Kiedy używać płytek PCB sztywno-giętkich a kiedy wielopłytowych PCB

Istnieją dwa popularne sposoby na zintegrowanie wielu sztywnych płyt w kompletny system. Jednym z nich jest użycie wielu płyt i połączenie ich razem za pomocą przewodów i kabli, a drugim jest użycie montaży sztywno-elastycznych, gdzie sekcje elastyczne są jak wbudowane kable między sztywnymi płytami.

Z uwagi na to, że sztywne PCB są najbardziej powszechnym typem PCB, a możliwości produkcyjne i materiały są łatwo dostępne, proste sztywne płyty mogą być bardzo tanie, szczególnie gdy są produkowane masowo. W niektórych produktach ograniczenia mechaniczne zaczynają wymagać użycia wielu płyt, które następnie muszą być połączone ze sobą za pomocą złącz i kabli, ale pod dziwnymi kątami, których nie można osiągnąć za pomocą złącz płyta-do-płyty. Mogą one również wymagać niestandardowego wiązania kabli do wykonania połączeń elektrycznych.

Płyty sztywno-elastyczne są bardzo wygodne, ponieważ konsolidują wszystkie te różne części w jednym montażu. Można by sobie wyobrazić konsolidację produktu z kilkunastoma lub więcej numerami części w jeden numer części dla montażu PCB. Z tej perspektywy wydaje się, że sztywno-elastyczne jest najlepszą opcją, ale co z kosztami związanymi z produkcją tych montaży na dużą skalę?

Jeśli nigdy nie zagłębiałeś się w koszty produkcji tych typów systemów, postaramy się przedstawić pewne liczby dotyczące tych kwestii, abyś mógł podjąć najlepszą decyzję dla swojego produktu.

Porównanie głównych czynników kosztowych prostych PCB

Odpowiedź na powyższe pytanie może być dość trudna, ponieważ uzyskanie dokładnego porównania kosztów zależy od wielu czynników. Rzeczy takie jak materiały płyty, liczba warstw, rozmiary funkcji, liczba komponentów i liczba płyt wszystkie odgrywają rolę w określaniu całkowitego kosztu dla systemu wielopłytowego. Dodatkowo, nie wszystkie sztywne płyty są takie same; różne płyty w różnych reżimach produkcyjnych będą miały nieco inne czynniki decydujące o większości kosztów. Te czynniki sprawiają, że dość trudno jest uogólnić porównanie kosztów.

Mimo to, nadal możemy nakreślić główne czynniki kosztowe dla montażu sztywno-elastycznego w porównaniu z wieloma sztywnymi płytami. Podsumowałem niektóre z największych czynników kosztowych w poniższej tabeli.

Powyższa lista zawiera tylko niektóre z głównych czynników wpływających na całkowity koszt montażu, który chcesz zbudować. Wiele czynników kosztowych na tych płytach wynika z złożoności budowy układu warstw, szczególnie gdy zaczynamy patrzeć na HDI na montażach PCB sztywnych lub sztywno-elastycznych.

Stąd możemy nieco uogólnić na temat niektórych z tych czynników kosztowych w systemach wielopłytowych w porównaniu z montażami sztywno-elastycznymi:

• Gotowe kable do systemów wielopłytowych będą kosztować mniej niż wiązka przewodów
• Własna wiązka przewodów będzie kosztować mniej niż kable elastyczne
• Kabel elastyczny będzie kosztować mniej niż zintegrowana warstwa elastyczna w układzie PCB sztywno-elastycznym
• Złożony wielowarstwowy układ PCB elastycznego zwiększa koszt wszystkich sekcji sztywnych w montażu sztywno-elastycznym
• Montaże wielopłytowe sztywne oferują więcej możliwości redukcji kosztów niż montaże elastyczne
• HDI na sztywno-elastycznym z rdzeniem poliamidowym zawsze będzie kosztować więcej niż HDI na sztywnym rdzeniu

Przykład porównania kosztów

Załóżmy, że mamy system obejmujący pcbs, które wszystkie muszą być połączone razem za pomocą przewodów i kabli. Załóżmy, że jedna z płyt jest płytą o wyższej liczbie warstw, podczas gdy inne są prostszymi płytami interfejsowymi. Dla indywidualnej budowy każdej PCB możemy wypisać koszty NRE i narzędziowe w następujący sposób.

• Koszt produkcji i montażu sztywnych PCB
  • Płytka 1: 1800
  • Płytka 2: 970
  • Płytka 3: 710
  • Płytka za 465
  • Złącza i okablowanie 33
• Koszt produkcji i montażu sztywno-elastycznych PCB
  • Produkcja warstwy elastycznej: 1690
  • Zmniejsz koszt wszystkich płyt o 5 do 25%

W sekcji sztywnych płyt jest niewielka różnica w kosztach ze względu na redukcję etapów procesu, ale jest ona wliczana w koszty sekcji elastycznej. Netto zwiększa to całkowity koszt dla systemu. Nie uwzględniliśmy także ważnych kwestii, takich jak testy elektryczne, inspekcja zgodnie ze standardem klasy produktu IPC lub jakiekolwiek inne opłaty NRE. Ponieważ elastyczna część jest po prostu kolejnym niestandardowym komponentem w całym montażu, zwiększyłoby to również te koszty. Co więcej, montaż bezpośrednio na obszarze elastycznym może wiązać się z kolejnym wzrostem kosztów w porównaniu z utrzymaniem wszystkiego na sztywnych sekcjach.

Możesz również użyć niestandardowego okablowania

Kolejnym niepewnym elementem jest wybór okablowania i złączy. Czasami bardziej sensowne jest posiadanie niestandardowego wiązki przewodów niż gotowych złączy i kabli. Możesz również zaprojektować niestandardową wiązkę przewodów, która będzie współpracować z gotowymi gniazdami złącz na każdej sekcji płyty. Jeśli zdecydujesz się na tę drogę, musisz wtedy obliczyć koszt montażu wiązki przewodów dla twojego sztywnego systemu wielopłytowego.

Przy produkcji na dużą skalę, montaż niestandardowej wiązki przewodów nie będzie znacznie droższy niż koszt gotowych kabli, ponieważ koszt projektu rozkłada się na wolumen produkcji. Gotowe lub niestandardowe okablowanie będzie również kosztować mniej niż elastyczna warstwa łącząca twoje sekcje płyt. Jeśli dodatkowa niezawodność regionu elastycznego jest warta dodatkowych kosztów, to jest to podejście, które należy przyjąć dla projektu. Narzędzia do wiązek przewodów w twoim oprogramowaniu ECAD mogą dać ci szybki sposób na stworzenie tych niestandardowych projektów przewodów i okablowania do użycia w twoim systemie wielopłytowym.

Zamiast używać zewnętrznego narzędzia CAD do projektowania wiązek przewodów, użyj kompletnego zestawu funkcji do projektowania wiązek przewodów i wielopłytowych PCB w Altium Designer®. Jeśli zdecydujesz, że sztywno-elastyczny jest najlepszą drogą do przodu, funkcje projektowania sztywno-elastycznych w Altium Designer ustanowiły standard użyteczności i doskonałości. Kiedy skończysz swój projekt i będziesz chciał przekazać pliki swojemu producentowi, platforma Altium 365™ ułatwia współpracę i udostępnianie twoich projektów.

Dotknęliśmy tylko powierzchni tego, co jest możliwe z Altium Designer na Altium 365. Zacznij swoją darmową wersję próbną Altium Designer + Altium 365 już dziś.