La reducción del coste de las placas de circuito impreso suele considerarse una cuestión de compras.
En la práctica, algunos de los mayores ahorros se determinan incluso antes de solicitar un presupuesto.
El propio diseño de la placa de circuito impreso controla muchos de los factores que influyen en el coste de fabricación:
- Número de capas
- Dimensiones de la tabla
- Material
- Peso del cobre
- Estructura de la perforación
- Ancho y espaciado de trazos
- Acabado superficial
- Tolerancias
- Requisitos de prueba
- Cantidad de producción
Un material más barato o un presupuesto más bajo pueden reducir el precio de compra inicial, pero también pueden generar problemas durante el montaje o el funcionamiento sobre el terreno.
Una mejor forma de hacerlo es eliminar complejidad innecesaria en la fabricación manteniendo al mismo tiempo los requisitos que realmente influyen en el rendimiento del producto.
Índice
Empieza por los requisitos de la placa de circuito impreso, no por el precio
Antes de intentar reducir los costes, divide los requisitos en tres categorías.
Requisitos que no pueden verse comprometidos
Entre ellos pueden figurar:
- Capacidad actual
- Temperatura de funcionamiento
- Impedancia requerida
- Dimensiones mecánicas
- Requisitos de seguridad
- Objetivos de fiabilidad
Estas deben permanecer sin cambios, a menos que cambie la propia especificación del producto.
Requisitos que se pueden optimizar
Algunos ejemplos son:
- Número de capas
- Apilamiento
- Esquema del tablero
- A través de la estructura
- Distribución de cobre
- Acabado superficial
A menudo es ahí donde se pueden conseguir ahorros significativos.
Requisitos que podrían ser innecesarios
Algunos ejemplos son:
- Tolerancias extremadamente ajustadas sin una razón funcional
- Materiales especiales utilizados por defecto
- Funciones de HDI que no son necesarias
- Exceso de cobre
- Acabados superficiales excesivamente detallados
Esta clasificación hace que la reducción de costes sea mucho más sistemática.
1. Optimizar el número de capas
El número de capas es uno de los primeros aspectos que hay que revisar.
Una placa de circuito impreso de 6 capas no ofrece automáticamente una mejor relación calidad-precio que una de 4 capas.
Del mismo modo, reducir un diseño de 8 capas a 6 no supone necesariamente un ahorro si ello conlleva:
- Rutas más difíciles
- Más vías
- Problemas de integridad de la señal
- Dimensiones de la placa más grandes
- Iteraciones adicionales del diseño
El objetivo es encontrar el el menor número posible de capas que cumpla con todos los requisitos eléctricos y mecánicos.
Por ejemplo, un diseño de 4 capas puede ser ideal para un controlador, mientras que una estructura de 8 capas puede resultar más adecuada para una placa de alta densidad y alta velocidad.
2. Revisa la disposición de las capas antes de fresar
Las decisiones sobre la disposición de los componentes que se toman en una fase avanzada del diseño pueden generar costes innecesarios.
La superposición afecta a:
- Impedancia
- Vías de retorno de la señal
- Distribución de energía
- Espesor dieléctrico
- Selección de materiales
- Distribución de cobre
En los diseños de alta velocidad, se debe definir la disposición de las capas antes de comenzar el trazado detallado.
Una disposición bien planificada puede, en ocasiones, evitar tener que recurrir posteriormente a estructuras más costosas.
Para conocer los aspectos técnicos de esta decisión, véase Diseño de la estructura de los circuitos impresos.
3. Utiliza el material adecuado, no el más barato
El FR-4 estándar suele ser suficiente.
Sin embargo, algunas aplicaciones realmente requieren:
- Materiales con alta temperatura de transición vítrea (Tg)
- Laminados de baja pérdida
- Materiales de alta frecuencia
- Materiales con bajo coeficiente de expansión térmica (CTE)
Un error es elegir un laminado barato sin comprobar si es adecuado.
El otro extremo también es habitual: especificar un material caro simplemente porque se considera que el producto es «de alto rendimiento».
La selección de materiales debe basarse en:
- Temperatura de funcionamiento
- Frecuencia
- Pérdida de señal
- Requisitos mecánicos
- Requisitos de fiabilidad
Si el FR-4 estándar cumple con las especificaciones reales, puede que no merezca la pena pagar por un material más especializado.
