Come progettare PCB economicamente vantaggiosi

Un ingegnere progettista dovrebbe considerare tutte le cose che influenzano il costo totale della produzione di PCB. Spesso, i nuovi progettisti di PCB spesso non considerano il costo della fabbricazione di PCB. Le cose che influenzano il costo per PCB che molti giovani ingegneri progettisti non prevedono includono il costo degli utensili, le dimensioni di un PCB e la spaziatura dei componenti della scheda.

Per garantire che i costi di produzione siano i più bassi possibili, compresi i costi di attrezzamento, ecco alcune linee guida da seguire:

1. Linee guida per le dimensioni del PCB

Seleziona la dimensione più piccola del PCB che sia pratica.

Anche se questo sembra una linea guida evidente, non tutti i progettisti di PCB ne pensano. Ricorda, più grande è il consiglio di amministrazione, maggiore è il costo. La dimensione di una tavola ha un rapporto diretto con il prezzo finale che un cliente pagherà per questo.

2. Linee guida per selezionare la forma di un PCB

Le forme standard di PCB rettangolare e quadrato costano sempre meno delle forme non standard. Inoltre, non incorporare slot o ritagli a meno che non siano completamente necessari.

Forme non standard spesso comportano ricariche da parte di alcune aziende produttrici di PCB. La Figura 1 è un esempio di un design personalizzato che utilizza una PCB non standard per il montaggio all'interno di un involucro specializzato. Ci saranno sempre momenti in cui sarà necessaria una forma PCB non standard; tuttavia, se non esiste un motivo critico per cui il PCB debba essere non standard, selezionare sempre una forma PCB standard per mantenere i costi totali il più bassi possibili.

Figura 1: circuito stampato non standard (PCB)

La Figura 2 mostra un circuito stampato con una fessura rettangolare. Le aziende produttrici di PCB richiedono un costo aggiuntivo. La Figura 2 è una PCB a fessura rettangolare. Ci sono upcharges per gli slot di ritaglio quando sono inclusi nel PCB dalla maggior parte delle aziende produttrici di circuiti stampati. Al fine di mantenere basso il costo totale della fabbricazione di una PCB, utilizzare gli slot solo quando è fondamentale per la progettazione.

Figura 2: un circuito stampato standard con uno slot o un ritaglio realizzato all'interno del PCB.

3. Linee guida per le dimensioni e la separazione delle parti PCB in rame

Il prezzo di un PCB aumenta quando le dimensioni e la separazione delle parti in rame si riducono.

Questa linea guida è il contrario della prima linea guida, cioè le parti in rame di dimensioni maggiori sono meno costose. Questa linea guida è ovvia perché la stampa di pezzi di dimensioni molto ridotte richiede macchinari di alta precisione in grado di tollerare tolleranze molto piccole. In altre parole, i costi vengono aggiunti a un PCB che richiede apparecchiature di alta precisione per produrlo. Questo costo aggiuntivo si intensifica quando si producono prototipi di circuiti stampati che in genere hanno quantità di produzione molto basse.

Le parti in rame di preoccupazione comprendono SMD o fori passanti, piste, vie o altre parti stampate in rame. La Figura 3 illustra questo problema per pad e tracce. dP rappresenta la separazione tra i pad mentre dT rappresenta la separazione tra le tracce. wT rappresenta la larghezza della traccia. La maggior parte delle aziende produttrici di PCB fa riferimento a una scheda standard senza costi aggiuntivi quando la dimensione minima di dP, dT e wT varia nell'intervallo da 8 a 10 mil (circa 0,2 mm-0,254 mm). Per ottenere il massimo risparmio in termini di produzione, è consigliabile limitare il design a queste gamme. Tieni presente che puoi inserire i requisiti fisici di queste cose nella maggior parte dei software di automazione della progettazione elettronica. Una volta immessi questi valori nel software, gli errori di fuori intervallo vengono impediti dai controlli delle regole di progettazione del software.

Figura 3: illustrazione dei requisiti di separazione di pad e track

4. Linee guida per il tipo di fori per PCB

Il costo di produzione di un PCB aumenta con piccoli fori e anelli anulari.

