E-Book: Przewodnik po produkcji PCB: Część 1

Inżynieria front-endowa produktu PCB

W najszerszym zastosowaniu terminu, "inżynieria front-endowa" odnosi się do podejścia projektowego w inżynierii, które ma na celu kontrolę kosztów projektu i dokładne zaplanowanie projektu. Proces rozwoju produktu PCB odnosi się do wszystkich kroków podjętych przed przekazaniem płytki z etapu projektowania do procesu fabrykacji. Ten artykuł przeanalizuje te kroki, zdefiniuje, co się w nich dzieje i jakie są kluczowe elementy dla każdego z nich. Kolejne artykuły będą dotyczyć rzeczywistych operacji wykonywanych podczas procesu fabrykacji.

Co znajduje się w plikach

Jak pokazano na rysunku 1, inżynieria front-endowa jest pierwszym krokiem w procesie wytwarzania PCB. Należy zauważyć, że proces przedstawiony na tym rysunku jest standardowy w branży produkcji PCB dla wytwarzania wielowarstwowych PCB.

Rysunek 1. Proces produkcyjny wielowarstwowych PCB

Tutaj, wszystkie dane projektowe PCB utworzone podczas procesu układania są dostarczane do producenta, aby można było rozpocząć proces produkcji. Stacje komputerowego wspomagania produkcji (CAM) przetwarzają dane projektowe poprzez serię kroków, które skutkują narzędziami potrzebnymi podczas procesu fabrykacji PCB. Rysunek 2 pokazuje typową stację inżynierii front-endowej.

Informacje dostarczone dla tego procesu obejmują:

• Dane „Gerber” lub obrazy warstw PCB.
• Netlistę pokazującą połączenia PCB.
• Informacje o układzie warstw.
• Informacje o wierceniu.
• Specyfikację fabrykacji.
• Specyfikację materiałów.

Rysunek 2. Typowa stacja robocza inżynierii front-endowej

Jak można zauważyć, zapewnienie, że wszystkie informacje dostarczone producentowi są kompletne i dokładne, będzie miało bezpośredni wpływ na wynik procesu produkcyjnego. Tabela 1 przedstawia listę typowych plików danych wymaganych przez producenta. Istnieje kilka formatów używanych dla tych danych, w tym GenCam, Gerber i OCB++.

Tabela 1. Typowe pliki danych używane do produkcji PCB

Inicjowanie wysiłku inżynieryjnego na froncie

Pierwszym krokiem w procesie inżynierii front-end jest sprawdzenie projektu pod kątem dokładności. Kluczowym elementem tego procesu jest syntezowanie netlisty z danych Gerbera lub grafiki, która pokazuje, jak PCB będzie połączona, jeśli zostanie zbudowana zgodnie z grafiką. Ta syntetyzowana lista jest porównywana z netlistą CAD (dostarczoną jak wspomniano powyżej) i reprezentuje, jak PCB powinna być połączona. To porównanie netlisty jest pierwszym kluczowym krokiem w procesie narzędziowym PCB i nigdy nie powinno być pomijane, bez względu na to, jak napięty może być harmonogram. Informacje o netliście muszą być kompletne i dokładne (unika się w ten sposób starego scenariusza „śmieci na wejściu, śmieci na wyjściu”). Jeśli netlista danych Gerbera i netlista CAD się nie zgadzają, żadne dalsze prace nie powinny być kontynuowane, dopóki różnice nie zostaną rozwiązane. Ta operacja porównania netlist jest kluczowym zabezpieczeniem przed błędami, które mogą wkraść się do danych projektowych w trakcie. Niepodjęcie tego wysiłku często skutkuje PCB, które są błędne i nie nadają się do użytku od samego początku. Po pomyślnym zakończeniu ćwiczenia z netlistą, kolejnym krokiem jest sprawdzenie grafiki projektu, aby zapewnić:

• Poprawne szerokości ścieżek.
• Poprawne odstępy.
• Poprawną rejestrację między wszystkimi warstwami.
• Rozmiary padów są odpowiednie dla rozmiarów i tolerancji wiercenia.

