E-Book: Hướng dẫn sản xuất PCB: Phần 1

Kỹ Thuật Phần Đầu trong Sản Phẩm PCB

Trong ứng dụng rộng nhất của thuật ngữ, "kỹ thuật phần đầu" ám chỉ một phương pháp thiết kế kỹ thuật được sử dụng để kiểm soát chi phí dự án và lập kế hoạch kỹ lưỡng cho một dự án. Quy trình phát triển sản phẩm PCB đề cập đến tất cả các bước được thực hiện trước khi bảng mạch được chuyển từ quá trình thiết kế sang quá trình sản xuất. Bài viết này sẽ xem xét những bước đó, định nghĩa những gì xảy ra trong chúng và những yếu tố quan trọng là gì cho mỗi bước. Các bài viết tiếp theo sẽ đề cập đến các hoạt động thực tế được thực hiện trong quá trình sản xuất.

Nội Dung Trong Các Tệp

Như được thể hiện trong Hình 1, kỹ thuật đầu vào là bước đầu tiên trong quá trình chế tạo một PCB. Cần lưu ý rằng quy trình được hiển thị trong hình này là tiêu chuẩn trong ngành sản xuất PCB cho việc chế tạo PCB đa lớp.

Hình 1. Quy trình Chế tạo PCB Đa Lớp

Tại đây, tất cả dữ liệu thiết kế PCB được tạo ra trong quá trình sắp xếp được cung cấp cho nhà sản xuất để quá trình sản xuất có thể bắt đầu. Các trạm sản xuất hỗ trợ bằng máy tính (CAM) xử lý dữ liệu thiết kế thông qua một loạt các bước dẫn đến việc tạo ra công cụ cần thiết trong quá trình fab PCB. Hình 2 cho thấy một trạm kỹ thuật đầu vào tiêu biểu.

Thông tin được cung cấp cho quá trình này bao gồm:

• Dữ liệu “Gerber” hoặc hình ảnh của các lớp PCB.
• Netlist hiển thị sự kết nối của PCB.
• Thông tin về cấu trúc xếp chồng.
• Thông tin khoan.
• Thông số kỹ thuật chế tạo.
• Thông số kỹ thuật vật liệu.

Hình 2. Trạm Kỹ Thuật Đầu Vào Tiêu Biểu

Như có thể thấy từ phần trên, việc đảm bảo tất cả thông tin cung cấp cho nhà sản xuất là đầy đủ và chính xác sẽ có ảnh hưởng trực tiếp đến kết quả của quá trình sản xuất. Bảng 1 là danh sách các tệp dữ liệu tiêu biểu mà một nhà sản xuất cần. Có một số định dạng được sử dụng cho dữ liệu này, bao gồm GenCam, Gerber và OCB++.

Bảng 1. Các Tệp Dữ Liệu Tiêu Biểu Được Sử Dụng để Sản Xuất PCB

Khởi Động Nỗ Lực Kỹ Thuật Đầu Cuối

Bước đầu tiên trong quy trình kỹ thuật đầu cuối là kiểm tra thiết kế để đảm bảo chính xác. Một phần quan trọng của quy trình này là tổng hợp một danh sách nối từ dữ liệu Gerber hoặc bản vẽ mô tả cách mạch in (PCB) sẽ được kết nối nếu nó được xây dựng theo bản vẽ. Danh sách tổng hợp này được so sánh với danh sách nối CAD (được cung cấp như đã nêu ở trên) và đại diện cho cách PCB nên được kết nối. Nỗ lực so sánh danh sách nối này là bước đầu tiên quan trọng trong quy trình công cụ PCB và không bao giờ nên bỏ qua dù lịch trình có chặt chẽ đến đâu. Thông tin danh sách nối cần phải đầy đủ và chính xác (như vậy tránh được tình huống cũ "rác vào/rác ra"). Nếu danh sách nối dữ liệu Gerber và danh sách nối CAD không khớp, thì không nên tiếp tục công việc cho đến khi các sự khác biệt được giải quyết. Hoạt động so sánh danh sách nối này là một biện pháp bảo vệ quan trọng chống lại các lỗi có thể xuất hiện trong dữ liệu thiết kế theo đường đi. Không thực hiện nỗ lực này thường dẫn đến PCB sai và không thể sử dụng ngay từ đầu. Một khi bài tập danh sách nối đã được hoàn thành thành công, bước tiếp theo là kiểm tra bản vẽ thiết kế để đảm bảo:

• Độ rộng dấu vết chính xác.
• Khoảng cách chính xác.
• Đăng ký chính xác giữa tất cả các lớp.
• Kích thước pad phù hợp với kích thước khoan và dung sai.

Nếu PCB được chế tạo, nó sẽ được kiểm soát trở kháng. Nhóm kỹ sư thiết kế đã không cung cấp được chiều rộng dấu vết, độ dày lớp phủ và kiểu dáng cần thiết để đạt được trở kháng chính xác trên mỗi lớp. Nhóm kỹ thuật đầu vào sẽ sử dụng công cụ dự đoán trở kháng để đạt được thông tin quan trọng này. Từ kinh nghiệm của chúng tôi, việc để bước quan trọng này cho nhà sản xuất PCB thực hiện một mình là không khôn ngoan vì mỗi nhà sản xuất sẽ thực hiện theo quy trình tiêu chuẩn của họ. Điều này có thể dẫn đến việc có một PCB hoàn toàn khác nhau từ hai nhà sản xuất khác nhau sử dụng cùng một bộ phim. Đây là một trong những lý do chính tại sao chúng tôi dành nhiều thời gian cho việc thiết kế xếp chồng trong các khóa học và bài viết của mình. Không làm đúng có thể tốn thời gian, tiền bạc, bỏ lỡ cơ hội thị trường, hoặc cả ba.

