返回首頁 -您現(xiàn)在正在瀏覽：>首頁 -> 論文下載 -> 工科論文 -> 電子機械 >

印制電路板成本控制必要性和實現(xiàn)方法

作者:陳國斌時間:2015-11-16 10:18:19 來源:www.6scc.cn 閱讀次數(shù):976次 ]

【文章摘要】

現(xiàn)代科技產(chǎn)品日新月異，新產(chǎn)品、新設計層出不窮。而這些新產(chǎn)品、新設計的核心就在于印制電路板（PCB， Printed Circuit Board）。隨著市場競爭的激烈化，產(chǎn)品的價格競爭變得非常重要。作為產(chǎn)品核心部件的印制電路板，如何才能最優(yōu)化設計來將成本控制到最少，變得非常重要。設計忽視或者考慮不周帶來的哪怕一點點的單價的升高，經(jīng)過物量映射后，都會帶來很高的額外的采購開支。這會削弱產(chǎn)品的價格競爭力，影響產(chǎn)品的市場占有率。Option 設計、部品封裝選擇、材質(zhì)選擇等一系列的優(yōu)化方案可以很好的實現(xiàn)這一思想。

【關鍵詞】

印制電路板；成本控制；FR-4 ； Silkless

1 印制電路板尺寸優(yōu)化

一般來講，印制電路板的尺寸越小，成本越低，但并非絕對的線性關系。這跟印制電路板制造時的切割工藝有一定關系，所以在設計前進行預估印制電路板尺寸選取時，需要首先跟采購部門確認各尺寸的價格，然后預選取一個滿足需要的最經(jīng)濟尺寸。

開始進行印制電路板布線設計時，除去根據(jù)功能設計要求進行架構(gòu)設計外，為了進行成本上的節(jié)儉，還需要著手考慮以下幾個方面：

2 考慮同一份電路圖設計同時對應多款相似產(chǎn)品

很多時候，相似的產(chǎn)品，由于產(chǎn)品尺寸、販賣地域、功能以及產(chǎn)品檔次定位等方面的不同，而需要不同或者相似的設計。如果因為少量的差異而進行兩款印制電路板布線設計的話，首先，需要申請兩張或者兩張以上印制電路板的設計，這樣會額外產(chǎn)生一筆設計費用；其次，印制電路板設計完成后，為保證產(chǎn)品質(zhì)量，每一張印制電路板都需要進行信賴性實驗以及電性能實驗測試，試驗投入樣機以及實驗本身都需要額外產(chǎn)生費用；另外，一般來說，電子產(chǎn)品投放市場，需要進行EMC 認證、HDMI 認證、MHL 認證以及其它方面的功能性認證，而往往，這些認證是跟印制電路板關聯(lián)的，不同編號的印制電路板，需要取得特定的認證號或者經(jīng)過獨立的認證測試才能使用，多一張印制電路板，就會多出一定的認證成本。在印制電路板尺寸選定的情況下，把相似產(chǎn)品的不同點做成Option 選項設計，原理圖上整合在一起，然后相似產(chǎn)品使用同一份電路圖的話，可以共用一張印制電路板，從而在印制電路板設計、實驗測試檢討以及各項認證等方面都可以盡可能的減少開支。另外相似產(chǎn)品使用同一張印制電路板的話，可以增大對該印制電路板的量產(chǎn)需求，這樣，采購部門可以根據(jù)更大的物量需求而跟印制電路板生產(chǎn)企業(yè)協(xié)商進一步壓低印制電路板單價。

3 元器件封裝優(yōu)化

這可以通過兩種方式來做到。第一，相似電氣特性的元器件，根據(jù)實際需求選擇封裝更小一些的。例如對于貼片電阻，R1[100ohm,1%,1/6W,3216], R2[100ohm,1%,1/10W,1608]，如果實際電阻上功耗遠低于1/10W 或者可以忽略不計的話，那么選擇R2 的話，即能滿足電路需求，又可以占用更小的印制電路板空間。對于貼片電容、電感、IC 等同樣道理。第二，對電路中屬性相似的元器件進行整合。例如數(shù)字電路中，存在著大量的上拉、下拉電阻。其中大部分電阻，阻值、精度、封裝等屬性是一樣的，而且它們作用的位置經(jīng)常是相同或者是相近的。這種情況下，可以考慮使用同值阻排來替代單個電阻。例如對應同樣的阻值，阻排（等效為四個獨立的電阻）占用的空間為2.0mm*1.0mm，單個電阻占用的空間為1.0mm*0.5mm，不過四個電阻之間，因為貼片工藝的要求，必須保持一定的間隔，至少為一個電阻寬度(0.5mm)，所以實際四個電阻占用的空間，至少為1.0mm*0.5mm*7。這樣一來，通過把大量的上拉、下拉同值電阻替換成同值阻排，可以進一步增加印制電路板元器件擺放的緊湊性，避免了印制電路板不必要的空間浪費。

4 電路功能實現(xiàn)方案優(yōu)化選擇

主板上，對于各個功能通常對應著各自的電路模塊。而這其中，最典型的代表就是電源轉(zhuǎn)換相關的電路模塊。對于電壓轉(zhuǎn)換電路的設計，一般來說，重點考慮的是輸出電壓電流能否滿足帶載要求，紋波是否滿足終端芯片的設計規(guī)格。其次，會平衡一下電壓轉(zhuǎn)換效率以及電路本身的成本。例如5V 轉(zhuǎn)換為3.3V 的電路設計，可以有兩種備選方案，DCDC（直流變直流）轉(zhuǎn)換器或者LDO（低壓差線性穩(wěn)壓器）。兩個方案都可以完美的達到輸出設計要求。DCDC 轉(zhuǎn)換器，周邊需要匹配去耦電容、電感器、濾波電容、反饋電路、相位調(diào)節(jié)電路以及Softstart 電路等，另外，電路板上還需要考慮GND 環(huán)路連接，這些因素導致了DCDC 轉(zhuǎn)換器需要占用大量的印制電路板空間。但是對于LDO 而言，它的主要功能都可以在LDO 內(nèi)部實現(xiàn)，需要的外接元器件很少，通常只需要一兩個旁路電容做一下濾波或者去耦就可以，也沒有特殊的GND 設計要求，而且本身LDO 芯片和DCDC 芯片從封裝上來講占用空間相差不大，這樣選用LDO 的話，可以大大減少對印制電路板空間的需求。

