Es habitual que un equipo de ingeniería reciba un presupuesto para un prototipo de placa de circuito impreso que le parezca caro y que, posteriormente, reciba un precio unitario mucho más bajo cuando ese mismo diseño pasa a la fase de producción.
Al principio, esto puede parecer incoherente.
La placa de circuito impreso no ha cambiado.
Es posible que los archivos Gerber sean idénticos.
Es posible que el material sea el mismo.
Entonces, ¿por qué varía tanto el precio por tabla?
La respuesta es que La fabricación de prototipos y la fabricación en serie tienen estructuras de costes diferentes..
Un pedido pequeño de prototipos debe cubrir los costes de preparación técnica, puesta a punto, utillaje, preparación de materiales y otros costes fijos repartidos entre un número limitado de placas.
Una orden de fabricación distribuye esos costes entre una cantidad mucho mayor y, por lo general, se beneficia de un mejor aprovechamiento de los paneles y de una compra de materiales más eficiente.
Comprender esta diferencia facilita una evaluación realista de los presupuestos de placas de circuito impreso.
Índice
El coste del prototipo y el coste de producción no se calculan de la misma manera
Una forma sencilla de entender cómo se fijan los precios de las placas de circuito impreso es la siguiente:
Coste total de los PCB = costes fijos de fabricación + costes variables de producción
Los costes fijos pueden incluir:
- Preparación técnica
- Procesamiento CAM
- Herramientas
- Configuración de la producción
- Preparación para los exámenes
Los costes variables incluyen:
- Materiales para placas de circuito impreso
- Cobre
- Fabricación
- Acabado superficial
- Pruebas
- Embalaje
En el caso de un prototipo de 10 unidades, la parte fija puede suponer una parte significativa del coste total.
En el caso de un pedido de producción de 10 000 unidades, ese mismo coste fijo tiene un efecto mucho menor sobre el precio unitario.
Esta es la razón fundamental por la que los precios unitarios de los prototipos suelen ser más elevados.
Por qué los prototipos de placas de circuito impreso cuestan más por unidad
Preparación técnica
Cada tarea de fabricación debe revisarse y prepararse.
Esto puede incluir:
- Verificación de Gerber
- Procesamiento de archivos de taladrado
- Comprobaciones DFM
- Confirmación de la pila
- Preparación de los datos de producción
Tanto si el pedido es de 10 placas como de 10 000, gran parte de este trabajo sigue teniendo que realizarse.
Herramientas y configuración
En función del proceso de fabricación, es posible que el fabricante tenga que preparar:
- Utillaje de producción
- Datos de perforación
- Datos de imágenes
- Dispositivos de ensayo
- Panelización
Estos costes son difíciles de repartir en un pedido muy pequeño.
Pequeñas compras de material
Los volúmenes de producción suelen permitir una compra más eficiente de los materiales.
Un pedido de prototipos puede requerir una cantidad relativamente pequeña de un artículo concreto:
- Laminado
- Preimpregnado
- Lámina de cobre
- Acabado superficial
La economía de la compra de materiales difiere de la de un programa de producción recurrente.
Por qué bajan los precios de los PCB en producción
Una vez que un producto entra en la fase de producción en serie, hay varios aspectos que ganan en eficiencia.
Los costes fijos se distribuyen
Un coste de puesta en marcha que resulta significativo para 10 placas se vuelve casi insignificante cuando se distribuye entre miles de unidades.
Mejora la utilización de los paneles
Los trabajos de producción suelen poder optimizarse en torno a una configuración estable de paneles.
El fabricante sabe que:
- Sesión de orientación para la junta directiva
- Número de paneles
- Requisitos de utillaje
- Estrategia de enrutamiento
Esto mejora el aprovechamiento del material.
La planificación de materiales resulta más sencilla
La producción periódica permite planificar los materiales de forma más eficiente.
Esto puede reducir la incertidumbre en el aprovisionamiento y mejorar la planificación de la producción.
Los procesos de producción se vuelven más estables
Una vez definido el diseño, se puede repetir el mismo proceso de fabricación.
Esto reduce la atención técnica necesaria para cada pedido concreto.
La cantidad de prototipos influye considerablemente en el coste unitario
Veamos un ejemplo simplificado.
Supongamos que un encargo hipotético de placas de circuito impreso tiene un coste fijo de preparación de $200.
Si solo se piden 10 placas:
$200 ÷ 10 = $20 per board
Si se encargan 100 placas:
$200 ÷ 100 = $2 per board
Si se encargan 1.000 placas:
$200 ÷ 1,000 = $0.20 per board
El presupuesto real de una placa de circuito impreso es, obviamente, más complicado, pero lo importante es el principio.
Una misma actividad de fabricación fija tiene un efecto muy diferente sobre el precio unitario en función de la cantidad.
¿Encargar más prototipos siempre supone un ahorro?
No necesariamente.
Un pedido de prototipos de mayor volumen puede reducir el precio unitario, pero también aumenta el gasto total antes de que se haya validado el diseño.
