Kosten für Leiterplatten-Werkzeuge: Was sie umfassen und wann sie sich auf die Preisgestaltung von Leiterplatten auswirken

Angebote für Leiterplatten enthalten oft mehrere verschiedene Kostenkomponenten.

Die Kosten für die Herstellung der Hauptplatine sind in der Regel leicht nachvollziehbar.

Die Werkzeugkosten sind weniger offensichtlich.

Ein Angebot kann folgende Begriffe enthalten:

• Werkzeuge
• Einrichtung
• Bohrwerkzeuge
• Routing
• Prüfvorrichtung
• Planungsgebühr
• Produktionsvorbereitung

Diese Kosten entsprechen nicht unbedingt den tatsächlichen Herstellungskosten der fertigen Leiterplatte.

Sie sind an der Vorbereitung des Fertigungsprozesses beteiligt.

Bei einem Großauftrag machen die Werkzeugkosten möglicherweise nur einen geringen Teil der Gesamtkosten pro Leiterplatte aus.

Bei einer kleinen Prototypenbestellung können sich dieselben Fixkosten wesentlich stärker auf den Stückpreis auswirken.

Wenn man diesen Unterschied versteht, lassen sich Angebote für Leiterplatten leichter bewerten.

Was bedeutet „PCB-Werkzeugbau“?

Unter „Leiterplatten-Werkzeugen“ versteht man im Allgemeinen die Werkzeuge, Vorrichtungen, Programme oder Produktionsvorbereitungen, die zur Herstellung und Prüfung einer bestimmten Leiterplatte erforderlich sind.

Je nach Herstellungsverfahren kann dies Folgendes umfassen:

• Vorbereitung der Bohrung
• Routing-Einrichtung
• Werkzeugbohrungen
• Fertigungsvorrichtungen
• Elektrische Prüfvorrichtungen
• Testprogramme
• Vorbereitung der Platte

Nicht jede Leiterplatte erfordert denselben Werkzeugsatz.

Die Fertigungsvorbereitung einer einfachen zweilagigen Leiterplatte mit Standard-Durchkontaktierungen kann relativ unkompliziert sein.

Eine komplexe mehrschichtige Leiterplatte mit speziellen Bohr-, Fräs- oder elektrischen Prüfvorgängen kann einen erheblich höheren Vorbereitungsaufwand erfordern.

Die Herstellung von Leiterplatten ist kein einmaliger Kostenfaktor

Ein Grund dafür, dass Werkzeugkosten verwirrend sein können, ist, dass dieser Begriff mehrere verschiedene Tätigkeiten umfasst.

Fertigungswerkzeuge

Dazu kann die Vorbereitung auf Folgendes gehören:

• Bohren
• Routing
• Bildgebung
• Verkleidung
• Mechanische Bearbeitung

Prüfvorrichtungen für die Elektrotechnik

Falls für elektrische Prüfungen eine spezielle Vorrichtung erforderlich ist, können separate Kosten für die Vorrichtung oder die Einrichtung anfallen.

Montagewerkzeuge

Bei Projekten, die eine Montage umfassen, sind unter Umständen zusätzliche Werkzeuge erforderlich für:

• Lötpastendruck
• Unterstützung durch den Vorstand
• Montagevorrichtungen
• Prüfvorrichtungen

Der genaue Umfang hängt vom Produktionsprozess ab.

Für ein Angebot zur Leiterplattenfertigung ist es hilfreich, zu ermitteln, welche Werkzeugkosten tatsächlich für die Rohplatine anfallen.

Warum die Werkzeugkosten bei Prototypenaufträgen deutlicher ins Auge fallen

Angenommen, die Einrichtung einer Produktionsanlage kostet 100 Dollar.

Wenn die Bestellung Folgendes enthält:

10 Leiterplatten

Die Konfiguration stellt Folgendes dar:

10 Dollar pro Brett

Wenn die Bestellung Folgendes enthält:

1.000 Leiterplatten

Diese Konfiguration bedeutet:

0,10 $ pro Platine

Die tatsächlichen Produktionskosten sind zwar etwas komplizierter, aber das Prinzip ist entscheidend.

Fixkosten wirken sich bei Aufträgen mit geringen Stückzahlen wesentlich stärker aus.

Dies ist ein Grund dafür, warum ein Prototyp einer Leiterplatte einen relativ hohen Stückpreis haben kann, selbst wenn die Leiterplatte selbst nicht besonders teuer ist.

Dieser Zusammenhang wird auch in Kosten für Leiterplatten-Prototypen.

Bohrarbeiten können sich auf die Werkzeuganforderungen auswirken

Das Bohren ist einer der grundlegenden Prozesse bei der Leiterplattenherstellung.