Công Cụ Sản Xuất

Bước tiếp theo sau đó là tạo ra công cụ sản xuất. Điều này bao gồm:

• Artwork sản xuất cho mỗi lớp.
• Tệp khoan.
• Công cụ kiểm tra.
• Hồ sơ định tuyến.
• Lịch trình mạ.
• Lịch trình ăn mòn.
• Hướng dẫn xếp lớp.
• Lịch trình ép lớp.
• Kiểm tra chất lượng.

Mỗi hạng mục trên được mô tả dưới đây.

Bản vẽ sản xuất bao gồm một phim cho mỗi lớp PCB cùng với các mảnh phim cho lớp mặt nạ hàn ở mỗi bên và huyền thoại hoặc màn hình lụa cho mỗi bên. Bản vẽ này khác với bản vẽ thiết kế ở những điểm sau:

• Độ rộng của các đường dẫn sẽ được làm rộng hơn để cho phép thu hẹp xảy ra trong quá trình ăn mòn.
• Kích thước thực tế của bản vẽ sẽ được mở rộng một chút để cho phép co lại của vật liệu xảy ra trong quá trình ép lớp.
• Các tính năng công cụ sản xuất sẽ được thêm vào xung quanh biên giới của tấm panel mà PCB đang được xây dựng. Những tính năng này bao gồm:
  • Mục tiêu đăng ký.
  • Cấu trúc thử nghiệm.
  • Đập nhựa để cân bằng dòng chảy của nhựa trong prepreg khi nó mềm đi trong quá trình ép lớp.

Hình 3. Chi tiết lớp trong được hiển thị sau khi áp dụng oxit đen.

Ảnh bên trái  cho thấy các công cụ sản xuất, đập nhựa (mô hình của các chấm đen), và cấu trúc thử nghiệm có thể thấy ở biên giới của panel.

Các tệp khoan bao gồm kích thước và vị trí của tất cả các lỗ, cả lỗ có phủ và không phủ. Chúng được tổ chức để cung cấp cách khoan hiệu quả nhất từ lỗ này sang lỗ khác. Nếu kích thước lỗ hoàn thiện đã được chỉ định, kỹ thuật quy trình sẽ tính toán kích thước mũi khoan cần thiết để đạt được kích thước lỗ hoàn thiện

sau khi phủ. Việc thêm các ghi chú cụ thể về kích thước mũi khoan rất hữu ích. Truyền thống, kích thước lỗ hoàn thiện được chỉ định, và sau đó nhà sản xuất chọn một kích thước mũi khoan phù hợp với quy trình của mình. Với các thiết kế ngày nay và khoảng cách chặt chẽ của các chân linh kiện, không có nhiều dư địa cho sự biến đổi về kích thước lỗ. Đó là lý do chúng tôi khuyên chọn kích thước mũi khoan như một phần của quy trình thiết kế pad stack và sau đó đóng băng nó. Điều này dẫn đến việc chỉ định kích thước mũi khoan trong biểu đồ khoan thay vì kích thước lỗ hoàn thiện. Nếu khoan bằng laser hoặc khoan sâu kiểm soát hoặc lấp đầy phía sau được chỉ định như một phần của thiết kế, những tệp đó cũng sẽ được tạo ra như một phần của các tệp khoan.

Công cụ kiểm tra bao gồm thông tin cần thiết để xây dựng bộ giá đỡ kiểm tra, các quy tắc dây dẫn cho cấu trúc kiểm tra đó, và netlist được sử dụng bởi máy kiểm tra để xác minh rằng kết nối là chính xác.

Hồ sơ định tuyến bao gồm hướng dẫn cho máy (máy định tuyến) cắt PCB ra khỏi tấm panel mà nó được xây dựng. Nếu các PCB được kết nối trong một tấm phụ để tạo thuận lợi cho việc lắp ráp, hướng dẫn sẽ bao gồm việc tạo các đường rãnh hoặc các dòng lỗ khoan sẽ được sử dụng để tách PCB ra khỏi tấm phụ sau khi lắp ráp. Hình 4 cho thấy một PCB được panel hóa chứa chín PCB nhỏ trong tấm panel. Nó đã được thiết kế để tối ưu hóa quá trình lắp ráp. Các khu vực sáng đại diện cho vật liệu sẽ được loại bỏ xung quanh mỗi PCB trong quá trình định tuyến. Sau khi lắp ráp, mỗi PCB sẽ được tách ra khỏi tấm panel.

Hình 4. Một PCB được Panel hóa với 6 PCB trên mỗi Panel Sẵn sàng cho việc Lắp ráp

Lịch trình Mạ xác định loại kim loại nào sẽ được mạ lên các lớp ngoài của PCB và tấm panel cần phải ở trong mỗi bước mạ bao lâu để đạt được độ dày kim loại yêu cầu. Cần lưu ý rằng việc tạo các lớp bên trong không liên quan đến việc mạ.

