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與大家一起聊一下PCB設(shè)計(jì)中的經(jīng)濟(jì)學(xué)。在PCB設(shè)計(jì)或者系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程中，每一個(gè)決定都需要從設(shè)計(jì)、制造、品質(zhì)、時(shí)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(gè)決策點(diǎn)，都同時(shí)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(jì)出功能滿足要求且成本合理的產(chǎn)品。每一樣?xùn)|西的價(jià)格（成本）與價(jià)值顯然不是同一個(gè)概念。每個(gè)成功的PCB產(chǎn)品，必然是設(shè)計(jì)要求與產(chǎn)品成本之間達(dá)到了平衡。我們?cè)谶x擇PCB供應(yīng)商的時(shí)候，無論是板廠或是組裝廠，經(jīng)常會(huì)犯一個(gè)錯(cuò)誤：挑價(jià)格低的。刨去設(shè)計(jì)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(chǎng)支持服務(wù)等各種成本。便宜的PCB，很有可能因?yàn)槠焚|(zhì)問題，在后面的組裝過程中報(bào)廢。
下面我們就來討論一下哪些因素會(huì)影響PCB的成本，在成本與價(jià)值之間，做到平衡。
基本要素
在選擇PCB時(shí)，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(jì)與制造的成本越大。通常情況下，RF以及微波的設(shè)計(jì)，2~3層板就夠了；高速數(shù)字系統(tǒng)或更復(fù)雜的設(shè)計(jì)需要兩個(gè)以上的板層。但實(shí)際情況是，設(shè)計(jì)出來的PCB層數(shù)要比實(shí)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(shí)，這是刻意為之：某些IC原廠發(fā)布的公版設(shè)計(jì)（Reference Design），為了確保設(shè)計(jì)的可靠性及發(fā)布的時(shí)效性，會(huì)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(hào)完整性的風(fēng)險(xiǎn)。大家回想一下，有經(jīng)驗(yàn)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(jì)及生產(chǎn)的角度考慮，其目標(biāo)一定是找到平衡點(diǎn)：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(shí)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(huì)隨著時(shí)間的變化，越來越便宜。其中不止是“量產(chǎn)”的原因，設(shè)計(jì)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。基材的選擇有時(shí)也取決于價(jià)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?yàn)閮r(jià)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(huì)一塌糊涂，還有很大概率因?yàn)楣?yīng)鏈的問題（缺貨），導(dǎo)致產(chǎn)品開發(fā)周期的延長(zhǎng)。如果板廠不靠譜的話，還會(huì)用各種借口讓您預(yù)訂更多的基材，回頭算一下，價(jià)格并沒有便宜多少。
選擇板廠常用的材料
在選擇板廠時(shí)，確保板廠對(duì)您選擇的材料有豐富的使用經(jīng)驗(yàn)，因?yàn)檫@樣可以保證在裸板生產(chǎn)過程中，對(duì)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(duì)。
另外，板廠在選擇層壓板時(shí)，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?yàn)閷訅喊迳a(chǎn)中的微小差異，也會(huì)影響PCB板的整體質(zhì)量。舉個(gè)例子，玻璃纖維布，是構(gòu)成層壓板的三個(gè)主要成分之一，層壓過程中的熱量會(huì)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(huì)影響整體的生產(chǎn)進(jìn)度。對(duì)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(shí)，在選擇PCB板廠時(shí)，下意識(shí)的反應(yīng)就是選報(bào)價(jià)低的（便宜的）。當(dāng)然，公司一定會(huì)盡可能的要求cost down，想選擇一家服務(wù)好，但價(jià)格高的板廠有時(shí)會(huì)非常困難。但是請(qǐng)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(qǐng)記住以下兩個(gè)要點(diǎn)：
1. 一分錢一分貨
2. PCB報(bào)價(jià)低并不意味著整體的成本低
在選擇板廠時(shí)，必須考慮PCB原型或量產(chǎn)時(shí)報(bào)廢的風(fēng)險(xiǎn)，并將風(fēng)險(xiǎn)降到低。一塊報(bào)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(bào)廢原因所花費(fèi)的人工以及替換報(bào)廢PCB所花費(fèi)的時(shí)間。請(qǐng)注意，這些特殊的成本會(huì)遠(yuǎn)高于其他成本之和。在原型階段，報(bào)廢導(dǎo)致的成本還包括項(xiàng)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(huì)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(huì)更疑惑。PCB板廠大多在中國(guó)大陸、臺(tái)灣以及韓國(guó)，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(shí)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(shí)，與設(shè)計(jì)一起發(fā)送到板廠的注意事項(xiàng)及層疊結(jié)構(gòu)示意圖會(huì)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(shí)板廠為了省錢，私自替換了客戶指定的層壓板，而客戶對(duì)此毫不知情。PCB的生產(chǎn)是一個(gè)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪^程，如果不對(duì)PCB板廠進(jìn)行調(diào)研及審計(jì)，很容易產(chǎn)生各種問題從而導(dǎo)致項(xiàng)目的延期。有些公司對(duì)PCB的生產(chǎn)廠商并不重視，他們的借口通常是“我們沒有時(shí)間對(duì)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(fèi)用”。同樣是這些公司，他們會(huì)想當(dāng)然的認(rèn)為，對(duì)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(shí)間和金錢會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于失敗后多次repin或者換一家板廠？事實(shí)上，無論從工程角度還是成本角度，設(shè)計(jì)、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(jì)相關(guān)的其他成本