5 各元器件間距最小化以及滿足信號完整性前提下的線寬、線間距最小化

通常來講，元器件的相互擺放位置，存在電路設計要求以及生產(chǎn)工藝要求兩個方面。電路設計要求一般側(cè)重于元器件間距對于電性能方面的影響，例如去耦電容要離芯片輸入端足夠近；防靜電器件要離接口足夠近；晶振要離芯片足夠近，而離模擬信號或者模擬元器件足夠安全的距離等等。生產(chǎn)工藝要求一般側(cè)重于元器件間距對于生產(chǎn)貼片不良控制以及售后返工維修的方便性方面。例如兩個接口元器件之間的間距，需要考慮貼片自動化時避免接口碰撞的最小間距；其它貼片類元器件相互間距足以可以完成維修或者返工操作等等。實際印制電路板元器件擺放設計時，需要綜合考慮上面兩個因素，在盡可能滿足電性能以及生產(chǎn)工藝要求的情況下，元器件擺放距離最小化。當然，如果實際擺放時，完全遵循生產(chǎn)工藝要求會造成很大空間浪費的話，可以對違背生產(chǎn)貼片工藝要求的事項進行進一步評估，檢驗風險性是否嚴重，或者是否有其它的補救、改善措施。生產(chǎn)貼片工藝要求的制定，通常伴隨著一定的余量管理，很多時候，余量的不足并非一定會提高出現(xiàn)問題的概率。

6 印制電路板制造相關屬性優(yōu)化

一張印制電路板設計完成后，需要生成很多相關的屬性文件，用來提供給印制電路板生產(chǎn)企業(yè)進行加工制作使用。這些屬性文件，包含了印制電路板的幾乎所有的信息。大部分屬性是必要的，但也有一些屬性可有可無。例如對于兩面板，通常是Top 面擺放元器件，Bottom 面走線，但是由于一些手插元器件的存在，導致了背面會存在一些Silk（手插元器件的pin 腳會從Top 面穿透到Bottom 面，除了Top 面有一些相關的Pin 腳定義或者Pin 序標示

外，為了方面測試，通常Bottom 面也會相應的增加一些對應的標示）。為了印刷這些Silk，需要單獨制作一張膠片。而實際上，這些Silk 僅僅為了提示，方便測試或者查找使用，量產(chǎn)階段生產(chǎn)時，這方面的信息時可有可無的。這時，可以silkless 處理，刪除這些silk。這樣減少了一份膠片的制作，PCB 加工成本也可以適當減少。又例如，有時為了節(jié)省Top 面的空間，會把一些只開發(fā)階段使用而量產(chǎn)階段不用的元器件，擺放在Bottom 面。這些元器件的存在，會使印制電路板自動生成一份MetalMask_B，而量產(chǎn)時，這些元器件是不貼的，所以這份屬性也不是必要的，可以在制作PCB 文件時刪除。針對不擺放元器件的那一面的屬性進行診斷，盡可能的刪除量產(chǎn)不需要的屬性，這樣一來，可以節(jié)省印制電路板制造費用，從而進一步壓低單價。

7 印制電路板使用材質(zhì)選取。

印制電路板材質(zhì)按檔次級別從低到高劃分如下：

94HB/94VO/22F/CEM-1/CEM-3/ FR-4

詳細介紹如下：

94HB ：普通紙板，不防火（最低檔的材料，模沖孔，不能做電源板）

94VO ：阻燃紙板（模沖孔）

22F ：單面半玻纖板（模沖孔）

CEM-1 ：單面玻纖板（必須要電腦鉆孔，不能模沖）

CEM-3 ：雙面半玻纖板（除雙面紙板外屬于雙面板最低端的材料，簡單的雙面板可以用這種材料，比FR-4 會便宜5~10 元/ 平米）

FR-4 ：雙面玻纖板

一般說來，不同的產(chǎn)品，因為功能的不同或者用途的不同而會選擇不同材質(zhì)的印制電路板。以電視為例，電視的主板，因為涉及到高速信號傳輸、復雜的功能以及繁多的元器件的連線，所以一般采用FR-4 材質(zhì)的印制電路板，以保證足夠理想的信號完整性。但是，如果功能相對簡單，或者對布線要求不是那么嚴格的話，CEM-3 也是可以考慮的。例如對于顯示器而言，由于集成化程度較高，絕大部分的數(shù)據(jù)處理都直接在主芯片內(nèi)部完成，主板上需要的元器件數(shù)量相對較少，所以對于元器件擺放或者布線的限制都相對較少，這種情況下，采用CEM-3 材質(zhì)的印制電路板同樣可以實現(xiàn)想要的功能。又例如，對于電視主板來說，如果走線和電源Pattern 不是很復雜的話可以嘗試調(diào)整信號走線以及電源Pattern 排布，使信號走線和電源Pattern 完全能夠只在Top 面和Bottom 面排布，這樣的話，該主板也可以從FR-4 材質(zhì)的四層印制電路板變更為CEM-3 材質(zhì)的兩層印制電路板。