des Panels sichtbar.

Bohrdateien enthalten die Bohrgrößen und Positionen für alle Löcher, sowohl durchkontaktierte als auch nicht durchkontaktierte. Sie sind so organisiert, dass sie den effizientesten Bohrvorgang von Loch zu Loch ermöglichen. Wenn die fertige Lochgröße angegeben wurde, berechnet die Prozesstechnik die benötigte Bohrgröße, um die fertige Lochgröße

nach dem Verzinnen zu erreichen. Es ist sehr nützlich, spezifische Hinweise zur Bohrgröße hinzuzufügen. Traditionell wurde die fertige Lochgröße angegeben, und der Hersteller wählte dann eine Bohrgröße, die zu seinem Prozess passte. Bei den heutigen Entwürfen und dem engen Abstand der Komponentenpins gibt es nicht viel Spielraum für Variationen in der Lochgröße. Deshalb empfehlen wir, die Bohrgröße als Teil des Pad-Stack-Designprozesses auszuwählen und dann festzulegen. Dies führt dazu, dass die Bohrgröße im Bohrdiagramm angegeben wird, im Gegensatz zur fertigen Lochgröße. Wenn Laserbohren oder kontrolliertes Tiefenbohren oder Hinterfüllen als Teil des Designs spezifiziert ist, werden diese Dateien ebenfalls als Teil der Bohrdateien erstellt.

Testwerkzeuge beinhalten die notwendigen Informationen zum Bau der Testvorrichtung, die Verdrahtungsregeln für diese Teststruktur und die Netzliste, die vom Tester verwendet wird, um zu überprüfen, ob die Konnektivität korrekt ist.

Routing-Profile enthalten Anweisungen für eine Maschine (Router), die die Leiterplatte aus dem Panel herausschneidet, in dem sie hergestellt wurde. Wenn die Leiterplatten in einem Unterpanel verbunden sind, um die Montage zu erleichtern, umfassen die Anweisungen das Erstellen der Rillenlinien oder Reihen von gebohrten Löchern, die verwendet werden, um die Leiterplatte nach der Montage aus dem Unterpanel zu brechen. Abbildung 4 zeigt ein panelisiertes PCB, das neun kleine PCBs innerhalb des Panels enthält. Es wurde entworfen, um den Montageprozess zu optimieren. Die hellen Bereiche repräsentieren das Material, das um jede PCB während des Routing-Prozesses entfernt wird. Nach der Montage wird jede PCB aus dem Panel herausgebrochen.

Abbildung 4. Ein panelisiertes PCB mit 6 PCBs pro Panel bereit für die Montage

Galvanikpläne definieren, welche Arten von Metallen auf die äußeren Schichten der PCB aufgetragen werden und wie lange das Panel in jedem Galvanikschritt verbleiben muss, um die erforderliche Metallstärke zu erreichen. Es sollte beachtet werden, dass die Erstellung von Innenlagen kein Galvanisieren beinhaltet.

Ätzpläne beschreiben die erforderlichen Ätzschritte und wie lange die PCB oder Innenlagen in jedem Ätzschritt verbleiben müssen.

Lagenanweisungen beschreiben, wie die inneren Lagen, Unterbaugruppen (oder Details), Prepreg-Schichten und äußeren Kupferfolien angeordnet werden, um zum endgültigen Stackup zu gelangen. Diese Informationen umfassen, wie viele PCBs in einem einzigen Pressvorgang enthalten sein werden und wie sie getrennt werden sollen.

Laminierungspläne beinhalten, wie viel Druck während der Laminierung verwendet werden soll, das Temperaturprofil für den Laminierungsschritt, die Dauer des Presszyklus und wie die laminierte PCB abgekühlt wird.

Zusätzlich zu den oben beschriebenen Netlist-Vergleichstests überprüfen zusätzliche Qualitätstests auf Kurzschlüsse und Unterbrechungen, Leiterbahn-zu-Via-Abstände und Via-zu-Ebenen-Abstände.