4. Reducir las funciones innecesarias de HDI
El HDI puede resolver problemas de enrutamiento complejos, pero no debe utilizarse de forma automática.
Comprueba si el diseño realmente necesita:
- Microvías
- Microvías apiladas
- Vías ciegas
- Vías enterradas
- Via en la almohadilla
- Laminado secuencial
Una estructura convencional con orificios pasantes suele ser más sencilla de fabricar.
Si es posible trazar con éxito una placa sin HDI, puede que no haya motivos para introducir pasos de fabricación adicionales.
Por otro lado, si un BGA de paso fino o una envolvente mecánica compacta requieren realmente HDI, prescindir de él podría simplemente trasladar el problema a otro lugar.
Esta disyuntiva se analiza con más detalle en Coste de las placas de circuito impreso HDI.
5. Repasar el esquema de la junta
El tamaño de la placa influye directamente en el consumo de material, pero la forma de la placa de circuito impreso también es importante.
Un tablero con un contorno poco habitual puede generar más desperdicio de material durante la panelización.
Cuando el diseño mecánico permita cierta flexibilidad, ten en cuenta lo siguiente:
- Bordes rectos
- Menos recortes
- Dimensiones más eficientes
- Mejor aprovechamiento de los paneles
A veces, incluso un pequeño cambio puede aumentar el número de placas que caben en un panel de producción.
Esto cobra mayor importancia a medida que aumenta el volumen de producción.
6. Mejorar el aprovechamiento de los paneles
La panelización es uno de los aspectos que más fácilmente se pasan por alto.
Imagina un panel de producción que permita:
8 tablas
Una disposición optimizada podría ser la siguiente:
10 tablas
La placa de circuito impreso en sí no ha sufrido cambios a nivel eléctrico, pero se ha mejorado la cantidad de material aprovechable por placa.
El aprovechamiento de los paneles depende de:
- Dimensiones de la tabla
- Forma de la tabla
- Rotación
- Rieles de sujeción
- ranura en V
- Enrutamiento
- Requisitos de espaciado
Por lo tanto, en los proyectos de producción, se debe tener en cuenta la panelización antes de concretar el esquema mecánico.
7. Evita el cobre innecesariamente pesado
El cobre grueso resulta útil cuando el diseño lo requiere.
Entre los motivos más habituales se encuentran:
- Alta intensidad de corriente
- Distribución de energía
- Gestión térmica
- Resistencia reducida del conductor
Sin embargo, aplicar una capa gruesa de cobre en cada capa puede suponer un aumento innecesario de los costes de material y de fabricación.
En el caso de una placa de señal mixta, puede resultar más adecuado utilizar cobre de mayor espesor únicamente en aquellos puntos en los que el diseño de la alimentación lo requiera, siempre que el proceso de fabricación y la estructura de capas permitan esa configuración.
8. Utiliza un ancho y un espaciado prácticos para las pistas
Una geometría extremadamente fina puede aumentar la dificultad de fabricación.
Si el diseño utiliza:
- Trazas muy estrechas
- Espaciado muy pequeño
- Pequeños anillos anulares
Si no hay una razón eléctrica de peso, podría haber la posibilidad de simplificar los requisitos de fabricación.
Esto puede tener dos ventajas:
- Menor complejidad en la fabricación
- Mayor solidez en la producción
El objetivo no es utilizar las trazas más grandes posibles.
El objetivo es evitar diseñar con márgenes innecesariamente ajustados respecto al límite de fabricación.
9. Reconsiderar las tolerancias estrictas
Las tolerancias estrictas resultan útiles cuando permiten controlar un requisito real del producto.
Pero no todas las dimensiones requieren la misma tolerancia.
Por ejemplo, una interfaz mecánica puede requerir una tolerancia dimensional estricta, mientras que un elemento interno ofrece mucha más flexibilidad.
Aplicar una tolerancia innecesariamente estricta en toda la placa de circuito impreso puede aumentar la dificultad de la producción.
Un enfoque más adecuado consiste en identificar qué aspectos son realmente importantes.
10. Elige el acabado superficial adecuado para la aplicación
El acabado superficial debe seleccionarse en función de los requisitos de montaje y fiabilidad.
