Kostenaufschlüsselung für Leiterplatten: Die tatsächlichen Kosten hinter einem Leiterplattenangebot verstehen

Ein Angebot für eine Leiterplatte kann sich von Anbieter zu Anbieter überraschend stark unterscheiden, selbst wenn die Gerber-Dateien identisch sind.

Der Grund dafür ist, dass die Preisgestaltung für Leiterplatten nicht auf einem einzigen Fertigungsschritt basiert.

Zu den typischen Produktionskosten für Leiterplatten können gehören:

• Rohstoffe
• Kupfer
• Bearbeitung der inneren Schichten
• Kaschierung
• Bohren
• Beschichtung
• Ätzen
• Oberflächengüte
• Lötmaske und Siebdruck
• Prüfung
• Werkzeuge und Einrichtung
• Qualitätsprüfung
• Verpackung

Einige Spezifikationen wirken sich direkt auf den Materialverbrauch aus, während andere die Anzahl oder den Aufwand der Fertigungsprozesse erhöhen.

Wenn man diese Kostenkomponenten versteht, lässt sich ein Angebot vor der Auftragserteilung viel leichter bewerten.

Was ist in den Leiterplattenkosten enthalten?

Grob gesagt lassen sich die Kosten für Leiterplatten in mehrere Kategorien unterteilen:

Kostenkategorie	Typische Faktoren
Material	Laminat, Kupfer, Prepreg
Fabrikation	Belichtung, Ätzen, Laminierung
Bohren	Anzahl, Größe und Art der Bohrungen
Beschichtung	Kupferdicke, Via-Struktur
Oberflächengüte	HASL, ENIG, OSP usw.
Prüfung	Elektrische Prüfungen, AOI, Impedanz
Technik	CAM, DFM, Werkzeugbau
Produktion	Menge und Produktionseffizienz
Logistik	Verpackung und Versand

Das genaue Verhältnis hängt stark von der PCB-Struktur ab.

Bei einer einfachen zweilagigen Leiterplatte fallen vor allem Material- und Einrichtungskosten an, während bei einer komplexen HDI-Leiterplatte die Verarbeitungs- und Entwicklungskosten deutlich höher sein können.

1. Materialkosten für Leiterplatten

Das Material ist einer der offensichtlichsten Faktoren bei der Preisgestaltung von Leiterplatten.

Die grundlegende Materialstruktur umfasst:

• Kupferfolie
• Kern
• Prepreg
• Harz
• Glasfaser

Bei Standardplatinen wird häufig FR-4 verwendet.

Für anspruchsvollere Anwendungen kann Folgendes erforderlich sein:

• FR-4 mit hoher Glasübergangstemperatur
• Verlustarme Materialien
• Materialien auf PTFE-Basis
• Hochfrequenz-Laminate
• Metallkernmaterialien

Die Materialauswahl sollte sich nach den elektrischen und umgebungsbedingten Anforderungen der jeweiligen Anwendung richten.

Die Wahl eines teureren Laminats ohne technischen Grund verursacht zusätzliche Kosten, ohne dass sich dadurch zwangsläufig die Qualität des Endprodukts verbessert.

2. Kupferkosten

Kupfer wirkt sich direkt auf die Materialkosten einer Leiterplatte aus.

Zu den gängigen Kupfergewichten gehören:

• eine halbe Unze
• 1 Unze
• 2 Unzen
• 3 Unzen
• 4 oz und mehr

Ein höheres Kupfergewicht bedeutet mehr Kupfermaterial und kann zudem anspruchsvollere Ätz- und Galvanisierungsverfahren erfordern.

In der Leistungselektronik kann dickwandiges Kupfer für folgende Zwecke erforderlich sein:

• Höhere Strombelastbarkeit
• Bessere Wärmeableitung
• Geringerer Leiterwiderstand

Daher sollte die Kupferstärke anhand der elektrischen Anforderungen ausgewählt werden und nicht einfach anhand der niedrigsten verfügbaren Spezifikation.

3. Anzahl der Schichten

Die Anzahl der Schichten hat einen erheblichen Einfluss auf die Herstellungskosten.

