Il arrive souvent qu'une équipe d'ingénieurs reçoive un devis pour un prototype de circuit imprimé qui semble onéreux, puis se voie proposer un prix unitaire nettement inférieur lorsque ce même modèle entre en production.
Au premier abord, cela peut sembler incohérent.
Le circuit imprimé n'a pas changé.
Les fichiers Gerber peuvent être identiques.
Le matériau est peut-être le même.
Alors, pourquoi le prix à l'unité varie-t-il autant ?
La réponse est que La fabrication de prototypes et la production en série présentent des structures de coûts différentes..
Une petite commande de prototypes doit couvrir les coûts de préparation technique, de mise en place, d'outillage, de préparation des matériaux et autres coûts fixes, répartis sur un nombre limité de cartes.
Un ordre de fabrication répartit ces coûts sur une quantité bien plus importante et permet généralement de mieux exploiter les panneaux et d'optimiser les achats de matériaux.
Comprendre cette différence permet d'évaluer plus facilement et de manière réaliste les devis relatifs aux circuits imprimés.
Table des matières
Le coût d'un prototype et le coût de production ne sont pas calculés de la même manière
Voici une façon simplifiée d'appréhender la tarification des circuits imprimés :
Coût total des circuits imprimés = coûts fixes de fabrication + coûts variables de production
Les coûts fixes peuvent inclure :
- Préparation technique
- Traitement par FAO
- Outillage
- Mise en place de la production
- Préparation aux examens
Les coûts variables comprennent :
- Matériaux pour circuits imprimés
- Cuivre
- Fabrication
- Finition de la surface
- Essais
- Emballage
Pour un prototype de 10 pièces, la partie fixe peut représenter une part importante du coût total.
Pour une commande de 10 000 pièces, ce même coût fixe a un impact bien moindre sur le prix unitaire.
C'est la raison principale pour laquelle les prix unitaires des prototypes sont généralement plus élevés.
Pourquoi les circuits imprimés prototypes coûtent-ils plus cher à l'unité ?
Préparation technique
Chaque tâche de fabrication doit être examinée et préparée.
Cela peut notamment inclure :
- Vérification Gerber
- Traitement des fichiers de perçage
- Contrôles DFM
- Confirmation de l'empilement
- Préparation des données de production
Que la commande porte sur 10 cartes ou sur 10 000 cartes, une grande partie de ce travail reste à effectuer.
Outillage et mise en place
En fonction du procédé de fabrication, le fabricant peut être amené à préparer :
- Outillage de production
- Données de forage
- Données d'imagerie
- Dispositifs de test
- Panelisation
Ces coûts sont difficiles à répartir sur une commande de très faible volume.
Petits achats de matériel
Les volumes de production permettent généralement d'acheter les matières premières de manière plus efficace.
Une commande de prototype peut nécessiter une quantité relativement faible d'un produit donné :
- Stratifié
- Préimprégné
- Feuille de cuivre
- Finition de la surface
Les aspects économiques liés à l'achat de matières premières diffèrent de ceux d'un programme de production récurrent.
Pourquoi les prix des circuits imprimés en série baissent-ils ?
Dès qu'un produit entre en production en série, plusieurs aspects gagnent en efficacité.
Les coûts fixes sont répartis
Un coût de mise en place qui est important pour 10 cartes devient presque négligeable lorsqu'il est réparti sur des milliers d'unités.
L'utilisation des panneaux s'améliore
Les tâches de production peuvent souvent être optimisées en s'appuyant sur une configuration de panneaux stable.
Le fabricant le sait :
- Réunion d'orientation du conseil d'administration
- Nombre de panneaux
- Exigences en matière d'outillage
- Stratégie de routage
Cela permet d'optimiser l'utilisation des matériaux.
La planification des besoins devient plus simple
La production en série permet de planifier les matériaux de manière plus efficace.
Cela peut réduire les incertitudes liées à l'approvisionnement et améliorer la planification de la production.
Les processus de production gagnent en stabilité
Une fois la conception finalisée, le même processus de fabrication peut être répété.
Cela permet de réduire le temps que les ingénieurs doivent consacrer à chaque commande.
Le nombre de prototypes a une forte incidence sur le coût unitaire
Prenons un exemple simplifié.
Supposons qu'une commande hypothétique de circuits imprimés comporte un coût de préparation fixe de $200.
Si seulement 10 cartes sont commandées :
$200 ÷ 10 = $20 per board
Si 100 cartes sont commandées :
$200 ÷ 100 = $2 per board
Si 1 000 cartes sont commandées :
$200 ÷ 1,000 = $0.20 per board
Le devis réel d'un circuit imprimé est évidemment plus complexe, mais c'est le principe qui importe.
Une même activité de production fixe a un effet très différent sur le prix unitaire selon la quantité.
Commander davantage de prototypes permet-il toujours de faire des économies ?
Pas forcément.
Une commande de prototypes en plus grande quantité peut permettre de réduire le prix unitaire, mais elle entraîne également une augmentation des dépenses totales avant même que la conception n'ait été validée.