Entre las opciones más habituales se encuentran:
- HASL
- HASL sin plomo
- ENIG
- OSP
- Plata de inmersión
En el caso de una tabla convencional, un acabado más económico puede resultar totalmente adecuado.
En el caso de componentes de paso fino, encapsulados BGA o requisitos ambientales específicos, puede estar justificado el uso de ENIG u otro tipo de acabado.
Lo importante es evitar elegir el acabado por mera costumbre.
11. No elimines las pruebas necesarias
Las pruebas son un ámbito en el que la reducción de costes puede resultar contraproducente.
En función de la aplicación, las pruebas pueden incluir:
- Pruebas eléctricas
- AOI
- Pruebas de impedancia
- Rayos X
- Pruebas de fiabilidad
Un prototipo de producto de consumo y una placa de control para automóviles no tienen por qué requerir la misma estrategia de inspección.
El enfoque adecuado consiste en adaptar las pruebas al riesgo del producto.
Prescindir de una prueba adecuada con el único fin de ahorrar una pequeña cantidad de dinero puede acarrear costes mucho mayores si las placas defectuosas llegan a la fase de montaje o al mercado.
12. Optimizar la cantidad de producción
La cantidad influye directamente en el precio unitario, ya que los costes fijos se reparten entre un mayor número de placas.
Sin embargo, el precio unitario más bajo no implica necesariamente el coste total más bajo.
Por ejemplo:
1,000 boards × low unit price
puede parecer atractivo.
Pero si el diseño cambia tras las 300 unidades, el stock restante se convierte en un gasto.
En el caso de los nuevos productos, una estrategia de producción por fases puede resultar a veces más práctica:
prototype → engineering validation → small production → volume production
Esto reduce el riesgo de fabricar una gran cantidad antes de que el diseño se haya estabilizado.
Guía práctica: Cómo ahorrar en el coste de las placas de circuito impreso antes de realizar el pedido
Una revisión práctica se puede llevar a cabo en varios pasos.
Paso 1: Comprueba el número de capas
Pregunta:
¿Puede la placa cumplir con los requisitos de enrutamiento y señal con menos capas?
En caso afirmativo, evalúa la configuración alternativa.
No reduzcas las capas automáticamente.
Paso 2: Repasa el material
Pregunta:
¿El diseño requiere realmente un laminado especial?
Si el FR-4 estándar cumple los requisitos, compáralo con el material actual.
Paso 3: Revisar la estructura de las vías
Busca:
- Vías ciegas
- Vías enterradas
- Microvías
- Microvías apiladas
- Via en la almohadilla
Determina qué estructuras son esenciales.
Paso 4: Comprobar el peso del cobre
Identifica los requisitos reales actuales de cada capa.
Evita utilizar cobre pesado cuando no aporte ninguna ventaja eléctrica útil.
Paso 5: Revisar las dimensiones de la tabla
Comprueba si un pequeño cambio en el contorno de la placa podría mejorar el aprovechamiento del panel.
Paso 6: Revisar el acabado de la superficie
Comprueba que el acabado seleccionado sea necesario para el proceso de montaje.
Paso 7: Revisar las tolerancias
Distingue las dimensiones verdaderamente críticas de las especificaciones que pueden admitir tolerancias estándar.
Paso 8: Comparar los presupuestos completos
Al comparar presupuestos, utiliza los mismos:
- Material
- Número de capas
- Peso del cobre
- Acabado superficial
- Cantidad
- Pruebas
- Plazo de entrega
De lo contrario, es posible que un presupuesto más bajo se base simplemente en unas especificaciones diferentes.
¿Qué es lo que nunca se debe recortar solo para reducir el coste de las placas de circuito impreso?
Algunas especificaciones están directamente relacionadas con el rendimiento o la fiabilidad del producto.
Ten especial cuidado al reducir:
Espesor del cobre
Si el diseño eléctrico requiere una capacidad de corriente específica, reducir la cantidad de cobre puede aumentar la resistencia y el calentamiento.
Requisitos de chapado
Un recubrimiento insuficiente de las vías puede afectar a la fiabilidad a largo plazo.
Rendimiento de los materiales
El uso de un laminado inadecuado puede provocar problemas térmicos o de integridad de la señal.