Jeśli PCB jest wyprodukowana, jest to obwód o kontrolowanej impedancji. Zespół inżynierów projektowych nie dostarczył informacji o szerokościach ścieżek, grubościach laminatów i stylach wymaganych do osiągnięcia odpowiedniej impedancji na każdej warstwie. Grupa inżynierii wstępnej użyje narzędzi do przewidywania impedancji, aby uzyskać te kluczowe informacje. Z naszego doświadczenia wynika, że pozostawienie tego krytycznego kroku wyłącznie w rękach producenta jest nierozsądne, ponieważ każdy z nich dostosuje proces do swoich standardowych procedur. Może to skutkować otrzymaniem zupełnie różnych PCB od dwóch różnych producentów, używających tego samego zestawu filmów. To jeden z głównych powodów, dla których poświęcamy tak dużo czasu na projektowanie układu warstw w naszych kursach i naszych tekstach. Niezrobienie tego prawidłowo może kosztować czas, pieniądze, utracone okna rynkowe, lub wszystkie trzy.

Narzędzia produkcyjne

Kolejnym krokiem po poprzednim jest generowanie narzędzi produkcyjnych. Składają się na to:

• Artwork produkcyjny dla każdej warstwy.
• Pliki wiertnicze.
• Narzędzia testowe.
• Profile frezowania.
• Harmonogramy galwanizacji.
• Harmonogramy trawienia.
• Instrukcje układania.
• Harmonogramy laminowania.
• Testy jakości.

Każdy z powyższych punktów jest opisany poniżej.

Materiały produkcyjne składają się z folii dla każdej warstwy PCB oraz z kawałków folii dla maski lutowniczej po obu stronach i legendy lub sitodruku po każdej stronie. Te materiały różnią się od materiałów projektowych w następujących aspektach:

• Szerokości ścieżek zostaną poszerzone, aby zrekompensować zawężenie, które występuje podczas procesu trawienia.
• Rzeczywisty rozmiar materiałów zostanie nieco powiększony, aby umożliwić skurcz materiału, który ma miejsce podczas procesu laminowania.
• Do obrzeży panelu, w którym budowana jest PCB, dodane zostaną funkcje narzędzi produkcyjnych. Te funkcje obejmują:
  • Cele rejestracji.
  • Struktury testowe.
  • Zapory żywiczne, aby wyrównać przepływ żywicy w prepregu, gdy zmiękcza ona podczas laminowania.

Rysunek 3. Szczegół warstwy wewnętrznej pokazany po zastosowaniu czarnego tlenku.

Zdjęcie po lewej stronie pokazuje narzędzia produkcyjne, zapory żywiczne (wzór czarnych kropek) oraz struktury testowe widoczne na granicy panelu.

Pliki wiertarskie zawierają informacje o rozmiarach i lokalizacjach wszystkich otworów, zarówno tych metalizowanych, jak i niemetalizowanych. Są one zorganizowane w sposób zapewniający najbardziej efektywne wiercenie z otworu do otworu. Jeśli określono wymiar końcowy otworu, inżynieria procesowa obliczy potrzebny rozmiar wiertła, aby osiągnąć wymiar końcowy otworu

po metalizacji. Bardzo przydatne jest dodawanie konkretnych uwag dotyczących rozmiaru wiertła. Tradycyjnie określano wymiar końcowy otworu, a producent wybierał rozmiar wiertła, który pasował do jego procesu. W dzisiejszych projektach i przy ciasnym rozmieszczeniu pinów komponentów nie ma dużego marginesu na zmiany rozmiaru otworu. Dlatego zalecamy wybór rozmiaru wiertła jako część procesu projektowania stosu padów, a następnie jego zamrożenie. Skutkuje to określeniem rozmiaru wiertła na wykresie wiertła zamiast wymiaru końcowego otworu. Jeśli w projekcie określono wiercenie laserowe lub o kontrolowanej głębokości lub wypełnianie z powrotem, te pliki również zostaną utworzone jako część plików wiertarskich.

Narzędzia testowe zawierają informacje niezbędne do zbudowania urządzenia testowego, zasady okablowania dla tej struktury testowej oraz netlistę używaną przez tester do weryfikacji poprawności połączeń.

Profile trasowania zawierają instrukcje dla maszyny (frezarki), która wycina PCB z panelu, w którym został wyprodukowany. Jeśli PCB są połączone w subpanelu, aby ułatwić montaż, instrukcje będą zawierać tworzenie linii rowków lub linii wywierconych otworów, które będą używane do wyłamania PCB z subpanelu po montażu. Rysunek 4 pokazuje zpanelizowany PCB zawierający dziewięć małych PCB w panelu. Został zaprojektowany w celu optymalizacji procesu montażu. Jasne obszary reprezentują materiał do usunięcia wokół każdego PCB podczas procesu trasowania. Po montażu, każdy PCB zostanie wyłamany z panelu.

