A perfuração é um dos processos fundamentais na fabricação de placas de circuito impresso (PCB), mas os requisitos de perfuração de uma placa podem ter um impacto surpreendentemente grande no custo de fabricação.
Uma placa de circuito impresso simples de duas camadas com orifícios de passagem padrão é relativamente fácil de fabricar.
Uma placa de circuito impresso (PCB) multicamadas de alta densidade, com centenas de pequenas vias, orifícios de alta relação de aspecto, vias cegas, vias enterradas ou microvias, requer um processo de fabricação muito mais complexo.
A diferença de custo não se deve apenas à perfuração.
A estrutura do furo também pode afetar:
- Revestimento
- Proporção da imagem
- Inscrição
- Processamento a laser
- Desgaste da ferramenta
- Tempo de produção
- Inspeção
- Rendimento
- Projeto de empilhamento
Por esse motivo, as especificações de perfuração devem ser consideradas logo no início da avaliação de custos da placa de circuito impresso (PCB), em vez de serem adicionadas como um detalhe de fabricação após a conclusão do layout.
Índice
O que torna a perfuração de placas de circuito impresso cara?
Vários fatores influenciam o custo da perfuração de placas de circuito impresso.
Entre os mais importantes, destacam-se:
- Número de furos
- Diâmetro mínimo do furo
- Tipo de furo
- Espessura da placa de circuito impresso
- Proporção da imagem
- Material
- Tolerância do furo
- Perfuração reversa
- Perfuração a laser
- Via enchimento
- Requisitos de galvanização
Uma placa com milhares de orifícios de passagem convencionais pode ter uma estrutura de custos muito diferente daquela de uma placa com menos vias a laser, porém muito menores.
Portanto, O número de furos, por si só, não determina o custo da perfuração.
O método de fabricação é igualmente importante.
Perfuração de orifícios passantes
Os orifícios de passagem atravessam completamente a placa de circuito impresso.
Eles podem ser usados para:
- Terminais dos componentes
- Orifícios de montagem
- Vias revestidas
- Conexões mecânicas
A perfuração de orifícios passantes é um dos processos mais consolidados na fabricação de placas de circuito impresso.
Para tamanhos padrão de orifícios e espessuras comuns de placas, geralmente é mais fácil de fabricar do que estruturas de vias especializadas.
No entanto, o custo pode aumentar quando uma placa contém um número muito grande de furos ou exige brocas de tamanhos mecânicos muito pequenos.
Por que o número de furos afeta o custo das placas de circuito impresso
Cada furo perfurado exige tempo de máquina.
Uma relação simplificada é:
More holes → More drilling operations → Longer production time
Mas a relação não é perfeitamente linear.
O processo de produção também depende de:
- Trocas de ferramentas
- Distribuição do tamanho dos poros
- Tamanho do painel
- Espessura da placa
- Velocidade de perfuração
- Material
- Configuração da máquina
Por exemplo, uma placa com 2.000 furos, utilizando apenas alguns tamanhos padrão de broca, pode ser mais fácil de processar do que uma placa com 500 furos, que exija o uso de muitos diâmetros diferentes de broca.
O número de ferramentas de perfuração distintas pode, portanto, ser tão importante quanto o número total de furos.
Tamanho mínimo do furo e custo
O diâmetro mínimo do furo é uma das especificações mais importantes da perfuração.
Furos grandes costumam ser mais fáceis de fazer.
À medida que o diâmetro do furo diminui, a fabricação torna-se mais sensível a:
- Quebra da broca
- Precisão de posicionamento
- Características do material
- Desgaste da ferramenta
- Proporção da imagem
- Qualidade do revestimento
Por esse motivo, orifícios mecânicos desnecessariamente pequenos podem aumentar o custo de fabricação das placas de circuito impresso.
Se um furo acabado de 0,30 mm puder desempenhar a mesma função elétrica que um furo de 0,20 mm, o furo maior pode oferecer uma solução mais fácil de fabricar.
A capacidade mínima real de perfuração depende do fabricante da placa de circuito impresso e da construção da placa; portanto, o tamanho do furo necessário deve ser discutido antes da produção.
Tamanho do furo acabado x tamanho da broca
Um detalhe importante nas cotações de placas de circuito impresso é a diferença entre o tamanho do furo acabado e o diâmetro da broca.
O furo final após o galvanizado pode ser menor do que o diâmetro original obtido pela perfuração mecânica, pois ocorre um depósito de cobre durante o processo de galvanização.