Pruebas obligatorias
Si se omite la inspección adecuada, puede aumentar el riesgo de que se incorporen placas defectuosas al proceso de montaje.
Tolerancias críticas
Si una interfaz mecánica o eléctrica requiere realmente una tolerancia, reducirla puede provocar fallos en fases posteriores.
La optimización de costes debe centrarse en estos requisitos, no en eliminarlos sin más.
Un ejemplo práctico de optimización de costes de placas de circuito impreso
Imaginemos una placa de circuito impreso de 8 capas con:
- Material con alta Tg
- 2 oz de cobre en cada capa
- ENIG
- Microvías
- Via en la almohadilla
- Espaciado reducido entre las pistas
- Tolerancias dimensionales muy estrictas
La primera reacción podría ser buscar un fabricante de placas de circuito impreso más barato.
Un enfoque más adecuado es revisar el diseño.
Supongamos que la revisión técnica pone de manifiesto lo siguiente:
- En realidad, solo dos capas requieren 2 oz de cobre
- El FR-4 estándar cumple los requisitos térmicos
- Varias microvías pueden sustituirse por vías de orificio pasante
- El «via-in-pad» solo es necesario debajo de un BGA
- Para algunas tolerancias dimensionales se pueden utilizar valores estándar
Es posible que el diseño revisado presente una complejidad de fabricación considerablemente menor.
El ahorro se debe a optimización del diseño, y no por comprometer la calidad de la placa de circuito impreso terminada.
Coste de la placa de circuito impreso frente al coste total del producto
Una placa de circuito impreso (PCB) es solo una de las partes del producto electrónico acabado.
Una placa de circuito impreso (PCB) ligeramente más barata puede acabar saliendo más cara si provoca:
- Defectos en el montaje de componentes superficiales (SMT)
- Reelaboración
- Mayor tiempo de montaje
- Depuración de señales
- Problemas térmicos
- Fallos en el terreno
Por este motivo, el coste de los PCB debe evaluarse junto con:
fabricación + montaje + pruebas + inventario + fiabilidad
Esto es especialmente importante cuando la placa de circuito impreso se utiliza en productos industriales o de larga duración.
FAQ
R: Empieza por el número de capas, las dimensiones de la placa, el aprovechamiento del panel, la selección de materiales, la estructura de las vías y las tolerancias innecesarias. Estos aspectos suelen permitir un ahorro más significativo que la mera negociación del precio unitario.
R: No. Un menor número de capas puede provocar dificultades en el trazado, aumentar el tamaño de la placa o requerir técnicas de fabricación más costosas. Es necesario evaluar el diseño en su conjunto.
R: Solo cuando el material más barato siga cumpliendo los requisitos eléctricos, térmicos, mecánicos y de fiabilidad.
R: No, si los ensayos son necesarios para controlar el riesgo del producto. Los ensayos deben adaptarse a la aplicación, en lugar de eliminarse únicamente para ofrecer un presupuesto más bajo.
R: No. La fabricación del HDI es más cara, pero permite reducir el tamaño de la placa o evitar un número de capas convencional mucho mayor. La comparación correcta debe realizarse entre alternativas de diseño completas.
Conclusión
Las reducciones de costes más eficaces en los circuitos impresos suelen producirse antes de realizar el pedido de producción.
En lugar de preguntarte únicamente cómo conseguir un precio unitario más bajo, revisa el diseño para detectar posibles complejidades innecesarias en la fabricación.
Los aspectos más útiles que hay que analizar son:
- Número de capas
- Apilamiento
- Material
- Peso del cobre
- A través de la estructura
- Dimensiones de la tabla
- Aprovechamiento de los paneles
- Geometría de traza
- Tolerancias
- Acabado superficial
- Cantidad de producción
El objetivo es sencillo:
Elimina los costes innecesarios, no la calidad.
Una placa de circuito impreso (PCB) bien optimizada debe ser fácil de fabricar, cumplir los requisitos eléctricos y mecánicos, y evitar procesos que solo existen porque se especificaron sin una razón técnica clara.
En el caso de los proyectos gestionados por TOPFAST, se puede llevar a cabo la misma revisión antes de la fabricación, de modo que se identifiquen los posibles factores que influyen en los costes mientras aún sea viable introducir cambios.
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