Os protótipos de placas de circuito impresso (PCB) são normalmente produzidos em pequenas quantidades para verificar um projeto antes de se passar para a produção em maior escala.
Um pedido de protótipo pode conter apenas:
- 5 placas
- 10 placas
- 20 placas
- 50 placas
No entanto, o processo de fabricação ainda exige muitas das mesmas etapas de preparação utilizadas para pedidos de produção em maior escala.
É por isso que o preço unitário de um protótipo pode parecer surpreendentemente alto.
Um orçamento para um protótipo de placa de circuito impresso (PCB) pode incluir custos associados a:
- Preparação técnica
- Material
- Contagem de camadas
- Perfuração
- Revestimento
- Laminação
- Acabamento da superfície
- Testes elétricos
- Ferramentas
- Utilização do painel
- Produção acelerada
O importante é que O custo do protótipo e o custo de produção apresentam comportamentos diferentes.
Tentar avaliar um protótipo de cinco placas usando a mesma lógica de um pedido de produção de 5.000 placas pode levar a conclusões enganosas.
Índice
Por que os protótipos de placas de circuito impresso (PCB) são mais caros por placa?
A principal razão é a distribuição dos custos fixos.
Suponha que um trabalho de fabricação tenha um custo fixo de preparação.
Com 10 placas, esse custo é distribuído entre 10 unidades.
Com 1.000 placas, o mesmo custo é distribuído entre 1.000 unidades.
O custo unitário, portanto, varia significativamente, mesmo que a placa de circuito impresso (PCB) em si não tenha sofrido alterações.
Um modelo simplificado fica assim:
Prototype unit cost = fixed setup cost ÷ quantity + variable PCB cost
Essa não é uma fórmula de cotação propriamente dita, mas explica por que os pedidos de baixo volume têm preços unitários mais altos.
O que está incluído no custo de um protótipo de PCB?
Uma cotação protótipo pode conter vários componentes de custo diferentes.
Preparação de projetos de engenharia
Antes do início da fabricação, pode ser necessário revisar e preparar os dados de produção.
Isso pode incluir:
- Verificação Gerber
- Revisão do arquivo de exercícios
- Análise do Stackup
- Verificações de regras de fabricação
- Preparação do painel
A quantidade de trabalho de engenharia depende do projeto.
Materiais
O custo do material depende de:
- Tamanho da placa de circuito impresso
- Contagem de camadas
- Laminado
- Peso do cobre
- Espessura
Um protótipo simples de FR-4 de duas camadas geralmente terá um custo de material diferente do de uma placa de alta velocidade de dez camadas.
Fabricação
A fabricação inclui as operações propriamente ditas de produção de placas de circuito impresso (PCB):
- Imagens
- Gravura
- Laminação
- Perfuração
- Revestimento
- Máscara de solda
- Acabamento da superfície
Quanto mais complexa for a estrutura, mais etapas do processo serão necessárias.
O número de camadas exerce uma forte influência
Um protótipo não se torna caro simplesmente por ser um protótipo.
A fabricação da placa continua sendo um dos principais fatores de custo.
Por exemplo, um:
geralmente é mais simples do que um:
o que é mais simples do que um:
e assim por diante.
Um número maior de camadas exige materiais e processos adicionais.
No entanto, reduzir o número de camadas apenas para economizar no custo do protótipo nem sempre é sensato.
Se o protótipo tiver como objetivo validar o projeto final, alterar a construção da placa de circuito impresso (PCB) simplesmente para obter um preço mais baixo para o protótipo pode tornar o protótipo menos representativo do produto de produção.
Tamanho da prancha
Placas maiores exigem mais material e, geralmente, ocupam mais área do painel de produção.
No entanto, o preço dos protótipos também é afetado pela eficiência com que as placas podem ser dispostas no painel.
Uma placa pequena pode, às vezes, ter um custo de material menor, mas ainda assim apresentar um preço unitário relativamente alto, pois são encomendadas apenas algumas unidades.
É por isso que o tamanho e a quantidade das pranchas devem ser considerados em conjunto.
Seleção de materiais
O FR-4 padrão é comumente utilizado para protótipos de placas de circuito impresso.
Dependendo da aplicação, os protótipos também podem exigir:
- FR-4 de alto Tg
- Material de baixa perda
- Laminado de alta frequência
- Material flexível
- Construção rígida-flexível
Muitas vezes, é preferível utilizar o material de produção no protótipo quando as propriedades do material são importantes para o comportamento do produto.
Por exemplo, um projeto de alta velocidade não deve necessariamente ser prototipado com um sistema dielétrico completamente diferente apenas porque é mais barato.
Acabamento da superfície
O acabamento da superfície é outro componente do custo.