Zusammenfassung

Die Front-End-Technik konzentriert sich auf alle Schritte, die notwendig sind, um eine PCB vom Design bis zum Fertigungsprozess zu bewegen. Dies ist ein kritischer Teil des Herstellungsprozesses, und die Gründlichkeit davon wird sicherstellen, dass die hergestellte PCB mit der wie entworfenen PCB übereinstimmt.

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Referenzen:
Ritchey, Lee W. und Zasio, John J., „Right The First Time, Ein praktisches Handbuch über High-Speed-PCB- und Systemdesign, Band 2.

Wie man PCB-Fertigungsdienste für Ihre Platine vergleicht

Wenn Sie ein Designbüro betreiben, gibt es eine Art von E-Mail, die Sie wahrscheinlich öfter erhalten als jede andere: Verkaufsmails von PCB-Fertigungsdiensten. Ich verstehe, dass Unternehmen ihren Namen bekannt machen müssen und Geschäfte gewinnen wollen, daher soll dieser Beitrag diese Unternehmen nicht herabwürdigen. Es gibt viele PCB-Fertigungsdienste, die Sie online finden können, und sie können alle beginnen, sich zu vermischen. Wenn Sie nach einem neuen Dienstleister suchen, kann es schwierig sein, sie alle zu vergleichen und den besten Hersteller zu finden, der Ihren Bedürfnissen entspricht.

Einige Unternehmen werden Sie mit Angeboten wie „2 bis 48 Lagen HDI RF Metallkern-PCB“ oder ähnlich absurdem bombardieren. Während erfahrene Designer unseriöse Hersteller aus der Ferne erkennen können, gibt es immer die Versuchung, sich für das preisgünstigste, vermeintlich schnellste ausländische Unternehmen zu entscheiden, das man finden kann. Es gibt jedoch viel mehr, was bei der Auswahl eines PCB-Fertigungsdienstes berücksichtigt werden sollte, als nur der Preis.

Wie Sie Ihren PCB-Fertigungsdienst auswählen

Wenn Sie sich mit einem PCB-Herstellungsdienst beschäftigen, finden Sie auf deren Website viele Informationen, die Sie zum Vergleich nutzen können. Es gibt viele Überschneidungen zwischen verschiedenen Diensten in Bezug auf Preis und Lieferzeiten, aber es gibt mehrere Metriken, die Sie verwenden sollten, um verschiedene Dienste zu vergleichen.

Zunächst sollten Sie sich die Fertigungsgrenzen des Herstellers ansehen. Die meisten Hersteller sind in diesem Bereich ziemlich wettbewerbsfähig und können zuverlässig bis zu etwa 4 Mil Spuren, 8 Mil Vias und wenige Mil Abstände auf Standard-Stackups fertigen. Nachdem Sie überprüft haben, dass Ihre Platine zu ihren Fähigkeiten passt, gibt es andere Metriken, die Sie zum Vergleich heranziehen sollten:

Preis vs. Lieferzeit

Preis und Lieferzeit tendieren dazu, eine inverse Beziehung zu haben: Wenn der eine steigt, fällt der andere. Wenn Ihr Platinenhersteller flexible Lieferzeitoptionen anbietet, können Sie einige der Fertigungskosten ausgleichen, indem Sie Ihre Lieferzeit verlängern. Dies gilt sowohl für die Fertigung als auch für die Montage. Ebenso, wenn Sie Ihre Platinen über Nacht gedreht benötigen, müssen Sie dafür extra bezahlen. Stellen Sie sicher, dass Ihr PCB-Herstellungsdienst Ihre Lieferzeitvorgaben innerhalb Ihres Budgets erfüllen kann.

