Como a painelização de placas de circuito impresso afeta o custo de fabricação das placas de circuito impresso

O preço de uma placa de circuito impresso (PCB) não é determinado apenas pela própria placa.

A forma como várias placas são dispostas em um painel de fabricação também pode afetar o custo final.

Esse processo é conhecido como Panelização de placas de circuito impresso.

Em vez de fabricar cada placa de circuito impresso como uma peça totalmente separada, os fabricantes costumam dispor várias placas em um painel de produção maior.

O painel pode então passar pelo processo de fabricação e, quando necessário, pela montagem como uma unidade integrada.

O número de placas de circuito impresso (PCB) utilizáveis que podem ser obtidas a partir de um painel influencia:

• Utilização de material
• Eficiência na produção
• Ferramentas
• Tempo de roteamento
• Manuseio
• Rendimento da montagem
• Custo efetivo por placa

Na produção em grande escala, mesmo uma pequena melhoria na utilização dos painéis pode ter um efeito perceptível no custo total de fabricação.

O que é a panelização de PCB?

A panelização de placas de circuito impresso (PCB) consiste em organizar vários projetos individuais de PCB em um painel de fabricação maior.

Um exemplo simplificado é:

Individual PCB → panel arrangement → fabrication → separation

O painel pode conter:

• Cópias repetidas de uma placa de circuito impresso
• Várias variantes de placas de circuito impresso
• Trilhos de ferramentas
• Marcadores
• Abas destacáveis
• Ranhuras em V
• Caminhos de roteamento

A disposição exata depende das dimensões, da forma, do processo de fabricação e dos requisitos de montagem da placa de circuito impresso.

Por que a panelização afeta o custo das placas de circuito impresso

Imagine dois layouts de painéis.

Layout A

8 placas por painel

Layout B

10 placas por painel

Se o custo de fabricação do painel permanecer aproximadamente o mesmo, o Layout B distribui esse custo por um número maior de placas utilizáveis.

Isso pode reduzir o custo efetivo de fabricação por placa de circuito impresso.

No entanto, a painelização não se resume simplesmente a encaixar o maior número possível de placas em uma chapa.

O painel ainda precisa de espaço suficiente para:

• Roteamento
• Ranhuras em V
• Ferramentas
• Manuseio
• Distância de isolamento elétrico
• Equipamentos de montagem

Um layout agressivo que gere problemas de fabricação pode acabar custando mais no geral.

O tamanho da prancha é uma das primeiras variáveis

As dimensões da placa de circuito impresso (PCB) afetam diretamente o número de unidades que cabem em um painel.

Por exemplo:

50 × 50 mm

e

100 × 100 mm

As placas exigem disposições de painéis muito diferentes.

Mas essa relação nem sempre é linear.

Uma pequena alteração nas dimensões da placa pode, às vezes, permitir um arranjo muito melhor.

Por exemplo, alterar ligeiramente uma dimensão pode permitir:

• Mais placas por fileira
• Melhor rotação
• Menos material não utilizado

É por isso que o contorno da placa deve ser considerado em conjunto com a divisão em painéis quando o projeto mecânico ainda oferece alguma flexibilidade.

O formato da prancha também é importante

Uma placa de circuito impresso retangular costuma ser mais fácil de organizar em painéis do que uma de formato irregular.

Entre os desafios comuns relacionados a custos estão:

• Recortes grandes
• Seções arredondadas
• Extensões estreitas
• Várias vagas
• Roteamento interno complexo

Essas características podem aumentar o desperdício de material ou exigir mais usinagem.

Se o projeto mecânico permitir, simplificar o contorno da placa pode melhorar a eficiência da fabricação.

Ranhura em V x Fresagem

Dois métodos comuns de separação de placas de circuito impresso (PCB) são:

Ranhura em V

É feito um entalhe ao longo de linhas retas para que as tábuas possam ser separadas posteriormente.

A ranhura em V funciona bem para placas com:

• Linhas retas
• Formas regulares
• Contornos retangulares repetidos

Roteamento

Uma fresadora corta ao redor do contorno da placa de circuito impresso.

O roteamento é mais adequado para:

• Formas irregulares
• Contornos curvos
• Recortes internos

No entanto, o roteamento consome espaço adicional no painel e exige o deslocamento da ferramenta ao redor da placa.

O método adequado depende da geometria da placa.

Quando a ranhura em V é mais eficiente

Se for possível colocar várias placas retangulares idênticas lado a lado com bordas retas, a ranhura em V pode permitir uma utilização eficiente dos painéis.

Por exemplo:

Conselho | Conselho | Conselho | Conselho

muitas vezes podem ser processados com eficiência.

Mas a ranhura em V não é adequada para todos os projetos.

A placa de circuito impresso final deve continuar atendendo às condições exigidas para as bordas após a separação.

Quando o roteamento é necessário

O roteamento costuma ser necessário quando a placa de circuito impresso (PCB) apresenta:

• Bordas curvas
• Formas irregulares
• Ranhuras internas
• Recortes complexos

Nesses casos, tentar forçar um arranjo com ranhura em V pode causar problemas mecânicos.