Par exemple, si une équipe d'ingénieurs commande 200 cartes et constate ensuite un problème majeur de routage après l'assemblage des 20 premières, les cartes restantes risquent de devenir obsolètes.
C'est pourquoi le nombre de prototypes doit être déterminé en fonction du plan de validation plutôt qu'en se basant uniquement sur le prix unitaire.
Les évolutions de la structure des coûts au cours du développement d'un produit
Un projet de circuit imprimé passe généralement par plusieurs étapes.
Premier prototype
L'objectif est de vérifier si la conception fonctionne.
Les quantités habituelles sont relativement faibles.
Validation technique
L'accent est désormais mis sur :
- Performance électrique
- Comportement thermique
- Ajustement mécanique
- Assemblée
Production pilote
C'est le processus de fabrication lui-même qui est évalué.
L'équipe peut examiner :
- Rendement
- Répétabilité de l'assemblage
- Couverture des tests
- Cohérence de la production
Production en série
L'accent est désormais mis sur :
- Coût unitaire
- Capacité
- Livraison
- Planification des besoins en matériaux
- Fiabilité à long terme
Un même circuit imprimé peut donc présenter des priorités économiques très différentes à chaque étape.
Le prototype et la production devraient généralement respecter les mêmes spécifications essentielles
Il existe une distinction importante entre optimisation des coûts and modification de la définition du produit.
Si le circuit imprimé final nécessite :
- Matériau à haute Tg
- Impédance contrôlée
- Épaisseur spécifique du cuivre
- ENIG
- HDI
- Prise en charge des BGA à pas fin
Or, modifier ces paramètres dans le seul but de réduire le coût du prototype pourrait rendre celui-ci moins représentatif.
Aux fins de la validation technique, le prototype doit reproduire les caractéristiques qui importent pour le produit final.
Sinon, les résultats des tests risquent de ne pas être correctement transposés en environnement de production.
Cela revêt une importance particulière pour les conceptions complexes où Coût des circuits imprimés HDI et la structure de fabrication peuvent avoir une incidence considérable sur la carte finale.
Dans quels cas peut-on simplifier les spécifications d'un prototype ?
Tous les détails ne doivent pas nécessairement être identiques.
Certains paramètres de fabrication non critiques peuvent être optimisés s'ils n'ont pas d'incidence sur :
- Comportement électrique
- Ajustement mécanique
- Performances thermiques
- Assemblée
- Fiabilité
Par exemple, une cote de fabrication non critique peut faire l'objet d'une tolérance standard.
Mais cette décision doit être mûrement réfléchie, plutôt que de se contenter de choisir l'option la moins chère.
Prototype de circuit imprimé vs production : principales différences de coût
| Facteur de coût | Prototype | Production |
|---|---|---|
| Quantité | Low | Plus élevé |
| Coût d'ingénierie unitaire | Haut | Low |
| Coût de mise en place par unité | Haut | Low |
| Achats de matériaux | Petit volume | Volume plus important |
| Optimisation des panneaux | Limitée | Plus efficace |
| Prix unitaire | Plus élevé | Plus bas |
| Flexibilité de conception | Haut | En baisse après la publication |
| Objectif principal | Validation | Production reproductible |
Le tableau explique pourquoi un devis de prototype ne doit pas être considéré comme une prévision directe du prix unitaire de production final.
La complexité du conseil d'administration reste un facteur important
L'augmentation des volumes de production ne permet pas d'éliminer le coût lié à la fabrication de circuits imprimés complexes.
La fabrication en série d'un circuit imprimé HDI nécessite tout de même davantage d'étapes qu'un circuit imprimé classique à 4 couches.
Les facteurs de coût peuvent inclure :
- Nombre de couches
- Laminage séquentiel
- Microvias
- Via le remplissage
- Cuivre épais
- Matériaux spéciaux
- Tolérances serrées
- Impédance contrôlée
L'effet lié à la quantité ne représente donc qu'une partie de l'équation globale des coûts.
Guide pratique : déterminer si un projet est prêt à entrer en production
Étape 1 : Vérifier la conception électrique
Vérifiez si les principaux problèmes de conception ont été résolus.
Cela comprend :
- Performances fonctionnelles
- Intégrité du signal
- Comportement en puissance
- Performances thermiques
Étape 2 : Validation mécanique complète
Confirmer :
- Dimensions de la planche
- Trous de fixation
- Emplacements des connecteurs
- Hauteur du composant
- Ajustement du boîtier
Modifier ces éléments une fois que la production en série a commencé peut entraîner des coûts importants.
Étape 3 : Validation de l'assemblage du circuit imprimé
Le circuit imprimé doit être testé parallèlement au processus d'assemblage proprement dit.
Rechercher :
- Problèmes de soudure
- Problèmes liés au placement des composants
- Défauts des BGA
- Exigences en matière de reprise
- Problèmes d'accès au test
Étape 4 : Examen des retours d'expérience liés à la fabrication
Avant la production, vérifiez si certains éléments du circuit imprimé présentent des difficultés de fabrication inutiles.