Lịch trình Ăn mòn mô tả các bước ăn mòn cần thiết và PCB hoặc các lớp bên trong cần phải ở trong mỗi bước ăn mòn bao lâu.

Hướng dẫn Xếp lớp mô tả cách các lớp bên trong, các bộ phận phụ (hoặc chi tiết), lớp prepreg và lớp đồng bên ngoài được sắp xếp để tạo thành bản chất lượng cuối cùng. Thông tin này bao gồm số lượng PCB sẽ được bao gồm trong một lần ép và cách chúng sẽ được tách ra.

Lịch trình ép bao gồm áp suất nào sẽ được sử dụng trong quá trình ép, hồ sơ nhiệt độ cho bước ép, thời gian của chu kỳ ép, và cách PCB ép sẽ được làm mát.

Ngoài các bài kiểm tra so sánh netlist được mô tả ở trên, các bài kiểm tra Chất lượng bổ sung kiểm tra cho các lỗi ngắn mạch và hở, khoảng cách dấu vết đến via, và khoảng cách từ via đến các lớp.

Tóm tắt

Kỹ thuật đầu vào tập trung vào tất cả các bước cần thiết để chuyển một PCB từ quá trình thiết kế sang quá trình sản xuất. Đây là một phần quan trọng của quá trình sản xuất, và sự kỹ lưỡng của nó sẽ đảm bảo rằng PCB được sản xuất khớp với PCB được thiết kế.

Bạn có muốn tìm hiểu thêm về cách Altium có thể giúp bạn với thiết kế PCB tiếp theo của mình không? Hãy nói chuyện với một chuyên gia tại Altium hoặc khám phá cách dễ dàng xuất thiết kế gốc hoặc các định dạng tệp EDA khác với chức năng chuyển đổi PCB sang Gerber của Altium Designer.

Tham khảo:
Ritchey, Lee W. và Zasio, John J., “Đúng từ Lần Đầu Tiên, Một Sổ Tay Thực Hành về Thiết Kế PCB và Hệ Thống Tốc Độ Cao Tập 2.

Cách So Sánh Dịch Vụ Sản Xuất PCB cho Bảng Mạch của Bạn

Khi bạn điều hành một công ty thiết kế, có một loại email bạn chắc chắn sẽ nhận được nhiều hơn bất kỳ loại nào khác: email bán hàng từ các dịch vụ sản xuất PCB. Tôi hiểu rằng các công ty cần phải quảng bá tên tuổi của mình và muốn giành được việc kinh doanh, vì vậy bài viết này không nhằm giảm giá trị của những công ty đó. Có rất nhiều dịch vụ sản xuất PCB bạn có thể tìm thấy trực tuyến, và chúng có thể dễ dàng trở nên mơ hồ. Nếu bạn đang tìm kiếm một nhà cung cấp dịch vụ mới, việc so sánh tất cả họ và tìm ra nhà sản xuất tốt nhất phù hợp với nhu cầu của bạn có thể trở nên khó khăn.

Một số công ty sẽ spam bạn với các ưu đãi như “PCB lõi kim loại HDI RF từ 2 đến 48 lớp” hoặc một cái gì đó tương tự vô lý. Mặc dù các nhà thiết kế có kinh nghiệm có thể nhận biết nhà sản xuất giả mạo từ xa, luôn có cám dỗ chọn công ty nước ngoài có giá thấp nhất, được cho là nhanh nhất mà bạn có thể tìm thấy. Tuy nhiên, có nhiều yếu tố hơn nên được xem xét khi chọn dịch vụ sản xuất PCB chứ không chỉ là giá cả.

Cách Chọn Dịch Vụ Sản Xuất PCB của Bạn

Khi bạn đang xem xét việc sử dụng dịch vụ sản xuất PCB, bạn sẽ tìm thấy rất nhiều thông tin trên trang web của họ để so sánh. Có rất nhiều điểm chung giữa các dịch vụ về giá cả và thời gian dẫn, nhưng có nhiều tiêu chí khác bạn nên sử dụng để so sánh các dịch vụ khác nhau.

Đầu tiên, hãy xem xét giới hạn khả năng của nhà sản xuất. Hầu hết các nhà sản xuất đều khá cạnh tranh trong lĩnh vực này và có thể sản xuất đáng tin cậy với các đường dẫn khoảng 4 mil, vias 8 mil, và khoảng cách vài mil trên các bố cục chuẩn. Sau khi bạn đã xác minh rằng bảng mạch của mình phù hợp với khả năng của họ, có những tiêu chí khác bạn nên sử dụng để so sánh:

Giá cả so với Thời gian Dẫn

Giá cả và thời gian dẫn thường có mối quan hệ nghịch đảo: một tăng lên trong khi cái kia giảm xuống. Nếu nhà cung cấp bảng mạch của bạn cung cấp các tùy chọn thời gian dẫn linh hoạt, bạn có thể giảm bớt một số chi phí sản xuất bằng cách kéo dài thời gian dẫn của mình. Điều này áp dụng cho cả việc sản xuất và lắp ráp. Tương tự, nếu bạn cần bảng mạch của mình được hoàn thành qua đêm, bạn sẽ phải trả thêm cho điều đó. Hãy chắc chắn rằng dịch vụ sản xuất PCB của bạn có thể đáp ứng mục tiêu thời gian dẫn của bạn trong ngân sách của bạn.

