Cómo las Elecciones Tecnológicas Influyen en los Costos de PCB: Guía Completa

Ir a: Factores que Afectan el Costo de PCB | Elección de Material | Tamaño del PCB | Número de Capas | Acabado (ENIG, HASL, etc.) | Tamaño del Orificio | Trazo y Espacio Mínimos | Grosor y Relación de Aspecto | Especificaciones Personalizadas o Únicas | PCB de Diferentes Diseños

Las tecnologías de PCB implican altos niveles de complejidad. Dependiendo del diseño de una placa de circuito, su producción podría ser más o menos costosa que el PCB promedio. Si un PCB está destinado a un artículo convencional cotidiano, el costo de fabricar la placa en sí debería ser significativamente menor que el precio de una placa diseñada para maquinaria de alta tecnología.

Factores que Afectan el Costo de PCB

Los tres factores que más impactan el desglose del costo de fabricación de PCB son el tipo de material, el tamaño de la placa y el número de capas. Otros factores que también pueden afectar el precio incluyen el acabado y el tamaño de los orificios, incluyendo estos ocho.

1. Elección de Material

Los materiales utilizados en una placa de circuito afectarán invariablemente su costo. Los PCB estándar se laminan con material FR4, pero esto no será suficiente para placas fabricadas para usos de alta intensidad, como los comunes en las industrias aeroespacial y de combustibles.

Los factores que pueden afectar la selección de material incluyen:

• Fiabilidad Térmica: ¿Será la placa capaz de funcionar bajo el rango de temperaturas esperado para las tareas en cuestión? Ciertas placas requieren materiales con una clasificación térmica más alta que las placas estándar.
• Fiabilidad de Temperatura: ¿Puede el material soportar un rango esperado de condiciones atmosféricas dentro de un entorno controlado sin sobrecalentarse? Los PCB destinados a operaciones de trabajo a alta temperatura requieren materiales que pasen estas pruebas.
• Transferencia de Calor: ¿Soportará la placa cargas de alta intensidad sin transferir niveles indebidos de calor a componentes adjuntos y adyacentes? El material adecuado deberá pasar esta prueba para los usos en cuestión.
• Rendimiento de Señal: ¿Facilitará el material señales eléctricas ininterrumpidas a lo largo de cada ciclo de operación de una máquina dada? ¿Resistirá la señal un rango necesario de temperaturas y otros factores ambientales? Estas preocupaciones son integrales para el rendimiento de un PCB.
• Propiedades Mecánicas: ¿Tiene el material una composición física suficiente para soportar un rango plausible de tensiones físicas? ¿Puede la placa presionarse en una ranura estrecha sin agrietarse? ¿Puede caer varios pies sin romperse? Cualquier PCB ideal para la venta deberá pasar pruebas de caída y otros criterios de rendimiento.

Como regla general, las operaciones que involucran frecuencias más altas requieren materiales de mayor grado que el FR4 estándar. Como tal, los materiales utilizados en un PCB de microondas podrían ser 10 veces más costosos que los materiales utilizados para la placa en una calculadora u otro dispositivo portátil.

2. Tamaño del PCB

El tamaño de un PCB y su utilización de panel son dos de los factores más cruciales que afectan el precio. El tamaño de una placa generalmente estará determinado por el número de circuitos requeridos para el dispositivo correspondiente.

Un PCB en algo tan pequeño como un reloj digital requerirá menos componentes y, en última instancia, será menos costoso de producir que un PCB de computadora o portátil. Del mismo modo, el PCB en una gran pieza de maquinaria industrial será más grande que las placas contenidas en la mayoría de la electrónica doméstica.

En la fabricación de PCB, las siguientes dimensiones se encuentran entre las más comunes:

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

La cantidad de espacio consumido por los componentes en una placa también afectará el precio. Es cierto que algunas placas se diseñan con menos consideración de la eficiencia y los costos de producción.

Por ejemplo, un PCB de 18 x 24 que contiene tres columnas y dos filas largas de utilización de panel sería un uso eficiente del espacio de la placa porque los componentes activos consumirán la mayor parte del panel general. Por otro lado, un PCB de 18 x 24 que contiene una columna y tres filas sería menos eficiente porque los márgenes serán más anchos, pero aún costoso debido al material.

En última instancia, las dimensiones de su diseño de PCB serán uno de los principales factores determinantes del precio general. Incluso si fabrica un PCB pequeño a gran volumen, el costo total podría ser menor que el de un PCB grande de bajo volumen.

3. Número de Capas

Otro factor determinante del precio de la placa es el número de capas involucradas. Por razones obvias, los PCB con tres o más capas cuestan más de producir que las placas que consisten en apenas dos capas. El problema del precio se ve afectado por los tipos de material utilizados y el tamaño de la placa en sí. En general, las placas gruesas con numerosas capas requieren considerablemente más trabajo para fabricar.

