So entwerfen Sie kostengünstige Leiterplatten

Ein Konstrukteur sollte alle Dinge berücksichtigen, die die Gesamtkosten der Leiterplattenherstellung beeinflussen. Häufig berücksichtigen neue Konstrukteure für Leiterplatten die Kosten für die Leiterplattenherstellung nicht. Zu den Faktoren, die sich auf die Kosten pro Leiterplatte auswirken, die viele junge Konstrukteure nicht planen, gehören die Werkzeugkosten, die Größe einer Leiterplatte und der Abstand der Leiterplattenkomponenten.

Um sicherzustellen, dass Ihre Produktionskosten einschließlich der Werkzeugkosten so niedrig wie möglich sind, sollten Sie die folgenden Richtlinien beachten:

1. Richtlinie für Leiterplattenabmessungen

Wählen Sie die kleinste praktische Größe der Leiterplatte.

Dies scheint zwar eine selbstverständliche Richtlinie zu sein, aber nicht alle PCB-Designer denken darüber nach. Denken Sie daran, je größer das Board ist, desto höher sind die Kosten. Die Größe einer Tafel hat einen direkten Bezug zum Endpreis, den ein Kunde dafür zahlen wird.

2. Richtlinie zur Auswahl der Form einer Leiterplatte

Standard rechteckige und quadratische Leiterplattenformen kosten immer weniger als nichtstandardisierte. Bauen Sie außerdem keine Schlitze oder Ausschnitte ein, es sei denn, diese sind absolut notwendig.

Für nicht standardisierte Formen fallen bei einigen PCB-Herstellerfirmen häufig Aufpreise an. Abbildung 1 zeigt ein Beispiel für ein kundenspezifisches Design, bei dem eine nicht standardisierte Leiterplatte für die Montage in einem speziellen Gehäuse verwendet wird. Es wird immer Zeiten geben, in denen eine nicht standardmäßige Leiterplattenform erforderlich ist. Wenn es jedoch keinen kritischen Grund gibt, warum die Leiterplatte nicht dem Standard entsprechen muss, wählen Sie immer eine Standard-Leiterplattenform, um die Gesamtkosten so niedrig wie möglich zu halten.

Abbildung 1: Nichtstandardisierte Leiterplatte (PCB)

Fig. 2 zeigt eine Leiterplatte mit einem rechteckigen Schlitz. Leiterplattenfabrikanten berechnen Ihnen zusätzliche Kosten. 2 ist eine rechteckig geschlitzte Leiterplatte. Es gibt Aufschläge für Ausschnitte, wenn diese von den meisten Platinenherstellern auf der Leiterplatte enthalten sind. Um die Gesamtkosten für die Leiterplattenherstellung niedrig zu halten, sollten Sie nur Steckplätze verwenden, wenn dies für das Design von entscheidender Bedeutung ist.

Abbildung 2: Eine Standard-Leiterplatte mit einem Schlitz oder Ausschnitt in der Leiterplatte.

3. Richtlinien für die Größe und Trennung von Kupfer-PCB-Teilen

Der Preis einer Leiterplatte wird erhöht, wenn die Größe und der Abstand der Kupferteile schrumpfen.

Diese Richtlinie ist die Umkehrung der ersten Richtlinie, d. H., Größere Kupferteile sind weniger teuer. Diese Richtlinie ist naheliegend, da Druckteile mit sehr kleinen Abmessungen hochpräzise Maschinen erfordern, die mit sehr kleinen Toleranzen umgehen können. Mit anderen Worten, die Kosten einer Leiterplatte werden erhöht, für deren Herstellung hochpräzise Geräte erforderlich sind. Diese zusätzlichen Kosten werden erhöht, wenn Sie Prototyp-Leiterplatten herstellen, die normalerweise sehr geringe Produktionsmengen haben.

Die betroffenen Kupferteile umfassen SMD- oder Durchgangsloch-PADS, Leiterbahnen, Durchkontaktierungen oder andere mit Kupfer bedruckte Teile. Abbildung 3 veranschaulicht dieses Problem für Pads und Tracks. dP repräsentiert den Abstand zwischen den Pads, während dT den Abstand zwischen den Spuren darstellt. wT steht für die Breite der Spur. Die meisten PCB-Hersteller beziehen sich auf eine Standardplatine ohne zusätzliche Kosten, wenn die Mindestgröße von dP, dT und wT im Bereich von 8 bis 10 mil (etwa 0,2 mm bis 0,254 mm) liegt. Um die größten Kosteneinsparungen für Produktionszwecke zu erzielen, ist es ratsam, Ihr Design auf diese Bereiche zu beschränken. Beachten Sie, dass Sie die physischen Anforderungen dieser Dinge in die meisten Software für die elektronische Entwurfsautomatisierung eingeben können. Nachdem Sie diese Werte in die Software eingegeben haben, wird durch die Entwurfsregelüberprüfungen der Software verhindert, dass Fehler außerhalb des zulässigen Bereichs auftreten.