As opções mais comuns incluem:
- HASL
- HASL sem chumbo
- ENIG
- OSP
- Prata de imersão
Para protótipos simples, o HASL pode ser suficiente.
Para componentes de passo fino ou montagem de BGAs, um acabamento mais liso pode ser mais adequado.
Portanto, o acabamento mais barato nem sempre é a melhor opção para a validação de protótipos.
Quantidade e preço unitário
A quantidade de protótipos apresenta uma relação de custo interessante.
Encomendar um número muito pequeno de placas pode resultar em um preço unitário elevado.
Aumentar a quantidade pode reduzir o preço unitário, pois os custos fixos de configuração são distribuídos por um número maior de placas.
Mas isso não significa que encomendar a quantidade máxima possível seja a estratégia correta.
Por se tratar de um protótipo inicial, o projeto ainda pode sofrer alterações.
Uma sequência prática de desenvolvimento pode ser:
Initial prototype → design correction → validation build → pilot production
Isso pode ser mais econômico do que encomendar um grande lote de protótipos antes que o projeto tenha sido testado.
Custo do protótipo x custo de produção
Um dos equívocos mais comuns é comparar diretamente os preços dos protótipos com os das unidades de produção.
Considere o seguinte:
| Estágio | Objetivo típico |
|---|---|
| Protótipo | Verificar o projeto |
| Versão de engenharia | Validar o desempenho |
| Produção piloto | Validar a fabricação |
| Produção em série | Reduzir o custo unitário |
Cada etapa tem um objetivo diferente.
Um protótipo não é necessariamente projetado para atingir o menor custo unitário possível.
Seu objetivo é responder a perguntas como:
- O circuito funciona?
- A placa de circuito impresso cabe no gabinete?
- O BGA está montado corretamente?
- A impedância está correta?
- A placa resiste aos testes térmicos?
Assim que essas questões forem esclarecidas, a equipe de produção poderá se concentrar mais intensamente na economia por unidade.
Guia prático: Como reduzir o custo de protótipos de placas de circuito impresso
Passo 1: Encomende a quantidade correta
Calcule quantas placas são realmente necessárias para:
- Testes de engenharia
- Montagem
- Ensaios destrutivos
- Amostras de clientes
- Unidades de backup
Pode ser útil encomendar uma ou duas placas a mais.
Encomendar centenas de unidades antes da validação do projeto geralmente não é o caso.
Etapa 2: Evite processos especiais desnecessários
Verifique se o protótipo realmente precisa de:
- Vias cegas
- Vias enterradas
- Microvias
- Via no pad
- Cobre pesado
- Acabamentos especiais de superfície
Se o projeto de produção exigir esses recursos, talvez seja necessário incluí-los no protótipo.
O objetivo é remover recursos desnecessários, e não os que são necessários.
Etapa 3: Utilize materiais padrão sempre que possível
Se a aplicação não exigir um laminado especializado, o FR-4 padrão pode simplificar o processo de aquisição.
No entanto, para projetos de alta frequência ou com exigências térmicas elevadas, utilize o material exigido pela aplicação específica.
Etapa 4: Verifique as dimensões da placa
Se o projeto mecânico ainda não estiver definido, avalie se o contorno pode ser otimizado.
Isso pode melhorar a utilização do material e também simplificar a produção posteriormente.
Etapa 5: Evite a produção acelerada desnecessária
Protótipos de produção rápida podem ser úteis quando um projeto fica paralisado devido à falta de disponibilidade de hardware.
Mas, se o cronograma permitir a produção normal, evitar o processamento urgente desnecessário pode reduzir os custos.
O prazo de entrega deve, portanto, ser tratado como uma variável de projeto e gestão de projetos, e não simplesmente como um parâmetro de compras.
Custo de protótipos para placas de circuito impresso multicamadas
Os protótipos multicamadas merecem atenção especial.
Um protótipo de 4 camadas pode exigir:
- Vários materiais de núcleo e pré-impregnados
- Imagem da camada interna
- Laminação
- Perfuração
- Revestimento
Um protótipo de 8 ou 10 camadas aumenta a complexidade.
Se o projeto incluir HDI, o processo se torna mais complexo novamente.
Para comparação, consulte Custo de uma placa de circuito impresso de 8 camadas e Custo de placas de circuito impresso (PCB) HDI.
É por isso que as cotações de protótipos devem sempre especificar a composição completa, em vez de se limitarem a indicar “PCB multicamadas”.
Custo do protótipo HDI
Os protótipos de HDI podem ser consideravelmente mais caros do que os protótipos multicamadas convencionais devido a:
- Perfuração a laser
- Microvias
- Laminação sequencial
- Via enchimento
- Processamento de linhas finas
No entanto, aplica-se a mesma regra:
Não remova uma estrutura HDI se for necessário validar o projeto de produção real.