En general, los aumentos de precio en base capa por capa se pueden desglosar de la siguiente manera:

• 1L a 2L: 35 – 40%
• 2L a 4L: 35 – 40%
• 4L a 6L: 30 – 40%
• 6L a 8L: 30 – 35%
• 8L a 10L: 20 – 30%
• 10L a 12L: 20 – 30%

Algunos de los aumentos más significativos en el costo de fabricación ocurren una vez que se añade una segunda capa a una placa. A partir de ahí, dos capas adicionales elevarán el costo en al menos un tercio del precio anterior. Los aumentos de precio son generalmente menos pronunciados una vez que un diseño cruza el umbral de ocho capas.

Con cada capa añadida a un PCB, se involucran más pasos de producción en el proceso de laminación. Esto requiere más tiempo para lograr y necesita un suministro mayor de material. Los pasos involucrados en la construcción de placas multicapa también aumentan la posibilidad de defectos de producción. Para compensar el posible costo de errores, los fabricantes de PCB a menudo tienen esto en cuenta en las cotizaciones de producción de placas multicapa.

Dependiendo del material utilizado en un diseño de placa, podría necesitar más capas para asegurar una composición sólida. Si se espera que un PCB soporte una gran cantidad de tensión y aún tenga cierto grado de flexibilidad, estos factores determinarán en gran medida el número de capas, así como el material.

4. Acabado (ENIG, HASL, etc.)

Un factor menor a considerar respecto a la producción de PCB involucra los costos asociados con un acabado dado. Algunos acabados presumen grados más altos y ofrecen mayor vida útil, lo que se suma al costo general de producción. Uno de los tratamientos superficiales más comunes y de bajo costo es HASL, que ofrece buena soldabilidad pero está mal calificado en otros aspectos. ENIG, por comparación, obtiene calificaciones favorables en la mayoría de las categorías pero solo exige una ligera diferencia de precio.

Cada una de las opciones de tratamiento superficial ofrece características únicas:

• HASL: Soldabilidad
• LFHASL: Soldabilidad
• OSP: Soldabilidad
• IMM Ag: Soldabilidad, unible con alambre de Al
• IMM Sn: Soldabilidad
• ENIG: Soldabilidad, unible con alambre de Al, superficie de contacto
• ENEPIG: Soldabilidad, unible con alambre de Al, superficie de contacto
• Elec Au: Soldabilidad, unible con alambre de Al/Au, superficie de contacto

El número de capas también puede determinar si el acabado impacta el precio de la producción de PCB en un grado significativo.

5. Tamaño del Orificio

Uno de los factores importantes, si no cruciales, que pueden influir en el costo de una producción de PCB es el tamaño de los orificios en una placa. Los costos asociados con los orificios también pueden determinarse por el número de orificios requeridos para la placa, así como el tipo de material y el grosor de las capas que se taladran. En general, más orificios requieren más trabajo, especialmente si los orificios en cuestión son difíciles de taladrar debido a su minúsculo tamaño y al grosor de la placa.

Los tamaños de los orificios en un diseño de placa son los determinantes de precio más cruciales en esta área. Si los orificios son súper finos, requerirán herramientas especiales para producirlos. Por ejemplo, un orificio que tiene el diámetro de un cabello será más difícil de crear que un orificio que iguala el diámetro de un orificio de tornillo típico. Tales orificios requieren más trabajo y un conjunto de habilidades especializado para lograrlo.

Ya sea que los orificios sean de tamaño regular o microscópicos, el precio de la producción de la placa también puede verse afectado por el número de orificios contenidos en un diseño dado. Si una placa contiene docenas de orificios, esta característica se sumará al precio debido al trabajo extra involucrado.

Factores adicionales relacionados con orificios que pueden afectar el precio de una producción de PCB son el grosor del material y el número de capas contenidas en el diseño de la placa. Si una placa consta de 10 o más capas, el taladrado de orificios será una tarea que consumirá más tiempo debido al grosor. Si el material es súper fuerte y difícil de taladrar, esto también afectará el precio.

6. Trazo y Espacio Mínimos

Para que una corriente se transfiera en un PCB sin la amenaza de sobrecalentamiento y daño a la placa, debe haber un ancho de trazo suficiente en el diseño de la placa. En placas de todos los tamaños, existe una correlación simple entre el ancho de trazo y la capacidad de carga. Una sección del primero determinará el segundo. Además, las secciones transversales de trazo se correlacionan con el grosor del cobre.