Eine mehrschichtige Leiterplatte kann Folgendes erfordern:

• Bildgebungsverfahren für innere Schichten
• Laminierzyklen
• Bohrarbeiten
• Beschichtungsstufen
• Prüfschritte

Beispielsweise sind die Herstellungskosten einer 8-lagigen Leiterplatte nicht einfach doppelt so hoch wie die einer 4-lagigen Leiterplatte.

Die Beziehung wird beeinflusst durch:

• Stapelung
• Materialzusammensetzung
• Lochstruktur
• Produktionsmenge
• Komplexität des Designs

Siehe auch: Herstellung von Mehrschicht-Leiterplatten

4. Leiterplattengröße und Auslastung der Leiterplatten

Eine größere Leiterplatte verbraucht mehr Material.

Ebenso wichtig ist jedoch die Auslastung der Anlagen.

Angenommen, eine Produktionsplatte bietet Platz für:

• 10 Platinen in einer Anordnung

Eine alternative Plattenabmessung ermöglicht jedoch:

• 12 Platten pro Paneel

Das zweite Design kann geringere Materialkosten pro Leiterplatte aufweisen, selbst wenn die Abmessungen der einzelnen Leiterplatten nahezu identisch sind.

Aus diesem Grund sollte die Panelisierung berücksichtigt werden, bevor die mechanischen Abmessungen endgültig festgelegt werden.

Siehe auch: Richtlinien zur Panelisierung von Leiterplatten

5. Bohrkosten

Das Bohren ist ein weiterer wichtiger Bestandteil der Leiterplattenherstellung.

Standard-Durchgangsbohrungen sind relativ unkompliziert.

Komplexere Anforderungen können zu höheren Kosten führen:

• Kleine mechanische Bohrungen
• Eine große Anzahl von Löchern
• Blinde Durchkontaktierungen
• Vergrabene Durchkontaktierungen
• Mikrobohrungen
• Rückbohren

Laserbohrungen und sequenzielle Strukturen erfordern zusätzliche Bearbeitungsschritte und Ausrüstung.

Dies ist ein Grund dafür, warum eine HDI-Leiterplatte deutlich teurer sein kann als eine herkömmliche Mehrschicht-Leiterplatte ähnlicher Größe.

6. Kosten für die Beschichtung

Nach dem Bohren werden durch Verkupferung elektrische Verbindungen durch die Leiterplatte hergestellt.

Die Anforderungen an die Beschichtung hängen ab von:

• Lochstruktur
• Kupferdicke
• Seitenverhältnis
• Zuverlässigkeitsanforderungen

Eine schlechte Beschichtungsqualität kann zu Zuverlässigkeitsproblemen wie Rissen in den Durchkontaktierungen und Ausfällen der Trommel führen.

Siehe auch: Fehleranalyse bei Leiterplatten-Durchkontaktierungen

Aus diesem Grund ist es im Allgemeinen keine sinnvolle Strategie, die Anforderungen an die Beschichtung allein aus Kostengründen zu reduzieren.

7. Kosten für die Oberflächenbehandlung

Die Oberflächenbeschaffenheit wirkt sich sowohl auf den Preis als auch auf die Montageeigenschaften aus.

Zu den gängigen Optionen gehören:

• HASL
• Bleifreies HASL
• ENIG
• OSP
• Eintauchen Silber
• Tauchbad

HASL ist bei herkömmlichen Anwendungen oft kostengünstig.

ENIG kann vorzuziehen sein, wenn die Konstruktion folgende Anforderungen stellt:

• Flache Polster
• Feinraster-Bauteile
• BGA-Bestückung
• Verbesserte Oberflächengleichmäßigkeit

Die richtige Oberflächenbehandlung hängt eher vom Montageprozess und vom Einsatzzweck ab als allein vom Preis.

8. Lötmaske und Siebdruck

Lötmaske und Siebdruck machen in der Regel nur einen geringen Teil der Gesamtkosten einer Leiterplatte aus.

Ungewöhnliche Anforderungen können jedoch die Komplexität der Bearbeitung erhöhen.

Beispiele hierfür sind:

• Spezielle Farben für Lötmasken
• Enge Abstände zwischen den Masken
• Selektives Entfernen der Lötmaske
• Komplexe Kennzeichnungsanforderungen

Bei den meisten Standardkonstruktionen sind diese Kosten im Vergleich zu Material, Schichten, Bohrungen und Oberflächenbearbeitung relativ gering.