Một điều tôi không tính đến trong lần sản xuất đầu tiên của mình là thời gian vận chuyển cần thiết để di chuyển từ giai đoạn chế tạo đến lắp ráp, và để giao PCBA hoàn chỉnh cho tôi. Ngoài ra, tôi cũng không tính đến thời gian cần thiết để vận chuyển linh kiện đến nhà sản xuất, điều này đã làm trễ thời gian bắt đầu lắp ráp PCB. Hãy chắc chắn bạn tính đến những khía cạnh khác của quy trình sản xuất PCB để bạn không bị bất ngờ bởi bất kỳ sự chậm trễ nào trong giao hàng.

Chế tạo, Lắp ráp, hay Cả Hai?

Một số nhà sản xuất sẽ cung cấp dịch vụ chế tạo và lắp ráp nội bộ, trong khi một số khác sẽ chuyển giao việc lắp ráp cho đối tác. Hãy nhớ điều này vì bạn có thể cần phải gửi bảng mạch của mình và linh kiện của bạn đến một nhà lắp ráp, giả sử bạn không tự thực hiện việc lắp ráp. Một số dịch vụ sản xuất PCB sẽ cung cấp dịch vụ chìa khóa trao tay, nơi họ xử lý mọi thứ liên quan đến đợt sản xuất của bạn và bạn không phải lo lắng nhiều thứ khác. Điều này tốt cho các nhà thiết kế có thể không quen với quy trình mua hàng và gửi hàng hoặc không có thời gian để quản lý việc mua hàng.

Flash Dây Chuyền Sản Xuất

Điều này phù hợp hơn với nhà phát triển nhúng muốn cuối cùng sản xuất với số lượng lớn, nhưng vẫn là điều cần xem xét. Một số dịch vụ sản xuất PCB sẽ cung cấp dịch vụ nạp firmware trên dây chuyền sản xuất, nơi mã của bạn được nạp vào bộ nhớ trước khi các bảng mạch được gửi đến bạn. Đây không phải là điều bạn cần thực hiện trong quá trình chế tạo mẫu PCB, nhưng bạn sẽ cần xem xét nếu bạn đưa mẫu của mình vào sản xuất số lượng lớn.

Tùy chọn Phủ và Trọng lượng Đồng

Hãy nhìn vào bất kỳ trang web dịch vụ sản xuất PCB nào, và tất cả họ đều cung cấp gần như cùng một thông số kỹ thuật về đồng: đồng 0,5 hoặc 1 oz./sq. ft với lớp phủ ENIG trên các lớp ngoài, và đồng 1 oz./sq. Ft trên các lớp bên trong hoặc mặt phẳng. Nếu bạn cần trọng lượng đồng khác và/hoặc lớp phủ, hãy chắc chắn kiểm tra khả năng và các tùy chọn xếp chồng của nhà sản xuất của bạn.

Vật liệu và Cấu trúc Xếp chồng Có sẵn

Tôi đã đặt phần này ở cuối vì đây gần như luôn là điều cuối cùng mà các nhà thiết kế mới nghĩ đến khi lên kế hoạch cho một đợt sản xuất bo mạch. Thay vào đó, điều đầu tiên bạn nên làm trước khi thiết kế bo mạch của mình là tạo một cấu trúc xếp chồng đề xuất, sau đó kiểm tra với nhà sản xuất để đảm bảo họ có thể sản xuất một cái gì đó ở mức hoặc gần với các thông số kỹ thuật đó. Bạn có thể gửi một ảnh chụp màn hình của cấu trúc xếp chồng đề xuất của mình cho nhà sản xuất, và họ có thể xác nhận liệu kho vật liệu của họ có thể đáp ứng những yêu cầu đó không, hoặc họ có thể đề xuất một cấu trúc xếp chồng thay thế.

Bảng ví dụ về cấu trúc xếp chồng từ một dịch vụ sản xuất PCB. Lưu ý rằng bo mạch này có độ dày không chuẩn.

Hãy chắc chắn thông báo cho nhà sản xuất của bạn nếu bạn có yêu cầu về trở kháng (thường là 50 Ohm đơn cuối). Nếu bạn đã mắc lỗi khi tính toán cấu trúc xếp chồng và độ rộng dấu vết, một nhà sản xuất giỏi sẽ cho bạn biết cấu trúc xếp chồng chính xác mà họ có thể sản xuất. Nhớ rằng, nếu nó không thể được sản xuất, thì bạn cũng không nên thiết kế nó.

Điều cần nhớ: Nói chuyện với Nhà Sản Xuất PCB của Bạn Trước Tiên

Từ danh sách trên, có nhiều khía cạnh bạn cần suy nghĩ để so sánh các nhà sản xuất PCB. Việc nói chuyện sớm với nhà sản xuất của bạn để hiểu rõ về khả năng của họ giúp đảm bảo lô hàng của bạn thành công và đáp ứng kỳ vọng của bạn không phải là điều thừa.