Rysunek 4. Zpanelizowany PCB z 6 PCB na Panel Gotowy do Montażu

Harmonogramy powlekania definiują, jakie rodzaje metali będą powlekane na zewnętrzne warstwy PCB i jak długo panel będzie musiał pozostać na każdym etapie powlekania, aby osiągnąć wymaganą grubość metalu. Należy zauważyć, że tworzenie warstw wewnętrznych nie obejmuje powlekania.

Harmonogramy trawienia opisują wymagane kroki trawienia i jak długo PCB lub warstwy wewnętrzne mają pozostać na każdym etapie trawienia.

Instrukcje układania opisują, jak ułożone są wewnętrzne warstwy, podzespoły (lub detale), warstwy prepregu i zewnętrzne folie miedziane, aby uzyskać ostateczny układ warstw. Informacje te zawierają liczbę PCB, które będą zawarte w jednym otwarciu prasy i sposób ich oddzielania.

Harmonogramy laminowania zawierają informacje o tym, jakie ciśnienie ma być stosowane podczas laminowania, profil temperatury dla etapu laminowania, czas trwania cyklu prasowania oraz sposób chłodzenia zlaminowanego PCB.

Dodatkowo do opisanych powyżej testów porównania netlist, dodatkowe testy jakości sprawdzają obwody zamknięte i otwarte, odległości ścieżka-do-via oraz via-do-warstw.

Podsumowanie

Inżynieria front-endowa skupia się na wszystkich krokach niezbędnych do przeprowadzenia PCB od projektu do procesu fabrykacji. Jest to kluczowy element procesu produkcyjnego, a jego dokładność zapewni, że wyprodukowane PCB będzie zgodne z zaprojektowanym PCB.

Chcesz dowiedzieć się więcej o tym, jak Altium może pomóc Ci w następnym projekcie PCB? Porozmawiaj z ekspertem w Altium lub odkryj, jak łatwo eksportować natywne projekty lub inne formaty plików EDA z funkcjonalnością konwertera PCB-na-Gerber w Altium Designer.

Referencje:
Ritchey, Lee W. i Zasio, John J., „Right The First Time, A Practical Handbook on High Speed PCB and System Design Volume 2.

Jak porównać usługi produkcyjne PCB dla Twojej płytki

Kiedy prowadzisz firmę projektową, istnieje jeden rodzaj e-maila, który z pewnością otrzymasz częściej niż jakikolwiek inny: wiadomości od usług produkcyjnych PCB. Rozumiem, że firmy muszą promować swoją markę i chcą zdobywać klientów, więc ten post nie ma na celu umniejszać tym firmom. W internecie można znaleźć mnóstwo usług produkcyjnych PCB, które mogą zacząć się ze sobą zlewać. Jeśli szukasz nowego dostawcy usług, trudno jest porównać ich wszystkich i znaleźć najlepszego producenta, który spełni Twoje potrzeby.

Niektóre firmy będą zasypywać Cię ofertami typu „2 do 48 warstw HDI RF metal core PCB” lub czymś równie absurdalnym. Doświadczeni projektanci mogą z daleka rozpoznać niesolidnych producentów, ale zawsze istnieje pokusa, by wybrać najtańszą, rzekomo najszybszą zagraniczną firmę, jaką można znaleźć. Jednak przy wyborze usługi produkcyjnej PCB powinno się brać pod uwagę znacznie więcej niż tylko cenę.

Jak wybrać swoją usługę produkcyjną PCB

Gdy rozważasz skorzystanie z usługi produkcyjnej PCB, znajdziesz na ich stronie internetowej wiele informacji, które możesz wykorzystać do porównania. Istnieje wiele podobieństw między różnymi usługami pod względem ceny i czasu realizacji, ale istnieje kilka metryk, których powinieneś użyć do porównania różnych usług.

Na początek sprawdź limity możliwości producenta. Większość producentów jest dość konkurencyjna w tym obszarze i może niezawodnie wytwarzać ścieżki o szerokości do około 4 mil, via o średnicy 8 mil i kilkumilowe odstępy na standardowych układach warstw. Po potwierdzeniu, że twoja płyta pasuje do ich możliwości, istnieją inne metryki, których powinieneś użyć do porównania:

Cena vs. Czas realizacji

Cena i czas realizacji zazwyczaj zachowują odwrotną zależność: gdy jedno rośnie, drugie maleje. Jeśli twój zakład produkcyjny oferuje elastyczne opcje czasu realizacji, możesz zrekompensować część kosztów produkcji, wydłużając czas realizacji. Dotyczy to zarówno produkcji, jak i montażu. Podobnie, jeśli potrzebujesz, aby twoje płytki zostały wykonane z dnia na dzień, będziesz musiał zapłacić więcej. Upewnij się, że twoja usługa produkcyjna PCB może dostosować się do twoich celów czasowych w ramach twojego budżetu.

