25 نصيحة لتصميم لوحات الدوائر المطبوعة لتوفير التكاليف لتصنيع وتجميع لوحات الدوائر المطبوعة

تصميم لوحة الدوائر المطبوعة مهم للإنتاج، والتصميم من أجل فعالية التكلفة هو قدرة حاسمة لأي نوع من مهندسي الأجهزة. إن المدخرات المالية في مرحلة التخطيط لها تأثير كبير على كل من التصنيع (البناء) وتكاليف الإعداد، خاصة على نطاق واسع.

فيما يلي 25 نصيحة لتوفير التكاليف في تخطيط لوحة الدوائر المطبوعة، مقسمة إلى 3 مجالات أساسية: تصنيع اللوحة (DFM) , الجزء والتجميع (DFA) ، و التحسين واللوجستيات .

الجزء أ: بناء اللوحة (التصميم من أجل إمكانية التصنيع - DFM)

تركز هذه الاقتراحات على لوحة الدوائر المطبوعة الخام نفسها، قبل وضع أي نوع من المكونات.

1. Enhance Board Size and Shape 

• اقتراح: حافظ على لوحتك صغيرة قدر الإمكان واستخدم شكل مستطيل أو مربع قياسي.
• لماذا يوفر المال: تتناسب تكلفة لوحة الدوائر المطبوعة بشكل مباشر مع موقعها. تتطلب الأشكال غير المستوية أو المعقدة (مثل الأشكال على شكل حرف L أو الدوائر) طحن/توجيه إضافي، مما يزيد التكلفة ويقلل عدد اللوحات التي يمكن أن تتناسب مع لوحة إنتاج أساسية.

2. Decrease Layer Count 

• فكرة: استخدم أقل عدد ممكن من الطبقات. يمكن أن تكون اللوحة ذات 4 طبقات أغلى بنسبة 50-70% من لوحة مكافئة ذات طبقتين.
• لماذا يوفر المال: تتضمن كل طبقة عدة خطوات إنتاج (التصفيح، والضغط، والحفر، والطلاء)، مما يزيد بشكل كبير من التعقيد والتكلفة. انتقل فقط من 2 إلى 4 طبقات إذا كان ذلك ضروريًا للغاية لاستقرار الإشارة أو الكثافة.

3. Adhere To Criterion FR-4 Material 

• فكرة: ما لم يكن لديك متطلبات صارمة عالية التردد (RF) أو درجة حرارة عالية، فاستخدم الركيزة FR-4 النموذجية.
• لماذا يوفر المال: FR-4 هو المنتج الأكثر شيوعًا وإنتاجًا بكميات كبيرة والأقل تكلفة للوحات الدوائر المطبوعة. المواد المتخصصة مثل Rogers أو Teflon أو polyimide هي أوامر من حيث الحجم أكثر تكلفة.

4. Use Requirement Board Thickness 

• اقتراح: تخطيط لكثافة القطاع الأساسية لـ 1.6 ملم (0.062 بوصة) .
• لماذا يوفر المال: يقوم المصنعون بتوريد نوى 1.6 ملم بكميات هائلة. يتطلب طلب سمك غير قياسي (على سبيل المثال، 0.8 ملم أو 2.0 ملم) مواد خاصة وتعديلات في الإجراءات، مما يزيد التكلفة والمهلة الزمنية.

5. Avoid Ultra-Fine Traces and Spaces 

• نصيحة: حافظ على الحد الأدنى لحجم التتبع والتباعد كبيرًا قدر الإمكان، ويفضل أن يكون 6 مل (0.15 ملم) أو أكبر .
• لماذا يوفر المال: تتطلب المقاومات الأكثر إحكامًا ( = 6 مل بسهولة. 

6.تقليل عدد فتحات الحفر واستخدام ثقوب أكبر 

• نصيحة: تقليل عدد الفتحات واستخدام أحجام فتحات حفر أكبر (على سبيل المثال، > 0.3 ملم).