In den Produktionsdaten muss Folgendes festgelegt werden:

• Lochpositionen
• Lochgrößen
• Bohrungsarten
• Beschichtete Bohrungen
• Unbeschichtete Bohrungen

Bei einer herkömmlichen mehrschichtigen Leiterplatte kann auf Standard-Bohrverfahren zurückgegriffen werden.

Bei komplexeren Entwürfen kann Folgendes erforderlich sein:

• Sehr kleine mechanische Bohrungen
• Laserbohren
• Rückbohren
• Spezial über Strukturen

Je komplexer die Bohrkonstruktion wird, desto anspruchsvoller werden die Vorbereitungen für die Fertigung.

Das bedeutet jedoch nicht, dass für jedes kleine Loch hohe Werkzeugkosten anfallen.

Der Effekt hängt vom gesamten Herstellungsprozess ab.

Fräsen und mechanische Werkzeugherstellung

Routing wird verwendet, um Folgendes zu erstellen:

• Umrisse der Platine
• Spielautomaten
• Innere Aussparungen
• Unregelmäßige Formen
• Funktionen zur Depanelisierung

Die Leiterplattenkontur ist daher sowohl für die Fertigung als auch für den Werkzeugbau von Bedeutung.

Eine einfache rechteckige Leiterplatte lässt sich in der Regel anders bearbeiten als eine Leiterplatte mit:

• Mehrere interne Steckplätze
• Abgerundete Kanten
• Schmale Erweiterungen
• Komplexe Ausschnitte

Bei einer komplexen mechanischen Konstruktion können sich die Zeit für die Leiterplattenverlegung und der Werkzeugbedarf erhöhen.

Werkzeugbohrungen

Werkzeugbohrungen dienen zur Positionierung und Handhabung von Platten während der Fertigung oder Montage.

Sie können bei folgenden Dingen helfen:

• Maschinenausrichtung
• Positionierung der Blende
• SMT-Bestückung
• Inspektion

Ihre Anordnung sollte im Zusammenhang mit der Gesamtgestaltung der Verkleidung betrachtet werden.

Sie sollten folgende Bereiche nicht beeinträchtigen:

• Komponenten
• Kupfer
• Brettkanten
• Befestigungsmerkmale

Bei Serienplatten können Werkzeugbohrungen Teil der Standardfertigungsstruktur werden.

Elektrische Prüfvorrichtungen

Elektrische Prüfungen unterscheiden sich von der Sichtprüfung.

Eine Vorrichtung kann verwendet werden, um einen elektrischen Kontakt zu bestimmten Messpunkten auf der Leiterplatte herzustellen.

Je nach Prüfverfahren benötigt der Hersteller möglicherweise:

• Eine spezielle Halterung
• Messspitzen
• Ein Testprogramm
• Definitionen der Testpunkte

Bei kleinen Prototypenmengen können die Kosten für eine spezielle Testvorrichtung im Verhältnis zum Preis der Leiterplatte erheblich sein.

Bei größeren Serienproduktionen können diese Kosten für die Vorrichtung auf viele Leiterplatten verteilt werden.

Braucht jede Leiterplatte eine Testvorrichtung?

No.

Die geeignete Prüfmethode hängt ab von:

• Menge
• Produktrisiko
• PCB-Komplexität
• Testanforderungen
• Qualitätsanforderungen der Kunden

Bei einigen Prototypenprojekten werden möglicherweise alternative Prüf- oder Testverfahren eingesetzt, anstatt hohe Investitionen in spezielle Vorrichtungen zu tätigen.

Bei größeren Produktionsmengen können spezielle elektrische Prüfverfahren wirtschaftlicher sein.

Entscheidend ist, dass die Prüfmethode auf die tatsächlichen Produktionsanforderungen abgestimmt ist.

Werkzeugkosten und Leiterplattenmenge

Die Stückzahl ist eine der wichtigsten Variablen bei der Bewertung von Werkzeugen.

Betrachten wir ein vereinfachtes Beispiel:

Menge bestellen	Werkzeugkosten	Werkzeugkosten pro Leiterplatte
10	$100	$10.00
100	$100	$1.00
1,000	$100	$0.10
10,000	$100	$0.01

Die Werkzeugkosten selbst haben sich in diesem vereinfachten Beispiel nicht verändert.

Dies hat sich auf den Stückpreis ausgewirkt.

Aus diesem Grund sollte ein Kunde die Werkzeugkosten nicht allein anhand ihres absoluten Betrags beurteilen.

Die sinnvollere Frage lautet:

Inwieweit tragen die Werkzeugkosten zu den Gesamtkosten pro Leiterplatte bei?

Werkzeugkosten im Vergleich zu Entwicklungskosten

Diese Begriffe werden manchmal miteinander verwechselt, sind aber nicht unbedingt dasselbe.

