¿Qué componentes electrónicos pueden reducir el costo de los PCB?

El diseño de placas de circuito impreso (PCB) está avanzando continuamente, lo que requiere que los diseñadores de electrónica entreguen nueva funcionalidad y fiabilidad, manteniendo siempre el enfoque en la eficiencia de costos. Al entender la relación entre la elección de componentes y el efecto en los costos de las PCB, los diseñadores e ingenieros pueden tomar mejores decisiones al optimizar sus diseños para el rendimiento y el costo. 

Este artículo explora varias clasificaciones de componentes electrónicos que pueden impactar los costos de fabricación de las PCBs. También proporcionaremos algunas recomendaciones sobre cómo elegir mejor las partes que no solo cumplan con los requisitos de diseño sino que también contribuyan a reducir los costos. 

Capacitores

Los capacitores son elementos clave utilizados en cualquier diseño típico de PCB, donde ayudan a equilibrar la funcionalidad contra el precio basado en el tipo utilizado, ya sea de película, cerámico o electrolítico.

Capacitores Cerámicos son probadamente confiables además de económicos y, por lo tanto, comúnmente utilizados. Son buenos para aplicaciones de alta frecuencia como desacoplamiento y supresión de ruido, ya que tienen bajo ESL/ESR. Capacitores Cerámicos Multicapa (MLCC) presentan una alta densidad de capacitancia dentro de un pequeño tamaño, siendo así ideales para muchos propósitos generales.

Los Capacitores Electrolíticos deben ser elegidos cuando se necesita de valores de capacitancia altos, como los requeridos por los filtros de fuentes de alimentación. Los Electrolíticos de Aluminio son más baratos que los de Tántalo o los tipos Polímero al mismo nivel de necesidades de capacitancia. Los

Capacitores de Película, aunque caros en comparación con los cerámicos, deben ser seleccionados sobre otros tipos cuando la precisión es lo más importante, como en circuitos de temporización y aplicaciones de audio de alta fidelidad.

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Consejos Para Seleccionar Capacitores Costo-Efectivos

• Evaluación de la Capacitancia Requerida: Considera la capacitancia mínima que satisface tu aplicación porque las especificaciones de valor de cap excesivas llevan a gastos innecesarios.
• Elige Valores/Tamaños Estándar: Es aconsejable seleccionar tamaños y valores estándar, lo que ahorra dinero debido a los canales de producción masiva disponibles para estos componentes comunes.

Resistencias

Al igual que los capacitores, las resistencias son esenciales en el diseño de tarjetas de circuito impreso (PCBs) y el tipo utilizado puede tener un impacto significativo tanto en el costo como en el rendimiento de un diseño dado.

Las Resistencias de Película de Carbono son las más económicas entre las opciones, por lo que pueden ser utilizadas en muchas aplicaciones que no son críticas en precisión. Ofrecen un rendimiento estable a precios bajos, lo que las hace adecuadas para diseños con presupuesto limitado.

Resistencias de Película Gruesa equilibran bien los costos y el rendimiento y, por lo tanto, se utilizan ampliamente en varios campos donde la máxima precisión no es requerida.

Resistencias de Película Metálica proporcionan alta precisión y fiabilidad, por lo que deben emplearse donde la precisión es más importante. Cuestan más que las de película gruesa, pero menos que las delgadas.

Resistencias de Película Delgada ocupan el primer lugar cuando se trata de aplicaciones que necesitan mayor estabilidad y alta precisión, como equipos de comunicación o dispositivos médicos. Aunque son más caras que los tipos de película gruesa, exhiben mejores especificaciones de ruido así como estabilidad térmica.

Estrategias para Seleccionar Resistencias de Manera Costo-Efectiva

• Usar Valores Estándar de Resistencias: Intenta siempre usar valores comunes de resistencias ya que estos productos producidos en masa tienen precios más bajos.
• Considerar Cuidadosamente los Requerimientos de Tolerancia: En casos donde la alta precisión no es importante, optar por tolerancias estándar como el 5% ayudará a reducir costos.

Circuitos Integrados

Los CI tienen una gran influencia en los gastos relacionados con PCB así como en las capacidades de una placa. La elección correcta de CI durante la etapa de diseño puede lograr una reducción significativa en los niveles de complejidad y los costos de producción al consolidar muchas funciones en un solo paquete físico.