Por exemplo, um projeto pode especificar o diâmetro final do furo, em vez do diâmetro da broca.
Essa distinção deve ser claramente definida na especificação de fabricação.
Caso contrário, dois fabricantes podem interpretar o mesmo desenho de maneiras diferentes.
Ao comparar cotações de placas de circuito impresso (PCB), sempre verifique se o tamanho do furo indicado se refere a:
- Furo finalizado
- Diâmetro da broca
- Orifício revestido
- Orifício sem revestimento
Isso pode evitar comparações de preços imprecisas.
Espessura da placa de circuito impresso e relação de aspecto dos orifícios
A relação de aspecto do orifício é outro fator importante.
Um cálculo simplificado é:
Aspect Ratio = Board Thickness ÷ Hole Diameter
Por exemplo:
- Placa de 1,6 mm / furo de 0,4 mm = 4:1
- Placa de 1,6 mm / furo de 0,2 mm = 8:1
- Placa de 2,0 mm / furo de 0,2 mm = 10:1
Quanto menor for o orifício em relação à espessura da placa, mais complexo pode se tornar o processo de fabricação.
Orifícios com alta relação de aspecto podem representar desafios para:
- Perfuração
- Qualidade da parede do furo
- Revestimento de cobre
- Circulação da solução
- Confiabilidade
É por isso que o tamanho do furo deve ser sempre avaliado em conjunto com a espessura da placa acabada.
Para obter mais informações sobre as implicações da espessura nos custos, consulte Custo da espessura da placa de circuito impresso: como a espessura da placa afeta o preço.
Pequenos furos podem acarretar custos maiores do que apenas os da perfuração
Um erro comum é supor que um pequeno furo apenas aumenta o custo da perfuração.
Na verdade, pequenos orifícios podem afetar diversos processos de fabricação.
Por exemplo, um pequeno orifício passante revestido pode exigir:
- Perfuração precisa
- Preparação cuidadosa da parede do furo
- Revestimento de cobre confiável
- Inspeção mais rigorosa
- Melhor controle do registro
Se a placa utilizar estruturas de interconexão de alta densidade, também podem ser necessários processos adicionais.
O resultado é uma alteração no custo total de fabricação, e não apenas uma taxa adicional pela perfuração.
Vias mecânicas x microvias a laser
Nem todos os orifícios são perfurados da mesma maneira.
Vias mecânicas
A perfuração mecânica é comumente utilizada para furos passantes convencionais e muitas vias padrão.
É adequado para uma ampla variedade de estruturas de placas de circuito impresso.
Microvias a laser
A perfuração a laser é comumente utilizada para microvias muito pequenas em estruturas HDI.
A perfuração a laser permite criar detalhes muito menores do que a perfuração mecânica convencional.
No entanto, isso também implica em requisitos adicionais de processo e equipamentos.
Portanto, as estruturas de microvias geralmente apresentam uma estrutura de custos diferente daquela das vias de orifício passante convencionais.
Para projetos de alta densidade, deve-se levar em conta o custo total da estrutura HDI, em vez de comparar apenas a etapa de perfuração a laser.
Vias cegas e vias enterradas
As vias cegas e enterradas podem aumentar a complexidade da fabricação de placas de circuito impresso.
Via cega
Um via cego conecta uma camada externa a uma ou mais camadas internas, mas não atravessa toda a placa de circuito impresso.
Enterrado via
Uma via enterrada conecta camadas internas sem atingir a superfície externa.
Essas estruturas podem aumentar a densidade de roteamento, mas exigem processos de fabricação adicionais.
Dependendo da composição, elas podem envolver:
- Laminação sequencial
- Perfuração adicional
- Revestimento adicional
- Controle de cadastro
- Via enchimento
Consequentemente, as vias cegas e enterradas geralmente precisam ser avaliadas como parte do custo total de fabricação de placas multicamadas.
Custo da microvia
As microvias são particularmente relevantes para placas de circuito impresso (PCB) HDI.
Elas são normalmente produzidas por meio de perfuração a laser e podem exigir um processamento adicional do cobre.
O custo pode ser influenciado por:
- Diâmetro da via
- Profundidade da via
- Estrutura em camadas
- Densidade de vias
- Configuração empilhada ou escalonada
- Via enchimento
- Reenchimento de cobre
- Laminação sequencial
Um projeto com um grande número de microvias pode, portanto, ter um custo muito diferente do de uma placa de circuito impresso multicamadas convencional.
Para projetos de HDI em que o custo é um fator determinante, a estrutura das vias deve ser otimizada na fase de empilhamento.
