PCB制前設(shè)計(jì)成本控制淺談

黃 慧 王 忱 陳德章 李加余（勝宏科技（惠州）股份有限公司，廣東 惠州 516211 ）

PCB制前設(shè)計(jì)成本控制淺談

黃 慧 王 忱 陳德章 李加余
（勝宏科技（惠州）股份有限公司，廣東 惠州 516211 ）

文章主要講述PCB制前設(shè)計(jì)對(duì)其生產(chǎn)制作成本的影響，從而給設(shè)計(jì)者提供了一套實(shí)用的參考資料，告訴設(shè)計(jì)者在日常工作中需要關(guān)注哪些項(xiàng)目，才能使用最低的制作的成本，設(shè)計(jì)出滿足客戶需求的產(chǎn)品。

制前設(shè)計(jì)；成本控制

1 前言

隨著PCB技術(shù)的不斷進(jìn)步，印制板（PCB）行業(yè)得以飛速發(fā)展，同時(shí)產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，PCB行業(yè)己進(jìn)入了微利時(shí)代。企業(yè)要想在競(jìng)爭(zhēng)中生存并獲得發(fā)展，產(chǎn)品的可制造性及成本管控顯得尤為重要，但企業(yè)想從技術(shù)及工藝上獲得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)也變得非常的困難。然而工程設(shè)計(jì)作為產(chǎn)品制造過(guò)程的前端，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)在滿足客戶要求的前提下，充分考量產(chǎn)品的材料成本，制造過(guò)程困難，避免產(chǎn)品的極限能力，保證產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程的順暢發(fā)揮著非常重要的作用。

本文以PCB制前設(shè)計(jì)為例，從生產(chǎn)材料的選擇、排版利用率、壓合疊構(gòu)與阻抗設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制作流程、生產(chǎn)效率、生產(chǎn)過(guò)程品質(zhì)等方面介紹工程設(shè)計(jì)對(duì)產(chǎn)品可制造性及成本控制的影響。

2 工程設(shè)計(jì)對(duì)成本影響的主要因素

（1）產(chǎn)品材料的選擇（不同的材料其單價(jià)不同）：普通材料與特殊材料；常用材料與非常用材料；品牌材料與非品牌材料等的選擇。

（2）產(chǎn)品的排版利用率（合理的排版可有效提升排版利用率）：基板利用率；PP的利用率；干膜的利用率等。

（3）壓合疊構(gòu)的匹配（經(jīng)濟(jì)合理的疊構(gòu)）：選用經(jīng)濟(jì)厚度的基板，PP；選用工廠常規(guī)的疊構(gòu)；選用制作良率高的疊構(gòu)等。

（4）產(chǎn)品加工方式（選用經(jīng)濟(jì)，效率高的加工方式）：CNC銑板；郵票孔連接；V-CUT；模沖等加工方式。

（5）生產(chǎn)流程的選擇（優(yōu)化生產(chǎn)流程）：是否需要設(shè)計(jì)二鉆流程；一次銅流程或者二次銅流程等。

（6）制造效率的提升（優(yōu)化設(shè)計(jì)提升產(chǎn)出）：排版可以提升生產(chǎn)效率；最小孔徑優(yōu)化可以增加鉆孔疊次；排版間距及優(yōu)化成型程式可以增加銑板的疊次及效率等。

（7）生產(chǎn)過(guò)程品質(zhì)（優(yōu)化資料，減少極限制程，提升生產(chǎn)品質(zhì)）：排版的合理與殘銅分布的均勻性可改善壓合、電鍍的良率；優(yōu)化資料避免極限制程，可有效提升生產(chǎn)品質(zhì)等。

3 設(shè)計(jì)選用材料對(duì)成本的影響

3.1 板料供應(yīng)商的選擇

（1）雙面板優(yōu)先選用KB料，客戶有要求時(shí)依客戶要求；

（2）四層板內(nèi)芯板厚1.2 mm及1.3 mm時(shí)，優(yōu)先選擇KB料，其它板厚優(yōu)先選擇超聲，客戶有要求按客戶要求；

（3）六層板（含）以上，優(yōu)先選擇超聲，客戶有要求按客戶要求；

（4）中Tg板料，優(yōu)先選擇超聲；高Tg板料優(yōu)先選擇南亞，客戶有要求按客戶要求。

3.2 板料規(guī)格尺寸的選擇

（1）常規(guī)規(guī)格尺寸：940 mm×1245 mm（37''× 49''）；1041 mm×1245 mm（41'×49''）；1092 mm× 1245 mm（43''×49''）