Eines habe ich bei meinem ersten Produktionslauf nicht berücksichtigt: die Versandzeit, die benötigt wird, um von der Fertigung zur Montage zu gelangen und um die fertige PCBA an mich zu liefern. Außerdem habe ich die Zeit, die benötigt wird, um Komponenten an den Hersteller zu versenden, nicht eingeplant, was den Beginn der PCB-Montage verzögerte. Stellen Sie sicher, dass Sie diese anderen Aspekte des PCB-Herstellungsprozesses berücksichtigen, damit Sie nicht von Lieferverzögerungen überrascht werden.

Fertigung, Montage oder beides?

Einige Hersteller bieten sowohl die Fertigung als auch die Montage intern an, während andere die Montage an einen Partner auslagern. Behalten Sie dies im Hinterkopf, denn es kann sein, dass Sie Ihre gefertigten Platinen und Ihre Komponenten an einen Monteur senden müssen, vorausgesetzt, Sie übernehmen die Montage nicht selbst. Einige PCB-Herstellungsdienste bieten einen schlüsselfertigen Service an, bei dem sie sich um alles kümmern, was mit Ihrem Produktionslauf zu tun hat, und Sie sich um nicht viel anderes kümmern müssen. Das ist gut für Designer, die vielleicht nicht mit dem Beschaffungs- und Konsignationsprozess vertraut sind oder keine Zeit haben, die Beschaffung zu verwalten.

Produktionslinien-Flashing

Das ist eher etwas für den eingebetteten Entwickler, der schließlich in großen Mengen produzieren möchte, aber es ist dennoch etwas, das man bedenken sollte. Einige PCB-Herstellungsdienste bieten Produktionslinien-Firmware-Flash-Dienste an, bei denen Ihr Code in den Speicher geflasht wird, bevor die Platinen an Sie versendet werden. Das ist nichts, was Sie während der PCB-Prototypenherstellung tun müssen, aber es ist etwas, das Sie in Betracht ziehen sollten, wenn Sie Ihren Prototypen in die Massenfertigung überführen.

Optionen für Beschichtung und Kupfergewicht

Sieht man sich irgendeine Website eines PCB-Herstellungsdienstes an, bieten sie alle mehr oder weniger die gleichen Spezifikationen für Kupfer an: 0,5 oder 1 oz./sq. ft. Kupfer mit ENIG-Beschichtung auf den äußeren Schichten und 1 oz./sq. ft. Kupfer auf den inneren Schichten oder Ebenen. Wenn Sie ein anderes Kupfergewicht und/oder eine andere Beschichtung benötigen, sollten Sie sicherstellen, dass Sie die Fähigkeiten Ihres Herstellers und die Stapeloptionen überprüfen.

Verfügbare Materialien und Stapelungen

Ich habe dies zuletzt aufgeführt, weil es fast immer das Letzte ist, woran neue Designer denken, wenn sie eine Produktionsreihe für eine Platine planen. Stattdessen sollten Sie als allererstes, bevor Sie mit dem Design Ihrer Platine beginnen, einen vorgeschlagenen Stackup erstellen und dann bei einem Hersteller nachfragen, ob sie etwas produzieren können, das diesen Spezifikationen entspricht oder nahekommt. Sie können einen Screenshot Ihres vorgeschlagenen Stackups an den Hersteller senden, und dieser kann bestätigen, ob ihre Materialbestände diesen Anforderungen entsprechen, oder sie können einen alternativen Stackup vorschlagen.

Beispiel eines Stackup-Tableaus von einem PCB-Herstellungsdienst. Beachten Sie, dass diese Platine eine nicht standardmäßige Dicke hat.

Stellen Sie sicher, dass Sie Ihren Hersteller informieren, wenn Sie eine Impedanzanforderung haben (üblicherweise 50 Ohm einseitig). Wenn Sie einen Fehler bei der Berechnung des Stackups und der Leiterbahnbreite gemacht haben, wird Ihnen ein guter Hersteller den korrekten Stackup nennen, den sie herstellen können. Denken Sie daran, wenn es nicht hergestellt werden kann, dann sollten Sie es ebenso gut gar nicht erst entwerfen.