Jedną z rzeczy, o której nie pomyślałem podczas mojego pierwszego cyklu produkcyjnego, był czas wysyłki potrzebny do przemieszczenia się od etapu fabrykacji do montażu oraz dostarczenia gotowej PCBA do mnie. Nie wziąłem również pod uwagę czasu potrzebnego na wysłanie komponentów do producenta, co opóźniło rozpoczęcie montażu PCB. Upewnij się, że uwzględnisz te inne aspekty procesu produkcji PCB, abyś nie został zaskoczony żadnymi opóźnieniami w dostawie.

Fabrykacja, montaż, czy oba?

Niektórzy producenci oferują fabrykację i montaż wewnętrznie, podczas gdy inni mogą zlecać montaż partnerowi. Miej to na uwadze, ponieważ może być konieczne, abyś wysłał swoje płyty i komponenty do montażysty, zakładając, że sam nie zajmiesz się montażem. Niektóre usługi produkcyjne PCB oferują usługę kompleksową, gdzie zajmują się wszystkim, co związane z twoją produkcją, i nie musisz martwić się o wiele więcej. Jest to dobre rozwiązanie dla projektantów, którzy mogą nie być zaznajomieni z procesem pozyskiwania i konsygnacji lub nie mają czasu na zarządzanie pozyskiwaniem.

Programowanie w linii produkcyjnej

To jest bardziej dla programisty systemów wbudowanych, który ostatecznie chce produkować w dużych ilościach, ale nadal jest to coś, co warto rozważyć. Niektóre usługi produkcyjne PCB oferują usługi programowania firmware'u na linii produkcyjnej, gdzie Twój kod jest wgrywany do pamięci przed wysłaniem płyt do Ciebie. To nie jest coś, co musisz robić podczas prototypowania PCB, ale musiałbyś to rozważyć, jeśli zamierzasz wprowadzić swój prototyp do produkcji na dużą skalę.

Opcje powlekania i masy miedzi

Spójrz na dowolną stronę internetową usługi produkcyjnej PCB, a wszystkie oferują mniej więcej te same specyfikacje dotyczące miedzi: 0,5 lub 1 oz./sq. ft. miedzi z powłoką ENIG na zewnętrznych warstwach i 1 oz./sq. Ft. miedzi na wewnętrznych warstwach lub płaszczyznach. Jeśli potrzebujesz innej masy miedzi i/lub powlekania, upewnij się, że sprawdzisz możliwości swojego producenta i opcje układu warstw.

Dostępne materiały i układy warstw

Umieściłem to na końcu, ponieważ jest to prawie zawsze ostatnia rzecz, o której myślą nowi projektanci, planując produkcję płytki. Zamiast tego, pierwszą rzeczą, którą powinieneś zrobić przed zaprojektowaniem swojej płytki, jest stworzenie proponowanego układu warstw, a następnie skontaktowanie się z producentem, aby upewnić się, że mogą wyprodukować coś zgodnego lub zbliżonego do tych specyfikacji. Możesz wysłać zrzut ekranu swojego proponowanego układu warstw do producenta, a oni mogą potwierdzić, czy ich zapasy materiałów mogą spełnić te wymagania, lub mogą zaproponować alternatywny układ warstw.

Przykładowa tabela układu warstw od usługi produkcyjnej PCB. Zauważ, że ta płyta ma niestandardową grubość.

Upewnij się, że poinformujesz swojego producenta, jeśli masz wymaganie dotyczące impedancji (zazwyczaj 50 omów jednostronnie). Jeśli popełniłeś błąd przy obliczaniu układu warstw i szerokości ścieżek, dobry producent powie Ci, jaki układ warstw mogą wyprodukować. Pamiętaj, jeśli tego nie można wyprodukować, to równie dobrze możesz tego nawet nie projektować.