Werkzeugkosten

Bezieht sich in der Regel auf physische oder prozessspezifische Vorbereitungen.

Beispiele hierfür sind:

• Spielplan
• Vorbereitung der Bohrung
• Routing-Einrichtung
• Prüfvorrichtungen

Planungskosten

Bezieht sich in der Regel auf die technische Vorbereitung.

Beispiele hierfür sind:

• Gerber-Testbericht
• DFM-Analyse
• CAM-Vorbereitung
• Überprüfung von Fertigungsdaten
• Stackup-Bewertung

In einem Angebot können diese Kosten unter Umständen in einer einzigen Konstruktions- oder Einrichtungsgebühr zusammengefasst werden.

Beim Vergleich von Angeboten lohnt es sich, nachzufragen, was im Angebot enthalten ist, anstatt einfach davon auszugehen, dass die Begrifflichkeiten identisch sind.

Warum zwei Angebote für Leiterplatten unterschiedliche Werkzeugkosten enthalten können

Verschiedene Hersteller können unterschiedliche Produktionssysteme einsetzen.

Beispielsweise kann in einem Angebot der Werkzeugaufwand im Grundpreis für die Fertigung enthalten sein.

Ein anderer führt es vielleicht separat auf.

Ein Drittanbieter kann bei bestimmten Bestellmengen auf bestimmte Einrichtungskosten verzichten.

Daher:

Separate tooling charge ≠ automatically higher total cost

Der einzige aussagekräftige Vergleich sind die Endkosten bei gleichwertigen technischen Anforderungen.

Einen umfassenderen Angebotsvergleich finden Sie unter Warum die Angebote für Leiterplatten so stark variieren.

Anleitung: Ermittlung der Werkzeugkosten für eine Leiterplatte

Schritt 1: Ermitteln Sie, was die Gebühr abdeckt

Fragen Sie nach, ob die Werkzeugkosten in Zusammenhang stehen mit:

• Fabrikation
• Bohren
• Routing
• Elektrische Prüfung
• Montage
• Technik

Vergleichen Sie die Werkzeugkosten, die ausschließlich die Fertigung betreffen, nicht mit einem Angebot, das mehrere Leistungen umfasst.

Schritt 2: Prüfen Sie, ob es sich um einmalige Kosten handelt

Mit der anfänglichen Produktionsvorbereitung sind gewisse Werkzeugkosten verbunden.

Wenn dieselbe Leiterplatte nachbestellt wird, muss das Werkzeug möglicherweise nicht neu angefertigt werden.

Dies hängt jedoch vom Fertigungsprozess ab und davon, ob sich die Produktionsdaten oder die Vorrichtungen ändern.

Schritt 3: Die Kosten durch die Menge teilen

Berechnen:

Tooling cost per PCB = tooling cost ÷ order quantity

Das macht schnell deutlich, wie wichtig die Werkzeugkosten tatsächlich sind.

Schritt 4: Gesamtkosten vergleichen

Konzentrieren Sie sich nicht ausschließlich auf die Werkzeugbaureihe.

Vergleiche:

Leiterplattenfertigung + Werkzeugbau + Prüfung + Versand

gemäß derselben technischen Spezifikation.

Schritt 5: Prüfen Sie, ob das Werkzeug tatsächlich benötigt wird

Fragen Sie, ob für die Bewerbung Folgendes erforderlich ist:

• Spezielle elektrische Prüfungen
• Spezielle Routenführung
• Spezialbohrungen
• Maßgefertigte Leuchten

Wenn ein bestimmter Prozess nicht erforderlich ist, lässt sich der Fertigungsablauf möglicherweise vereinfachen.

Lassen sich die Kosten für Leiterplatten-Werkzeuge senken?

Manchmal.

Die erste Möglichkeit besteht in der Regel darin, unnötige Sonderprozesse zu vermeiden.

Standardfunktionen für die Fertigung verwenden

Standard-Lochgrößen, Leiterbahngeometrien und Leiterplattenabmessungen können die Fertigung vereinfachen.

Vermeiden Sie unnötige mechanische Komplexität

Sofern es die mechanische Konstruktion zulässt, können einfachere Leiterplattenkonturen den Aufwand für das Routing verringern.

Panelisierung optimieren

Ein gut durchdachtes Panel-Design kann die Anzahl der Fertigungsschritte pro nutzbarer Leiterplatte reduzieren.

See Wie sich die Panelisierung von Leiterplatten auf die Herstellungskosten auswirkt.

Abgleich der Tests mit dem Produktionsrisiko

Geben Sie keine komplexe Prüfvorrichtung an, wenn das Produkt keine Prüfungen dieses Umfangs erfordert.