（2）特殊規(guī)格尺寸基板的選擇（通常特殊規(guī)格尺寸供應(yīng)商是有量的條件限制的）：

①建滔：1041 mm×1092 mm（41''×43''）；1092 mm×1295 mm（43''×51'' ）通常特殊規(guī)格尺寸供應(yīng)商是有量的條件限制的。

②南亞：1041 mm×1092 mm（41''×43''）（惠州南亞，臺(tái)灣南亞）；1880 mm×1245 mm（74''× 49''）；2057 mm×1245 mm（81''×49''）；2184 mm× 1245 mm（86''×49''）（上海南亞，但需成套）。

③聯(lián)茂：1031 mm×1080 mm（40.6''×42.5''）；1067 mm×1397 mm（42''×55''）；1880 mm×1245 mm （74''×49''）；2057 mm×1245 mm（81''×49''）；2184 mm×1245 mm（86''×49''）（廣州聯(lián)茂，但需成套）。

④浩榮：1041 mm×1041 mm（41''×41''）；1092 mm×1168 mm（43''×46''）；940 mm×1168 mm （37''×51''）；1041 mm×1295 mm（41''×51''）；1092 mm×1295 mm（43''×51''）。

（3）規(guī)格尺寸的選用：考量利用率的同時(shí)需考量選用基板規(guī)格，優(yōu)先選用大規(guī)格基板，如1092 mm× 1245 mm（43''×49''）；其次為1041 mm×1245 mm（41'×49''）；最后選用940 mm×1245 mm（37''× 49''）。因?yàn)榇笈虐婵捎行嵘a(chǎn)產(chǎn)能。

3.3 使用

使用擋點(diǎn)網(wǎng)進(jìn)行油墨印刷，針對(duì)防焊開(kāi)窗的大pad及成型區(qū)以外區(qū)增設(shè)擋點(diǎn)，印刷時(shí)不下墨，減少油墨的使用量

4 排版利用率對(duì)成本的影響

（1）成品利用率計(jì)算公式見(jiàn)式（1）。

（2）對(duì)PCB板設(shè)計(jì)排版成品利用率采用目標(biāo)管理（表1）。

表1

對(duì)成品利用率未達(dá)標(biāo)的料號(hào)需提出確認(rèn)討論并給出未達(dá)標(biāo)原因。

（3）采用不同的排版方式，力求獲得最大利用率：

①大小排版，提升利用率（圖1）。

圖1

②PNL內(nèi)混排，提升利用率（混排、倒扣、回形等方式）（圖2）。

圖2

③不對(duì)稱板邊排版，提升利有率（圖3）。

圖3

PNL板邊尺寸通常是一致的，當(dāng)板邊尺寸小，滿足左邊自動(dòng)曝光機(jī)定位要求尺寸，減小右邊板邊尺寸（如下圖左邊13 mm，右邊10 mm）。從而獲取較利用率.

④采用特殊尺寸基板，提升利用率（圖4）。

圖4

5 壓合疊構(gòu)與阻抗設(shè)計(jì)對(duì)成本的影響

（1）常用基板單價(jià)（張/元）（表2）。

表2

圖5

①阻抗模塊單獨(dú)設(shè)計(jì)，當(dāng)阻抗條較多時(shí)，需占用很大的空間；

②將阻抗模塊內(nèi)/外層合并，減小阻抗占用空間。

6 設(shè)計(jì)流程對(duì)成本的影響

（1）二次鉆孔流程改一次鉆孔流程，減少一個(gè)