除了基本的設(shè)計(jì)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(gè)過時(shí)的設(shè)計(jì)、何時(shí)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(gè)可靠的PCB設(shè)計(jì)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(jì)（仿真）：
在使用工具時(shí)，請(qǐng)記住以下兩點(diǎn)：
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(jì)環(huán)境中，很可能會(huì)讓整個(gè)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)陷入混亂。
2. 任何工具都只有在工程師合理使用時(shí)才會(huì)有效。工具絕不可能替代工程師，工程師也不應(yīng)該因?yàn)橛辛斯ぞ呔头潘稍O(shè)計(jì)的要求。
設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問題大部分都是由電源設(shè)計(jì)不合理或者信號(hào)完整性引起的。因此建議大家在對(duì)原型設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真的時(shí)候，首先使用帶電源平面仿真的信號(hào)完整性分析軟件。當(dāng)您的技能提升時(shí)，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(jì)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(yùn)營(yíng)不理想的時(shí)候，想到的是砍掉這部分的預(yù)算。與此同時(shí)，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(shí)間內(nèi)開發(fā)出產(chǎn)品以實(shí)現(xiàn)快速上市（TTM）的目的。想象一下，如果沒有豐富的經(jīng)驗(yàn)或相關(guān)技能，沒有EDA工具或不會(huì)使用，是很難達(dá)成以上目標(biāo)的。
傳統(tǒng)設(shè)計(jì)Vs下一代設(shè)計(jì)
只要產(chǎn)品還能賣，不少公司會(huì)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(jì)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(jì)中的接口問題？從成本角度考慮，很難對(duì)新舊物料的替換做一次徹底的、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆治?、測(cè)試。對(duì)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(yàn)證可能需要數(shù)月的時(shí)間；對(duì)于消費(fèi)類電子，當(dāng)ODM或采購向工程師提出2nd source的需求時(shí)（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(yàn)證測(cè)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(xiǎn)。
有時(shí)，需要認(rèn)真的考慮一款存續(xù)時(shí)間已經(jīng)很久的產(chǎn)品是否需要淘汰了。經(jīng)驗(yàn)告訴我們，當(dāng)一款產(chǎn)品50%以上的設(shè)計(jì)需要變更時(shí)，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(jì)，引入下一代設(shè)計(jì)，可以從以下幾點(diǎn)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(duì)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行升級(jí)需要花費(fèi)太多的工程師資源（比如幾個(gè)月的人工）
3. 對(duì)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)后，其市場(chǎng)存續(xù)時(shí)間小于18個(gè)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(jì)及制造的領(lǐng)域，如何省錢需要綜合考量。PCB生產(chǎn)報(bào)價(jià)低并不意味著整體成本低，PCB的報(bào)廢、返工都會(huì)耽誤項(xiàng)目進(jìn)度，導(dǎo)致產(chǎn)品無法在預(yù)定的時(shí)間上市，這反而極大地增加了產(chǎn)品的成本。在整個(gè)項(xiàng)目過程中，仔細(xì)檢查每個(gè)環(huán)節(jié)，從工程及價(jià)格的角度進(jìn)行綜合考量，才能在第一時(shí)間設(shè)計(jì)出一款成本低優(yōu)且滿足技術(shù)要求的產(chǎn)品。
關(guān)于億道電子
億道電子是國(guó)內(nèi)全面的開發(fā)工具提供商, 致力于將全球先進(jìn)的軟件產(chǎn)品引薦給國(guó)內(nèi)研發(fā)型企業(yè)使用，為企業(yè)提供研發(fā)、設(shè)計(jì)、管理過程中使用的各種軟件工具，并致力于和客戶一同提高研發(fā)、設(shè)計(jì)效率，縮短設(shè)計(jì)周期。億道電子先后與arm、Altium、Ansys、QT、TestPlant、CollabNet、Parasoft以及TouchGFX等多家全球知名公司建立戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系，并成為他們?cè)谥袊?guó)區(qū)的重要分銷合作伙伴。
億道電子專注開發(fā)、設(shè)計(jì)、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(yàn)積累，可以為客戶提供從arm開發(fā)、EDA板級(jí)設(shè)計(jì)、軟件編譯及測(cè)試工具、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工具、多物理場(chǎng)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(guó)。
摘自戲說Altium微信公眾號(hào)
