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與大家一起聊一下PCB設(shè)計中的經(jīng)濟(jì)學(xué)。在PCB設(shè)計或者系統(tǒng)設(shè)計的過程中，每一個決定都需要從設(shè)計、制造、品質(zhì)、時間、成本等因素進(jìn)行考量。其中某些因素是可見的，而另一些則不是。但如果在每個決策點，都同時從工程與成本角度進(jìn)行綜合考量，則最有可能找到平衡，設(shè)計出功能滿足要求且成本合理的產(chǎn)品。每一樣?xùn)|西的價格（成本）與價值顯然不是同一個概念。每個成功的PCB產(chǎn)品，必然是設(shè)計要求與產(chǎn)品成本之間達(dá)到了平衡。我們在選擇PCB供應(yīng)商的時候，無論是板廠或是組裝廠，經(jīng)常會犯一個錯誤：挑價格低的。刨去設(shè)計環(huán)節(jié)不說，PCB的成本不僅包括裸板的制造及器件的裝配，還應(yīng)考慮返工、維修、廢料、替代料、現(xiàn)場支持服務(wù)等各種成本。便宜的PCB，很有可能因為品質(zhì)問題，在后面的組裝過程中報廢。
下面我們就來討論一下哪些因素會影響PCB的成本，在成本與價值之間，做到平衡。
基本要素
在選擇PCB時，首先需要考慮以下的基本要素：
板的層數(shù)
很顯然，層數(shù)越多，設(shè)計與制造的成本越大。通常情況下，RF以及微波的設(shè)計，2~3層板就夠了；高速數(shù)字系統(tǒng)或更復(fù)雜的設(shè)計需要兩個以上的板層。但實際情況是，設(shè)計出來的PCB層數(shù)要比實際需要的層數(shù)多，這通常是由于布局布線不合理，電源及地平面分配不合理造成的；但有時，這是刻意為之：某些IC原廠發(fā)布的公版設(shè)計（Reference Design），為了確保設(shè)計的可靠性及發(fā)布的時效性，會增加額外的地平面或電源平面，這么做既減小了Layout的難度，也降低了信號完整性的風(fēng)險。大家回想一下，有經(jīng)驗的ODM或是Design House是不是經(jīng)?？梢栽诓挥绊懏a(chǎn)品功能的前提下，減少板層以達(dá)到cost down的目的？
但從設(shè)計及生產(chǎn)的角度考慮，其目標(biāo)一定是找到平衡點：即以小的板層達(dá)成功能需求，且滿足安規(guī)認(rèn)證。當(dāng)然，“時間”也是考量因素之一，如果產(chǎn)品需要TTM(Timeto Market)，就無法做到成本低。這也是為什么新發(fā)布的產(chǎn)品通常比較貴，然后會隨著時間的變化，越來越便宜。其中不止是“量產(chǎn)”的原因，設(shè)計優(yōu)化（比如減少板層）也是重要原因之一。
層壓板(Laminate)的選擇
層壓板的選擇關(guān)鍵在于與產(chǎn)品的需求相匹配。層壓板的關(guān)鍵屬性包括：Tg（玻璃轉(zhuǎn)換溫度）；Er（介電常數(shù)）等?；牡倪x擇有時也取決于價格因素。
避免選用“特殊”的基材
目前市面上常用的PCB基材是FR4的玻璃纖維板。如果因為價格原因，選擇了CEM的半玻板甚至是紙基板，那么恭喜您，不僅PCB的品質(zhì)會一塌糊涂，還有很大概率因為供應(yīng)鏈的問題（缺貨），導(dǎo)致產(chǎn)品開發(fā)周期的延長。如果板廠不靠譜的話，還會用各種借口讓您預(yù)訂更多的基材，回頭算一下，價格并沒有便宜多少。
選擇板廠常用的材料
在選擇板廠時，確保板廠對您選擇的材料有豐富的使用經(jīng)驗，因為這樣可以保證在裸板生產(chǎn)過程中，對材料的化學(xué)處理的準(zhǔn)確性，即使有微小的差別，板廠也知道如何應(yīng)對。