Abbildung 3: Abbildung der Anforderungen für die Trennung von Pad und Track

4. Richtlinien für die Art der Leiterplattenbohrungen

Die Kosten für die Herstellung einer Leiterplatte steigen mit kleinen Löchern und Ringringen.

Verwenden Sie nach Möglichkeit Löcher mit größerem Durchmesser. Für die Herstellung kleiner Löcher sind Präzisionsmaschinen erforderlich. Die Verwendung dieser Maschinen ist immer kostenintensiver, so dass Leiterplattenfertigungshäuser bei Löchern unter 0,4 mm häufig einen Aufpreis verursachen. Um die zusätzlichen Kosten zu ermitteln, müssen Sie sich an das jeweilige Herstellerunternehmen wenden, um dessen Richtlinien zu den zusätzlichen Kosten für Lochgrößen von Standardleiterplatten zu erfahren. Um dieses Problem besser zu erklären, haben wir in Abbildung 4 den Durchmesser des Lochs mit dH gekennzeichnet.

Der minimale Winkelring ist eine lebensnotwendige Anforderung, die sich nur auf Durchkontaktierungen und Durchkontaktierungen bezieht, und wird als Grenze des Mindestabstands der Bohrung und des Pads definiert. Das heißt, die kleinste Breite der Kupferringe begrenzt das Loch. Die Abbildungen 4 und 5 zeigen dieses Konzept im Detail. Abbildung 4 zeigt das Konzept des kleinsten ringförmigen Rings für kreisförmige Durchkontaktierungen oder Durchkontaktierungen. Abbildung 5 zeigt das gleiche Konzept für Pads in länglicher Form.

Abbildung 4: Abbildung eines Ringrings für Durchkontaktierungen oder Durchkontaktierungen

Es ist wichtig zu wissen, dass ein kreisförmiges Durchgangsloch oder eine ringförmige Ringbreite um das Loch herum homogen ist, während die Breite eines länglichen Durchgangslochs nicht homogen ist. In Abbildung 5 ist eine rote Markierung für den kleinsten Ring dargestellt.

Abbildung 5: Abbildung eines minimalen Jahresrings für ein längliches Durchgangsloch

Es ist wichtig zu wissen, dass die Kosten der Leiterplatte höher sind, wenn der minimale Ringring die Standardanforderungen Ihres Leiterplattenherstellers unterschreitet. Sie sollten daher sicherstellen, dass diese Richtlinie in die von Ihnen verwendete elektronische Entwurfsautomatisierungssoftware eingegeben wird, bevor Sie mit dem Entwurf Ihrer Leiterplatte beginnen. Bei einigen PCB-Herstellern wird eine zusätzliche Gebühr erhoben, wenn Ihre Mindestjahresringe weniger als 0,3 mm betragen. Wenden Sie sich erneut an den Leiterplattenhersteller, um die Richtlinien für diese Variable und den Mindestwert zu erfahren, um sicherzustellen, dass dieser Standard ist und keine zusätzlichen Kosten anfallen.

Abbildung 6: Abbildung des Lochdurchmessers und des minimalen Ringrings eines länglichen Polsters

In Abbildung 6 wird die folgende Gleichung der Beziehung zwischen der Größe des Kissens, der Größe des Lochs und dem minimalen Winkelring erläutert:

PadMinSize = 2 * min (Ar) + dH

Die obige Gleichung berechnet die minimale Kissengröße für einen gegebenen minimalen ringförmigen Bereich und einen bestimmten Lochdurchmesser. Wenn Sie beispielsweise annehmen, dass dH = 0,4 mm und min (Ar) = 0,3 mm sind, dann ist PadMinSize = 1 mm. Daher verursacht ein Durchgangsloch mit weniger als 1 mm zusätzliche Kosten.

Berücksichtigen Sie bei Verwendung der obigen Gleichung, dass die Toleranzen von PCB-Fertigungsmaschinen größer als Null sind. Fügen Sie also einen gewissen Spielraum hinzu, um die sichere Größe zu erhalten. Um die Marge in der obigen Gleichung zu berücksichtigen, wird die Gleichung der minimalen Padgröße auf folgende Weise modifiziert:

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

Im Allgemeinen liegt der Rand normalerweise im Bereich von 0,05 mm bis 0,1 mm

In Bezug auf Durchkontaktierungen:

In einem früheren Artikel zu PCB-Konzepten wurde diskutiert, dass Durchkontaktierungen in drei Formen vorliegen: durch Loch, blind und begraben. PCBS mit hoher Dichte und hoher Frequenz, die komplex sind, verwenden blinde und vergrabene Durchkontaktierungen. (Wir werden dies in einem anderen Artikel ausführlicher besprechen). Blinde und vergrabene Durchgänge sind teurer als herkömmliche Durchkontaktierungen. Verwenden Sie sie daher nur, wenn dies erforderlich ist.

Wenden Sie sich immer an Ihren Leiterplattenhersteller, um die Mindestanforderungen für eine Standardleiterplatte zu überprüfen. Die für diesen Artikel ausgewählten Werte sollen nur die Konzepte zum Entwerfen kostengünstiger Leiterplatten veranschaulichen.

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