Привет, на связи Андрей Шведов, руководитель проектов ГРАН Груп!

Несмотря на то, что печатная плата редко составляет более 10% от общей стоимости устройства, именно она является его функциональным ядром, отвечая за работу всего изделия. При этом в условиях растущего рынка электроники и постоянного усложнения требований к ПП (миниатюризация, высокая плотность монтажа) себестоимость их производства остается относительно стабильной на фоне общего подорожания электроники. Это делает печатную плату одним из наиболее экономически эффективных, но критически важных компонентов.

На каком этапе происходит основное формирование стоимости?

Основная часть затрат печатной платы (ПП) закладывается на этапе идеи и последующего ее проектирования: здесь важную роль сыграет и сложность, и размеры, и используемые технологии — все это «сильные» факторы стоимости. Здесь, как правило, отсутствует линейная зависимость при выборе тех или иных параметров — каждое последующее усложнение в проекте увеличивает стоимость ПП. 

Но, стоит еще раз повторить, что в большинстве случаев в таком проекте используется и более дорогая компонентная база, поэтому и повышение стоимости изготовления ПП оказывается совсем не значительным в разрезе общей стоимости изделия. Складывается ситуация: вроде бы цена на ПП растет, но на самом деле значимость цены оказывается все меньше и меньше. А вот ответственность самой платы и требований к ее качеству наоборот — становится все выше. 

Следовательно, крайне важно подойти к изготовлению ПП максимально ответственно, должным образом контролируя качество. Важную роль тут сыграет технологическая подготовка производства: именно на этом этапе можно избежать большей части ошибок и сформировать полный список требований к последующему изготовлению. А последующая инспекция качества на всех этапах производства позволит закрепить результат и не пропустить брак или отступление от заявленных требований. Да, это дороже, порой существенно, однако эти затраты могут дать значительную экономию в будущем, так как практически исключают возможный брак не только самой ПП, но и, как мы и говорили в самом начале, всего изделия в целом.

В разрезе стоимости конечного изделия стоимость печатной платы не так значительна, но сама плата — очень важный элемент его функционирования, а соотношение расходов на ее изготовление и возможных финансовых потерь из-за экономии на этом несоизмеримо.

Какие параметры печатной платы формируют ее стоимость?

Дизайн ПП. Довольно часто плохой дизайн, неправильно выбранные  материалы, неоптимальное проектирование панелей и т. д. возникают на ранней стадии из-за недостатка знаний, отсутствия связи с поставщиком печатных плат или нежелания что-то менять. Когда мы сталкиваемся с критическим временем вывода продукта на рынок, иногда заказчик говорит на наши замечания: «Это не имеет значения, это всего лишь прототип, мы можем исправить это позже…» Однако, зачастую никаких изменений не происходит, так как после утверждения прототипов дизайн остается неизменным. Другой случай — плотная компоновка и трассировка могут повысить стоимость или даже сделать невозможным выполнение требований.

Стекап и количество слоев. Не закладывайте избыточное количество препрегов и ядер, так как это тоже влияет на стоимость. Используемая структура также окажет влияние: совсем не тривиальные случаи, как правило, будут стоить дороже, т.к. производство с максимальной скоростью и качеством — это наибольшая стандартизация всех процессов.  

Размеры мультизаготовки или одичночной платы с технологическим полями. Для экономии на материале старайтесь оптимизировать панелизацию. Зависимость тут не линейна, но чем больше размеры, тем выше коэффициент закладывается на производстве из-за возможных трудностей или отбраковки плат больших размеров (больше, чем 400-500 мм). Учтите, что при использовании больших тех. полей стоимость возрастает из-за большего расхода материала, старайтесь указать их оптимальные размеры.

Проводники и зазоры. Минимальные значения проводников и зазоров повлияют на выбор производства, которое может исполнить такие минимальные значения. Подбирайте значения исходя из задуманной функциональности и назначения платы. Например, избыточно закладывать минимальные параметры для платы с простой конструкцией. Технологические возможности производств различны, т.к. они специализируются на ПП различных типов, — это определяет и наличие определенного оборудования с использованием соответствующих технологий, и конечную стоимость. 

Для оптимизации стоимости мы всегда рекомендуем следовать принципам DFM. 