Die Quintessenz: Sprechen Sie zuerst mit Ihrem PCB-Hersteller

Aus der obigen Liste gibt es viele Dimensionen, über die Sie nachdenken müssen, um PCB-Hersteller zu vergleichen. Es schadet nicht, frühzeitig mit Ihrem Hersteller zu sprechen, um eine Vorstellung von dessen Fähigkeiten zu bekommen und sicherzustellen, dass Ihr Produktionslauf erfolgreich ist und Ihren Erwartungen entspricht.

Wenn Sie ein einfach zu bedienendes PCB-Layout-Tool benötigen, das alles umfasst, was zum Bau von hochwertigen, herstellbaren Schaltkarten benötigt wird, suchen Sie nicht weiter als CircuitMaker. Wenn Sie Ihren nächsten Produktionslauf planen, können Sie sofort die Ausgabedateien generieren, die benötigt werden, um Ihre Platine mit einem PCB-Herstellungsdienst in Produktion zu geben. Alle CircuitMaker-Benutzer haben auch Zugang zu einem persönlichen Arbeitsbereich auf der Altium 365-Plattform. Sie können Ihre Design-Daten in der Cloud hochladen und speichern und Ihre Projekte über Ihren Webbrowser auf einer sicheren Plattform einfach einsehen.

Wie man eine Kostenschätzung für die PCB-Herstellung erstellt

Sofern ich keinen Layout-Auftrag direkt von einem Hersteller erhalte, fragen meine Kunden üblicherweise, ob ich ein Hersteller bin. Mein Unternehmen stellt keine Platinen her, aber ich halte es für wichtig, die Kunden über die Herstellungskosten für neue PCBs zu informieren. Sobald ich begann, Kostenvoranschläge für einige meiner ersten Projekte zu sammeln, verstand ich besser die primären Kostentreiber der PCB-Herstellung und wie man eine umfassende Schätzung für meine Kunden richtig strukturiert.

Sofern ich keinen Layout-Auftrag direkt von einem Hersteller erhalte, fragen meine Kunden üblicherweise, ob ich ein Hersteller bin. Mein Unternehmen stellt keine Platinen her, aber ich halte es für wichtig, die Kunden über die Herstellungskosten für neue PCBs zu informieren. Sobald ich begann, Kostenvoranschläge für einige meiner ersten Projekte zu sammeln, verstand ich besser die primären Kostentreiber der PCB-Herstellung und wie man eine umfassende Schätzung für meine Kunden richtig strukturiert.

Was bestimmt die Kostenschätzung für die PCB-Herstellung?

Es gibt eine Reihe von Faktoren, die die Herstellungskosten beeinflussen. Im Allgemeinen werden die Herstellungskosten durch die Produktion einer größeren Anzahl von Platinen, die Verwendung mehrerer Vias pro Platine, die Verwendung kleinerer Leiterbahnen/Vias/Montagelöcher und die Verwendung mehrerer Komponenten pro Platine erhöht. Die damit verbundenen Kosten sind jedoch nicht linear. Mit anderen Worten, die Verdoppelung der Anzahl von Platinen und Komponenten wird nicht die Gesamtkosten eines Auftrags verdoppeln.

Es gibt einige wichtige Gründe dafür. Bei jedem Fertigungsdurchlauf fallen eine Reihe von Fixkosten an, einschließlich Werkzeugkosten, Designprüfung, Schablonenerstellung und anderen, abhängig von Ihren Anforderungen. Andere Kosten sind variabel und werden auf einer pro-Platine-Basis bestimmt. Die Kosten pro Platine können mit abnehmender Auftragsgröße sinken, was weniger mit der Panelisierung zu tun hat und mehr damit, die fixen NRE- und Werkzeugkosten auf einen gesamten Fertigungsdurchlauf umzulegen. Die gleiche Idee gilt für die Montage (siehe unten).