另外，板廠在選擇層壓板時，最好是同一家供應(yīng)商。如果是多家供應(yīng)商，關(guān)鍵的屬性參數(shù)必須相同，因為層壓板生產(chǎn)中的微小差異，也會影響PCB板的整體質(zhì)量。舉個例子，玻璃纖維布，是構(gòu)成層壓板的三個主要成分之一，層壓過程中的熱量會使之收縮，而不同供應(yīng)商的層壓板收縮的程度是不同的。當(dāng)板廠在生產(chǎn)PCB的過程中使用了不同廠家的層壓板，很可能由于玻纖布收縮率的不同而造成PCB的彎曲。彎曲的PCB肯定屬于廢料。即便板廠承認(rèn)是他們的問題，也會影響整體的生產(chǎn)進(jìn)度。對于TTM的產(chǎn)品，這無疑是致命的。
便宜的，未必是好的
曾幾何時，在選擇PCB板廠時，下意識的反應(yīng)就是選報價低的（便宜的）。當(dāng)然，公司一定會盡可能的要求cost down，想選擇一家服務(wù)好，但價格高的板廠有時會非常困難。但是請注意，從經(jīng)濟(jì)學(xué)的角度說，需要考量的是整體的成本而非局部。請記住以下兩個要點：
1. 一分錢一分貨
2. PCB報價低并不意味著整體的成本低
在選擇板廠時，必須考慮PCB原型或量產(chǎn)時報廢的風(fēng)險，并將風(fēng)險降到低。一塊報廢的PCB不僅包含PCB本身的成本，還包括已經(jīng)裝配到PCB上的器件、查找報廢原因所花費的人工以及替換報廢PCB所花費的時間。請注意，這些特殊的成本會遠(yuǎn)高于其他成本之和。在原型階段，報廢導(dǎo)致的成本還包括項目的延期以及推遲上市導(dǎo)致的損失。
板廠的銷售經(jīng)常會過度地吹噓他們的制程能力，他們希望通過擴(kuò)大產(chǎn)能的方式來提高板廠生產(chǎn)復(fù)雜PCB的能力。但更多的情況下，銷售的邏輯是：先把訂單拿下再說，之后再擔(dān)心怎么生產(chǎn)吧?？纯串?dāng)今全球的PCB生產(chǎn)環(huán)境，你可能會更疑惑。PCB板廠大多在中國大陸、臺灣以及韓國，近年來，很多板廠都大幅提升了生產(chǎn)復(fù)雜板的產(chǎn)能。但其實他們并沒有配套的設(shè)備與制程能力，工程師也沒受過如何制造復(fù)雜板的訓(xùn)練。有時，與設(shè)計一起發(fā)送到板廠的注意事項及層疊結(jié)構(gòu)示意圖會被板廠直接忽略，這將導(dǎo)致生產(chǎn)出來的PCB無法正常工作！更有甚者，有時板廠為了省錢，私自替換了客戶指定的層壓板，而客戶對此毫不知情。PCB的生產(chǎn)是一個嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪^程，如果不對PCB板廠進(jìn)行調(diào)研及審計，很容易產(chǎn)生各種問題從而導(dǎo)致項目的延期。有些公司對PCB的生產(chǎn)廠商并不重視，他們的借口通常是“我們沒有時間對板廠的能力及制程做完整的調(diào)研”或者“我們負(fù)擔(dān)不起調(diào)研的費用”。同樣是這些公司，他們會想當(dāng)然的認(rèn)為，對PCB做三次或更多的respin是很正常的事兒……
大家有沒有想過，如果可以一次成功，那投入的時間和金錢會遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于失敗后多次repin或者換一家板廠？事實上，無論從工程角度還是成本角度，設(shè)計、生產(chǎn)、裝配做到一次成功才是應(yīng)該追求的方向。
與PCB設(shè)計相關(guān)的其他成本
除了基本的設(shè)計與制造成本，還有一些附加成本也需要考慮在內(nèi)。比如，EDA工具的成本、是否還需要維護(hù)一個過時的設(shè)計、何時需要開發(fā)新一代的產(chǎn)品。
EDA工具的成本也不止是購買授權(quán)，還應(yīng)包括維護(hù)及培訓(xùn)的支出。一個可靠的PCB設(shè)計流程必然包括由一系列EDA工具構(gòu)建出的虛擬原型設(shè)計（仿真）：
在使用工具時，請記住以下兩點：
1. 如果您一下子購買了很多工具并試圖把它們集成到您的設(shè)計環(huán)境中，很可能會讓整個設(shè)計團(tuán)隊陷入混亂。