•  لماذا يوفر المال: تستغرق عملية الحفر بعض الوقت. المزيد من الفتحات تعني المزيد من وقت الصنع. الفتحات الصغيرة جدًا (الفتحات الصغيرة) تكسر قطع الحفر بانتظام وتتطلب صانعين أكثر تكلفة وعاليي الدورات في الدقيقة. 

7.Stay Clear Of Blind and Hid Vias 

• فكرة: استخدم فقط الفتحات "ذات الفتحة الكاملة" النموذجية التي تمر عبر جميع طبقات اللوحة. 

• لماذا يوفر المال: تتطلب الفتحات العمياء (من السطح إلى الطبقة الداخلية) والمخفية (من الطبقة الداخلية إلى الطبقة الداخلية) دورات تصفيح واستكشاف متسلسلة ومتعددة. هذا إجراء مكلف ومعقد للغاية ومجدول للوحات ذات التوصيل البيني عالي الكثافة (HDI).

8. Select the Most Economical Surface Area End Up 

• فكرة: بالنسبة لغالبية تطبيقات SMT القياسية وذات الفتحة الكاملة، HASL (تسوية اللحام بالهواء الساخن) هو البديل الأرخص.
• لماذا يوفر المال: ENIG (الذهب الغاطس النيكل المطلي بالكهرباء) هو أكثر تكلفة ولكنه ضروري لمكونات BGA ذات درجة الصوت الدقيقة جدًا أو منافذ الضغط. إذا كان التصميم الخاص بك لا يتطلب رتابته أو عمره التشغيلي، فالتزم بـ HASL.

9. Usage Standard Copper Weight 

• فكرة: تصميم مع الأساسية 1 أوقية (35 ميكرومتر) وزن النحاس.
• لماذا يوفر المال: هذا هو سمك رقائق النحاس الأكثر شيوعًا والمتاح بسهولة. النحاس الثقيل (2 أوقية أو أكثر) هو منتج طلب خاص ويتطلب لوائح أوسع للتتبع/المساحة، مما يزيد السعر.

10. Stick To Criterion Solder Mask Color Styles 

• اقتراح: يستخدم أخضر قناع اللحام.
• لماذا يوفر المال: الأخضر هو الافتراضي العالمي. يقوم المصنعون بتشغيل مجموعات ضخمة من اللوحات الخضراء. يمكن أن يؤدي طلب ظلال أخرى (أسود، أبيض، أحمر، أزرق) في بعض الأحيان إلى إضافة رسوم صغيرة أو زيادة التحضير لأنها تعمل بشكل أقل انتظامًا.

11. Usage Single-Sided Silkscreen 

• فكرة: إذا كان بإمكانك احتواء جميع محددات المكونات الضرورية والعلامات على جانب واحد، فافعل ذلك.
• لماذا يوفر المال: استخدام طبقة ثانية من طباعة الشاشة الحريرية هو خطوة تصنيع إضافية. على الرغم من أنها عادة ما تكون تكلفة صغيرة، إلا أنها تتراكم بكميات كبيرة.

المكون ب: العنصر والإعداد (تخطيط الإعداد - DFA)

تركز هذه النصائح على جعل الأمر أقل تكلفة وأسهل على الأجهزة (أو الأفراد) لوضع ولحام الأجزاء على اللوحة.

12. Prefer Surface-Mount (SMT) over Through-Hole (TH) 

• اقتراح: استخدم أجزاء SMT حيثما أمكن ذلك.
• لماذا يوفر المال: إعداد SMT مؤتمت وسريع للغاية. تتطلب مكونات الفتحة الكاملة عادةً إدخالًا يدويًا وإجراء لحام موجي منفصل، وهو أكثر كثافة في العمالة ومكلفًا.

13. Keep All SMT Elements on One Side 

• مؤشر: قدر الإمكان، قم بإنشاء لوحتك للتجميع من جانب واحد.
• لماذا يوفر المال: يتطلب التجميع على كلا الجانبين أن تمر اللوحة بخط SMT بأكمله (معجون اللحام، والتقاط ووضع، وفرن إعادة التدفق) مرتين. هذا يزيد فعليًا من وقت عمل التجميع والمعدات.

