Flex PCB 的成本驱动因素是什么？

2021-08-24

Flex PCB 的成本驱动因素是什么？

成本优化是PCB设计时的主要目标之一。為(wèi)了实现这一目标，每个设计人员都应该了解電(diàn)路板的主要成本驱动因素。柔性PCB的主要成本驱动因素 包括板材料、层数、有(yǒu)效的面板利用(yòng)率、加强筋类型和表面光洁度。

是什么推动了柔性 PCB 的成本？

柔性PCB的成本驱动因素

電(diàn)路板的总成本主要取决于電(diàn)路板的类型（刚性或柔性）、使用(yòng)的材料、堆叠中的层数、HDI或 ELIC（每层互连）结构的结合。以下是影响柔性板整體(tǐ)价格的一些参数：

線(xiàn)路板材料

用(yòng)于制造的PCB材料是柔性板的主要成本驱动因素之一。标准刚性板使用(yòng)FR-4 基材进行层压。聚酰亚胺基板是制造柔性芯和覆盖层最常用(yòng)的材料。与标准 FR4 层压板相比，柔性基板具有(yǒu)更好的热性能(néng)和電(diàn)气性能(néng)。柔性材料的厚度在整个基板上是均匀的。这些基材还提供了介于 3.2 和 3.4 之间的改进的 D k值。缺乏编织玻璃增强材料减少了D k 的变化. 通常，柔性层的厚度在 1 到 5 密耳之间。柔性层压板的成本可(kě)能(néng)是标准刚性材料的 2 到 3 倍。

无胶水对比 粘性柔性芯

基于粘合剂的柔性芯使用(yòng)柔性粘合剂层在热量和压力下将每个铜层连接到聚酰亚胺芯。粘合剂通常是基于环氧树脂或丙烯酸的，厚度范围从0.0005"到0.001"。与无粘合剂材料相比，这些材料更便宜。 

铜直接粘合到聚酰亚胺芯上，无需在无粘合剂柔性芯中使用(yòng)粘合剂。尽管无粘合剂材料价格昂贵，但它们具有(yǒu)许多(duō)优点，例如减少挠曲厚度（由于没有(yǒu)粘合剂层）、提高了额定温度、出色的電(diàn)镀孔可(kě)靠性等。

影响柔性 PCB材料选择的因素

热可(kě)靠性：始终选择满足应用(yòng)温度预期的材料。如果電(diàn)路板打算在高温环境中运行，材料应能(néng)承受高强度的热量，而不会将热量传递给相邻的组件。

机械性能(néng)：该因素决定了材料在组装或操作过程中承受物(wù)理(lǐ)应力的能(néng)力。弯曲半径是柔性 PCB的重要物(wù)理(lǐ)参数之一。 

信号性能(néng)：是材料在整个操作周期内促进不间断信号传播的能(néng)力。这在高速和受控阻抗板中至关重要。

如果成本是首要考虑因素，请避免过度指定材料要求。例如，如果应用(yòng)在较低温度环境下运行，请考虑在聚酰亚胺基板上使用(yòng)聚酯层压板。简单的柔性板（1 类柔性板）可(kě)以利用(yòng)廉价的低温材料。

電(diàn)路层数

层数是柔性 PCB的另一个重要成本驱动因素。随着電(diàn)路层数的增加，電(diàn)路板的总成本增加。随着更多(duō)层添加到板上，层压过程变得复杂。这将需要更長(cháng)的时间，并且需要更多(duō)的材料供应。由于层数高而发生的处理(lǐ)问题有(yǒu)：

层到层对齐

電(diàn)镀通孔完整性 

z 轴上的热膨胀

层压缺陷

下表给出了随着层数增加而价格上涨的估计。

增加层数	总成本增加
从1层到2层	35 至 40%
从2层到4层	35 至 40%
从4层到6层	30 到 40%
从6层到8层	30 至 35%
从8层到10层	20 到 30%
从10层到12层	20 到 30%

板的尺寸和形状

更小(xiǎo)的面积意味着PCB材料成本的降低。

電(diàn)路板的形状和尺寸（電(diàn)路板轮廓）由 PCB设计人员确定。表面积越大，价格越高。当在一个面板内制造多(duō)个板时，面板的表面应该得到有(yǒu)效利用(yòng)。柔性板制造成不同的形状，例如方形、矩形、圆形和许多(duō)随机形状。制造随机形状的PCB可(kě)能(néng)会增加成本，因為(wèi)面板利用(yòng)率可(kě)能(néng)会下降。

走線(xiàn)宽度和间距

電(diàn)路板设计上的走線(xiàn)宽度和空间也会影响成本。

信号需要适当的走線(xiàn)宽度才能(néng)通过走線(xiàn)传播而不会出现过热的风险。间距越小(xiǎo)，可(kě)靠地蚀刻走線(xiàn)和焊盘就越困难。这增加了電(diàn)路板的总成本。

铜箔厚度

電(diàn)路板的成本随着铜层厚度的增加而增加。 当在内层上实施厚铜层时，层压过程中需要更多(duō)数量的预浸料。这些预浸料通过填充铜部分(fēn)之间的间隙来避免树脂不足。当内层有(yǒu)超过 ½ 盎司的铜和外层有(yǒu)超过 1 盎司的成品铜时，PCB价格就会上涨。

