Comment les différentes technologies affectent le coût des PCB

Aller à : Facteurs affectant le coût des PCB | Choix des matériaux | Taille du circuit imprimé | Nombre de couches | Finition (ENIG, HASL, etc.) | Taille du trou | Trace et espace minimum | L'épaisseur et le rapport d'aspect | Spécifications personnalisées ou uniques | PCB de différentes conceptions

Les technologies PCB impliquent des niveaux élevés de complexité. Selon la conception d'un circuit imprimé, sa production peut être plus ou moins coûteuse que le PCB moyen. Si un PCB est destiné à un article conventionnel de tous les jours, le coût de fabrication de la carte elle-même devrait être nettement inférieur au prix d'une carte conçue pour des machines de haute technologie.

Facteurs qui affectent le coût des PCB

Les trois facteurs qui ont le plus d'impact sur la répartition des coûts de fabrication des PCB sont le type de matériau, la taille de la carte et le nombre de couches. D'autres facteurs qui peuvent également avoir un impact sur le prix incluent la finition et la taille des trous, y compris ces huit.

1. Choix des matériaux

Les matériaux utilisés dans une carte de circuit imprimé affecteront invariablement son coût. Les PCB standard sont laminés avec du matériau FR4, mais cela ne suffira pas pour les cartes fabriquées pour des utilisations à haute intensité, telles que celles courantes dans les industries aérospatiale et du carburant.

Les facteurs qui peuvent avoir un impact sur la sélection des matériaux incluent :

• Fiabilité thermique  : La carte sera-t-elle capable de fonctionner dans la plage de températures attendue pour les tâches en question ? Certaines cartes nécessitent des matériaux d'un indice thermique plus élevé que les cartes standard.
• Fiabilité de la température  : Le matériau peut-il résister à une gamme attendue de conditions atmosphériques dans un cadre contrôlé sans surchauffe ? Les PCB destinés à des opérations de travail à haute température nécessitent des matériaux qui réussissent ces tests.
• Transfert de chaleur : La carte supportera-t-elle des charges de haute intensité sans transférer des niveaux de chaleur excessifs aux composants attachés et adjacents ? Le bon matériau devra réussir ce test pour les utilisations en question.
• Performance des signaux : Le matériau facilitera-t-il des signaux électriques ininterrompus tout au long de chaque cycle de fonctionnement d'une machine donnée ? Le signal résistera-t-il à une plage de températures nécessaire et à d'autres facteurs environnementaux ? Ces préoccupations font partie intégrante des performances d'un PCB.
• Propriétés mécaniques : Le matériau a-t-il une composition physique suffisante pour résister à une gamme plausible de contraintes physiques ? La carte peut-elle être enfoncée dans une fente étroite sans se fissurer ? Peut-il tomber de plusieurs pieds sans se casser ? Tout PCB idéal pour la vente devra passer des tests de chute et d'autres critères de performance.

En règle générale, les opérations qui impliquent des fréquences plus élevées nécessitent des matériaux de qualité supérieure à la norme FR4. Ainsi, les matériaux utilisés dans un circuit imprimé micro-ondes pourraient être 10 fois plus coûteux que les matériaux utilisés pour la carte d'une calculatrice ou d'un autre appareil portable.

2. Taille du PCB

La taille d'un PCB et l'utilisation de son panneau sont deux des facteurs les plus cruciaux qui affectent le prix. La taille d'une carte sera généralement déterminée par le nombre de circuits requis pour l'appareil correspondant.

Un PCB dans quelque chose d'aussi petit qu'une montre numérique nécessitera moins de composants et sera finalement moins coûteux à produire qu'un PCB d'ordinateur ou d'ordinateur portable. De même, le PCB d'une grande pièce de machinerie industrielle sera plus grand que les cartes contenues dans la plupart des appareils électroniques domestiques.

Dans la fabrication de PCB, les dimensions suivantes sont parmi les plus courantes :

• 18 X 24″ (457 x 610 mm)
• 18 X 21″ (457 x 533 mm)
• 21 x 24″ (533 x 610 mm)

La quantité d'espace consommée par les composants sur une carte affectera également le prix. Certes, certaines cartes sont conçues en tenant moins compte de l'efficacité et des coûts de production.

Par exemple, un PCB 18 x 24 qui contient trois colonnes et deux longues rangées d'utilisation du panneau serait une utilisation efficace de l'espace de la carte car les composants actifs consommeront la majorité de l'ensemble du panneau. En revanche, un PCB 18 x 24 contenant une colonne et trois lignes serait moins efficace car les marges seront plus larges, mais toujours coûteuses en raison du matériau.

En fin de compte, les dimensions de la conception de votre PCB seront l'un des principaux facteurs déterminants du prix global. Même si vous fabriquez un petit circuit imprimé à grande échelle, le coût total peut être inférieur à celui d'un grand circuit imprimé à faible volume.

3. Nombre de couches

Un autre facteur déterminant du prix de la planche est le nombre de couches impliquées. Pour des raisons évidentes, les PCB à trois couches ou plus coûtent plus cher à produire que les cartes composées de seulement deux couches. La question des prix est affectée par les types de matériaux utilisés et la taille de la planche elle-même. Dans l'ensemble, les planches épaisses avec de nombreuses couches nécessitent beaucoup plus de travail de fabrication.