Podsumowanie: Najpierw porozmawiaj ze swoim producentem PCB

Z powyższej listy wynika, że istnieje wiele aspektów, które musisz rozważyć, porównując producentów PCB. Nie zaszkodzi porozmawiać z producentem na wczesnym etapie, aby poznać jego możliwości i upewnić się, że Twoje zamówienie zostanie zrealizowane pomyślnie i spełni Twoje oczekiwania.

Gdy potrzebujesz łatwego w użyciu narzędzia do projektowania układów PCB, które zawiera wszystko, co potrzebne do budowy wysokiej jakości, produkowalnych płyt obwodów drukowanych, nie szukaj dalej niż CircuitMaker. Planując kolejną serię produkcyjną, możesz natychmiast wygenerować pliki wyjściowe potrzebne do uruchomienia produkcji Twojej płyty w serwisie produkcyjnym PCB. Wszyscy użytkownicy CircuitMaker mają również dostęp do osobistej przestrzeni roboczej na platformie Altium 365. Możesz przesyłać i przechowywać dane swojego projektu w chmurze oraz łatwo przeglądać swoje projekty za pomocą przeglądarki internetowej na bezpiecznej platformie.

Jak stworzyć szacowanie kosztów produkcji PCB

Chyba że otrzymam zlecenie na układ bezpośrednio od producenta, moi klienci zazwyczaj pytają, czy jestem producentem. Moja firma nie produkuje płyt, ale uważam, że ważne jest, aby informować klientów o kosztach produkcji nowych PCB. Gdy zacząłem zbierać wyceny dla niektórych moich pierwszych projektów, zacząłem lepiej rozumieć główne czynniki kosztów produkcji PCB i jak prawidłowo strukturyzować kompleksową wycenę dla moich klientów.

Chyba że otrzymam zlecenie na układ bezpośrednio od producenta, moi klienci zazwyczaj pytają, czy jestem producentem. Moja firma nie produkuje płyt, ale uważam, że ważne jest, aby informować klientów o kosztach produkcji nowych PCB. Gdy zacząłem zbierać wyceny dla niektórych moich pierwszych projektów, zacząłem lepiej rozumieć główne czynniki kosztów produkcji PCB i jak prawidłowo strukturyzować kompleksową wycenę dla moich klientów.

Co wpływa na szacowanie kosztów produkcji PCB?

Istnieje wiele czynników wpływających na koszty produkcji. Ogólnie rzecz biorąc, produkcja większej liczby płyt, stosowanie większej liczby przelotek na płycie, używanie mniejszych ścieżek/przelotek/otworów montażowych oraz stosowanie większej liczby komponentów na płycie, wszystko to zwiększa koszty produkcji. Jednakże, koszty te nie są liniowe. Innymi słowy, podwojenie liczby płyt i komponentów nie podwoi całkowitego kosztu zamówienia.

Istnieje kilka ważnych powodów tego stanu rzeczy. W każdym cyklu produkcyjnym występuje szereg kosztów stałych, w tym koszty narzędzi, przegląd projektu, tworzenie szablonów i inne, w zależności od wymagań. Inne koszty są zmienne i są ustalane na podstawie każdej płyty. Koszt na płytę może zmniejszać się wraz ze spadkiem wielkości zamówienia, co ma mniej wspólnego z panelizacją, a więcej z amortyzacją stałych kosztów NRE i narzędziowych na cały cykl produkcyjny. Ta sama idea dotyczy montażu (patrz poniżej).

Przegląd i inspekcja DFM przed produkcją

Niektóre zakłady produkcyjne PCB oferują różne poziomy usług, jeśli chodzi o inspekcję przedprodukcji, przegląd projektu i inżynierii oraz przegląd DFM. Skorzystanie z pełnego przeglądu inżynieryjnego może znacząco zwiększyć koszt na płytę przy niskim wolumenie, ponieważ wiąże się to z dodatkowymi stałymi kosztami. Należy zauważyć, że pewien poziom przeglądu projektu PCB musi mieć miejsce, aby projekt mógł zostać wyceniony i aby upewnić się, że jest w ogóle możliwy do wyprodukowania. Jeśli naruszysz pewne podstawowe ograniczenia projektowe (najważniejsze są odstępy), Twój projekt może zostać oznaczony jako "bez oferty", dopóki nie naprawisz pewnych podstawowych błędów.

Kiedy Twój projekt przechodzi przez dokładny przegląd DFM, Twój producent sprawdzi Twoje pliki, aby upewnić się, że Twój projekt może być wyprodukowany w ich procesie.