（2）常規(guī)PP單價(jià)（M2/元）（表3）。

表3

（3）常用規(guī)格的PP單價(jià)選擇的優(yōu)先的順序：

7628→2116→2113→1080→1506

（4）當(dāng)客戶未指定疊構(gòu)時(shí)，建議最經(jīng)濟(jì)的疊構(gòu)與客戶確認(rèn)（圖5）。

以常規(guī)格四層板，板厚1.6 mm為例，以下三種疊構(gòu)均可以滿足要求，但第三種疊構(gòu)最便宜。

（5）優(yōu)化與合并阻抗條模塊，減小阻抗模塊的寬度，提升排版利用率。制作流程，提升時(shí)效與制作成本。

①客戶原稿設(shè)計(jì)的NPTH與PTH間距太小或相交時(shí)，制作過(guò)程中干膜無(wú)法封NPTH孔，需采用二鉆設(shè)計(jì)。改善方案為：與客戶RD溝通，了解其作用，建議將此NPTH孔修改為無(wú)ring的PTH孔，就可以取消二次鉆孔設(shè)計(jì)（圖6）。

②客戶原稿設(shè)計(jì)的NPTH孔鉆于大銅上，干膜同樣無(wú)法封孔，需二次鉆設(shè)計(jì). 改善主案：建議客戶

第一種疊構(gòu)：1.3mm基板+1080PP將其修改為比孔半邊大0.2 mm掏銅（圖7），即可一次鉆完成。

圖6

圖7

（2）針對(duì)外層線路線寬/線距較寬的料號(hào)，通常線寬/線設(shè)計(jì)制作流程為tenting流程，減少制作流程及物料成本

7 設(shè)計(jì)的優(yōu)化對(duì)生產(chǎn)效率的影響

（1）Working PNL 設(shè)計(jì)大排版，提升制作效率。

在PCB板的很多制作流程，生產(chǎn)的產(chǎn)能是受PNL數(shù)限制，而不受PNL面積大小限制，因此，當(dāng)生同樣多的PNL數(shù)板，PNL面積大時(shí)，使用同樣的人力，物力，卻能獲得的更多的產(chǎn)出。

（2）優(yōu)化鉆孔孔徑，增加鉆孔下鉆疊片數(shù)：

①在制程能力范圍內(nèi)，盡量加大鉆針直徑，從而獲得更多的鉆孔下鉆疊片數(shù)，提升鉆孔效率（見(jiàn)下圖鉆孔下鉆疊片數(shù)制程能力一覽表4）。

表4 鉆孔制程能力一覽表

②孔徑相近的Via孔，能合并的盡量合并，例如，正常補(bǔ)償后有0.3 mm、0.35 mm及0.4 mm的鉆針，在不影響鉆孔疊片數(shù)的情部下，能合刀盡量合刀，減少鉆孔時(shí)換刀次數(shù)，提升鉆孔生產(chǎn)效率.

③電鍍夾邊設(shè)計(jì)在短邊，提升電鍍生產(chǎn)效率.

④與客戶RD互動(dòng)，建議盡量減少在大銅面上設(shè)計(jì)用于導(dǎo)通的Via孔，減少鉆孔數(shù)量，提升鉆孔生產(chǎn)效率（圖8）。

圖8

（3）成型設(shè)計(jì)對(duì)成本的影響。

①業(yè)界常用的成型方式（表5）：

CNC銑板：對(duì)外型要求很嚴(yán)格，不允許有板邊毛邊的板。

模沖：對(duì)外型要求不是很嚴(yán)，板邊接收毛邊的板。

V-CUT：對(duì)外型要求不是很嚴(yán)，板邊接收毛邊的板。

表5

②優(yōu)化成型程式，選用大刀提升銑板效率：

（A）優(yōu)化成型程式，減少銑程提升效率；

（B）小內(nèi)R角處設(shè)計(jì)鉆孔，減小需用小刀修銑內(nèi)R角，提升效率；

（3）排版間距盡量不要小于2 mm，減少使用小刀，確保銑板疊片數(shù)最多（表6）。

表6

8 設(shè)計(jì)的優(yōu)化對(duì)制作品質(zhì)的影響

（1）內(nèi)層殘銅率分布不均，直接導(dǎo)致壓合后缺膠，介質(zhì)層厚薄不均等改善方案：

①針對(duì)殘銅分布不均的料號(hào)，采用倒扣排版，陰陽(yáng)排版使整個(gè)PNL內(nèi)殘銅分布相對(duì)均勻。

②板內(nèi)空曠區(qū)域添加dummy pad或者空曠區(qū)域的無(wú)功能pad不去除，成型區(qū)外空曠區(qū)填銅皮，增加空曠區(qū)的殘如圖9：成型區(qū)外空曠區(qū)填銅，防止缺膠不良。