Dans l'ensemble, les augmentations de prix couche par couche peuvent être réparties comme suit :

• 1L à 2L : 35 - 40 %
• 2L à 4L : 35 - 40 %
• 4L à 6L : 30 - 40 %
• 6 L à 8 L : 30 - 35 %
• 8 L à 10 L : 20 - 30 %
• 10 L à 12 L : 20 - 30 %

Certaines des augmentations les plus importantes des coûts de fabrication se produisent une fois qu'une deuxième couche est ajoutée à une carte. À partir de là, deux cartes supplémentaires augmenteront le coût d'au moins un tiers du prix précédent. Les augmentations de prix sont généralement moins prononcées une fois qu'une conception franchit le seuil des huit couches.

Avec chaque couche ajoutée à un PCB, plus d'étapes de production sont impliquées dans le processus de stratification. Cela demande plus de temps à réaliser et nécessite un plus grand approvisionnement en matériel. Les étapes impliquées dans la construction de panneaux multicouches augmentent également la possibilité de défauts de production. Pour compenser le coût éventuel des erreurs, les fabricants de PCB en tiendront souvent compte dans les devis de production de cartes multicouches.

Selon le matériau utilisé dans une conception de planche, vous aurez peut-être besoin de plusieurs couches pour assurer une composition solide. Si un PCB est censé supporter une grande quantité de contraintes tout en conservant un certain degré de flexibilité, ces facteurs détermineront en grande partie le nombre de couches, ainsi que le matériau.

4. Finition (ENIG, HASL, etc.)

Un facteur mineur à considérer concernant la production de PCB concerne les coûts associés à une finition donnée. Certaines finitions offrent des qualités supérieures et offrent une durée de conservation plus longue, augmentant ainsi le coût global de production. L'un des traitements de surface les plus courants et les moins coûteux est HASL, qui offre une bonne soudabilité mais qui est mal évalué sur d'autres points. ENIG, en comparaison, obtient des scores favorables dans la plupart des catégories, mais ne commande qu'une légère différence de prix.

Chacune des options de traitement de surface offre des caractéristiques uniques :

• HASL : Soudabilité
• LFHASL : Soudabilité
• OSP : Soudabilité
• Ag IMM : Soudabilité, soudure par fil Al
• Sn IMM : Soudabilité
• ENIG : Soudabilité, soudure par fil Al, surface de contact
• ENEPIG : Soudabilité, soudure par fil Al, surface de contact
• Elec Au : Soudabilité, soudure par fil Al/Au, surface de contact

Le nombre de couches peut également déterminer si la finition a un impact significatif sur le prix de production des PCB.

5. Taille du trou

L'un des facteurs importants, sinon cruciaux, qui peuvent influencer le coût de production d'un PCB est la taille des trous dans une carte. Les coûts associés aux trous peuvent également être déterminés par le nombre de trous requis pour la planche, ainsi que le type de matériau et l'épaisseur des couches à percer. Dans l'ensemble, plus de trous nécessitent plus de travail, surtout si les trous en question sont difficiles à percer en raison de la petitesse et de l'épaisseur de la planche.

Les tailles des trous dans une conception de carte sont les déterminants de prix les plus cruciaux dans ce domaine. Si les trous sont super fins, ils nécessiteront des outils spéciaux pour être produits. Par exemple, un trou qui a le diamètre d'une mèche de cheveux sera plus difficile à créer qu'un trou qui est égal au diamètre d'un trou de vis typique. De tels trous nécessitent plus de travail et un ensemble de compétences spécialisées pour être accomplis.

Que les trous soient de taille régulière ou microscopiques, le prix de production de la carte peut également être impacté par le nombre de trous contenus dans une conception donnée. Si une planche contient des dizaines de trous, cette fonctionnalité sera ajoutée au prix en raison du travail supplémentaire impliqué.

D'autres facteurs liés aux trous qui peuvent avoir un impact sur le prix de production d'un PCB sont l'épaisseur du matériau et le nombre de couches contenues dans la conception de la carte. Si une planche se compose de 10 couches ou plus, le perçage des trous prendra plus de temps en raison de l'épaisseur. Si le matériau est super résistant et difficile à percer, cela aura également un impact sur le prix.

6. Trace et espace minimum

Pour qu'un courant puisse être transféré sur un circuit imprimé sans risque de surchauffe et d'endommagement de la carte, il doit y avoir une largeur de trace suffisante dans la conception de la carte. Sur les planches de toutes tailles, une simple corrélation existe entre la largeur de trace et la capacité de charge. Une section du premier déterminera le second. De plus, les sections de trace sont en corrélation avec l'épaisseur du cuivre.

Il faut noter que la capacité portante des traces ne correspond pas nécessairement à l'espace de la section. En fait, la quantité de courant qu'une trace peut contenir, au maximum, ne peut pas être facilement calculée, quelle que soit la largeur de la trace ou l'élévation de température. La capacité de charge d'un courant peut également être affectée par les pastilles, les vias et d'autres éléments de la carte.