To miejsce, gdzie poziom usługi i zakres przeglądu są bardzo ważne. Czasami, elektrycznie poprawny i możliwy do wyprodukowania wybór projektowy nie spowoduje naruszenia DFM pod kątem zdolności do fabrykacji, ale może stworzyć ryzyko wady montażowej lub całkowitej awarii produktu. Doskonałym przykładem są pady, które są zbyt blisko siebie bez wystarczającej definicji maski lutowniczej na padzie. Możliwa jest również sytuacja odwrotna, gdy elektrycznie poprawny wybór projektowy wywołuje naruszenie DFM, jednak wybór ten był zamierzony. Moja firma wykonuje wiele projektów związanych ze strukturami RF i falowodami, i czasami otrzymujemy powiadomienie o zwarcie podczas przeglądu projektu PCB lub podczas uruchamiania DRC. Upewnij się, że zapytasz, co jest zaangażowane w tego typu przegląd i określ, które rezultaty projektowe musisz dostarczyć, zanim dodasz usługę przeglądu inżynieryjnego do swojej wyceny. Zawsze dobrze jest, jeśli możesz przewidzieć te zamierzone lub niezamierzone naruszenia DFM i komunikować je z inżynierem CAM w twojej fabryce produkcyjnej.

Koszty Produkcji PCB

Oto krótkie podsumowanie niektórych głównych czynników kosztowych związanych z produkcją. Upewnij się, że rozważysz każdy z tych obszarów, tworząc szacowanie kosztów produkcji PCB.

Jeśli chodzi o liczbę produkowanych płyt, głównym czynnikiem nie jest naprawdę liczba płyt, ale koszt na panel. W przypadku małej serii, koszt na panel i koszty NRE będą decydować o koszcie na płytę. Przy dużych wolumenach, ogólny koszt na płytę spada, ponieważ koszty zmienne dominują nad całkowitym kosztem produkcji. Pozostałe punkty powyżej są tylko punktem wyjścia dla produkcji, ponieważ skupiają się tylko na produkcji gołych płyt. Należy również wziąć pod uwagę koszty montażu.

Koszty Montażu

Czynniki wpływające na koszty montażu sprowadzają się do następujących:

• Liczba unikalnych komponentów: Większa liczba unikalnych komponentów równa się wyższym kosztom, chociaż zamawianie komponentów w dużych ilościach obniża cenę za
• Typ komponentów: Montaż wyłącznie SMD może kosztować do ~50% więcej niż montaż przewlekany.
• Montaż dwustronny vs. jednostronny: Montaż dwustronny zwiększa koszty, ponieważ twoja płyta musi praktycznie przejść przez linię montażową dwa razy.

Odległość między wyprowadzeniami na komponentach SMD: Zauważyłem, że jakakolwiek premia za komponenty SMD o drobnych wyprowadzeniach różni się w zależności od producenta. Jeśli już używasz wyłącznie SMD, niektórzy producenci nie będą pobierać dodatkowych opłat za komponenty o drobniejszych wyprowadzeniach.

BGAs: Montaż komponentów BGA jednostronny lub dwustronny może kosztować około 20% więcej niż inne komponenty SMD, co dodaje się do wszelkich dodatkowych opłat za montaż dwustronny. BGA o mniejszym rozstawie poniżej pewnej granicy mogą wiązać się z dodatkowymi kosztami, w zależności od możliwości fabryki i montażu.

IPC 6012/IPC-A-600 Klasa 3: Produkcja i montaż do klasy IPC-A-600 Klasa 3 mogą wiązać się z znacznie wyższymi kosztami, chociaż jakość końcowego produktu będzie znacznie wyższa. Koszty są również wyższe z powodu dodatkowych inspekcji wymaganych do weryfikacji zgodności z wyższymi specyfikacjami wydajności i inspekcji nałożonymi na produkty klasy 3.

Zgodność z ITAR: Jeśli pracujesz w USA, Twój projekt może wymagać zgodności z ITAR. Gotowe PCB muszą spełniać wymagania ITAR dotyczące integralności danych, integralności PCB i wysyłki. Te koszty są przenoszone na Ciebie jako projektanta.

Chyba że montaż odbywa się ręcznie, koszty montażu nie zawsze wzrastają liniowo wraz z liczbą płyt. Innymi słowy, przy automatycznym montażu, podwojenie liczby płyt nie zawsze podwaja koszt montażu. Część kosztów montażu przeznaczona jest na programowanie maszyn, podczas gdy pozostała część efektywnie pokrywa czas pracy maszyn.