圖9

③盡量避免層間設(shè)計(jì)多張高膠PP疊加，多張PP疊加對(duì)壓合層間對(duì)準(zhǔn)度難度加大，同時(shí)多張高膠PP壓合滑板機(jī)率增大。

（2）內(nèi)層隔離PAD盡量做大，通做做單邊0.2 mm，最優(yōu)做0.25 mm以上，減少鉆孔后孔偏出現(xiàn)短路。

（3）當(dāng)板邊有線路時(shí)，排版時(shí)盡量將板邊有線路的一邊朝板邊排，因板邊易產(chǎn)生曝光不良，導(dǎo)致線路殘缺形成開(kāi)路。

（4）優(yōu)化尖角，防止制作過(guò)程中藥水殘留，浸蝕銅面，導(dǎo)致線細(xì)等。

（5）去除細(xì)絲，防止細(xì)絲因敷著不牢脫落達(dá)到其它線路上，導(dǎo)致短路現(xiàn)象。

（6）所有內(nèi)層無(wú)功能PAD建議客戶去除（傳統(tǒng)板），減少鉆針磨損，減少斷針孔損不良（圖10）。

圖10

（7）線路PAD均添加淚滴，防止鉆孔偏孔切斷線路，導(dǎo)致斷脖子開(kāi)路。

（8）獨(dú)立線或空曠區(qū)的線及PAD需加補(bǔ)償，同進(jìn)需注意盡量保證線距0.1 mm以上，防止線細(xì)與夾膜的風(fēng)險(xiǎn)。

（9）當(dāng)客戶設(shè)計(jì)孔徑為大于0.5 mm且需塞孔時(shí)，因孔太大無(wú)法塞孔.建議客戶以蓋油而不塞孔或縮不孔徑以塞孔處理.

（10）文字字寬、字高、文字線條及間距優(yōu)化，通常為（18×30×5×5）mil（圖11），確保印刷文字清晰。

圖11

9 PCB設(shè)計(jì)成本控制總結(jié)

綜上所述，PCB成本控制主要從以下三個(gè)方面進(jìn)行管控：

（1）材料的選用：在滿足客戶要求的前提下，依據(jù)廠內(nèi)材料儲(chǔ)備，選用常規(guī)、經(jīng)濟(jì)的基板、PP、銅箔、油墨等物料。

（2）排版的利用率：制訂排版規(guī)則及目標(biāo)，盡一切最大可能提升排版利用率和排版面積，對(duì)利用率及排版面積未達(dá)標(biāo)的料號(hào)，進(jìn)行原因分析并提出改善對(duì)策。

（3）資料的優(yōu)化：首先，確保設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化的客戶gerber資料均在廠內(nèi)制程能力范圍之內(nèi)；其次，設(shè)計(jì)的流程是否為最優(yōu)；再次，設(shè)計(jì)的資料是否考量生產(chǎn)各站品質(zhì)的提升；最后，設(shè)計(jì)的資料是否有利于生產(chǎn)效率的提升。

黃慧，工程部工程師，擁有10年以上的PCB行業(yè)經(jīng)驗(yàn)，主要從事PCB制前設(shè)計(jì)和技術(shù)管理工作。

Cost control before PCB design

HUANG Hui WANG Chen CHEN De-zhang LI Jia-yu

This article mainly tells about PCB design prior to its production and its impact to the cost, thus provides the designer with a set of practical resources, tells designers in daily work which project need attention, in order to use the lowest production cost, product design to meet customer demand.

Project Design; Cost Control

TN41

A

1009-0096（2014）01-0050-05