Quando è fattibile, usa fori di diametro maggiore. Per produrre piccoli fori, sono richieste macchine ad alta precisione; queste macchine costano sempre di più per l'uso, quindi le case di fabbricazione di PCB spesso aggiungono un supplemento per fori inferiori a 0,4 mm. Per determinare il costo aggiuntivo, è necessario contattare la casa di produzione specifica per conoscere le loro politiche in merito a costi aggiuntivi per le dimensioni dei fori dei circuiti stampati standard. Per spiegare meglio questo problema, nella figura 4 abbiamo etichettato il diametro del foro con dH.

L'anello angolare minimo è un requisito vitale che si riferisce solo ai fori passanti e ai fori, ed è definito come il bordo della distanza minima del foro e del pad. Cioè, sono gli anelli di rame più piccoli che limitano il buco. Entrambe le Figure quattro e cinque illustrano questo concetto in dettaglio. La figura quattro illustra il concetto di anello anulare più piccolo per fori circolari o fori. La figura cinque illustra lo stesso concetto di pad in una forma oblunga.

Figura 4: Illustrazione dell'idea dell'anello anulare per fori passanti o fori passanti

È fondamentale essere consapevoli che un foro passante circolare o la larghezza dell'anello anulare sono omogenei attorno al foro, mentre la larghezza di un foro passante a forma oblunga non è omogenea. La figura cinque ha un indicatore rosso per indicare l'anello anulare più piccolo.

Figura 5: illustrazione di un anello annuale minimo per un cuscinetto con foro passante oblungo

È importante sapere che il costo del PCB sarà maggiore se l'anello anulare minimo è inferiore ai requisiti standard della vostra azienda produttrice di PCB. Pertanto, è necessario assicurarsi che questa linea guida sia immessa nel software di automazione della progettazione elettronica che si sta utilizzando prima di iniziare la progettazione del circuito stampato. Alcuni fabbricanti di PCB aggiungeranno un supplemento se gli anelli annuali minimi sono inferiori a 0,3 mm. Ancora una volta, assicurati di contattare il produttore del PCB per conoscere le loro politiche relative a questa variabile, valore minimo per garantire che sia standard e non sarà soggetto ad un costo aggiuntivo.

Figura 6: illustrazione del diametro del foro di un cuscinetto oblungo e dell'anello anulare minimo

Fare riferimento alla Figura 6 per comprendere la seguente equazione della relazione tra la dimensione del cuscinetto, la dimensione del foro e l'anello angolare minimo:

PadMinSize = 2 * min (Ar) + dH

L'equazione di cui sopra calcola la dimensione minima del cuscinetto per un dato squillo anulare minimo e diametro del foro. Esempio di esempio, se si assume che dH = 0.4mm e min (Ar) = 0.3mm, quindi PadMinSize = 1mm. Quindi, un foro passante inferiore a 1 mm comporterà un costo aggiuntivo.

Quando si utilizza l'equazione di cui sopra, tenere conto del fatto che le tolleranze delle macchine per la fabbricazione di PCB sono maggiori di zero, quindi aggiungere un margine per essere nella dimensione di sicurezza. Per considerare il margine nell'equazione precedente, l'equazione della dimensione minima del pad viene modificata nel modo seguente:

PadMinSize = 2 * min (Ar) + dH + margine

In generale, il margine è normalmente compreso tra 0,05 mm e 0,1 mm

Per quanto riguarda le vie:

In un precedente articolo sui concetti di PCB, è stato discusso che i vias si presentano in tre forme: thru hole, blind e sepolto. PCBS ad alta densità e alta frequenza che sono complessi utilizzano percorsi ciechi e interrati. (Ne parleremo più in dettaglio in un altro articolo). Le vie cieche e interrate sono più costose delle vie standard attraverso il foro, quindi non usarle se non necessario.

Contattare sempre l'azienda produttrice di PCB per verificare i requisiti minimi per un circuito stampato standard. I valori selezionati per questo articolo illustrano i concetti per la progettazione di soli PCB economicamente vantaggiosi.

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