Koszty komponentów mają podobną strukturę. Zamawiając więcej komponentów, możesz osiągnąć nowy próg cenowy u dystrybutora komponentów, gdzie koszt za komponent spada. To jeden z powodów, dla których lepiej jest kupować od jednego dystrybutora, niż mieszać produkty od wielu dystrybutorów.

Produkcja zagraniczna vs. lokalna

Żyjemy w zglobalizowanym środowisku i nigdy nie było łatwiej zlecić produkcję i/lub montaż regionowi o niższych kosztach pracy. Decyzja o takim kroku zależy od wielkości produkcji, wymaganego poziomu usług, ryzyka związanego z ujawnieniem projektu za granicą, wymaganego czasu realizacji oraz potencjalnych oszczędności kosztów.

Dla podstawowych projektów, które zostały dokładnie zweryfikowane, stwierdziłem, że chińscy producenci mogą wykonać pracę całkiem dobrze, chociaż za drobne dodatki do zamówienia (np. niektóre funkcje druku ekranowego, testowanie, kolor maski lutowniczej) liczą dodatkowe opłaty. Miałem klientów, którzy opowiadali mi historie grozy, gdzie projekt, który wysłali, w ogóle nie przypominał otrzymanego produktu; najwyraźniej producent dokonał wielu modyfikacji projektu, aby obniżyć koszty jak najbardziej, a następnie zatrzymał różnicę dla siebie. Istnieją również obawy dotyczące własności intelektualnej, a ryzyko ujawnienia danych projektowych zagranicznej stronie może być nieakceptowalnie wysokie. Dla projektów wojskowych i lotniczych w USA, ograniczenia kontroli eksportu (EAR) i wymagania ITAR ograniczą twoją możliwość zlecania produkcji na zewnątrz i wysyłki za granicę; podobne ograniczenia obowiązują w Kanadzie i Europie.

Istnieją realne korzyści z pozostania przy lokalnych producentach, nawet jeśli wiąże się to z wyższymi kosztami. Preferuję lokalnych producentów, ponieważ daje mi to większą kontrolę nad całym procesem, szczególnie przy prototypowaniu lub produkcji małoseryjnej. Mogę wtedy płacić więcej za jednostkę przy niskim wolumenie, ale ja i moi klienci jesteśmy gotowi zapłacić za dodatkowy poziom usług, szybkość reakcji i bezpieczeństwo, wiedząc, że nasze projekty nie zostaną skradzione. Jeśli jesteś gotów zaakceptować ryzyko związane z wyborem produkcji za granicą, możesz współpracować z producentem na zlecenie (CM), który korzysta z kwalifikowanej zagranicznej fabryki i montuje lokalnie. Dla bardziej zaawansowanych projektów, lub jeśli projekt wymaga konkretnych testów/inspekcji, wolałbym korzystać z lokalnego producenta, ponieważ zawsze mogę porozmawiać z kimś bezpośrednio przez telefon.

Pod względem kosztów, cena za sztukę płytki produkowanej lokalnie (w USA) może być pięciokrotnie wyższa niż cena tej samej płytki produkowanej za granicą przy tym samym czasie realizacji. Montaż to zupełnie inna sprawa, ponieważ nie wszyscy producenci oferują montaż na miejscu, a Ty będziesz musiał uzyskać wycenę od firmy montującej. Wysyłka twoich płyt z producenta do montażysty również zwiększa Twój czas realizacji, co dodaje niewymierne koszty do Twojego nowego produktu.

Bądź ostrożny, zanim wyślesz swój projekt za granicę do produkcji i dokładnie rozważ ryzyko.

Testowanie, Inspekcja i Kwalifikacja

Testowanie i inspekcja to dwie ważne czynności, które również muszą być wykonane, gdy produkowana jest nowa płyta. Produkcja i inspekcja zgodnie z klasą IPC-A-600 Klasy 3 kosztują więcej niż dla Klasy 2 lub Klasy 1; to samo dotyczy innych odpowiednich norm i klas. Możesz również potrzebować produkcji zgodnie ze specyficznym zestawem standardów branżowych, takich jak IPC-13485, NADCAP lub AS9100, ale trudno jest czynić ogólne stwierdzenia na temat kosztów u tych producentów. Kwalifikacja do standardów UL lub innych specyficznych standardów branżowych zwykle wiąże się z dodatkowymi kosztami i nie będzie dostępna u każdego producenta. To właśnie tutaj różni producenci mogą mieć duże różnice w możliwościach, które będą decydować o kosztach związanych z testowaniem, inspekcją i kwalifikacją. Upewnij się, że uwzględnisz te punkty, gdy będziesz prosić producentów o wyceny.