Debe tenerse en cuenta que la capacidad de carga del trazo no necesariamente corresponde al espacio de sección transversal. De hecho, la cantidad de corriente que un trazo puede sostener, como máximo, no puede calcularse fácilmente, independientemente del ancho de trazo o el aumento de temperatura. La capacidad de carga de una corriente también puede verse afectada por pads, vías y otros elementos de la placa.

En una placa con numerosos pads, podría encontrarse un trazo de capacidad excepcional. Si esto no se tiene en cuenta en el proceso de soldadura, se podría crear un área transversal excesiva, y es probable que ocurran picos transitorios.

Para evitar estas situaciones, los fabricantes de placas ampliarán el ancho de trazo, si es posible. Alternativamente, pueden añadir máscara de soldadura adicional a los trazos que de otro modo podrían ser propensos a quemarse. Estos pasos pueden aumentar el precio de una producción de PCB.

7. Grosor del PCB y Relación de Aspecto

Hasta hace poco, el grosor de un PCB había jugado solo un papel menor en el costo general, aunque todo eso es susceptible de cambiar en los próximos años. El material más grueso puede ser más costoso de adquirir, laminar y formar en una placa de circuito impreso, especialmente si el diseño en sí es altamente intrincado.

El material más delgado generalmente pondrá una línea de PCB en un rango de costo ligeramente menor porque se requiere menos material para la producción en cuestión. Los costos de una placa con respecto al grosor también pueden verse afectados por el tipo de material utilizado en una producción dada.

El grosor estándar para un PCB es 1,6 mm (0,063″). En tiempos recientes, las placas más gruesas se han vuelto más caras, aunque nunca se ha establecido una tarifa estándar en la industria. En general, depende del fabricante si una placa más delgada de 0,8 mm costará menos o igual que una placa de grosor estándar.

El precio de una placa más gruesa podría ser significativamente mayor si también tiene una relación de aspecto mayor. Si la placa consta de múltiples capas para su grosor y presenta dimensiones amplias, la placa requerirá más material e involucrará más trabajo en su construcción. Por lo tanto, podría no ser el grosor de la placa lo que impacte el costo tanto como las medidas o el número de capas que se suman al grosor.

8. Especificaciones Personalizadas o Únicas

Los costos de fabricación de PCB también pueden verse afectados por los elementos de diseño únicos en una producción dada. Si acude a un fabricante de PCB con especificaciones personalizadas, esto podría aumentar el costo de su producción, incluso si la placa en sí es pequeña y consta de solo una o dos capas. El factor determinante real en este sentido será si las características en cuestión requieren herramientas o habilidades especiales para lograr. Ejemplos de especificaciones personalizadas podrían incluir:

• Bordes Contorneados: Los PCB con bordes redondeados podrían costar más de producir, especialmente aquellos que requieren enrutamiento en eje Z.
• Plateado Lateral (Side-Plating): Algunos diseños de PCB especifican bordes metálicos para mayor resistencia EMC.
• Despeje de Máscara de Soldadura: Si se necesita mayor despeje y grosor de la máscara de soldadura, esto aumentará los costos.

Las características especiales requieren conjuntos de habilidades especializadas. Si su diseño involucra detalles que son difíciles de producir y no son los tipos de detalles que los fabricantes de PCB ensamblan regularmente, esto podría limitar el número de personas que podrían trabajar en la producción. Esto, a su vez, podría llevar a una producción que consuma más tiempo. Si la producción general toma horas adicionales para terminar, sus placas costarán más al final.

A menudo se requieren herramientas especiales para diseños de placas únicos. Si la placa requiere numerosos orificios en algún tamaño inusual que no coincide con uno de los diámetros estándar, la empresa que maneja su pedido podría necesitar adquirir el instrumento necesario y cobrarle los costos involucrados. Alternativamente, se le podría pedir que suministre las herramientas requeridas para una solicitud de diseño especial. Estos son acuerdos que deben estipularse antes de cualquier contrato con un fabricante de PCB.

Para evitar costos excepcionalmente altos que podrían derivarse de solicitudes de diseño de PCB únicas, calcule el precio potencial de su diseño antes de la producción. Determine las especificaciones personalizadas del diseño y los pasos requeridos para llevarlo a cabo. Asegúrese de que estos detalles sean entendidos por el fabricante de PCB para evitar costosos ensayos y errores.

PCB de Diferentes Diseños de Millennium Circuits Limited

Las propiedades del material de PCB pueden impactar significativamente el costo de ensamblaje, al igual que el tamaño de la placa y el número de capas involucradas. Para mantener los costos en un nivel razonable, siempre es mejor hacer una comparación de materiales de PCB de antemano para ver qué funcionará mejor para su diseño.

En Millennium Circuits, trabajamos con cada cliente para asegurar que obtengan las placas que necesitan, de la manera que las necesitan. Contáctenos hoy para una cotización para sus especificaciones.