Microvias empilhadas x microvias escalonadas
Diferentes estruturas de microvias podem ter diferentes requisitos de fabricação.
Uma estrutura escalonada pode utilizar microvias em diferentes camadas sem empilhá-las diretamente.
Uma estrutura empilhada dispõe as microvias verticalmente ao longo de várias camadas.
Estruturas empilhadas podem oferecer vantagens no roteamento, mas podem exigir controle adicional do processo e preenchimento de vias.
Portanto, se o layout conseguir realizar o roteamento necessário utilizando uma estrutura de vias mais simples, isso poderá ajudar a controlar os custos de fabricação.
A escolha correta depende da densidade do roteamento, dos requisitos de confiabilidade, do roteamento de contorno dos componentes e da configuração de camadas disponível.
Por meio do preenchimento e do custo
O enchimento pode implicar a adição de mais um processo de fabricação.
Entre os motivos mais comuns para o preenchimento de vias estão:
- Via no pad
- Roteamento de BGA
- Requisitos para almofadas planas
- Caminhos térmicos aprimorados
- Interconexão de alta densidade
O custo depende do método de preenchimento e do número de vias envolvidas.
Um projeto com milhares de vias preenchidas pode ter um custo de fabricação significativamente diferente do de uma placa de circuito impresso padrão que utiliza vias abertas.
Portanto, o preenchimento não deve ser especificado, a menos que haja uma razão funcional ou de montagem para isso.
Via-in-Pad e custo da placa de circuito impresso
O “via-in-pad” pode ser extremamente útil para layouts de BGAs com espaçamento fino.
Em vez de traçar uma rota de um pad até um via próximo, o via é colocado diretamente dentro do pad do componente.
Isso economiza espaço no roteamento.
No entanto, o via geralmente precisa ser devidamente preenchido e selado para criar uma superfície adequada para a soldagem.
Isso implica um processamento adicional.
Portanto:
Via-in-pad = vantagem no roteamento + requisitos adicionais de fabricação
No caso de uma placa BGA com alta densidade, a vantagem do roteamento pode justificar o custo adicional.
Para uma placa menos densa, uma estratégia convencional de fanout pode ser mais econômica.
Perfuração traseira e custo da placa de circuito impresso
A perfuração reversa, também chamada de perfuração com profundidade controlada em alguns contextos de fabricação, remove as partes não utilizadas dos orifícios passantes revestidos.
Isso pode reduzir o comprimento do trecho elétrico em projetos multicamadas de alta velocidade.
Isso pode melhorar a integridade do sinal em determinadas aplicações.
No entanto, a perfuração reversa requer:
- Profundidade de perfuração controlada
- Controle adicional do processo
- Alinhamento preciso das camadas
- Informações adequadas sobre a disposição em camadas
Portanto, isso aumenta a complexidade da fabricação.
Em projetos de alta velocidade, a vantagem elétrica pode justificar o custo. Em placas comuns de baixa velocidade, isso pode não ser necessário.
Orifícios de fixação e orifícios sem revestimento
Nem todo orifício precisa de revestimento de cobre.
Os orifícios de montagem mecânica costumam ser orifícios passantes sem revestimento quando não exigem conectividade elétrica.
Isso pode simplificar o processo de fabricação.
No entanto, o desenho deve distinguir claramente entre:
- PTH
- NPTH
- Via
- Orifício de montagem
- Caça-níquel
A classificação incorreta de um furo mecânico como furo galvanizado pode resultar em processos desnecessários.
Ranhuras e furos fresados
Nem todas as aberturas nas placas de circuito impresso são furos circulares.
Alguns projetos exigem:
- Caça-níqueis
- Furos alongados
- Aberturas em forma de chave
- Recortes
Isso pode exigir processos de fresagem ou perfuração especializada.
Um grande número de ranhuras pode aumentar o tempo de usinagem.
O custo deve, portanto, ser avaliado em conjunto com o layout da placa e a estratégia de panelização.
Tolerância do furo e custo
Tolerâncias mais restritas nos furos geralmente exigem maior controle do processo.
Por exemplo, um orifício de montagem mecânica padrão pode tolerar uma variação dimensional relativamente ampla.
Um orifício de conector de precisão pode exigir um controle muito mais rigoroso.
Essa exigência mais rigorosa pode afetar:
- Seleção de ferramentas
- Inspeção
- Inscrição
- Rendimento de produção
Portanto, evite especificar tolerâncias muito apertadas para os furos, a menos que a interface mecânica ou elétrica as exija.