Khi bạn cần truy cập vào công cụ thiết kế bố trí PCB dễ sử dụng, bao gồm mọi thứ cần thiết để xây dựng các bảng mạch in chất lượng cao có thể sản xuất, không cần tìm đâu xa hơn CircuitMaker. Khi bạn lên kế hoạch cho đợt sản xuất tiếp theo, bạn có thể ngay lập tức tạo ra các tệp đầu ra cần thiết để đưa bảng mạch của mình vào quy trình sản xuất với dịch vụ sản xuất PCB. Tất cả người dùng CircuitMaker cũng có quyền truy cập vào không gian làm việc cá nhân trên nền tảng Altium 365. Bạn có thể tải lên và lưu trữ dữ liệu thiết kế của mình trên đám mây, và bạn có thể dễ dàng xem các dự án của mình qua trình duyệt web trên một nền tảng an toàn.

Cách Tạo Ước Lượng Chi Phí Sản Xuất PCB

Trừ khi tôi nhận được công việc thiết kế bố trí trực tiếp từ một nhà sản xuất, khách hàng của tôi thường hỏi liệu tôi có phải là nhà sản xuất không. Công ty của tôi không sản xuất các bảng mạch, nhưng tôi nghĩ rằng việc giữ cho khách hàng được thông tin về chi phí sản xuất cho các PCB mới là quan trọng. Khi tôi bắt đầu thu thập ước tính cho một số dự án đầu tiên của mình, tôi bắt đầu hiểu rõ hơn về những yếu tố chính chi phối chi phí sản xuất PCB và cách để cấu trúc một bản ước tính toàn diện cho khách hàng của mình.

Trừ khi tôi nhận được công việc thiết kế bố trí trực tiếp từ một nhà sản xuất, khách hàng của tôi thường hỏi liệu tôi có phải là nhà sản xuất không. Công ty của tôi không sản xuất các bảng mạch, nhưng tôi nghĩ rằng việc giữ cho khách hàng được thông tin về chi phí sản xuất cho các PCB mới là quan trọng. Khi tôi bắt đầu thu thập ước tính cho một số dự án đầu tiên của mình, tôi bắt đầu hiểu rõ hơn về những yếu tố chính chi phối chi phí sản xuất PCB và cách để cấu trúc một bản ước tính toàn diện cho khách hàng của mình.

Những yếu tố nào chi phối ước tính chi phí sản xuất PCB?

Có một số yếu tố ảnh hưởng đến chi phí sản xuất. Nói chung, việc sản xuất nhiều bảng mạch hơn, sử dụng nhiều via hơn trên mỗi bảng mạch, sử dụng các đường dẫn/via/lỗ gắn nhỏ hơn, và sử dụng nhiều linh kiện hơn trên mỗi bảng mạch đều sẽ làm tăng chi phí sản xuất. Tuy nhiên, chi phí liên quan không phải là tuyến tính. Nói cách khác, gấp đôi số lượng bảng mạch và linh kiện sẽ không làm gấp đôi tổng chi phí của một đơn hàng.

Có một số lý do quan trọng cho điều này. Có một số chi phí cố định liên quan đến bất kỳ lần sản xuất nào, bao gồm chi phí dụng cụ, đánh giá thiết kế, tạo stencil, và các chi phí khác, tùy thuộc vào yêu cầu của bạn. Các chi phí khác là biến đổi và được xác định dựa trên mỗi bảng mạch. Chi phí trên mỗi bảng mạch có thể giảm khi kích thước đơn hàng giảm, điều này ít liên quan đến việc chia bảng mạch thành nhiều phần hơn là với việc phân bổ chi phí NRE và chi phí dụng cụ cố định cho toàn bộ lần sản xuất. Ý tưởng tương tự cũng áp dụng cho việc lắp ráp (xem bên dưới).

Đánh giá và Kiểm tra DFM Trước Sản Xuất

Một số nhà sản xuất PCB sẽ cung cấp các mức độ dịch vụ khác nhau về kiểm tra trước sản xuất, đánh giá thiết kế và kỹ thuật, cũng như đánh giá DFM. Tận dụng một đánh giá kỹ thuật đầy đủ có thể làm tăng đáng kể chi phí cho mỗi bảng mạch ở khối lượng thấp vì nó mang theo một chi phí cố định bổ sung. Lưu ý rằng, một số mức độ đánh giá thiết kế PCB phải được thực hiện để thiết kế có thể được báo giá và để đảm bảo nó thậm chí có thể được sản xuất. Nếu bạn vi phạm một số ràng buộc thiết kế cơ bản (khoảng cách là quan trọng nhất), dự án của bạn có thể được đánh dấu không chào giá cho đến khi bạn sửa chữa một số lỗi cơ bản.

Khi thiết kế của bạn trải qua một đánh giá DFM kỹ lưỡng, nhà sản xuất của bạn sẽ kiểm tra các tệp của bạn để đảm bảo thiết kế của bạn có thể được sản xuất trong quy trình của họ.