Parmi les exemples typiques, on peut citer :
- Très petits trous
- Pistes extrêmement étroites
- Microvias superflus
- Tolérances serrées
- Panélisation difficile
C'est là qu'un audit des processus de fabrication peut permettre de réaliser de réelles économies.
Étape 5 : Comparer les devis pour le prototype et la production
Ne vous contentez pas de comparer les prix unitaires.
Comparez :
- Même matériau
- Même empilement
- Même finition de surface
- Le même cuivre
- Mêmes tests
- Mêmes exigences de qualité
Cela permet d'établir une base de référence réaliste.
Quand faut-il passer du prototype à la production ?
Il n'existe pas de seuil quantitatif universel.
Le moment opportun dépend du stade de maturité du produit.
Un projet est généralement plus proche de la mise en production lorsque :
- La conception du circuit imprimé a passé avec succès les tests fonctionnels
- L'ajustement mécanique a été confirmé
- Les problèmes d'assemblage sont maîtrisés
- Il est peu probable que des changements majeurs soient apportés à la conception
- Les exigences de fabrication sont consignées par écrit
- Les procédures d'essai sont définies
Si la conception évolue encore fréquemment, produire en grande quantité dans le seul but d'obtenir un prix unitaire plus bas peut entraîner un risque de surstock inutile.
Comment réduire l'écart entre le coût du prototype et celui de la production
Il existe plusieurs approches pratiques.
Uniformiser la conception
Évitez d'utiliser des matériaux spéciaux ou des procédés de fabrication superflus.
Prévoir la modularisation dès le début
Une forme de circuit imprimé adaptée à la production peut améliorer l'utilisation des matériaux.
Utiliser des spécifications de fabrication stables
Les modifications fréquentes de la composition ou de la finition de surface entraînent un surcroît de travail d'ingénierie.
Classement en fonction du stade de développement
Utilisez des quantités plus faibles au début du développement, puis augmentez-les à mesure que la conception se stabilise.
Vérifier la conception pour la fabrication (DFM) avant la production
Une analyse DFM permet d'identifier les caractéristiques de fabrication qui entraînent des coûts inutiles.
Pourquoi le prix le plus bas pour un prototype n'est pas toujours le meilleur choix
Un prototype a un objectif précis : pour valider la conception.
Si un prototype moins coûteux utilise un matériau différent, une configuration différente ou un procédé de fabrication différent, ses résultats de test peuvent ne pas refléter fidèlement le circuit imprimé de série.
Par exemple, la modification du système diélectrique d'une carte à haute vitesse peut avoir une incidence sur l'impédance et le comportement du signal.
De même, la modification de la structure d'un circuit imprimé HDI peut avoir une incidence sur la distribution des broches du BGA et sur le comportement lors de l'assemblage.
Le prototype devrait donc être optimisé pour informations techniques utiles, et pas seulement le prix le plus bas possible.
FAQ
Les petites commandes doivent supporter les coûts fixes liés à l'ingénierie, à la mise en place, à l'outillage et à la préparation, répartis sur un nombre limité de cartes. Les quantités de production permettent de répartir ces coûts sur un nombre bien plus important d'unités.
Oui. Les conceptions plus complexes entraînent des coûts de fabrication plus élevés à ces deux étapes. Les circuits HDI, les circuits à grand nombre de couches, les épaisseurs de cuivre importantes, les matériaux spéciaux et les tolérances serrées sont autant de facteurs susceptibles d'augmenter le prix.
Lorsque les propriétés des matériaux ont une incidence sur les performances électriques, thermiques, mécaniques ou en matière de fiabilité, elles doivent généralement être représentatives de la conception de série.
Il n'y a pas de quantité fixe. La quantité doit correspondre au nombre d'unités nécessaires pour l'assemblage, les essais techniques, les essais destructifs, les échantillons destinés aux clients et les unités de réserve.
Souvent, oui. La planification des quantités, la panélisation, les règles de fabrication standard, le choix d'une finition de surface adaptée et le fait d'éviter les délais de production accélérés inutiles permettent de réduire les coûts sans modifier les spécifications essentielles.
Conclusion
La différence entre le prix d'un prototype de circuit imprimé et celui d'un circuit imprimé de série tient principalement à répartition des coûts et efficacité de la production.
Les commandes de prototypes représentent une part plus importante de :
- Préparation technique
- Configuration
- Outillage
- Préparation du matériel
- Préparation aux examens
Les ordres de fabrication répartissent ces coûts sur des quantités bien plus importantes et bénéficient d'une planification de la production plus efficace.
La meilleure stratégie consiste à ne pas chercher à tout prix à faire baisser le prix des prototypes.
Au lieu de cela :
Valider d'abord la conception adéquate, puis optimiser la rentabilité de la fabrication à mesure que la conception évolue vers la phase de production.
Cette approche réduit le risque de devoir payer pour de grandes quantités de cartes avant que la conception ne soit stabilisée, tout en facilitant la transition vers la production en série.
Pour les projets passant du stade du prototype à celui de la production, TOPFAST peut évaluer le cahier des charges de fabrication à ces deux étapes, afin que les modifications apportées au prototype ne génèrent pas involontairement des problèmes lorsque la conception entre en production en série.
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