Como a perfuração afeta o custo do protótipo de PCB
Os requisitos de perfuração podem ter um impacto significativo nos protótipos, pois os custos de engenharia e configuração são distribuídos por um número reduzido de placas.
Um protótipo que contém:
- Vários tamanhos de brocas
- Orifícios muito pequenos
- Vias cegas
- Microvias
- Perfuração reversa
pode exigir um planejamento de processo consideravelmente maior do que um protótipo convencional.
Essa é uma das razões pelas quais as cotações de protótipos devem incluir informações completas sobre a fabricação.
A relação mais ampla entre os requisitos de engenharia e os preços dos protótipos é abordada em Quanto custa a prototipagem de placas de circuito impresso?.
Como a perfuração afeta o custo de produção de placas de circuito impresso
Na produção, a quantidade influencia a rentabilidade.
Uma estrutura de perfuração complexa pode se tornar mais econômica por placa quando produzida em volumes maiores, pois os custos de configuração e engenharia são distribuídos por um número maior de unidades.
No entanto, a produção em grande escala também torna a eficiência do processo ainda mais importante.
Por exemplo, milhares de placas com estruturas de furação desnecessariamente complicadas podem gerar um acúmulo significativo de tempo de produção.
Portanto, a otimização de custos deve levar em conta ambos:
Custo por placa
e
Custo total de produção
Como reduzir o custo da perfuração de placas de circuito impresso
Utilize o maior diâmetro prático para o via
Se o projeto permitir uma via um pouco maior, isso pode reduzir a dificuldade da perfuração.
Não utilize um via extremamente pequeno simplesmente porque o fabricante da placa de circuito impresso é capaz de produzi-lo.
Reduzir os tamanhos desnecessários de brocas
Uma placa de circuito impresso (PCB) com furos de vários diâmetros diferentes pode exigir mais trocas de ferramentas.
Padronizar os tamanhos dos furos, sempre que possível, pode simplificar a fabricação.
Evite microvias desnecessárias
As microvias são úteis quando a densidade do traçado as exige.
Se as vias convencionais forem suficientes para concluir o roteamento, elas podem oferecer uma solução de fabricação mais simples.
Evite o uso excessivo de vias no pad
Utilize o via-in-pad nos locais em que o layout do componente realmente exigir.
Se um fanout BGA convencional puder alcançar o mesmo resultado, isso poderá evitar requisitos adicionais de preenchimento e planarização.
Analisar em conjunto a espessura da placa e o tamanho do orifício
Uma placa de circuito impresso (PCB) espessa com orifícios extremamente pequenos pode resultar em uma proporção de dimensões complexa.
Às vezes, alterar ligeiramente o tamanho do orifício pode simplificar a produção sem alterar a espessura da placa.
Requisitos distintos para PTH e NPTH
Identifique claramente quais orifícios precisam de galvanização.
Isso evita usinagem desnecessária nos furos mecânicos.
Como otimizar os tamanhos das brocas antes da fabricação
Uma revisão prática do projeto pode seguir estas etapas.
Passo 1: Exportar a tabela de perfuração
Verifique todos os diâmetros de furo utilizados na placa de circuito impresso.
Procure tamanhos excepcionalmente pequenos ou pouco comuns.
Passo 2: Agrupar tamanhos semelhantes
Se dois tamanhos de broca forem eletricamente e mecanicamente intercambiáveis, avalie se eles podem ser padronizados.
Etapa 3: Identifique o menor orifício acabado
Verifique se o furo mínimo é realmente necessário.
Etapa 4: Calcular a proporção da imagem
Compare o orifício menor com a espessura da placa de circuito impresso (PCB) acabada.
Etapa 5: Identificar estruturas especiais de vias
Mark:
- Vias cegas
- Vias enterradas
- Microvias
- Vias empilhadas
- Via no pad
- Vias com perfuração traseira
Etapa 6: Analisar alternativas de fabricação
Verifique se uma estrutura de vias mais simples pode proporcionar o mesmo desempenho de roteamento e elétrico.
Etapa 7: Comparar o custo total da placa de circuito impresso
Não avalie a perfuração separadamente da contagem de camadas, da empilhamento, do peso do cobre e da espessura da placa.