Por ejemplo, si un equipo de ingeniería encarga 200 placas y, tras el montaje de las primeras 20, descubre un problema grave de trazado, es posible que las placas restantes queden obsoletas.
Por eso, la cantidad de prototipos debe basarse en el plan de validación y no únicamente en el precio unitario.
Los cambios en la estructura de costes durante el desarrollo del producto
Un proyecto de placas de circuito impreso suele pasar por varias fases.
Prototipo inicial
El objetivo es comprobar si el diseño funciona.
Las cantidades habituales son relativamente pequeñas.
Validación técnica
La atención se centra ahora en:
- Rendimiento eléctrico
- Comportamiento térmico
- Ajuste mecánico
- Montaje
Producción piloto
Se evalúa el propio proceso de fabricación.
El equipo puede examinar:
- Rendimiento
- Repetibilidad del montaje
- Cobertura de pruebas
- Uniformidad en la producción
Producción en serie
La atención se centra ahora en:
- Coste unitario
- Capacidad
- Entrega
- Planificación de materiales
- Fiabilidad a largo plazo
Por lo tanto, una misma PCB puede tener prioridades económicas muy diferentes en cada etapa.
Por lo general, el prototipo y la producción deben cumplir las mismas especificaciones críticas
Hay una distinción importante entre optimización de costes and modificar la definición del producto.
Si la placa de circuito impreso final requiere:
- Material con alta Tg
- Impedancia controlada
- Espesor específico del cobre
- ENIG
- HDI
- Compatibilidad con BGA de paso fino
Por lo tanto, modificar esos parámetros con el único fin de reducir el coste del prototipo podría hacer que este resultara menos representativo.
A efectos de la validación técnica, el prototipo debe reproducir las características que son relevantes para el producto final.
De lo contrario, es posible que los resultados de las pruebas no se transfieran correctamente al entorno de producción.
Esto es especialmente importante en el caso de diseños complejos en los que Coste de las placas de circuito impreso HDI y la estructura de fabricación pueden influir de manera significativa en la placa final.
¿Cuándo se pueden simplificar las especificaciones de un prototipo?
No es necesario que todos los detalles sean idénticos.
Algunos parámetros de fabricación no críticos pueden optimizarse si no afectan a:
- Comportamiento eléctrico
- Ajuste mecánico
- Rendimiento térmico
- Montaje
- Fiabilidad
Por ejemplo, es posible que una dimensión de fabricación no crítica pueda utilizar una tolerancia estándar.
Sin embargo, esta decisión debe tomarse de forma meditada, en lugar de limitarse a elegir la opción más barata.
Prototipo de PCB frente a producción: principales diferencias de coste
| Factor de coste | Prototipo | Producción |
|---|---|---|
| Cantidad | Low | Más alto |
| Coste de ingeniería por unidad | Alta | Low |
| Coste de puesta en marcha por unidad | Alta | Low |
| Compra de materiales | Pequeño volumen | Mayor volumen |
| Optimización de paneles | Limitado | Más eficiente |
| Precio unitario | Más alto | Baja |
| Flexibilidad de diseño | Alta | Menor tras la publicación |
| Objetivo principal | Validación | Producción repetible |
La tabla explica por qué no se debe utilizar un presupuesto de prototipo como predicción directa del precio unitario final de producción.
La complejidad de los consejos de administración sigue siendo importante
El aumento del volumen de producción no elimina el coste que supone la fabricación de placas de circuito impreso complejas.
La fabricación en serie de una placa de circuito impreso HDI seguirá requiriendo más procesos que la de una placa de circuito impreso convencional de cuatro capas.
Entre los factores que influyen en los costes se pueden incluir:
- Número de capas
- Laminado secuencial
- Microvías
- A través del relleno
- Cobre pesado
- Materiales especiales
- Tolerancias estrictas
- Impedancia controlada
Por lo tanto, el efecto de la cantidad es solo una parte de la ecuación global de los costes.
Guía práctica: Cómo evaluar si un proyecto está listo para la producción
Paso 1: Confirmar el diseño eléctrico
Comprueba si se han resuelto los principales problemas de diseño.
Esto incluye:
- Rendimiento funcional
- Integridad de la señal
- Comportamiento de la potencia
- Rendimiento térmico
Paso 2: Realizar la validación mecánica
Confirmar:
- Dimensiones de la tabla
- Orificios de montaje
- Posiciones de los conectores
- Altura del componente
- Ajuste de la carcasa
Modificarlos una vez que haya comenzado la producción en serie puede suponer un coste considerable.
Paso 3: Comprobar el montaje de la placa de circuito impreso
La placa de circuito impreso debe someterse a pruebas junto con el proceso de montaje real.
Busca:
- Problemas de soldadura
- Problemas con la colocación de los componentes
- Defectos en los BGA
- Requisitos de reelaboración
- Problemas de acceso a las pruebas
Paso 4: Revisar los comentarios sobre la fabricación
Antes de iniciar la producción, comprueba si hay algún elemento del circuito impreso que resulte innecesariamente difícil de fabricar.