Sur une planche avec de nombreux pads, vous pourriez rencontrer une trace d'une capacité exceptionnelle. Si cela n'est pas pris en compte dans le processus de soudage, une zone de section transversale excessive peut être créée et des surtensions transitoires sont susceptibles de se produire.

Pour éviter ces situations, les fabricants de cartes agrandiront la largeur de trace, si possible. Alternativement, ils peuvent ajouter un masque de soudure supplémentaire aux traces qui pourraient autrement être sujettes à brûler. Ces étapes peuvent augmenter le prix de production d'un PCB.

7. L'épaisseur du PCB et le format d'image

Jusqu'à récemment, l'épaisseur d'un PCB ne jouait qu'un rôle mineur dans le coût global, mais tout cela est susceptible de changer dans les années à venir. Un matériau plus épais peut être plus coûteux à se procurer, à stratifier et à former en une carte de circuit imprimé, surtout si la conception elle-même est très complexe.

Un matériau plus fin placera généralement une ligne de PCB dans une tranche de coût légèrement inférieure car moins de matériau est nécessaire pour la production en cours. Les coûts d'une planche en termes d'épaisseur peuvent également être impactés par le type de matériau utilisé dans une production donnée.

L'épaisseur standard d'un PCB est de 1,6 mm (0,063″). Ces derniers temps, les planches plus épaisses sont devenues plus chères, bien qu'un taux courant à l'échelle de l'industrie n'ait jamais été établi. Dans l'ensemble, cela dépend du fabricant si une planche plus mince de 0,8 mm coûtera moins ou égale à une planche d'épaisseur standard.

Le prix d'une planche plus épaisse pourrait être considérablement plus élevé si elle a également un rapport d'aspect plus grand. Si la planche se compose de plusieurs couches pour son épaisseur et présente de grandes dimensions, la planche nécessitera plus de matériau et impliquera plus de travail dans sa construction. Par conséquent, ce n'est peut-être pas l'épaisseur de la planche qui influe autant sur le coût que les mesures ou le nombre de couches qui ajoutent à l'épaisseur.

8. Spécifications personnalisées ou uniques

Les coûts de fabrication des PCB peuvent également être impactés par les éléments de conception uniques dans une production donnée. Si vous vous adressez à un fabricant de PCB avec des spécifications personnalisées, cela pourrait augmenter le coût de sa production, même si la carte elle-même est petite et ne comprend qu'une ou deux couches. Le véritable facteur déterminant à cet égard sera de savoir si les fonctionnalités en question nécessitent des outils ou des compétences spécifiques pour être réalisées. Voici quelques exemples de spécifications personnalisées :

• Bords profilés  : Les circuits imprimés aux bords arrondis pourraient coûter plus cher à produire, en particulier ceux qui nécessitent un routage selon l'axe z.
• Placage latéral  : Certaines conceptions de PCB spécifient des bords métalliques pour une résistance CEM renforcée.
• Liquidation du masque de soudure : Si un dégagement et une épaisseur supplémentaires sont nécessaires pour le masque de soudure, cela augmentera les coûts.

Les fonctionnalités spéciales nécessitent des compétences spécialisées. Si votre conception implique des détails difficiles à produire et qui ne correspondent pas aux types de détails que les fabricants de PCB assemblent régulièrement, cela pourrait limiter le nombre de personnes pouvant travailler sur la production. Ceci, à son tour, pourrait conduire à une production plus longue. Si la production globale prend des heures supplémentaires, vos planches coûteront plus cher au final.

Des outils spéciaux sont souvent nécessaires pour les conceptions de cartes uniques. Si la planche nécessite de nombreux trous d'une taille inhabituelle qui ne correspond pas à l'un des diamètres standard, la société qui gère votre commande devra peut-être se procurer l'instrument nécessaire et vous facturer les coûts impliqués. Alternativement, vous pourriez être invité à fournir les outils requis pour une demande de conception spéciale. Ce sont des accords qui doivent être stipulés avant tout contrat avec un fabricant de PCB.

Pour éviter des coûts exceptionnellement élevés qui pourraient découler de demandes de conception de PCB uniques, calculez le prix potentiel de votre conception avant la production. Déterminez les spécifications personnalisées de la conception et les étapes nécessaires pour la concrétiser. Assurez-vous que ces détails sont compris par le fabricant de PCB pour éviter des essais et erreurs coûteux.

PCB de différentes conceptions de Millennium Circuits Limited

Les propriétés des matériaux PCB peuvent avoir un impact significatif sur le coût d'assemblage, tout comme la taille de la carte et le nombre de couches impliquées. Pour maintenir les coûts à un niveau raisonnable, il est toujours préférable de faire une comparaison des matériaux PCB à l'avance pour voir ce qui fonctionnera le mieux pour votre conception.

Chez Millennium Circuits, nous travaillons avec chaque client pour nous assurer qu'ils obtiennent les cartes dont ils ont besoin, comme ils en ont besoin. Contactez-nous dès aujourd'hui pour un devis pour vos spécifications.