9. Prüfungskosten

Die Testanforderungen variieren je nach Anwendung und Produktionsphase.

Zu den gängigen Prüf- und Testverfahren gehören:

AOI

Durch die automatisierte optische Prüfung lassen sich Fertigungsfehler wie beispielsweise folgende erkennen:

• Shorts
• Öffnet
• Probleme beim Ätzen
• Probleme bei der Registrierung

Elektrische Prüfung

Bei elektrischen Prüfungen werden die Durchgängigkeit der Stromkreise und die Isolation überprüft.

Impedanzprüfung

Bei Hochgeschwindigkeits-Schaltungen kann eine Überprüfung der kontrollierten Impedanz erforderlich sein.

Röntgenprüfung

Die Röntgenprüfung eignet sich zur Untersuchung innerer Strukturen und bestimmter komplexer Baugruppen.

Je anspruchsvoller die Prüfanforderungen sind, desto höher sind die damit verbundenen Produktionskosten.

10. Entwicklungs- und Werkzeugkosten

Nicht alle Kosten für Leiterplatten entstehen direkt durch die physische Leiterplatte.

Vor Produktionsbeginn müssen die Entwicklungsteams möglicherweise folgende Aufgaben durchführen:

• Gerber-Analyse
• CAM-Vorbereitung
• DFM-Überprüfung
• Werkzeugerstellung
• Verkleidung
• Überprüfung der Stapelung

Einige Lieferanten berechnen diese Kosten separat, während andere sie im Angebot für die Leiterplatte mit einbeziehen.

Achten Sie beim Vergleich von Angeboten darauf, dass diese Posten auf derselben Grundlage verglichen werden.

11. Produktionsmenge

Die Menge hat einen erheblichen Einfluss auf den Stückpreis.

Bei einem kleinen Prototypenauftrag verteilen sich die Fixkosten auf relativ wenige Leiterplatten.

Beispiel:

Engineering + tooling + setup = fixed cost                         ↓                 divided by quantity                         ↓                unit cost decreases

Mit steigender Produktionsmenge verbessert sich in der Regel die Produktionseffizienz.

Wenn man jedoch mehr Leiterplatten bestellt als nötig, nur um einen niedrigeren Stückpreis zu erzielen, kann dies das Lagerrisiko erhöhen.

Bei neuen Produkten ist es oft sinnvoller, zunächst das Design zu validieren und erst danach die Produktion hochzufahren.

Warum zwei Angebote für Leiterplatten sehr unterschiedlich ausfallen können

Betrachten wir eine hypothetische 4-lagige Leiterplatte.

Lieferant A bietet einen niedrigen Preis an.

Lieferant B bietet 30 % mehr an.

Auf den ersten Blick scheint Lieferant A die bessere Wahl zu sein.

Das Angebot kann jedoch auf anderen Annahmen beruhen.

Beispiel:

Artikel	Zitat A	Zitat B
Material	Standard FR-4	FR-4 mit hoher Glasübergangstemperatur
Kupfer	1 Unze	1 Unze
Oberflächengüte	HASL	ENIG
Prüfung	Elektrotechnik	Elektrik + AOI
Toleranz	Standard	Strenger
Verpackung	Standard	Feuchtigkeitsschutz

Bei den beiden Preisen werden eigentlich nicht identische Herstellungsanforderungen verglichen.

Deshalb Ein Preisvergleich sollte immer mit einem Vergleich der technischen Daten beginnen..

Anleitung: So vergleichen Sie zwei Angebote für Leiterplatten richtig

Schritt 1: Vergleichen Sie das Material

Überprüfen:

• Laminatart
• Tg
• Dk/Df, falls zutreffend
• Kern- und Prepreg-Konstruktion

Vergleichen Sie nicht nur die Begriffe „FR-4“.