O custo de fabricação ligeiramente mais alto pode ser justificado se o próprio formato da placa for necessário.

Os trilhos de ferramentas ocupam espaço

Os painéis de produção geralmente exigem trilhos ao redor da área da placa.

Esses trilhos podem ser utilizados para:

• Manuseio de máquinas
• Transporte por esteira
• Marcadores
• Alinhamento da montagem
• Furos para ferramentas

A área disponível para as placas de circuito impresso (PCBs) propriamente ditas é, portanto, menor do que as dimensões totais do painel.

Isso é especialmente importante para a montagem SMT.

Um painel projetado exclusivamente para a fabricação de placas de circuito impresso pode não ser ideal para a montagem automatizada.

Panelização para fabricação de placas de circuito impresso (PCB) versus montagem SMT

Há uma diferença importante entre a panelização na fabricação e a panelização na montagem.

Um painel de fabricação de placas de circuito impresso (PCB) concentra-se principalmente em:

• Utilização de material
• Perfuração
• Imagens
• Roteamento
• Testes elétricos

Um painel de montagem SMT também precisa levar em consideração:

• Acesso do tipo “pick-and-place”
• Impressão de pasta de solda
• Marcadores
• Manuseio por esteiras transportadoras
• Folga entre componentes
• Desmontagem de painéis

Um layout que pareça eficiente para a fabricação de placas de circuito impresso (PCB) pode não ser necessariamente a melhor opção para a montagem de componentes em superfície (SMT).

No caso de produtos montados, ambas as etapas devem ser consideradas em conjunto.

A panelização pode afetar o rendimento da montagem

A panelização não é apenas uma questão de custo.

Um projeto inadequado do painel também pode causar problemas na montagem.

Por exemplo:

• Flexão excessiva da prancha
• Apoio desigual
• Ferramentas insuficientes
• Posicionamento inadequado dos marcadores
• Problemas de folga entre componentes

Isso pode afetar:

• Impressão de pasta de solda
• Posicionamento dos componentes
• Refluxo
• Inspeção

Portanto, o painel mais barato em termos teóricos nem sempre é o melhor painel em termos de produção.

Guia prático: Como otimizar a painelização de placas de circuito impresso

Passo 1: Comece com a placa de circuito impresso (PCB) pronta

Primeiro, defina:

• Dimensões da placa
• Esboço do quadro
• Localização dos componentes
• Posições dos conectores
• Requisitos mecânicos

Não modifique o contorno da placa de circuito impresso (PCB) com o único objetivo de melhorar a aproveitamento do painel, caso essa alteração gere um problema no produto.

Etapa 2: Teste diferentes orientações

Uma placa de circuito impresso nem sempre precisa ser posicionada na mesma orientação.

Tente:

• 0°
• 90°
• 180°
• Arranjos espelhados, quando a fabricação o permitir

Orientações diferentes podem, às vezes, resultar em uma utilização do material substancialmente diferente.

Etapa 3: Calcular o número de tábuas por painel

Compare vários layouts realistas.

Por exemplo:

Layout	Placas/Painéis	Utilização relativa
A	6	Inferior
B	8	Moderado
C	10	Mais alto

O resultado exato depende das dimensões do painel e das restrições de fabricação.

Etapa 4: Verifique os requisitos de separação

Determine se o projeto pode utilizar:

• Ranhura em V
• Roteamento por guias
• Abas perfuradas
• Roteamento completo

Não otimize a utilização do material antes de verificar se as placas podem realmente ser separadas com segurança.

Etapa 5: Adicionar requisitos de montagem

Se as placas forem montadas, verifique:

• Trilhos de ferramentas
• Marcadores
• Impressão de pasta de solda
• Folga entre componentes
• Requisitos do transportador

O painel deve funcionar durante todo o processo de produção.

Etapa 6: Compare o custo efetivo

Uma métrica útil é:

Effective PCB cost = panel cost ÷ usable PCB quantity

Isso é mais útil do que simplesmente analisar o preço do painel.

Por exemplo:

$100 panel ÷ 10 boards = $10 per board

enquanto:

$100 panel ÷ 6 boards = $16.67 per board

A cotação real pode incluir custos adicionais, mas esse cálculo ilustra por que a taxa de utilização é importante.

Panelização e quantidade de placas de circuito impresso

A quantidade pode influenciar a configuração ideal do painel.

Suponha que o cliente precise de:

100 placas

Se o painel contiver:

10 placas

nesse caso, a quantidade produzida corresponde exatamente a:

10 painéis

Se o painel contiver:

7 placas

o fabricante pode precisar produzir um número diferente de painéis e lidar com peças adicionais não utilizadas.

Isso nem sempre representa uma grande diferença de custo, mas a quantidade produzida e a quantidade de painéis devem ser consideradas em conjunto.

Panelização de placas de circuito impresso mistas

Alguns projetos contêm vários projetos de placas de circuito impresso (PCB) relacionados.