Vorproduktions-DFM-Überprüfung und Inspektion

Einige Leiterplattenhersteller bieten unterschiedliche Servicelevel hinsichtlich Vorproduktionsinspektion, Design- und Engineering-Überprüfung sowie DFM-Überprüfung an. Die Nutzung einer umfassenden Engineering-Überprüfung kann die Kosten pro Platine bei geringer Stückzahl erheblich erhöhen, da zusätzliche Fixkosten anfallen. Beachten Sie, dass ein gewisses Maß an Überprüfung des PCB-Designs stattfinden muss, damit das Design angeboten und sichergestellt werden kann, dass es überhaupt herstellbar ist. Wenn Sie einige grundlegende Designvorgaben verletzen (wobei Abstände am wichtigsten sind), könnte Ihr Projekt als nicht angeboten markiert werden, bis Sie einige grundlegende Fehler korrigieren.

Wenn Ihr Design einer gründlichen DFM-Überprüfung unterzogen wird, wird Ihr Hersteller Ihre Dateien überprüfen, um sicherzustellen, dass Ihr Design in ihrem Prozess hergestellt werden kann.

Hier ist das Niveau des Dienstes und der Umfang einer Überprüfung sehr wichtig. Manchmal wird eine elektrisch korrekte und herstellbare Designentscheidung keinen DFM-Verstoß im Hinblick auf die Fertigungsfähigkeit auslösen, aber sie kann das Risiko eines Montagedefekts oder eines totalen Ausfalls Ihres Produkts bergen. Ein perfektes Beispiel sind Pads, die zu eng beieinander liegen, ohne ausreichende Lötstopplackdefinition auf dem Pad. Das Gegenteil ist ebenfalls möglich, wo eine elektrisch korrekte Designentscheidung einen DFM-Verstoß auslöst, obwohl die Designentscheidung beabsichtigt war. Mein Unternehmen führt viele Designs mit RF-Strukturen und Wellenleitern durch, und manchmal erhalten wir eine Benachrichtigung über einen Kurzschluss während einer PCB-Designprüfung oder beim Ausführen von DRCs. Stellen Sie sicher, dass Sie erfragen, was diese Art der Überprüfung beinhaltet und bestimmen Sie, welche Designlieferungen Sie vor der Hinzufügung eines Engineering-Review-Dienstes zu Ihrem Angebot bereitstellen müssen. Es ist immer gut, wenn Sie diese beabsichtigten oder unbeabsichtigten DFM-Verstöße vorhersehen und sie mit dem CAM-Ingenieur in Ihrem Fertigungsbetrieb kommunizieren können.

PCB-Fertigungskosten Treiber

Hier ist eine kurze Zusammenfassung einiger wichtiger Kostenfaktoren bei der Fertigung. Stellen Sie sicher, dass Sie jede dieser Bereiche berücksichtigen, wenn Sie eine Kostenschätzung für die PCB-Herstellung erstellen.

Bezüglich der Anzahl der hergestellten Platinen ist der Hauptfaktor nicht wirklich die Anzahl der Platinen, sondern die Kosten pro Panel. Bei einer kleinen Auflage bestimmen die Kosten pro Panel und die NRE-Kosten Ihre Kosten pro Platine. Bei hohen Stückzahlen sinken die Gesamtkosten pro Platine, da variable Kosten die Gesamtkosten der Produktionsserie dominieren. Die anderen oben genannten Punkte sind nur der Ausgangspunkt für die Fertigung, da sie sich nur auf die Herstellung der nackten Platine konzentrieren. Es müssen auch Montagekosten berücksichtigt werden.

Montagekostenfaktoren

Die Kostenfaktoren bei der Montage lassen sich auf Folgendes zurückführen:

• Anzahl der einzigartigen Komponenten: Mehr einzigartige Komponenten führen zu höheren Kosten, obwohl das Bestellen von Komponenten in großen Mengen den Preis pro
• Art der Komponenten: Eine reine SMD-Montage kann bis zu ~50% mehr kosten als eine Durchsteckmontage.
• Doppelseitige vs. einseitige Montage: Doppelseitige Montage erhöht die Kosten, da Ihre Platine im Grunde genommen zweimal durch die Montagelinie laufen muss.