14. Select Common, Conveniently Offered Elements 

• مؤشر: تصميم مع أجزاء عامة ومتعددة المصادر (على سبيل المثال، قيم المقاوم/المكثف الشائعة، وأجهزة التحكم الدقيقة الشائعة، ورقائق المنطق).
• لماذا يوفر المال: الأجزاء الغامضة أو ذات المصدر الواحد هي أكثر تكلفة، ولها مهلة زمنية طويلة، وتشكل خطرًا كبيرًا على سلسلة التوريد. استخدم أداة مثل Octopart أو افحص مستويات إمداد الموزع خلال مرحلة التخطيط.

15. Stay Clear Of Incredibly Tiny Element Bundles 

• اقتراح: استخدم 0402 أو 0603 أحجام الخطة للعناصر السهلة بدلاً من 0201 أو أصغر.
• لماذا يوفر المال: في حين أن عناصر 0201 صغيرة، إلا أنها تتطلب أدوات تجميع أكثر دقة (ومكلفة) ولها عوائد أقل. 0402 هي النقطة المثالية للنفقات والسمك لمعظم المجمعات المعاصرة.

16. Offer Ample Component-to-Component Clearance 

• اقتراح: اترك مساحة حول العناصر لفوهة الالتقاط والوضع، وأجهزة إعادة العمل، والتقييم.
• لماذا يوفر المال: يصعب وضع المكونات المزدحمة بكثافة، ويمكن أن تخلق تجسير اللحام، ويكاد يكون من المستحيل إعادة تشكيلها أو إصلاحها، مما يؤدي إلى المزيد من الإعدادات المهملة.

17. Maintain a Clean and Accurate Costs of Products (BOM) 

• فكرة: يجب أن تكون قائمة المواد الخاصة بك رائعة، مع أرقام مكونات المورد الصحيحة (MPNs) والكميات والمحددات.
• لماذا يوفر المال: قائمة المواد السيئة هي السبب الرئيسي لتأخيرات التجميع وتجاوز التكاليف. تتسبب الأخطاء في شراء ووضع أجزاء غير صحيحة، مما يتطلب إعادة عمل مكلفة وتعليق الوظائف.

18. قم بتضمين علامات Fiducial .

• اقتراح: ضع ما لا يقل عن 3 أقلام fiducial على لوحتك، ويفضل أن يكون ذلك بنمط مثلث.
• لماذا يوفر المال: هذه علامات تسجيل بصرية تستخدمها معدات الالتقاط والوضع لتحديد موقع اللوحة بدقة. بدونها، يكون التجميع الآلي صعبًا، مما يجبر على وضع يدوي مكلف.

19. Design for Testability (DFT) 

• نصيحة: قم بتضمين نقاط فحص للإشارات المهمة (الطاقة، والساعات، وخطوط المعلومات).
• لماذا يوفر المال: اللوحة التي لا يمكن فحصها هي صندوق أسود. إن تصحيح لوحة معيبة بدون نقاط اختبار يستغرق وقتًا طويلاً للغاية. يمكن لعدد قليل من الوسادات الإضافية توفير ساعات من وقت التصميم وجعل الاختبار الوظيفي الآلي (FCT) ممكنًا.

20. Layout for Panelization 

• فكرة: خطط لكيفية ترتيب لوحتك على لوحة أكبر. استخدم الأخاديد V للوحات المستطيلة وقضمات الفأر (توجيه علامات التبويب) للأشكال غير المنتظمة.
• لماذا يوفر المال: تتعامل منازل التجميع مع اللوحات، وليس اللوحات الفردية. تعمل اللوحة المصممة جيدًا على زيادة عدد اللوحات لكل لوحة وتقليل عمل إزالة اللوحات. ناقش متطلبات اللوحة مع المجمع الخاص بك.

Component C: Refine & Logistics

تتعلق هذه المؤشرات باستراتيجية الحصول على الإجمالي والإدارة.