Por exemplo:

• Placa-mãe
• Placa de controle
• Quadro de avisos
• Placa de sensores

Em determinadas circunstâncias, é possível colocar vários desenhos em um único painel de produção.

Isso pode melhorar a utilização do material.

No entanto, a painelização mista traz considerações adicionais:

• Quantidades diferentes
• Diferentes requisitos de fabricação
• Requisitos de teste diferentes
• Desmontagem de painéis
• Configuração da montagem

Portanto, isso deve ser avaliado caso a caso.

Panelização e projetos de placas de circuito impresso pequenas

Às vezes, placas de circuito impresso pequenas podem se beneficiar significativamente da panelização.

Uma única placa de circuito impresso minúscula pode ocupar apenas uma pequena parte do painel de fabricação.

Agrupar várias cópias melhora a utilização do material e o manuseio na produção.

Isso é particularmente útil para:

• Placas de sensores
• Dispositivos eletrônicos vestíveis
• Pequenos controladores
• Módulos de RF
• Placas de IoT

No entanto, placas pequenas também precisam de apoio suficiente durante a montagem SMT.

Panelização e placas de circuito impresso de grandes dimensões

PCBs de grandes dimensões representam um desafio diferente.

A placa pode ocupar a maior parte da área disponível do painel.

Pode haver oportunidades limitadas para aumentar o número de placas por painel.

Nesse caso, a otimização de custos pode decorrer de:

• Otimização do contorno da prancha
• Seleção de materiais
• Seleção do tamanho do painel
• Rendimento de produção
• Reduzir recortes desnecessários

em vez de simplesmente aumentar o número de placas por painel.

Você deve projetar a placa de circuito impresso (PCB) levando em conta a painelização?

Não exatamente.

Os requisitos elétricos e mecânicos do produto devem ter prioridade.

Mas a utilização de painéis deve ser considerada antes que o projeto esteja totalmente definido.

Se o contorno da placa puder ser alterado em alguns milímetros sem afetar o produto, essa flexibilidade pode ser valiosa.

Um engenheiro de produção pode, então, comparar várias disposições antes que o projeto mecânico final seja definido.

Erros comuns na painelização

Projetando apenas uma placa por vez

A placa de circuito impresso (PCB) individual pode ser viável para fabricação, mas ineficiente no painel.

Ignorando os requisitos de SMT

Um painel fácil de fabricar pode não funcionar bem na linha de montagem.

Uso excessivo de recortes internos

Os recortes podem reduzir a aproveitamento do material e aumentar as operações de fresagem.

Ignorando a despanelização

Componentes posicionados muito próximos à borda da placa podem ser danificados durante a separação.

Otimização apenas para o número máximo de placas

O número máximo de placas nem sempre representa o melhor layout, caso isso gere problemas de montagem ou de confiabilidade.

Guia prático: Como reduzir o custo das placas de circuito impresso por meio da painelização

Uma revisão prática pode seguir esta sequência:

Esboço do quadro

↓

Tamanho do painel

↓

Orientação do Conselho

↓

Ranhura em V ou fresagem

↓

Trilhos de ferramentas

↓

Marcadores

↓

Folga de montagem

↓

Desmontagem de painéis

↓

Placas por painel

↓

Custo efetivo por placa de circuito impresso

Essa abordagem é mais confiável do que simplesmente solicitar o menor preço possível para os painéis.

A painelização afeta a qualidade das placas de circuito impresso?

É possível.

Uma má organização dos painéis pode aumentar:

• Deformação da placa
• Tensão mecânica
• Danos causados pela desmontagem
• Problemas de montagem
• Resolução de problemas

Por exemplo, um painel extremamente longo e estreito pode apresentar um comportamento mecânico diferente do de um painel equilibrado.

Portanto, o painel de fabricação precisa atender tanto aos requisitos de custo quanto aos de processo.

PERGUNTAS FREQUENTES

Conclusão

É fácil ignorar a panelização de placas de circuito impresso, pois ela ocorre depois que o projeto da placa parece estar concluído.

Na verdade, isso pode influenciar o custo efetivo de fabricação de cada placa produzida.

Entre os fatores mais importantes estão:

• Tamanho da prancha
• Formato da prancha
• Dimensões do painel
• Orientação do Conselho
• Ranhura em V
• Roteamento
• Trilhos de ferramentas
• Requisitos de montagem
• Desmontagem de painéis
• Quantidade produzida

O melhor painel não é necessariamente aquele que contém o maior número de placas.

É esse painel que oferece um bom equilíbrio entre utilização de materiais, eficiência de fabricação, estabilidade da montagem e qualidade do produto.

Em projetos de produção, analisar a panelização antes que o projeto da placa de circuito impresso (PCB) esteja totalmente definido pode evitar o desperdício desnecessário de material e facilitar a transição do protótipo para a fabricação em série.

A TOPFAST pode avaliar a utilização dos painéis juntamente com os requisitos de fabricação e montagem, o que é particularmente útil quando uma placa passa da fase de protótipos de engenharia para a produção em série.