Microcontroladores (MCUs) vs. Circuitos Integrados Lógicos Estándar: La memoria y las interfaces periféricas suelen estar incluidas en los microcontroladores, lo que significa que ofrecen una mejor integración que los circuitos integrados lógicos estándar logic ICs. Esto puede reducir el número de componentes necesarios en un PCB y, por lo tanto, disminuir su costo. Sin embargo, los circuitos lógicos simples generalmente son menos costosos que los MCUs. Por lo tanto, los diseñadores deben conocer las capacidades del producto y sopesar cuidadosamente los compromisos. Las capacidades avanzadas de búsqueda y filtrado de la base de datos de componentes de Octopart.com empoderan a los diseñadores en este empeño.

Análogo vs. Circuitos Integrados Digitales: La alta precisión requerida para fabricar los circuitos integrados analógicos utilizados para el procesamiento de señales los hace costosos. En contraste, los circuitos integrados digitales suelen ser baratos debido a su uso extensivo en aplicaciones de procesamiento de señales digitales y control.

Elección entre ASICs y FPGAs: Circuitos Integrados Específicos de Aplicación (ASICs) están diseñados específicamente para ciertas aplicaciones. Esto puede reducir significativamente los costos unitarios, pero solo en entornos de producción de alto volumen donde la inversión inicial de desarrollo se amortiza. Arreglos de Puertas Programables en Campo (FPGAs) ofrecen un tiempo de comercialización más rápido junto con más flexibilidad; sin embargo, tienden a ser más caros cuando se producen en volúmenes bajos a medios.

Recomendaciones sobre la Selección de IC Costo-efectiva

• Opta por ICs Multifunción: Siempre que sea posible, selecciona un circuito integrado que combine varias funciones en un solo chip; tal diseño reduce el número de componentes, el tamaño general del PCB y los costos de ensamblaje.
• Evalúa el Costo Total del Sistema: Compara los costos totales del sistema asociados con el uso de un IC sofisticado más caro frente a la empleabilidad de múltiples ICs económicos.
• Aprovecha las Economías de Escala: Para productos que seguramente disfrutarán de una fuerte demanda a lo largo del tiempo, considera el desarrollo de ASICs personalizados para realizar el máximo valor de vida útil a través de los beneficios de economía de escala.

Conectores

Los conectores pueden no ser glamorosos, pero juegan un papel vital en la integración de varios componentes, módulos y sistemas en un PCB típico. Elegir los conectores sabiamente puede impactar significativamente en la rentabilidad de tu diseño, por lo que conviene estar al tanto de la tecnología de conectores.

Tipo y Complejidad: Los encabezados de pines básicos son relativamente baratos y pueden funcionar para muchas aplicaciones. Sin embargo, conectores más avanzados como USB o HDMI son necesarios en la mayoría de los diseños modernos aunque tienden a costar más. Los diseñadores deben encontrar maneras de ofrecer las características requeridas sin exceder las restricciones de costo.

Densidad y Paso: Los conectores de alta densidad permiten más conexiones por unidad de área lo que puede reducir potencialmente el tamaño del PCB y también bajar los costos. No obstante, este tipo de conectores pueden ser relativamente caros debido a sus requisitos de fabricación de precisión.

Material y Durabilidad: La composición material de los conectores afecta tanto sus precios como sus vidas útiles. Los conectores bañados en oro proporcionan mejor conductividad eléctrica además de resistencia a la corrosión comparados con los conectores bañados en estaño pero obviamente a un costo más alto.

Estrategias de Selección de Conectores

• Estandarizar Tipos de Conectores: Utilizar los mismos conectores en diversas líneas de productos simplifica la gestión de inventario para su organización, al mismo tiempo que permite compras al por mayor que atraen descuentos por volumen.
• Evaluar la Necesidad de Conectores: Siempre que sea posible, suelde los componentes directamente en la placa en lugar de usar conectores adicionales.
• Elegir la Calidad Adecuada: Intente siempre comprar conectores de fabricantes con buena reputación por equilibrar costo y calidad para obtener conectores fiables a precios asequibles.

Optimización de Costos en el Diseño de PCB

Cuando se trata de gestionar costos en el diseño de PCB, la selección cuidadosa de componentes debe combinarse con un diseño eficiente. Al elegir componentes estratégicamente y utilizar una variedad de técnicas de reducción de tamaño, puede ahorrar significativamente en costos sin comprometer la calidad o funcionalidad de su producto final. Los diseñadores e ingenieros pueden usar estos consejos para mantenerse al día con la competencia y asegurar que los proyectos logren excelencia técnica y eficiencia en costos.