Ostatnia, ale nie mniej ważna: Komponenty!

Przy całej tej rozmowie o kosztach fabrykacji i montażu, łatwo zapomnieć o kosztach faktycznych komponentów. W dzisiejszym środowisku niedoborów półprzewodników, wszystkie duże firmy EMS przechodzą z modelu łańcucha dostaw "just-in-time" na model "just-in-case". Oznacza to, że projektanci muszą odgrywać rolę w zarządzaniu ryzykiem, wykonując działania związane z pozyskiwaniem na początku projektowania, a nie na jego końcu.

To nie jest koniecznie czynnik wpływający na koszty produkcji lub montażu, ale może stworzyć potrzebę przeprojektowania, gdy nagle okaże się, że twoje kluczowe komponenty wyszły z magazynu.

1. Identyfikuj kluczowe komponenty z niewielką liczbą lub bez zamienników na wczesnym etapie, a następnie zaopatrz się w minimalne wymagane zapasy.
2. Idealnie, zamiast punktu #1, używaj komponentów, które mają dostępne zamienniki (najlepiej kompatybilne pod względem wyprowadzeń) i planuj zakup wymaganych ilości przed produkcją.
3. Dla części specjalistycznych, gdzie będziesz bezpośrednio współpracować z producentem, sprecyzuj wymagania na początku projektowania i złoż zamówienie u producenta komponentów wcześnie. Czas realizacji może być długi, ale będziesz miał części w drodze zanim zakończysz projektowanie.

Jeśli jesteś częścią biura usługowego lub większej firmy inżynieryjnej, upewnij się, że uwzględnisz te punkty na wczesnym etapie procesu projektowania. Może to wymagać pewnego zaangażowania ze strony klientów, ale zablokowanie tych wymagań na wczesnym etapie pomaga wyeliminować wiele ryzyka i wzrostu kosztów przed rozpoczęciem produkcji

Gdy budujesz nową płytkę PCB, Altium Designer^® dostarcza narzędzi, których potrzebujesz, aby tworzyć produkty zawierające zaawansowane funkcje, jednocześnie przestrzegając wymagań DFM (Design for Manufacturability) swojego producenta. Będziesz również mógł szybko generować dostarczalne elementy i dokumentację, które pomogą zapewnić dokładne oszacowanie kosztów produkcji PCB. Kiedy będziesz gotowy, aby udostępnić swój projekt do przeglądu projektu PCB, możesz użyć platformy Altium 365, aby udostępnić dane projektowe swojemu producentowi i szybko wejść na rynek.

---

Produkcja PCB jest jednym z ostatnich kroków w wprowadzaniu produktu na rynek, a jednak nowoczesne procesy produkcji PCB narzucają ważne ograniczenia dotyczące niezawodności i możliwości produkcyjnych dla projektantów. Projektanci PCB powinni rozumieć, jak możliwości ich producenta i montażysty będą determinować dostępne opcje projektowe. Zrozumienie tych aspektów układu PCB na wczesnym etapie procesu projektowania pomoże projektantom zapewnić wysoką wydajność, jakość i niezawodność.

Ta książka elektroniczna zaoferuje głębszy wgląd w proces produkcji PCB, począwszy od materiałów używanych w gołej płytce, po ważne rozważania dotyczące projektowania z myślą o produkcji (DFM). Omówione tematy obejmują:

• Krótki przegląd procesu inżynierii front-end w produkcji PCB
• Jak wybory projektowe i potrzeby produkcyjne wpływają na koszty
• Na co producenci zwracają uwagę podczas przeglądu DFM
• Znaczenie znaczników fiducjalnych
• Co należy uwzględnić w notatkach do produkcji PCB

Kliknij powyższy PDF, aby przeczytać więcej o nowoczesnej produkcji PCB i zrozumieć proces produkcyjny.

To dwuczęściowy e-book. Część 1 zawiera:

Inżynieria front-end produktu PCB autorstwa Kella Knack
Jak porównać usługi produkcyjne PCB dla Twojej płytki autorstwa Zacha Petersona
Jak stworzyć szacunkowy koszt produkcji PCB autorstwa Zacha Petersona

Pobierz drugą część tego e-booka tutaj.