Lead-Pitch bei SMD-Komponenten: Ich habe gesehen, dass ein Aufpreis für feinpitchige SMD-Komponenten je nach Hersteller variiert. Wenn Sie bereits ausschließlich SMD verwenden, berechnen einige Hersteller keine zusätzlichen Kosten für feinere Pitch-Komponenten.

BGAs: Die Montage von einseitigen oder zweiseitigen BGA-Komponenten kann etwa 20% mehr kosten als andere SMD-Komponenten, zusätzlich zu etwaigen Aufpreisen, die bereits für die zweiseitige Montage berechnet werden. Feinere Pitch-BGAs unterhalb eines bestimmten Limits können zusätzliche Kosten verursachen, abhängig von den Fertigungs- und Montagekapazitäten.

IPC 6012/IPC-A-600 Klasse 3: Die Produktion und Montage bis zur IPC-A-600 Klasse 3 kann deutlich höhere Kosten verursachen, obwohl die Qualität des Endprodukts viel höher sein wird. Die Kosten sind auch aufgrund zusätzlicher Inspektionen höher, die erforderlich sind, um die Einhaltung der höheren Leistungs- und Inspektionsanforderungen, die an Produkte der Klasse 3 gestellt werden, zu überprüfen.

ITAR-Konformität: Wenn Sie in den USA arbeiten, muss Ihr Projekt möglicherweise ITAR-konform sein. Fertige PCBs müssen den ITAR-Anforderungen an Datenintegrität, PCB-Integrität und Versand genügen. Diese Kosten werden an Sie als Designer weitergegeben.

Sofern die Montage nicht von Hand erfolgt, steigen die Montagekosten nicht immer linear mit der Anzahl der Platinen. Mit anderen Worten, bei automatisierter Montage verdoppelt sich durch die Verdoppelung der Anzahl der Platinen nicht immer die Montagekosten. Ein Teil der Montagekosten fließt in die Programmierung der Maschinen, während der Rest effektiv für die Maschinenlaufzeit bezahlt.

Die Kosten für Komponenten folgen einer ähnlichen Struktur. Wenn Sie mehr Komponenten bestellen, erreichen Sie möglicherweise eine neue Preiskategorie bei Ihrem Komponentendistributor, wodurch die Kosten pro Komponente sinken. Das ist ein Grund, warum es besser ist, von einem einzigen Distributor zu kaufen, anstatt mehrere Distributoren zu kombinieren.

Überseeische vs. lokale Produktion

Wir leben in einer globalisierten Umgebung, und es war noch nie einfacher, die Fertigung und/oder Montage in eine Region mit niedrigeren Arbeitskosten auszulagern. Die Entscheidung dafür hängt vom Produktionsvolumen, dem erforderlichen Serviceniveau, dem Risiko, ein Design ins Ausland zu geben, der benötigten Vorlaufzeit und den potenziellen Kosteneinsparungen ab.

Für grundlegende Entwürfe, die gründlich geprüft wurden, habe ich festgestellt, dass chinesische Hersteller die Arbeit durchaus zufriedenstellend erledigen können, obwohl sie bei kleinen Zusätzen zur Bestellung über Gebühr berechnen (z.B. bestimmte Siebdruckfunktionen, Tests, Lötstopplackfarbe). Ich habe von Kunden Horrorgeschichten gehört, bei denen das Design, das sie eingesendet hatten, überhaupt nicht dem Produkt entsprach, das sie erhalten haben; anscheinend hat der Hersteller viele Änderungen am Design vorgenommen, um die Kosten so niedrig wie möglich zu halten, und dann die Differenz eingesteckt. Es gibt auch Bedenken hinsichtlich des geistigen Eigentums, und das Risiko, Design-Daten einer ausländischen Partei auszusetzen, könnte unannehmbar hoch sein. Für mil-areo-Designs in den USA beschränken Exportkontrollvorschriften (EAR) und ITAR-Anforderungen Ihre Möglichkeit, die Fertigung auszulagern und ins Ausland zu versenden; ähnliche Einschränkungen gelten in Kanada und Europa.