使用(yòng)较厚铜的另一个缺点是走線(xiàn)之间必须保持足够的间距。更厚的铜需要更宽的走線(xiàn)宽度。然而，由于额外的加工成本，使用(yòng)非常薄的铜（小(xiǎo)于 1/4 盎司）会导致成本飙升。 

钻孔

钻孔尺寸

标准钻头的直径為(wèi) 8 密耳，而高级钻头的直径為(wèi) 5 密耳。钻孔尺寸越小(xiǎo)，钻孔持续时间越長(cháng)。这导致更高的总成本。

要了解有(yǒu)关PCB钻孔过程的更多(duō)信息，请阅读我们的博客文(wén)章PCB钻孔解释：该做的和不该做的。

钻到铜

在柔性PCB中钻孔到铜

钻孔到铜是从钻孔边缘到层上最近的铜特征（焊盘、浇注和走線(xiàn)等）的距离。通常，钻孔到铜的间隙為(wèi) 8 密耳。对铜的钻孔越小(xiǎo)，PCB 制造工艺就越昂贵。

表面处理(lǐ)

甲PCB表面光洁度是所述印刷電(diàn)路板和组件的可(kě)焊區(qū)域的裸铜的金属间连接。应以提高产品性能(néng)的方式选择表面光洁度，同时考虑成本。

PCB表面处理(lǐ)的类型

ENIG（化學(xué)镀镍/浸金）：这是最常见的電(diàn)路板表面处理(lǐ)类型。它很(hěn)受欢迎，因為(wèi)它不会变色，而且很(hěn)可(kě)靠。ENIG 比其他(tā)表面处理(lǐ)更昂贵，但它提供了卓越的PCB可(kě)焊性。这种表面光洁度有(yǒu)时会导致形成黑垫。这是磷在镍层和金层之间积聚的地方。断裂和不正确的電(diàn)路板连接是可(kě)能(néng)的结果。

浸银：银是一种坚固的饰面材料，可(kě)用(yòng)于各种应用(yòng)。由于其越来越受欢迎，该材料变得更加免费，从而降低并稳定了其价格。

浸锡：这种表面处理(lǐ)包括在電(diàn)路板上沉积一层薄薄的锡。浸锡提供一致的光洁度。缺点是寿命短。然而，它以最优的成本提供了出色的性能(néng)。 

加强筋类型

柔性PCB的总成本还取决于所采用(yòng)的加强筋类型。在柔性设计中，加劲肋用(yòng)于以下目标：

修改厚度以满足 ZIF 连接器规范

组件/连接器區(qū)域支持

促进散热

FR4 和聚酰亚胺是两种最常见的加强筋材料。尽管在某些设计中使用(yòng)了铝和不锈钢，但它们比 FR4 和聚酰亚胺更贵。铝是用(yòng)于散热应用(yòng)的流行材料。

加强筋通过热粘合粘合剂或压敏粘合剂 (PSA) 粘合。热粘合粘合剂是优选的，尽管设计限制可(kě)能(néng)需要使用(yòng) PSA。热粘合剂是柔性环氧树脂或丙烯酸粘合剂，用(yòng)于将覆盖层连接到柔性電(diàn)路，并提供永久粘合。它们比 PSA 便宜。

如何降低挠性和刚挠性PCB的总體(tǐ)成本

保持尽可(kě)能(néng)少的层数

随着设计层数的减少，所需的预浸料层数也随之减少。限制柔性電(diàn)路的层数会降低总成本。同时，更少的层数提高了制造商(shāng)提高制造产量的能(néng)力。

在刚柔结合设计中使用(yòng)刚性基材获得整體(tǐ)厚度

如果需要达到特定的总厚度，请使用(yòng)刚性板层压板而不是无流动预浸料或柔性层压板。柔性层压板比刚性层压板更昂贵。

高效的面板利用(yòng)率

高效的柔性面板化以降低整體(tǐ)成本

面板或電(diàn)路板阵列是包含多(duō)个独立PCB的大片材料。通过有(yǒu)效利用(yòng)面板表面积可(kě)以降低整體(tǐ)制造成本。上图显示了低效和高效的 flex 面板化示例。

加强筋厚度均匀

始终使用(yòng)厚度均匀的加强筋。这减少了制造时间，进而降低了成本。

限制过孔数量

与通孔相比，盲孔和埋孔需要更多(duō)的制造步骤，这会增加处理(lǐ)时间并降低产量。减少柔性板上过孔的数量可(kě)以降低总成本。

在電(diàn)路板设计的初始阶段应考虑成本优化。确定最便宜的柔性PCB成本驱动因素需要准确的设计解决方案和清晰的工程策略。了解使用(yòng)特定材料的利弊、钻孔技术、加强筋类型、走線(xiàn)宽度和间距等有(yǒu)助于防止未来的生产失败。提前规划并与您的 PCB 制造商(shāng)进行一致讨论将帮助您优化时间和成本。