Como projetar PCBs rentáveis

Um engenheiro de projeto deve considerar todas as coisas que afetam o custo total de fabricação de PCB. Frequentemente, os novos engenheiros de projeto de PCB geralmente não consideram o custo de fabricação de PCB. As coisas que afetam o custo por PCB que muitos engenheiros de projeto jovens não planejam incluem o custo de ferramentas, o tamanho de uma PCB e o espaçamento dos componentes da placa.

Para garantir que seus custos de produção sejam os mais baixos possíveis, incluindo os custos de ferramentas, seguem algumas diretrizes a seguir:

1. Diretriz para dimensões do PCB

Selecione o menor tamanho do PCB que seja prático.

Embora isso pareça uma diretriz evidente, nem todos os projetistas de PCBs pensam sobre isso. Lembre-se, quanto maior a placa, maior o custo. O tamanho de uma placa tem uma relação direta com o preço final que o cliente pagará por ela.

2. Diretriz para Seleção da Forma de uma PCB

Formas de PCB retangulares e quadradas padrão sempre custam menos do que as formas não padronizadas. Além disso, não incorpore slots ou recortes a menos que sejam completamente necessários.

Formas não padronizadas freqüentemente incorrem em custos adicionais de algumas empresas de fabricação de PCBs. A Figura 1 é um exemplo de um design personalizado que está usando um PCB não padrão para montagem dentro de um gabinete especializado. Sempre haverá momentos em que uma forma de PCB não padrão será necessária; no entanto, se não houver um motivo crítico pelo qual o PCB deve ser fora do padrão, sempre selecione uma forma de PCB padrão para manter seus custos totais o mais baixo possível.

Figura 1: Placa de Circuito Impresso em Formato Não Padrão (PCB)

A Figura 2 mostra uma placa de circuito impresso com um slot retangular. Empresas de fabricação de PCB cobram um custo extra. A Figura 2 é uma PCB com fenda retangular. Há upcharges para slots de recorte quando eles são incluídos no PCB pela maioria das empresas de fabricação de placas de circuito impresso. Para manter o custo total de fabricar um PCB baixo, use apenas slots quando for crítico para o projeto.

Figura 2: Uma placa de circuito impresso padrão com um slot ou recorte feito dentro do PCB.

3. Diretrizes para o tamanho e a separação de peças de cobre de PCB

O preço de um PCB é aumentado à medida que o tamanho e a separação das peças de cobre diminuem.

Essa diretriz é o reverso da primeira diretriz, ou seja, peças de cobre de maior dimensão são menos caras. Essa diretriz é óbvia, pois a impressão de peças com dimensões muito pequenas exige um maquinário de alta precisão que possa lidar com tolerâncias muito pequenas. Em outras palavras, os custos são adicionados a um PCB que requer equipamentos de alta precisão para produzi-lo. Esse custo adicional é escalado quando você está produzindo protótipos de placas de circuito impresso que normalmente têm quantidades muito baixas de produção.

As peças de cobre de interesse incluem SMD ou através de orifícios, trilhas, vias ou outras partes impressas da camada de cobre. A Figura 3 ilustra esse problema para blocos e trilhas. dP representa a separação entre os pads enquanto dT representa a separação entre os tracks. wT representa a largura da faixa. A maioria das empresas de fabricação de PCBs se refere a uma placa padrão sem custos adicionais quando o tamanho mínimo de dP, dT e wT varia na faixa de 8 a 10 mils (cerca de 0,2 mm a 0,254 mm). Para obter a maior economia de custos para fins de produção, é recomendável limitar seu design a esses intervalos. Tenha em mente que você pode inserir os requisitos físicos dessas coisas na maioria dos softwares de automação de projetos eletrônicos. Depois de introduzir esses valores no software, os erros fora de faixa são impedidos de ocorrer pelas verificações de regras de design do software.

Figura 3: Ilustração dos Requisitos de Separação de Pads e Pistas

4. Diretrizes para o tipo de furos de PCB

O custo de produção de uma PCB aumenta com pequenos furos e anéis anulares.

