Nella produzione di PCB è necessario valutare ogni scelta produttiva, perché tutto contribuisce al costo finale. Ma alcuni costi possono rivelarsi un vantaggio. Ecco i suggerimenti di Fineline
La conoscenza dei fattori di costo nella produzione di circuiti stampati è molto importante sia per i buyers che per i progettisti di circuiti stampati. L’articolo descrive i fattori che ne determinano i costi.
Nella produzione di circuiti stampati, dal 70 all’80 percento del costo è già determinato dal layout/design del PCB. Proprio per questo motivo, è di grande importanza che un progettista sia a conoscenza di come viene prodotto un PCB, quali fattori di produzione corrispondono allo standard più conveniente e quali fattori di produzione determinano i costi e in quale misura. Qualsiasi deviazione dalla norma standard aumenta i costi. Un principio importante è infatti “mantenerlo semplice”.
Progettazioni PCB complesse possono comportare molte fasi di produzione costose e tempi di consegna aggiuntivi
Costi per il materiale di base
Il materiale di base più utilizzato per i circuiti stampati è il materiale FR-4. Il materiale FR-4 è costituito da lamina di rame, dielettrico in fibra di vetro e resina epossidica.
Se immaginiamo il costo del materiale base come una torta, le tre componenti ne costituiscono ciascuna un quarto e la fetta mancate è il costo di produzione.
Classificazione dei fattori di costo di produzione dei PCB in tre categorie
Il processo di fabbricazione di un circuito stampato può essere descritto da un gran numero di parametri di fabbricazione e quindi da fattori di costo. I 20 fattori di costo più importanti vengono successivamente suddivisi in tre categorie, vale a dire fattori “significativamente importanti”, “importanti” e “meno importanti” (Figura 1).
La categorizzazione viene effettuata tenendo conto dei metodi di produzione dei PCB che sono oggi comuni e ampiamente standardizzati in tutto il mondo.
Fattori di costo significativamente importanti
Fattori significativamente importanti includono la dimensione della scheda, il numero di strati, lo sfruttamento dello spazio nel pannello di produzione, la complessità del layout e, soprattutto per frequenze di funzionamento più alte, la scelta del materiale. Più semplicemente, più grande è un PCB, più materiale sarà necessario e più costosa sarà la produzione. Inoltre, più strati ha un PCB, più fasi di processo sono necessarie per produrlo e più diventa costoso.
Tra i costi più significativi si deve includere anche la scelta dei materiali.
Finché è possibile e tecnicamente giustificabile, è consigliabile l’utilizzo del materiale FR-4 per motivi di costo. A frequenze ≥ 2 GHz deve essere considerato l’utilizzo di materiale idoneo che abbia bassi valori Dk e Df (Dk=costante dielettrica, Df=fattore di perdita). Fondamentalmente, maggiore è la frequenza, più importante diventa la scelta del materiale e maggiore è il prezzo del materiale necessario.
Un altro fattore da considerare è la resa, cioè la proporzione tra la dimensione del pannello prodotto e lo spazio effettivamente occupato dal circuito stampato.
Ogni pannello ha bisogno di uno spazio che consenta innanzitutto la movimentazione e il fissaggio del pannello stesso durante il processo di produzione, ma anche, in particolare nel caso di progetti complessi, il posizionamento di fixture? per il monitoraggio dei processi e per la garanzia della qualità. La larghezza del bordo di servizio è specifica per ogni produttore. È importante sapere, tuttavia, che la larghezza del bordo aumenta con il numero di strati.
Ad esempio, per prodotti di alto livello, le larghezze dei margini sono: 2L = 8 mm, 4L = 10 mm, 6L = 13 mm, 8L = 14 mm, 10L = 16 mm. Ciò significa che non si ha a disposizione l’intero pannello per il posizionamento di circuiti stampati.
L’importanza di questo argomento può essere vista nella figura qui sopra. A sinistra tre PCB uguali sono posizionati nel pannello, mentre a destra solo due. Il costo dei due PCB è lo stesso dei tre PCB per pannello.
Cosa si intende con il termine complessità?
In questo paragrafo parliamo di HDI, ovvero interconnessioni ad alta densità. I micro-via passanti e, in particolare, i micro-via sepolti influiscono notevolmente sui costi di produzione perché determinano il numero di processi di laminazione. Ma attenzione a generalizzare.
Attraverso un design intelligente, infatti, le strutture a micro-via passanti possono ridurre il costo complessivo di un PCB riducendo, ad esempio, il numero di strati. Da non dimenticare in questa considerazione è che la tecnologia HDI rende i PCB più piccoli, più leggeri e più sottili e migliora anche significativamente l’integrità del segnale.
Fattori di costo importanti
Tra i fattori di costo importanti troviamo la geometria della traccia, il diametro della punta e il numero di fori, le impedenze controllate, il riempimento dei fori, lo spessore del rame, lo spessore dell’oro per una superficie in hard gold e tolleranze meccaniche non standard.
Nella tabella 1 sono riportati alcuni valori standard, che appartengono tutti alla categoria dei fattori di costo importanti. Qualsiasi deviazione da queste caratteristiche PCB standard, ampiamente utilizzate nel settore, aumenta il costo. Deviazioni maggiori possono anche comportare un aumento significativo dei costi.
A proposito, invece, dello spessore del rame si deve notare come l’aumento dello spessore del rame da 75 μm a 105 μm è approssimativamente lo stesso dei costi per l’aumento dello strato da quattro a sei strati. Dal punto di vista EMC e anche per la gestione termica, è consigliabile optare per l’aggiunta di due strati in più rispetto all’aumento dello spessore del rame.
Fattori di costo meno importanti
Fattori di costo meno importanti includono le varie finiture superficiali, lo spessore della scheda, il contorno della scheda, il solder mask, la serigrafia, la classe di prestazioni IPC II/III, la placcatura del bordo laterale e i contatti del bordo a mezzo foro (castellated holes per connessioni board-on-board).
Maggiore è il numero di fasi di processo richieste per una finitura superficiale, maggiore è il costo di produzione (tabella 2).
La finitura OSP richiede il minor numero di fasi di processo, il che la rende la meno costosa, la finitura Enepig richiede maggiori fasi di processo, rendendola la più costosa.
Il solder mask, che troviamo su ogni circuito stampato, non ha davvero bisogno di essere menzionato in termini di costo. Tuttavia in caso di componenti BGA da 0,5 mm a 0,5 mm, anche il solder mask può avere un impatto sui costi. Le differenze di caratteristiche tecniche tra le Classi II e III sono minime. Delle 111 caratteristiche descritte nell’IPC-6012, infatti, solo 14 differiscono tra la Classe II e la Classe III. I costi maggiori dei circuiti stampati fabbricati secondo la Classe III sono il risultato dell’effettuazione di test molto più elevati, che in alcuni casi sono necessari.
Conclusione
Come precedentemente accennato, il costo dei circuiti stampati è determinato essenzialmente dal progetto. Per ottenere risultati ottimali e quindi soluzioni convenienti, il controllo dei costi dei PCB deve essere avviato il prima possibile, ovvero già con l’ideazione di un nuovo prodotto. Per ottenere questo risultato, gli standard IPC IPC-2220 - 2226 sono molto utili.
