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與大家一起聊一下PCB設計中的經濟學。在PCB設計或者系統設計的過程中，每一個決定都需要從設計、制造、品質、時間、成本等因素進行考量。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行綜合考量，則最有可能找到平衡，設計出功能滿足要求且成本合理的產品。每一樣東西的價格（成本）與價值顯然不是同一個概念。每個成功的PCB產品，必然是設計要求與產品成本之間達到了平衡。我們在選擇PCB供應商的時候，無論是板廠或是組裝廠，經常會犯一個錯誤：挑價格低的。刨去設計環節不說，PCB的成本不僅包括裸板的制造及器件的裝配，還應考慮返工、維修、廢料、替代料、現場支持服務等各種成本。便宜的PCB，很有可能因為品質問題，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
很顯然，層數越多，設計與制造的成本越大。通常情況下，RF以及微波的設計，2~3層板就夠了；高速數字系統或更復雜的設計需要兩個以上的板層。但實際情況是，設計出來的PCB層數要比實際需要的層數多，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原廠發布的公版設計（Reference Design），為了確保設計的可靠性及發布的時效性，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險。大家回想一下，有經驗的ODM或是Design House是不是經常可以在不影響產品功能的前提下，減少板層以達到cost down的目的？
但從設計及生產的角度考慮，其目標一定是找到平衡點：即以小的板層達成功能需求，且滿足安規認證。當然，“時間”也是考量因素之一，如果產品需要TTM(Timeto Market)，就無法做到成本低。這也是為什么新發布的產品通常比較貴，然后會隨著時間的變化，越來越便宜。其中不止是“量產”的原因，設計優化（比如減少板層）也是重要原因之一。
層壓板(Laminate)的選擇
層壓板的選擇關鍵在于與產品的需求相匹配。層壓板的關鍵屬性包括：Tg（玻璃轉換溫度）；Er（介電常數）等。基材的選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的品質會一塌糊涂，還有很大概率因為供應鏈的問題（缺貨），導致產品開發周期的延長。如果板廠不靠譜的話，還會用各種借口讓您預訂更多的基材，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驗，因為這樣可以保證在裸板生產過程中，對材料的化學處理的準確性，即使有微小的差別，板廠也知道如何應對。
另外，板廠在選擇層壓板時，最好是同一家供應商。如果是多家供應商，關鍵的屬性參數必須相同，因為層壓板生產中的微小差異，也會影響PCB板的整體質量。舉個例子，玻璃纖維布，是構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，而不同供應商的層壓板收縮的程度是不同的。當板廠在生產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。即便板廠承認是他們的問題，也會影響整體的生產進度。對于TTM的產品，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，下意識的反應就是選報價低的（便宜的）。當然，公司一定會盡可能的要求cost down，想選擇一家服務好，但價格高的板廠有時會非常困難。但是請注意，從經濟學的角度說，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原型或量產時報廢的風險，并將風險降到低。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高于其他成本之和。在原型階段，報廢導致的成本還包括項目的延期以及推遲上市導致的損失。
板廠的銷售經常會過度地吹噓他們的制程能力，他們希望通過擴大產能的方式來提高板廠生產復雜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，之后再擔心怎么生產吧?？纯串斀袢虻?/span>PCB生產環境，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復雜板的產能。但其實他們并沒有配套的設備與制程能力，工程師也沒受過如何制造復雜板的訓練。有時，與設計一起發送到板廠的注意事項及層疊結構示意圖會被板廠直接忽略，這將導致生產出來的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的生產是一個嚴謹的過程，如果不對PCB板廠進行調研及審計，很容易產生各種問題從而導致項目的延期。有些公司對PCB的生產廠商并不重視，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研”或者“我們負擔不起調研的費用”。同樣是這些公司，他們會想當然的認為，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遠小于失敗后多次repin或者換一家板廠？事實上，無論從工程角度還是成本角度，設計、生產、裝配做到一次成功才是應該追求的方向。
與PCB設計相關的其他成本
除了基本的設計與制造成本，還有一些附加成本也需要考慮在內。比如，EDA工具的成本、是否還需要維護一個過時的設計、何時需要開發新一代的產品。
EDA工具的成本也不止是購買授權，還應包括維護及培訓的支出。一個可靠的PCB設計流程必然包括由一系列EDA工具構建出的虛擬原型設計（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計環境中，很可能會讓整個設計團隊陷入混亂。
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，工程師也不應該因為有了工具就放松設計的要求。
設計中出現的問題大部分都是由電源設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計進行仿真的時候，首先使用帶電源平面仿真的信號完整性分析軟件。當您的技能提升時，再配合其它工具一起使用。
當然，目前還有很多公司不愿意在設計或工具方面投入資源或對工程師進行培訓。當公司運營不理想的時候，想到的是砍掉這部分的預算。與此同時，在有限的開發預算下，工程師還承受了巨大的壓力，需要在短時間內開發出產品以實現快速上市（TTM）的目的。想象一下，如果沒有豐富的經驗或相關技能，沒有EDA工具或不會使用，是很難達成以上目標的。
傳統設計Vs下一代設計
只要產品還能賣，不少公司會傾向于使用替換物料的方式來延續產品的壽命。從設計角度來說，這么做存在一定的挑戰：如何找到與原器件制程類似的物料？如何解決設計中的接口問題？從成本角度考慮，很難對新舊物料的替換做一次徹底的、嚴謹的分析、測試。對于可靠性要求較高的產品，比如醫療器械，做一次替代物料的驗證可能需要數月的時間；對于消費類電子，當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責任。即便如此，還是存在量產后良率變差等不確定的風險。
有時，需要認真的考慮一款存續時間已經很久的產品是否需要淘汰了。經驗告訴我們，當一款產品50%以上的設計需要變更時，從成本角度來說就不劃算了。除此之外，是否需要淘汰傳統設計，引入下一代設計，可以從以下幾點進行考慮：
1. 產品中的元器件或關鍵組件雖然還可以買到，但采購起來越來越難了
2. 對傳統設計進行升級需要花費太多的工程師資源（比如幾個月的人工）
3. 對傳統設計進行重新設計后，其市場存續時間小于18個月
總結
降低成本是所有企業追求的目標。在PCB設計及制造的領域，如何省錢需要綜合考量。PCB生產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度，導致產品無法在預定的時間上市，這反而極大地增加了產品的成本。在整個項目過程中，仔細檢查每個環節，從工程及價格的角度進行綜合考量，才能在第一時間設計出一款成本低優且滿足技術要求的產品。
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摘自戲說Altium微信公眾號