Como os requisitos de perfuração afetam a comparação de cotações de PCBs
Ao comparar cotações de placas de circuito impresso, verifique as especificações de perfuração linha por linha.
| Especificação | Citação A | Citação B |
|---|---|---|
| Diâmetro mínimo do furo | 0,25 mm | 0,20 mm |
| Espessura final | 1,6 mm | 1,6 mm |
| Por tipo | Orifício de passagem | Cego + orifício passante |
| Microvia | No | Sim |
| Via enchimento | No | Sim |
| Perfuração reversa | No | Sim |
| Quantidade | O mesmo | O mesmo |
Esses são requisitos de fabricação fundamentalmente diferentes.
Um orçamento mais alto pode simplesmente refletir os processos adicionais de fabricação.
É por isso que Por que os orçamentos de placas de circuito impresso variam tanto? isso é melhor compreendido por meio de uma comparação especificação por especificação, em vez de se considerar apenas o preço unitário.
Lista de verificação de custos de perfuração de placas de circuito impresso
Antes de enviar uma placa de circuito impresso (PCB) para fabricação, verifique:
- É necessário um diâmetro mínimo do furo
- O diâmetro do furo acabado e o diâmetro da broca estão claramente definidos
- O PTH e o NPTH foram identificados corretamente
- A contagem de furos foi revisada
- Os tamanhos das brocas foram padronizados sempre que possível
- A proporção da imagem foi verificada
- A espessura da placa foi levada em consideração
- As vias cegas são necessárias
- As vias enterradas são necessárias
- As microvias são necessárias
- É necessário o uso de vias no pad
- Os requisitos de preenchimento são definidos por meio de
- A perfuração reversa é necessária apenas quando justificada
- As ranhuras e os recortes mecânicos estão claramente especificados
Perguntas frequentes
É possível. Furos menores costumam ser mais difíceis de perfurar e revestir, especialmente quando combinados com uma placa de circuito impresso (PCB) espessa ou com alta relação de aspecto. O custo real depende do fabricante e da estrutura completa da placa.
Não necessariamente em uma relação linear simples, mas um número elevado de vias aumenta o tempo de perfuração e processamento. Uma densidade muito alta de vias ou estruturas especiais de vias podem ter um impacto maior no custo.
As microvias geralmente envolvem processos adicionais de HDI e perfuração a laser, pelo que podem aumentar o custo de fabricação em comparação com as estruturas convencionais com orifícios de passagem.
Isso é possível porque o via-in-pad geralmente requer preenchimento do via e processamento adicional da superfície. Ele é comumente utilizado quando a densidade do roteamento ou o layout do BGA justificam a realização desse processo adicional.
Em alguns casos, sim. Um orifício ligeiramente maior pode reduzir a dificuldade de perfuração e as restrições relacionadas à relação de aspecto. No entanto, o tamanho do orifício ainda deve atender aos requisitos elétricos e mecânicos do projeto.
Conclusão
O custo da perfuração de placas de circuito impresso (PCB) é determinado por muito mais do que apenas o número de furos na placa.
O diâmetro do furo, o tipo de furo, a relação de aspecto, a espessura da placa, a estrutura das vias, as microvias, o preenchimento das vias, a perfuração reversa e as tolerâncias de perfuração podem, todos, afetar o processo de fabricação.
No caso de placas padrão, o uso de tamanhos de brocas práticos e a prevenção de estruturas especiais desnecessárias podem ajudar a controlar os custos de fabricação.
Para projetos de HDI, alta velocidade e alta densidade, no entanto, pode ser necessário utilizar estruturas de vias menores e mais complexas. Nesses casos, o objetivo não é simplesmente minimizar o custo de perfuração, mas encontrar a estrutura de fabricação mais simples que ainda atenda aos requisitos elétricos e mecânicos.
Ao analisar um orçamento de PCB, a TOPFAST pode avaliar a tabela de perfuração juntamente com a composição da placa, a espessura da placa, a estrutura de cobre e os requisitos das vias. Isso proporciona uma visão mais precisa da origem dos custos relacionados à perfuração.
Solicite uma análise de custos de placas de circuito impresso
Forneça os arquivos Gerber e os arquivos de perfuração, juntamente com a espessura da placa, o número de camadas, a espessura do cobre, o acabamento da superfície e a quantidade solicitados. Uma especificação completa permite que os requisitos de perfuração sejam avaliados como parte do custo total de fabricação da placa de circuito impresso.
Otimizar a estrutura do furo antes da produção
Antes de finalizar a placa de circuito impresso (PCB), verifique o tamanho mínimo dos orifícios, a distribuição dos tamanhos das brocas, a relação de aspecto, os tipos de vias e os requisitos especiais de perfuração. Pequenas alterações feitas na fase de projeto são, em geral, mais fáceis de implementar do que mudanças no processo após o início da fabricação.
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