Es gibt einige echte Vorteile, lokal zu bleiben, selbst wenn die Kosten höher sind. Ich bevorzuge lokale Hersteller, da dies mir mehr Kontrolle über den gesamten Prozess gibt, insbesondere bei Prototypen oder der Produktion in geringer Stückzahl. Ich könnte am Ende pro Einheit mehr bezahlen, aber ich und meine Kunden sind bereit, für das zusätzliche Maß an Service, Reaktionsfähigkeit und Sicherheit zu zahlen, in dem Wissen, dass unsere Entwürfe nicht gestohlen werden. Wenn Sie bereit sind, das Risiko einzugehen, für die Fertigung ins Ausland zu gehen, könnten Sie mit einem Auftragsfertiger (CM) arbeiten, der ein qualifiziertes ausländisches Fertigungswerk nutzt und lokal montiert. Für fortgeschrittenere Designs oder wenn das Design einige spezifische Test-/Inspektionsanforderungen mit sich bringt, würde ich lieber einen lokalen Hersteller verwenden, da ich immer direkt mit jemandem am Telefon sprechen kann.

In Bezug auf die Kosten kann der Stückpreis für eine lokal (in den USA) hergestellte Platine das Fünffache des Preises für dieselbe Platine betragen, die mit derselben Vorlaufzeit im Ausland produziert wird. Die Montage ist eine ganz andere Angelegenheit, da nicht alle Hersteller eine Montage vor Ort anbieten, und Sie müssen ein Angebot von einem Montageunternehmen einholen. Ihre Platinen von Ihrem Hersteller zu Ihrem Montageunternehmen zu versenden, erhöht ebenfalls Ihre Vorlaufzeit, was Ihrer neuen Produktentwicklung unsichtbare Kosten hinzufügt.

Seien Sie vorsichtig, bevor Sie Ihr Design zur Produktion ins Ausland senden, und bedenken Sie sorgfältig die Risiken.

Testen, Inspektion und Qualifikation

Prüfung und Inspektion sind zwei wichtige Aktivitäten, die ebenfalls durchgeführt werden müssen, wenn eine neue Platine hergestellt wird. Die Produktion und Inspektion bis zur IPC-A-600 Klasse 3 kostet mehr als Klasse 2 oder Klasse 1; das Gleiche gilt für andere relevante Standards und Klassen. Möglicherweise müssen Sie auch nach einem spezifischen Satz von Industriestandards produzieren, wie IPC-13485, NADCAP oder AS9100, aber es ist schwierig, allgemeine Aussagen über die Kosten bei diesen Herstellern zu treffen. Die Qualifizierung nach UL-Standards oder anderen spezifischen Industriestandards führt normalerweise zu zusätzlichen Kosten und ist nicht von jedem Hersteller erhältlich. Hier können verschiedene Hersteller große Unterschiede in den Fähigkeiten aufweisen, was die Kosten für Tests, Inspektionen und Qualifizierungen bestimmen wird. Stellen Sie sicher, dass Sie diese Punkte berücksichtigen, wenn Sie Angebote von Herstellern anfordern.

Zu guter Letzt: Komponenten!

Bei all der Diskussion über Fertigungs- und Montagekosten ist es leicht, die Kosten für die eigentlichen Komponenten zu vergessen. In der heutigen Umgebung von Halbleiterknappheit wechseln alle großen EMS-Unternehmen von einem Just-in-Time- zu einem Just-in-Case-Lieferkettenmodell. Das bedeutet, dass Designer eine Rolle im Risikomanagement spielen müssen, indem sie Beschaffungsaktivitäten zu Beginn des Designs durchführen, nicht am Ende eines Designs.