Um protótipo que utilize uma estrutura de vias completamente diferente pode não representar com precisão o desempenho em produção.
A questão mais pertinente é se todos os recursos do HDI incluídos no projeto são realmente necessários.
A qualidade do protótipo precisa ser igual à qualidade da produção?
No que diz respeito a muitos parâmetros técnicos, sim.
Um protótipo tem como objetivo fornecer informações úteis de engenharia.
Se a placa de circuito impresso (PCB) de produção for utilizar:
- Um laminado específico
- Impedância controlada
- Uma espessura específica de cobre
- Um acabamento superficial específico
portanto, alterar essas características do protótipo pode tornar os resultados dos testes menos representativos.
Pode haver alguma flexibilidade em detalhes não críticos da fabricação, mas os parâmetros que afetam o desempenho elétrico, térmico, mecânico e de confiabilidade devem permanecer consistentes.
O que pode ser otimizado com segurança?
Existem várias áreas em que, muitas vezes, é possível reduzir os custos sem alterar o projeto básico.
Quantidade de placas
Encomende uma quantidade suficiente para a validação, sem gerar estoque desnecessário.
Panelização
Melhorar a forma como as placas são dispostas para fabricação.
Dimensões padrão
Evite dimensões incomuns quando o projeto mecânico permitir flexibilidade.
Regras Padrão de Fabricação
Utilize larguras de traço, espaçamentos, tamanhos de furos e tolerâncias práticas, sempre que o projeto permitir.
Acabamento da superfície
Escolha de acordo com os requisitos de montagem.
Prazo de entrega
Evite a produção acelerada quando o cronograma não exigir isso.
O que não deve ser reduzido apenas para economizar no custo do protótipo?
Tenha cuidado com:
- Propriedades dielétricas exigidas
- Espessura de cobre exigida
- Impedância crítica
- Estrutura mínima de vias
- Requisitos térmicos
- Tolerâncias mecânicas
- Requisitos de confiabilidade
Economizar uma pequena quantia no protótipo não adianta nada se isso impedir que a equipe de engenharia obtenha resultados de teste válidos.
Como o custo do protótipo varia durante o desenvolvimento do produto
A estratégia mais econômica geralmente não é tratar todas as montagens de placas de circuito impresso da mesma forma.
Primeiro protótipo
Em destaque:
- Funcionalidades básicas
- Ajuste mecânico
- Principais problemas de roteamento
Validação de Engenharia
Em destaque:
- Desempenho elétrico
- Comportamento térmico
- Integridade do sinal
- Montagem
Versão piloto
Em destaque:
- Repetibilidade na fabricação
- Rendimento
- Processo de montagem
- Testes
Produção em volume
Em destaque:
- Custo unitário
- Utilização do painel
- Eficiência na produção
- Planejamento de suprimentos
As prioridades em termos de custo mudam à medida que o produto amadurece.
PERGUNTAS FREQUENTES
R: Porque os custos fixos de engenharia, configuração, ferramentas e processamento são distribuídos por um número reduzido de placas.
R: Depende do plano de validação. Considere quantas unidades são necessárias para a montagem, os testes elétricos, os testes mecânicos, os testes destrutivos e as unidades de reserva.
R: O preço unitário pode diminuir à medida que a quantidade aumenta, mas só faz sentido encomendar mais placas se for provável que elas sejam utilizadas antes que o projeto seja alterado.
R: Quando as propriedades do material afetam o desempenho elétrico, térmico ou mecânico, geralmente é preferível utilizar o material de produção previsto.
R: Somente quando a alteração nas especificações não afetar a finalidade do protótipo. As características críticas elétricas, térmicas, mecânicas e de confiabilidade devem continuar sendo representativas da produção.
Conclusão
O custo do protótipo de PCB é determinado tanto pela construção física da placa quanto pela pequena quantidade produzida.
Os principais fatores incluem:
- Contagem de camadas
- Tamanho da prancha
- Material
- Peso do cobre
- Por meio da estrutura
- Acabamento da superfície
- Preparação técnica
- Testes
- Quantidade
- Prazo de entrega
A maneira mais eficaz de reduzir o custo do protótipo não é eliminar especificações necessárias. É evitar complexidade desnecessária e encomendar uma quantidade adequada na fase certa do desenvolvimento do produto.
Um protótipo deve responder a questões de engenharia.
Se a redução do orçamento impedir que o protótipo represente com precisão o produto final, a economia geralmente não compensa.
Para projetos que estão passando da fase de protótipo para a de produção, também é útil revisar o projeto antes da próxima montagem. Na TOPFAST, esse tipo de revisão pode ajudar a identificar quais especificações do protótipo devem permanecer inalteradas e quais detalhes de fabricação podem ser simplificados à medida que o projeto avança para a produção em série.
PT 
EN 
AR 
DE 
FR 
ES