Gleichzeitig sollten vorgeschriebene Prüfungen nicht allein aus Kostengründen gestrichen werden.

Die Werkzeugkosten sollten nicht auf Kosten der Qualität optimiert werden

Es besteht ein wichtiger Unterschied zwischen der Reduzierung unnötiger Werkzeuge und der Abschaffung notwendiger Fertigungskontrollen.

So kann beispielsweise der Verzicht auf ein unnötiges mechanisches Bauteil eine sinnvolle Kostenoptimierung darstellen.

Die Abschaffung einer elektrischen Prüfung, die für ein Produkt mit hohem Risiko wichtig ist, ist jedoch eine andere Entscheidung.

Die richtige Frage lautet:

Bezieht sich diese Werkzeugbauaktivität auf eine tatsächliche Fertigungs- oder Produktanforderung?

Falls ja, sollten die damit verbundenen Kosten im Rahmen der Qualitätsanforderungen bewertet und nicht als unnötiger Mehraufwand betrachtet werden.

Werkzeuge und Nachbestellungen von Leiterplatten

Wiederholte Produktionsänderungen verändern die Wirtschaftlichkeit.

Sobald der Entwurf und der Fertigungsprozess der Leiterplatte stabil sind, verfügt der Hersteller möglicherweise bereits über:

• Produktionsdaten
• Bohrdaten
• Routing-Daten
• Konfiguration der Schalttafel
• Informationen zum Test

Dadurch lässt sich der Vorbereitungsaufwand für nachfolgende Bestellungen verringern.

Man sollte jedoch nicht davon ausgehen, dass Werkzeuge dauerhaft gültig bleiben.

Änderungen an:

• Leiterplattenrevision
• Board-Umriss
• Prüfpunkte
• Konfiguration der Schalttafel
• Herstellungsverfahren

erfordert möglicherweise eine angepasste Vorbereitung oder neue Werkzeuge.

Was passiert, wenn sich die Leiterplattenrevision ändert?

Eine Revision der Leiterplatte kann sich auf die Anforderungen an die Fertigungswerkzeuge auswirken.

Beispielsweise die Änderung von:

• Lochpositionen
• Board-Umriss
• Prüfpunkte
• Spielautomaten
• Anordnung der Paneele

erfordert möglicherweise aktualisierte Produktionsdaten.

Eine geringfügige technische Änderung erfordert nicht unbedingt komplett neue Werkzeuge.

Es kann zu einer mechanischen oder prüftechnischen Änderung kommen.

Aus diesem Grund ist die Versionskontrolle bei der Verwaltung der wiederkehrenden Leiterplattenfertigung wichtig.

Wie sich die Werkzeugkosten auf die Gesamtkosten einer Leiterplatte auswirken

Eine hilfreiche Betrachtungsweise der Kostenstruktur ist folgende:

Gesamtkosten für Leiterplatten

→ Material
→ Fabrication
→ Surface finish
→ Tooling/setup
→ Testing
→ Packaging
→ Shipping

Die Werkzeuge sind nur ein Bestandteil.

Die Bedeutung hängt stark von der Auftragsmenge und der Komplexität der Leiterplatte ab.

Bei Prototypen kann dies relativ deutlich auffallen.

Bei der Massenproduktion kann dies einen sehr geringen Anteil an den Stückkosten ausmachen.

FAQ

Schlussfolgerung

Die Kosten für Leiterplattenwerkzeuge sind Teil der Fertigungskosten, sollten jedoch nicht als isolierter Aufschlag betrachtet werden.

Die Auswirkungen hängen hauptsächlich von folgenden Faktoren ab:

• PCB-Komplexität
• Herstellungsverfahren
• Prüfungsanforderungen
• Produktionsmenge
• Konfiguration der Schalttafel
• Unabhängig davon, ob es sich bei dem Auftrag um einen Prototyp oder um eine Serienfertigung handelt

Bei kleinen Prototypenaufträgen können die Werkzeugkosten einen spürbaren Einfluss auf den effektiven Preis pro Leiterplatte haben.

Bei größeren Produktionsmengen verteilen sich die gleichen Fixkosten auf viele Einheiten.

Beim Vergleich von Angeboten für Leiterplatten empfiehlt es sich, zunächst zu klären, was die Werkzeugkosten umfassen, festzustellen, ob sie für die jeweilige Anwendung erforderlich sind, und dann die Gesamtkosten unter gleichwertigen Fertigungsanforderungen anstatt sich auf eine einzelne Zeile des Zitats zu konzentrieren.

Dadurch lassen sich auch echte Einsparpotenziale leichter identifizieren, ohne dass Fertigungskontrollen wegfallen, die für die Qualität und Zuverlässigkeit der Leiterplatten wichtig sind.