Quando for viável, use furos de maior diâmetro. Para fabricar pequenos furos, máquinas de alta precisão são necessárias; essas máquinas sempre custam mais para serem usadas, de modo que as casas de fabricação de PCBs geralmente adicionam um custo adicional para furos menores que 0,4 mm. Para determinar o custo adicional, você precisará entrar em contato com a empresa de fabricação específica para conhecer suas políticas sobre custos adicionais para tamanhos de furo de placas de circuito impresso padrão. Para explicar melhor este problema, na figura 4 rotulamos o diâmetro do furo com dH.

O anel angular mínimo é um requisito vital que se refere apenas aos furos e vias de passagem, e é definido como a borda da distância mínima do furo e do coxim. Ou seja, é a menor largura dos anéis de cobre que limita o buraco. Ambas as figuras quatro e cinco demonstram esse conceito em detalhes. A figura 4 ilustra o conceito do menor anel anular para blocos ou orifícios circulares. A figura 5 ilustra o mesmo conceito para as almofadas de forma oblonga.

Figura 4: Ilustração da ideia de anel anular para as almofadas ou vias de passagem

É fundamental estar ciente de que uma almofada de orifício circular ou através da largura do anel anular é homogênea ao redor do orifício, enquanto a largura de um orifício de passagem de forma oblonga não é homogênea. A figura cinco tem um marcador vermelho para indicar o menor anel anular.

Figura 5: Ilustração de um anel anual mínimo para um bloco de orifício oblongo

É importante saber que o custo do PCB será maior se o anel anular mínimo for menor que os requisitos padrão da sua empresa de fabricação de PCBs. Portanto, você deve garantir que esta diretriz seja inserida no software de automação de projetos eletrônicos que você está usando antes de iniciar o projeto da placa de circuito impresso. Alguns fabricantes de PCBs adicionarão um upcharge se seus anéis anuais mínimos forem inferiores a 0,3 mm. Mais uma vez, certifique-se de entrar em contato com o fabricante do PCB para conhecer as políticas relacionadas a essa variável, valor mínimo para garantir que ela seja padrão e não esteja sujeita a uma cobrança adicional.

Figura 6: Ilustração do diâmetro do orifício de uma almofada oblonga e do anel anular mínimo

Consulte a Figura 6 para entender a seguinte equação da relação entre o tamanho da almofada, o tamanho do furo e o anel angular mínimo:

PadMinSize = 2 * min (Ar) + dH

A equação acima calcula o tamanho mínimo da pastilha para um determinado anel anular e diâmetro do furo. Por exemplo, se você assumir que dH = 0,4 mm e min (Ar) = 0,3 mm, então o PadMinSize = 1 mm. Assim, uma almofada de orifício de passagem inferior a 1 mm implicará um custo adicional.

Ao usar a equação acima, leve em consideração que as tolerâncias das máquinas de fabricação de PCBs são maiores que zero, então adicione alguma margem para estar no tamanho seguro. Para considerar a margem na equação acima, a equação do tamanho mínimo do bloco é modificada da seguinte maneira:

PadMinSize = 2 * min (Ar) + dH + margin

De um modo geral, a margem é normalmente na faixa de 0,05 mm - 0,1 mm

Sobre as vias:

Em um artigo anterior sobre conceitos de PCB, foi discutido que vias vêm em três formas: através de buraco, cego e enterrado. PCBS de alta densidade e alta frequência que são complexas usam vias cegas e enterradas. (Vamos discutir isso em mais detalhes em outro artigo). As vias cegas e enterradas são mais dispendiosas do que as vias normais através dos orifícios, por isso não as utilize a menos que seja necessário.

Sempre entre em contato com a empresa de fabricação de placas de circuito impresso para verificar os requisitos mínimos para uma placa de circuito impresso padrão. Os valores selecionados para este artigo são para ilustrar os conceitos para projetar somente PCBs econômicos.

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