Существенное влияние окажет использование технологий производства: обычные многослойные или HDI, для второго будет, как правило, использоваться отдельная категория производств с оборудованием, заточенным под производство HDI. Но и тут все может зависеть от площади заказа, т.к. не всегда HDI получится дороже, но использование этой технологии обеспечит необходимую технологичность.

Класс производства по IPC. Проверка соответствия классу 3 IPC чрезвычайно трудоемка и целесообразна только для самых требовательных продуктов. Стандарты изготовления по IPC не стоит путать с классами точности по ГОСТ.

Материалы. Стоимость существенно зависит от используемого материала, особенно, если он редко используется и есть минимальный объём закупи. Как и с проводниками и зазорами, тут также стоит оптимизировать выбор, исходя из функциональности и назначения платы. Высокоскоростные и высоскочастнотные платы могут увеличивать стоимость кратно.

Толщина меди. Если использование базовой меди 18/35 мкм ничего не добавляет к цене, то при значениях выше 70 мкм происходит ее существенное повышение, поэтому к использованию «толстой» меди лучше подходить максимально рационально и использовать ее только там, где это действительно обосновано.

Толщина ПП. Окажет существенное влияние на стоимость не только из-за сложностей в производстве и соотношения к диаметру минимального отверстиям, но также и в логистике, т.к. может увеличивать ее стоимость до 50%.

Возможное использование дорогих материалов в покрытии существенно скажется на стоимости, например, золото (речь про Hard Gold или Soft Gold). 

Финишное покрытие контактных площадок. Использование более дорогих покрытий, как иммерсионное золото или серебро, окажет влияние на стоимость, но не такое существенное. Использование таких покрытий, как OSP или HASL может помочь существенно снизить затраты на больших партиях ПП.

Специальные требования к маске, шелкогрфии, карбоновой печати. Если есть спец. требования к таким базовым процессам, то это приводит к нестандартным операциям или дополнительному контролю на производстве.  Например, стойкая к определенным веществам паяльная маска или указание нестандартного цвета для нее.

Переходные отверстия. В этом случае, опять же, используется определенное оборудование. Без необходимости не закладывайте в проект малые диаметры (менее 0,25 мм для механического сверления) для отверстий.

Заполнение переходных отверстий. Если 6 тип заполнений маской ничего не добавляет в стоимости, то 6 тип смолой, 7 тип или забивка медью для microvia уже существенно влияют, особенно при малых объемах заказа.

Контроль импеданса. Дополнительные операции по подготовке проводников к контролю импеданса, контролю допусков, изготовлению тест-купонов также добавятся к стоимости ПП.

Чрезмерные допуски. Более жесткий контроль допусков, отличных от требований IPC, приведет к большей отбраковке, использованию специализированного оборудования и больших ресурсов производства.

Недостаточная или избыточная информация по проекту. Отсутствие информации, ее избыточность или противоречивость могут привести к неправильному расчету.

Выводы

Основная стоимость печатной платы (ПП) формируется на ранних этапах (идея и проектирование), а не на производстве. Сложность, размеры и технологии — главные факторы цены. 

При этом в рамках общего бюджета изделия стоимость ПП становится менее значимой. Дорогая и сложная плата обычно является частью дорогого устройства, поэтому ее удельный вес в общей стоимости изделия невелик.

Затраты на качественную подготовку и контроль — это инвестиции, которые окупаются за счет предотвращения будущих потерь от брака как самой платы, так и конечного изделия. Экономия на качестве ПП несоизмерима с потенциальными финансовыми потерями от брака всего готового изделия. Риск сэкономить несколько долларов на плате может привести к тысячам долларов убытков из-за нерабочего в будущем продукта.

Спасибо, что прочитали!

Мы надеемся, что данные рекомендации помогут проектировать ваши печатные платы еще лучше!

Еще у нас есть телеграм-канал, где мы на регулярной рассказываем подобные темы, разбираем ваши вопросы и просто делимся экспертизой производства и проектирования. Присоединяйтесь, будет интересно!

На нашем сайте вы можете также найти руководства по проектированию жестких печатных плат и HDI, а также руководство по входному контролю. Скачать их можно тут. В будущем мы планируем выпускать еще такие материалы! Их появление анонсируем в нашем тг-канале.