2. 任何工具都只有在工程師合理使用時才會有效。工具絕不可能替代工程師，工程師也不應(yīng)該因為有了工具就放松設(shè)計的要求。
設(shè)計中出現(xiàn)的問題大部分都是由電源設(shè)計不合理或者信號完整性引起的。因此建議大家在對原型設(shè)計進(jìn)行仿真的時候，首先使用帶電源平面仿真的信號完整性分析軟件。當(dāng)您的技能提升時，再配合其它工具一起使用。
當(dāng)然，目前還有很多公司不愿意在設(shè)計或工具方面投入資源或?qū)こ處熯M(jìn)行培訓(xùn)。當(dāng)公司運營不理想的時候，想到的是砍掉這部分的預(yù)算。與此同時，在有限的開發(fā)預(yù)算下，工程師還承受了巨大的壓力，需要在短時間內(nèi)開發(fā)出產(chǎn)品以實現(xiàn)快速上市（TTM）的目的。想象一下，如果沒有豐富的經(jīng)驗或相關(guān)技能，沒有EDA工具或不會使用，是很難達(dá)成以上目標(biāo)的。
傳統(tǒng)設(shè)計Vs下一代設(shè)計
只要產(chǎn)品還能賣，不少公司會傾向于使用替換物料的方式來延續(xù)產(chǎn)品的壽命。從設(shè)計角度來說，這么做存在一定的挑戰(zhàn)：如何找到與原器件制程類似的物料？如何解決設(shè)計中的接口問題？從成本角度考慮，很難對新舊物料的替換做一次徹底的、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆治?、測試。對于可靠性要求較高的產(chǎn)品，比如醫(yī)療器械，做一次替代物料的驗證可能需要數(shù)月的時間；對于消費類電子，當(dāng)ODM或采購向工程師提出2nd source的需求時（不管是出于物料EOL的考慮還是cost down的考慮），工程師都必須決定需要做哪些驗證測試并承擔(dān)責(zé)任。即便如此，還是存在量產(chǎn)后良率變差等不確定的風(fēng)險。
有時，需要認(rèn)真的考慮一款存續(xù)時間已經(jīng)很久的產(chǎn)品是否需要淘汰了。經(jīng)驗告訴我們，當(dāng)一款產(chǎn)品50%以上的設(shè)計需要變更時，從成本角度來說就不劃算了。除此之外，是否需要淘汰傳統(tǒng)設(shè)計，引入下一代設(shè)計，可以從以下幾點進(jìn)行考慮：
1. 產(chǎn)品中的元器件或關(guān)鍵組件雖然還可以買到，但采購起來越來越難了
2. 對傳統(tǒng)設(shè)計進(jìn)行升級需要花費太多的工程師資源（比如幾個月的人工）
3. 對傳統(tǒng)設(shè)計進(jìn)行重新設(shè)計后，其市場存續(xù)時間小于18個月
總結(jié)
降低成本是所有企業(yè)追求的目標(biāo)。在PCB設(shè)計及制造的領(lǐng)域，如何省錢需要綜合考量。PCB生產(chǎn)報價低并不意味著整體成本低，PCB的報廢、返工都會耽誤項目進(jìn)度，導(dǎo)致產(chǎn)品無法在預(yù)定的時間上市，這反而極大地增加了產(chǎn)品的成本。在整個項目過程中，仔細(xì)檢查每個環(huán)節(jié)，從工程及價格的角度進(jìn)行綜合考量，才能在第一時間設(shè)計出一款成本低優(yōu)且滿足技術(shù)要求的產(chǎn)品。
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億道電子專注開發(fā)、設(shè)計、管理工具數(shù)十年，客戶超過6000家，具有豐富的工具使用及客戶支持經(jīng)驗積累，可以為客戶提供從arm開發(fā)、EDA板級設(shè)計、軟件編譯及測試工具、結(jié)構(gòu)設(shè)計工具、多物理場仿真工具以及嵌入式GUI工具等產(chǎn)品與服務(wù)。億道電子在北京、上海、深圳設(shè)有分公司，業(yè)務(wù)遍布全國。
摘自戲說Altium微信公眾號