Entre los ejemplos típicos se incluyen:
- Agujeros muy pequeños
- Trazas extremadamente estrechas
- Microvías innecesarias
- Tolerancias estrictas
- Panelización complicada
Es aquí donde una revisión de los procesos de fabricación puede suponer un ahorro real de costes.
Paso 5: Comparar los presupuestos del prototipo y de la producción
No te limites a comparar los precios unitarios.
Compara:
- Del mismo material
- La misma combinación
- Mismo acabado superficial
- El mismo cobre
- Las mismas pruebas
- Los mismos requisitos de calidad
Esto establece una referencia realista.
¿Cuándo conviene pasar de la fase de prototipo a la de producción?
No existe un umbral cuantitativo universal.
El momento adecuado depende de la madurez del producto.
Por lo general, un proyecto se encuentra más cerca de la fase de producción cuando:
- El diseño de la placa de circuito impreso ha superado las pruebas funcionales
- Se ha confirmado el ajuste mecánico
- Los problemas de montaje están bajo control
- Es poco probable que se produzcan cambios importantes en el diseño
- Los requisitos de fabricación están documentados
- Se definen los procedimientos de ensayo
Si el diseño sigue cambiando con frecuencia, fabricar una gran cantidad con el único fin de conseguir un precio unitario más bajo puede generar un riesgo de existencias innecesario.
Cómo reducir la diferencia entre el coste del prototipo y el de la producción
Existen varios enfoques prácticos.
Estandarizar el diseño
Evita el uso de materiales especiales o procesos de fabricación innecesarios.
Planifica la panelización con antelación
Un diseño de placa que facilite la fabricación puede mejorar el aprovechamiento del material.
Utilizar especificaciones de fabricación estables
Los cambios frecuentes en la disposición de las capas o en el acabado superficial suponen un trabajo de ingeniería adicional.
Orden según la fase de desarrollo
Utiliza cantidades más pequeñas durante las primeras fases de desarrollo y ve aumentando el volumen a medida que el diseño se vaya estabilizando.
Revisar el DFM antes de la producción
Una revisión de DFM permite identificar características de fabricación innecesariamente costosas.
Por qué el precio más bajo de un prototipo no siempre es la mejor opción
Un prototipo tiene una finalidad concreta: para validar el diseño.
Si un prototipo de menor coste utiliza un material diferente, una disposición de capas distinta o una estructura de fabricación diferente, es posible que los resultados de sus pruebas no reflejen con precisión la placa de circuito impreso de producción.
Por ejemplo, modificar el sistema dieléctrico de una placa de alta velocidad puede afectar a la impedancia y al comportamiento de la señal.
Del mismo modo, modificar la estructura de un HDI puede afectar al fanout del BGA y al comportamiento del montaje.
Por lo tanto, el prototipo debería optimizarse para información útil sobre ingeniería, y no simplemente el precio más bajo posible.
FAQ
Los pedidos pequeños deben absorber los costes fijos de ingeniería, puesta a punto, utillaje y preparación repartidos entre un número limitado de placas. Las cantidades de producción reparten esos costes entre muchas más unidades.
Sí. Los diseños más complejos tienen unos costes de fabricación más elevados en ambas fases. Las placas HDI, el elevado número de capas, el cobre de gran espesor, los materiales especiales y las tolerancias estrictas pueden aumentar el precio.
Cuando las propiedades de los materiales influyen en el rendimiento eléctrico, térmico, mecánico o en la fiabilidad, por lo general deben ser representativas del diseño de producción.
No hay una cantidad fija. La cantidad debe reflejar el número necesario para el montaje, las pruebas de ingeniería, los ensayos destructivos, las muestras para los clientes y las unidades de reserva.
A menudo, sí. La planificación de cantidades, la panelización, las normas de fabricación estándar, el acabado superficial adecuado y evitar una producción urgente innecesaria pueden reducir los costes sin modificar las especificaciones críticas.
Conclusión
La diferencia entre el precio de un prototipo de PCB y el de la producción radica principalmente en distribución de costes y eficiencia en la fabricación.
Los pedidos de prototipos representan una mayor proporción de:
- Preparación técnica
- Configuración
- Herramientas
- Preparación del material
- Preparación para los exámenes
Las órdenes de producción reparten estos costes entre cantidades mucho mayores y se benefician de una planificación de la fabricación más eficiente.
La mejor estrategia no es forzar a la baja el precio de los prototipos a cualquier precio.
En su lugar:
Validar primero el diseño adecuado y, a continuación, optimizar los aspectos económicos de la fabricación a medida que el diseño avanza hacia la producción.
Este enfoque reduce el riesgo de tener que pagar por grandes cantidades de placas antes de que el diseño esté consolidado, al tiempo que facilita la transición a la fabricación en serie.
En el caso de los proyectos que pasan de la fase de prototipo a la de producción, TOPFAST puede evaluar las especificaciones de fabricación en ambas etapas, de modo que los cambios introducidos en el prototipo no generen problemas involuntarios cuando el diseño pase a la producción en serie.
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