Đây là nơi mà mức độ dịch vụ và phạm vi của bất kỳ đánh giá nào trở nên rất quan trọng. Đôi khi, một lựa chọn thiết kế đúng về mặt điện và có thể sản xuất không kích hoạt vi phạm DFM về khả năng sản xuất, nhưng nó có thể tạo ra rủi ro về lỗi lắp ráp hoặc hỏng hóc toàn bộ sản phẩm của bạn. Một ví dụ hoàn hảo là các pad quá gần nhau mà không có định nghĩa mặt nạ hàn đủ trên pad. Ngược lại cũng có thể xảy ra, nơi một lựa chọn thiết kế đúng về mặt điện kích hoạt vi phạm DFM, nhưng lựa chọn thiết kế đó là cố ý. Công ty của tôi thực hiện nhiều thiết kế liên quan đến cấu trúc RF và hướng sóng, và chúng tôi đôi khi nhận được thông báo về một mạch ngắn trong quá trình đánh giá thiết kế PCB hoặc khi chạy DRCs. Hãy chắc chắn yêu cầu xem xét loại đánh giá này bao gồm những gì và xác định những sản phẩm thiết kế nào bạn cần cung cấp trước khi thêm dịch vụ đánh giá kỹ thuật vào báo giá của bạn. Luôn tốt nếu bạn có thể dự đoán những vi phạm DFM có ý định hoặc không có ý định này và giao tiếp chúng với kỹ sư CAM tại nhà máy sản xuất của bạn.

Yếu Tố Ảnh Hưởng Chi Phí Sản Xuất PCB

Dưới đây là một bản tóm tắt ngắn gọn về một số yếu tố chi phí chính liên quan đến việc sản xuất. Hãy chắc chắn xem xét từng khu vực này khi tạo ước tính chi phí sản xuất PCB.

Về số lượng bảng mạch được sản xuất, yếu tố chính không phải là số lượng bảng mạch, mà là chi phí cho mỗi tấm. Đối với một lô sản xuất nhỏ, chi phí cho mỗi tấm và chi phí NRE sẽ quyết định chi phí cho mỗi bảng mạch. Ở khối lượng cao, chi phí tổng cộng cho mỗi bảng mạch giảm xuống vì chi phí biến đổi chiếm ưu thế trong tổng chi phí sản xuất. Những điểm khác ở trên chỉ là điểm khởi đầu cho việc sản xuất vì chúng chỉ tập trung vào việc sản xuất bảng mạch trống. Cũng cần phải xem xét đến chi phí lắp ráp.

Yếu Tố Chi Phí Lắp Ráp

Yếu tố chi phí liên quan đến việc lắp ráp bao gồm những điều sau:

• Số lượng linh kiện độc đáo: Số lượng linh kiện độc đáo càng nhiều thì chi phí càng cao, mặc dù việc đặt hàng linh kiện theo số lượng lớn giảm giá cho mỗi
• Loại linh kiện: Lắp ráp toàn bộ SMD có thể tốn kém hơn đến ~50% so với lắp ráp qua lỗ.
• Lắp ráp hai mặt so với lắp ráp một mặt: Lắp ráp hai mặt làm tăng chi phí vì bảng mạch của bạn cơ bản phải chạy qua dây chuyền lắp ráp hai lần.

Khoảng cách chân trên linh kiện SMD: Tôi đã thấy rằng mọi phụ phí cho linh kiện SMD có chân cách nhau mịn thay đổi tùy theo nhà sản xuất. Nếu bạn đã sử dụng toàn bộ SMD, một số nhà sản xuất sẽ không tính phí thêm cho linh kiện có chân cách nhau mịn hơn.

BGAs: Việc lắp ráp linh kiện BGA một mặt hoặc hai mặt có thể tốn kém hơn khoảng 20% so với các linh kiện SMD khác, đó là chưa kể đến bất kỳ phụ phí nào đã được tính cho việc lắp ráp hai mặt. BGA có khoảng cách chân nhỏ hơn một giới hạn nào đó có thể phát sinh thêm chi phí, tùy thuộc vào khả năng sản xuất và lắp ráp.

IPC 6012/IPC-A-600 Lớp 3: Sản xuất và lắp ráp đạt đến IPC-A-600 Lớp 3 có thể tốn kém đáng kể hơn, mặc dù chất lượng của sản phẩm cuối cùng sẽ cao hơn nhiều. Chi phí cũng cao hơn do yêu cầu thêm các cuộc kiểm tra để xác minh sự tuân thủ với các quy định về hiệu suất và kiểm tra cao hơn áp dụng cho sản phẩm Lớp 3.

Tuân thủ ITAR: Nếu bạn đang làm việc tại Hoa Kỳ, dự án của bạn có thể cần phải tuân thủ ITAR. PCB hoàn thành sẽ cần phải tuân thủ các yêu cầu của ITAR về tính toàn vẹn dữ liệu, tính toàn vẹn PCB và vận chuyển. Những chi phí này sẽ được chuyển đến bạn như là người thiết kế.

Trừ khi việc lắp ráp được thực hiện bằng tay, chi phí lắp ráp sẽ không luôn tăng lên một cách tuyến tính với số lượng bảng mạch. Nói cách khác, với việc lắp ráp tự động, việc tăng gấp đôi số lượng bảng mạch không luôn đồng nghĩa với việc tăng gấp đôi chi phí lắp ráp. Một phần chi phí lắp ráp được dùng để lập trình máy móc, trong khi phần còn lại thực sự chi trả cho thời gian máy móc hoạt động.

Chi phí linh kiện cũng tuân theo cấu trúc tương tự. Khi bạn đặt hàng nhiều linh kiện hơn, bạn có thể đạt được một mức giá mới với nhà phân phối linh kiện của mình, nơi mà chi phí cho mỗi linh kiện giảm xuống. Đây là một lý do tại sao việc mua hàng từ một nhà phân phối duy nhất tốt hơn là kết hợp nhiều nhà phân phối khác nhau.