21. Leverage Volume Discounts 

• مؤشر: اطلب بكميات أكبر.
• لماذا يوفر المال: ينخفض سعر الوحدة للوحة الدوائر المطبوعة بشكل كبير مع الكمية. تتطابق أسعار الإعداد (الأدوات، والاستنسل، وبرامج الصنع) سواء طلبت 10 لوحات أو 1000 لوحة.

22. Prepare For Requirement Turn-around Times 

• اقتراح: تجنب طلبات الاندفاع.
• لماذا يوفر المال: يكلف الدوران لمدة 24 ساعة أو 3 أيام أقساطًا كبيرة. تسمح أوقات الدوران النموذجية (5-10 أيام) للمورد بتجميع طلبك مع طلبات أخرى، وهو أكثر فعالية وأرخص بالنسبة لهم - ولك.

23. Give Comprehensive Paperwork 

• نصيحة: قم بتضمين ملاحظات تصنيع وتجميع واضحة في Gerbers أو مستند منفصل. حدد مكدس الطبقات، والحصانة المنظمة، وأي نوع من التعليمات الخاصة.
• لماذا يوفر المال: تمنع المستندات الممتازة الغموض والأخطاء المكلفة. الصانع الذي يحتاج إلى التوقف وإرسال بريد إلكتروني إليك لطرح الأسئلة هو صانع يضيف التأخيرات ويخاطر بمشروعك.

‏24. تسوية حسابات الموردين (تجميع تسليم المفتاح) 

• نصيحة: استخدم موزعًا واحدًا لكل من تصنيع لوحة الدوائر المطبوعة وإعدادها.
• لماذا يوفر المال: يتعامل المزود الكامل مع الإجراء بأكمله، بدءًا من تحديد مصادر الأجزاء وحتى الإعداد النهائي. هذا يلغي تكاليف الشحن بين البائعين، ويقلل من نفقات الإدارة الخاصة بك، ويجعل طرفًا واحدًا مسؤولاً عن الجودة النهائية.

25. Talk to Your Supplier Early 

• مؤشر: أرسل تصميمك الأولي إلى منزل التصنيع/التجميع الذي اخترته لمراجعة DFM/DFA.
• لماذا يوفر المال: هذه هي الفكرة الأكثر أهمية. يمكنهم اكتشاف اختيارات الأسلوب المكلفة قبل تقوم بإنهاء التخطيط. يمكن لمناقشة مدتها 10 دقائق أن توفر لك مئات الدولارات من خلال الإشارة إلى أن تغيير حجم الفتحة أو حجم التتبع سينقلك مباشرة إلى مستوى تصنيع أقل تكلفة.

الأسئلة الشائعة

خلاصة

فعال نمط PCB و تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة يتطلب تحسين التكلفة تخطيطًا تكتيكيًا عبر العديد من القياسات. يوفر تقليل الأبعاد وتحسين عدد الطبقات واختيار المنتج أعظم فرص خفض الأسعار. تقدم مواصفات المتطلبات عادةً أفضل توصية قيمة مقارنة بالخيارات المخصصة.

تتضمن أساليب توفير التكاليف السرية ما يلي:

• استهداف أبعاد اللوحة التي تقل عن 100 مم × 100 مم للحصول على أسعار مثالية
• استخدام مواد وطلاءات FR4 التقليدية ما لم تفرض المتطلبات المحددة بدائل
• تقليل عدد الطبقات من خلال تحسين التخطيط المحسوب
• تحديد عرض التتبع والتباعد بناءً على المتطلبات العملية بدلاً من التفضيلات الجمالية
• اختيار الشركات المصنعة التي تقدم حلولاً مفصلة ذات قيمة مضافة
• إجراء فحص النموذج الأولي قبل التزامات الإنتاج على نطاق واسع
• تقييم التكلفة الإجمالية للملكية بدلاً من التسعير الأولي وحده

ذكي تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة توازن القرارات بين اعتبارات النفقات الفورية ومتطلبات الأداء الدائمة. تسمح هذه التقنيات بتحقيق وفورات مالية كبيرة مع الحفاظ على متطلبات الجودة العالية الضرورية للمنتجات الرقمية الموثوقة.