Schritt 2: Vergleich der Schicht- und Kupferstruktur

Bestätigen:

• Anzahl der Schichten
• Kupfergewicht
• Kupfer im Inneren
• Außenkupfer

Schritt 3: Vergleich der Bohrungsanforderungen

Überprüfen:

• Mindestübung
• Anzahl der Durchstecklöcher
• Blinde Durchkontaktierungen
• Vergrabene Durchkontaktierungen
• Mikrobohrungen
• Rückbohren

Schritt 4: Oberflächenbeschaffenheit vergleichen

Stellen Sie sicher, dass in beiden Angeboten dieselbe Oberflächenausführung angegeben ist.

ENIG und HASL sollten nicht als gleichwertige Preisoptionen betrachtet werden.

Schritt 5: Testvergleich

Fragen Sie nach, ob der angegebene Preis Folgendes beinhaltet:

• Elektrische Prüfung
• AOI
• Impedanzprüfung
• Röntgenbild
• Zuverlässigkeitsprüfung

Schritt 6: Menge und Lieferzeit vergleichen

Ein niedriger Stückpreis kann mit einer größeren Produktionsmenge oder einer längeren Lieferzeit zusammenhängen.

Schritt 7: Vergleichen Sie die endgültigen Lieferkosten

Bedenken Sie Folgendes:

Leiterplattenpreis + Werkzeugkosten + Prüfung + Verpackung + Versand

Dadurch ergibt sich ein wesentlich realistischerer Vergleich.

So senken Sie die Kosten für Leiterplatten, ohne die Zuverlässigkeit zu beeinträchtigen

Bei der Kostensenkung sollte der Schwerpunkt auf der Beseitigung unnötiger Komplexität liegen und nicht auf dem Wegfall notwendiger Qualitätskontrollen.

Gute Möglichkeiten zur Kostensenkung

• Optimieren Sie die Anzahl der Schichten
• Verwenden Sie, wo dies angebracht ist, Standardmaterialien
• Die Auslastung der Platten verbessern
• Vermeiden Sie unnötig enge Toleranzen
• Unnötige Sonderprozesse reduzieren
• Wählen Sie eine geeignete Oberflächenbeschaffenheit aus
• Produktionsmenge optimieren

Unzureichende Strategien zur Kostensenkung

• Reduzierung des Kupfergehalts unter die elektrischen Anforderungen
• Verwendung von ungeeignetem Laminat
• Entfernen der erforderlichen Tests
• Reduzierung der Beschichtung unter die Zuverlässigkeitsanforderungen
• Die Auswahl eines Verfahrens, das die Auslegungsanforderungen nicht dauerhaft erfüllen kann

Die zweite Gruppe senkt zwar möglicherweise das ursprüngliche Angebot, erhöht aber später die Gesamtkosten.

Wenn eine teurere Leiterplatte tatsächlich günstiger ist

Ein höherer Preis für Leiterplatten kann unter Umständen die Gesamtproduktkosten senken.

Beispielsweise kann eine robustere Leiterplatte Folgendes verringern:

• Montagefehler
• Fehler im Feld
• Nachbearbeitung
• Garantieansprüche
• Produktionsausfall

Dies ist besonders wichtig in:

• Kfz-Elektronik
• Industrielle Steuerungen
• Medizinische Geräte
• Leistungselektronik
• Hochzuverlässige Produkte

Daher sollten Ingenieure Folgendes berücksichtigen: Gesamtbetriebskosten, anstatt sich ausschließlich auf den anfänglichen Stückpreis der Leiterplatte zu konzentrieren.

FAQ

Schlussfolgerung

Ein Angebot für eine Leiterplatte umfasst weit mehr als nur die Kosten für Laminat und Kupfer.

Der Endpreis wird durch die gesamte Fertigungskette beeinflusst:

Material → Layer Structure → Drilling → Plating → Surface Finish → Testing → Production Volume

Beim Vergleich von Angeboten für Leiterplatten sollten Ingenieure zunächst sicherstellen, dass die Spezifikationen tatsächlich vergleichbar sind.

Die beste Strategie zur Kostensenkung besteht nicht darin, die günstigste Fertigungsoption zu wählen. Vielmehr geht es darum, die Leiterplatte so zu konstruieren und herzustellen, dass nur die Komplexität, die die Anwendung tatsächlich erfordert.

Dieser Ansatz sorgt für ein besseres Gleichgewicht zwischen Preis, Herstellbarkeit, Zuverlässigkeit und langfristigen Produktkosten.