Sản xuất Ở Nước Ngoài so với Sản xuất Địa Phương

Chúng ta sống trong một môi trường toàn cầu hóa, và chưa bao giờ dễ dàng hơn để chuyển giao việc sản xuất và/hoặc lắp ráp sang một khu vực có chi phí lao động thấp hơn. Lựa chọn làm như vậy phụ thuộc vào khối lượng sản xuất, mức độ dịch vụ yêu cầu, rủi ro liên quan đến việc tiết lộ thiết kế ở nước ngoài, thời gian dẫn đầu cần thiết, và tiềm năng tiết kiệm chi phí.

Đối với những thiết kế cơ bản đã được kiểm định kỹ lưỡng, tôi nhận thấy rằng các nhà sản xuất Trung Quốc có thể hoàn thành công việc một cách tốt đẹp, mặc dù họ sẽ tính thêm phí cho những thêm vào nhỏ trong đơn hàng (ví dụ, các tính năng in màn hình cụ thể, kiểm tra, màu của lớp mặt nạ hàn). Tôi đã có khách hàng kể cho tôi nghe những câu chuyện kinh hoàng về việc thiết kế họ gửi đi không hề giống với sản phẩm họ nhận được; rõ ràng là nhà sản xuất đã thực hiện nhiều sửa đổi trên thiết kế nhằm cắt giảm chi phí càng thấp càng tốt, sau đó họ giữ lợi nhuận chênh lệch. Cũng có những lo ngại về quyền sở hữu trí tuệ, và rủi ro khi tiết lộ dữ liệu thiết kế cho một bên ở nước ngoài có thể là không thể chấp nhận được. Đối với các thiết kế quân sự và hàng không vũ trụ ở Mỹ, các hạn chế về kiểm soát xuất khẩu (EAR) và yêu cầu ITAR sẽ hạn chế khả năng bạn giao việc sản xuất và vận chuyển ra nước ngoài; các hạn chế tương tự cũng áp dụng ở Canada và Châu Âu.

Có một số lợi ích thực sự khi ở lại địa phương, ngay cả khi chi phí cao hơn. Tôi thích sử dụng các nhà sản xuất địa phương vì điều này cho phép tôi kiểm soát toàn bộ quá trình, đặc biệt là đối với việc chế tạo mẫu hoặc sản xuất với số lượng thấp. Có thể tôi sẽ phải trả nhiều hơn một chút cho mỗi đơn vị ở số lượng thấp, nhưng bản thân tôi và khách hàng của tôi sẵn lòng trả thêm cho mức độ dịch vụ, sự nhanh chóng phản hồi, và sự an tâm khi biết rằng thiết kế của chúng tôi không bị đánh cắp. Nếu bạn sẵn lòng chấp nhận rủi ro khi đi ra nước ngoài để sản xuất, bạn có thể làm việc với một nhà sản xuất hợp đồng (CM) sử dụng một xưởng sản xuất ở nước ngoài đã được kiểm định và lắp ráp tại địa phương. Đối với các thiết kế tiên tiến hơn, hoặc nếu thiết kế đó yêu cầu một số kiểm tra/kiểm định cụ thể, tôi thích sử dụng một nhà sản xuất địa phương vì tôi luôn có thể trực tiếp nói chuyện với ai đó qua điện thoại.

Về mặt chi phí, giá mỗi đơn vị cho một bảng mạch sản xuất tại địa phương (tại Mỹ) có thể cao gấp 5 lần so với giá của cùng một bảng mạch sản xuất ở nước ngoài với cùng thời gian dẫn. Việc lắp ráp lại là một vấn đề hoàn toàn khác, vì không phải tất cả các nhà sản xuất đều cung cấp dịch vụ lắp ráp tại chỗ, và bạn sẽ cần phải nhận báo giá từ một công ty lắp ráp. việc vận chuyển bảng mạch của bạn từ nhà sản xuất đến nơi lắp ráp cũng làm tăng thời gian dẫn, điều này thêm vào chi phí không hữu hình cho sản phẩm mới của bạn.

Hãy cẩn thận trước khi bạn gửi thiết kế của mình ra nước ngoài để sản xuất và cân nhắc kỹ lưỡng các rủi ro.

Kiểm tra, Kiểm định và Chứng nhận

Kiểm tra và thanh tra là hai hoạt động quan trọng cũng cần được thực hiện khi một bảng mạch mới được sản xuất. Sản xuất và kiểm tra theo tiêu chuẩn IPC-A-600 Lớp 3 có chi phí cao hơn so với Lớp 2 hoặc Lớp 1; điều tương tự cũng áp dụng cho các tiêu chuẩn và lớp liên quan khác. Bạn cũng có thể cần sản xuất theo một bộ tiêu chuẩn ngành cụ thể, như IPC-13485, NADCAP, hoặc AS9100, nhưng khó có thể đưa ra các phát biểu tổng quát về chi phí với những nhà sản xuất này. Đạt được chứng nhận theo các tiêu chuẩn UL hoặc các tiêu chuẩn ngành cụ thể khác thường đi kèm với chi phí bổ sung và không phải nhà sản xuất nào cũng cung cấp. Đây là nơi mà các nhà sản xuất khác nhau có thể có sự khác biệt lớn về khả năng, sẽ quyết định chi phí liên quan đến việc kiểm tra, thanh tra và chứng nhận. Hãy chắc chắn tính đến những điểm này khi yêu cầu báo giá từ các nhà sản xuất.