Das ist nicht unbedingt ein Kostentreiber für die Fertigung oder Montage, aber es kann die Notwendigkeit einer Neugestaltung erzeugen, wenn Sie plötzlich feststellen, dass Ihre kritischen Komponenten nicht mehr auf Lager sind.

1. Identifizieren Sie frühzeitig kritische Komponenten mit wenigen oder keinen Ersatzteilen und beschaffen Sie dann die mindestens benötigten Bestände.
2. Idealerweise sollten Sie anstelle von #1 Komponenten verwenden, die einige verfügbare Ersatzteile haben (idealerweise pin-kompatibel) und planen, die erforderlichen Mengen vor der Produktion zu beschaffen.
3. Für Spezialteile, bei denen Sie direkt mit einem Hersteller zu tun haben, klären Sie die Anforderungen zu Beginn des Designs und geben Sie frühzeitig eine Bestellung beim Komponentenhersteller auf. Die Lieferzeit könnte lang sein, aber Sie haben Teile auf dem Weg, bevor Sie das Design abschließen.

Wenn Sie Teil eines Dienstleistungsbüros oder eines größeren Ingenieurbüros sind, stellen Sie sicher, dass Sie diese Punkte früh im Designprozess berücksichtigen. Es kann ein gewisses Engagement von Kunden erfordern, aber das frühzeitige Festlegen dieser Anforderungen hilft Ihnen, viele Risiken und Kostensteigerungen vor der Produktion zu eliminieren

Wenn Sie eine neue PCB erstellen, bietet Ihnen Altium Designer^® die Werkzeuge, die Sie benötigen, um Produkte mit fortschrittlichen Funktionen zu erstellen, während Sie gleichzeitig die DFM-Anforderungen Ihres Herstellers erfüllen. Sie werden auch in der Lage sein, schnell Liefergegenstände und Dokumentationen zu generieren, die sicherstellen, dass Sie eine genaue Kostenschätzung für die PCB-Herstellung erhalten. Wenn Sie bereit sind, Ihr Projekt für eine PCB-Designprüfung freizugeben, können Sie die Altium 365-Plattform nutzen, um Design-Daten mit Ihrem Hersteller zu teilen und schnell auf den Markt zu kommen.

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Die PCB-Herstellung ist einer der letzten Schritte, um Ihr Produkt auf den Markt zu bringen, und dennoch legen moderne PCB-Herstellungsprozesse wichtige Zuverlässigkeits- und Fertigbarkeitsbeschränkungen für Designer fest. PCB-Designer sollten verstehen, wie die Fähigkeiten ihres Fertigers und Monteurs die verfügbaren Designoptionen bestimmen werden. Das Verständnis dieser Aspekte eines PCB-Layouts früh im Designprozess wird Designern helfen, hohe Ausbeute, Qualität und Zuverlässigkeit zu gewährleisten.

Dieses E-Book wird tieferen Einblick in den PCB-Herstellungsprozess bieten, von den Materialien, die in einer nackten Platine verwendet werden, bis hin zu wichtigen Designüberlegungen für die Fertigung (DFM). Behandelte Themen umfassen:

• Eine kurze Übersicht über den Front-End-Engineering-Prozess in der PCB-Fertigung
• Wie Ihre Designentscheidungen und Fertigungsbedürfnisse die Kosten beeinflussen
• Worauf Hersteller bei einer DFM-Prüfung achten
• Die Bedeutung von Fiducial-Markern
• Was in den PCB-Fertigungsnotizen enthalten sein sollte

Klicken Sie auf das PDF oben, um mehr über die moderne PCB-Herstellung zu erfahren und den Herstellungsprozess zu navigieren.

Dies ist ein zweiteiliges E-Book. Teil 1 umfasst:

Front-End-Engineering eines PCB-Produkts von Kella Knack
Wie man PCB-Fertigungsdienste für Ihre Platine vergleicht von Zach Peterson
Wie man eine Kostenschätzung für die PCB-Herstellung erstellt von Zach Peterson

Laden Sie den zweiten Teil dieses E-Books hier herunter.