Cuối cùng nhưng không kém phần quan trọng: Linh kiện!

Với tất cả những bàn luận về chi phí sản xuất và lắp ráp, dễ dàng quên mất về chi phí cho chính các linh kiện. Trong bối cảnh thiếu hụt bán dẫn hiện nay, tất cả các công ty EMS lớn đều chuyển từ mô hình chuỗi cung ứng "just-in-time" sang "just-in-case". Điều này có nghĩa là các nhà thiết kế cần phải đóng vai trò trong quản lý rủi ro bằng cách thực hiện các hoạt động tìm nguồn cung ở giai đoạn đầu của việc thiết kế, không phải ở cuối một thiết kế.

Điều này không nhất thiết là yếu tố làm tăng chi phí cho việc sản xuất hay lắp ráp, nhưng nó có thể tạo ra nhu cầu thiết kế lại khi bạn đột nhiên phát hiện ra rằng các linh kiện quan trọng của mình hết hàng.

1. Xác định các linh kiện quan trọng có ít hoặc không có sự thay thế sớm, và sau đó mua sắm số lượng tối thiểu cần thiết.
2. Lý tưởng nhất, thay vì sử dụng #1, hãy sử dụng các linh kiện có sẵn thay thế (lý tưởng là tương thích về chân) và lên kế hoạch mua số lượng cần thiết trước khi sản xuất.
3. Đối với các bộ phận đặc biệt mà bạn sẽ trực tiếp đối phó với nhà sản xuất, hãy xác định rõ ràng các yêu cầu ngay từ đầu thiết kế và đặt hàng với nhà sản xuất linh kiện sớm. Thời gian chờ có thể dài, nhưng bạn sẽ có linh kiện đang được vận chuyển trước khi bạn hoàn thành thiết kế.

Nếu bạn là một phần của một văn phòng dịch vụ hoặc công ty kỹ thuật lớn hơn, hãy chắc chắn tính toán những điểm này sớm trong quá trình thiết kế. Có thể cần sự cam kết từ phía khách hàng, nhưng việc khóa chặt những yêu cầu này sớm giúp bạn loại bỏ được nhiều rủi ro và tăng chi phí trước khi đi vào sản xuất

Khi bạn đang xây dựng một PCB mới, Altium Designer^® cung cấp cho bạn những công cụ bạn cần để tạo ra sản phẩm bao gồm các tính năng tiên tiến trong khi tuân thủ các yêu cầu DFM của nhà sản xuất của bạn. Bạn cũng sẽ có thể nhanh chóng tạo ra các sản phẩm giao hàng và tài liệu giúp đảm bảo bạn sẽ nhận được ước lượng chi phí sản xuất PCB chính xác. Khi bạn sẵn sàng phát hành dự án của mình cho một đánh giá thiết kế PCB, bạn có thể sử dụng nền tảng Altium 365 để chia sẻ dữ liệu thiết kế với nhà sản xuất của mình và nhanh chóng đưa sản phẩm ra thị trường.

---

Sản xuất PCB là một trong những bước cuối cùng trong việc đưa sản phẩm của bạn ra thị trường, và quy trình sản xuất PCB hiện đại đặt ra những hạn chế quan trọng về độ tin cậy và khả năng sản xuất cho các nhà thiết kế. Các nhà thiết kế PCB nên hiểu cách thức nhà sản xuất và lắp ráp của họ sẽ xác định các lựa chọn thiết kế có sẵn. Hiểu những khía cạnh này của bố cục PCB ngay từ đầu trong quá trình thiết kế sẽ giúp các nhà thiết kế đảm bảo hiệu suất cao, chất lượng và độ tin cậy.

Cuốn sách điện tử này sẽ cung cấp cái nhìn sâu sắc hơn vào quy trình sản xuất PCB, từ các vật liệu được sử dụng trong một bảng mạch trống đến các xem xét quan trọng về thiết kế cho sản xuất (DFM). Các chủ đề được bao gồm bao gồm:

• Tổng quan ngắn gọn về quy trình kỹ thuật đầu vào trong sản xuất PCB
• Cách lựa chọn thiết kế và nhu cầu sản xuất của bạn ảnh hưởng đến chi phí
• Nhà sản xuất tìm kiếm điều gì trong đánh giá DFM
• Tầm quan trọng của dấu hiệu fiducial
• Những gì cần bao gồm trong ghi chú sản xuất PCB

Nhấn vào PDF ở trên để đọc thêm về sản xuất PCB hiện đại và điều hướng quy trình sản xuất.

Đây là một cuốn sách điện tử gồm hai phần. Phần 1 bao gồm:

Kỹ thuật Đầu vào cho Sản phẩm PCB của Kella Knack
Cách So sánh Dịch vụ Sản xuất PCB cho Bảng mạch của Bạn của Zach Peterson
Cách Tạo Ước lượng Chi phí Sản xuất PCB của Zach Peterson

Tải xuống phần thứ hai của cuốn sách điện tử này tại đây.