在现代电子领域，印制线路板（PCB）是无法或缺的一部分。无论是智能手机、电脑、还是医疗设备，几乎所有电子产品都需要使用PCB。然而，制造高质量的PCB通常伴随着相当高的成本。本文将探讨一些降低刚性多层印制线路板制作成本的方法，包括印制线路板的尺寸设计、层数、材料、导体图形线宽与间隙宽度之比以及通孔的孔径等多个角度。
进阶：成本敏感度排序——先改哪里最划算
降低 PCB 成本的措施很多，但收益差别巨大。按单位投入的回报排序，大致如下：
| 措施 | 降本幅度 | 实施难度 | 优先级 |
|---|---|---|---|
| 优化拼板利用率 | 5–15% | 低 | Highest |
| 放宽线宽线距到常规档 | 5–10% | 低 | 高 |
| 减少孔数与孔径种类 | 5–15% | 低 | 高 |
| 减少一层 | 10–20% | 中 | 高 |
| 改用常规板材 | 5–20% | 中 | 中 |
| 调整验收等级 | 10–30% | 中 | 中（需评估风险） |
| 取消特殊工艺 | 视项目 | 高 | 视情况 |
- 靠前的项目几乎零成本：优化拼板与减少孔径种类只需要在设计阶段稍加约束；
- 中间项目需要权衡：板材与层数涉及性能，要确认不影响功能；
- 靠后的项目要谨慎：验收等级关系可靠性，不能只看价格。
因此降本的正确顺序是：先把不花钱的措施做完，再考虑需要权衡的方案，最后才动涉及可靠性的指标。跳过前面直接压板材规格，是最常见的错误做法。
For cost-saving methods, see7 Steps to Reduce PCB Costs；价格组成见Factors Affecting PCB Prices。
一、印制线路板尺寸设计的对成本的影响
1.1 初始尺寸问题
原始尺寸的敷铜板往往过大，这会导致加工不便。有时候，它甚至无法容纳加工设备。因此，首要任务是将原始敷铜板切割成适合加工的小块。确定加工尺寸的关键因素包括制作设备、每块PCB的尺寸和工艺参数。这些参数包括印制电路图的长度和宽度、螺钉孔的宽度、外形加工的工艺留量、夹具夹持留量、定位销留量等。合理的设计将直接影响到PCB的成本。
1.2 优化尺寸设计
考虑到这些参数，制造商可以更精确地决定将原始敷铜板切割成多少块加工尺寸的敷铜板，是纵向还是横向切割，是否可进行套裁等。合理的设计可以降低成本，提高生产效率。
进阶：拼板利用率的三种提升手法
- 调整单板尺寸：让单板长宽与大料尺寸成整数倍关系，往往能多拼出几片；
- 改变拼板方向：横拼与竖拼的利用率常常不同，两种都算一遍再定；
- 采用套裁：异形板之间互相嵌套，把边角废料利用起来。
其中第 1 条的收益最容易被低估。把单板尺寸改小几毫米，可能让每大片从拼 8 片变成拼 10 片，单板成本直接下降两成，而产品功能几乎不受影响。这类改动在设计早期几乎不产生代价，等到结构件冻结后就很难再改。
- 工艺边按最小要求留：过宽的工艺边是纯粹的浪费；
- 考虑无工艺边方案：部分场景可采用不需要传送边的工艺；
- 与板厂确认大料尺寸：不同厂家的常用大料规格不同，设计前先问清楚。
单板尺寸与拼板技巧见How to Determine the Size of a Single PCB and Panelization Techniques；拼板工艺见The Purpose and Process Details of PCB Panelization。
二、印制线路板的层数对成本的影响
2.1 层数的考虑
印制线路板的层数是另一个重要的成本因素。层数的增加会显著提高制造成本。然而，在设计6层PCB遇到困难时，不应轻易放弃。坚持下去可能会带来巨大的经济效益。但要注意，设计8层PCB并非随意的选择，这将增加成本。
三、CEM-3 材料
3.1 低成本材料
制作双面印制线路板时，可以考虑使用低成本的CEM-3材料。它是一种将双面环氧树脂玻璃布敷铜板改为较薄的两个薄片的结构，中间夹有环氧树脂玻璃无纺布。这种材料相对软，可单独使用，也适用于多层刚性印制线路板的芯材。选择适当的材料可以降低制造成本。
进阶：为什么比值变小会让成本陡增
线宽与间隙的比值减小意味着线路更密，其代价是良率呈非线性下降。原因主要有三条：
- 蚀刻难度上升：细线对侧蚀更敏感，线宽控制难度成倍增加；
- 短路与缺口缺陷增多：间距越小，微小颗粒或残膜造成缺陷的概率越高；
- 检测成本上升：需要更高精度的 AOI 与更严格的检验标准。
In other words,你省下的布线面积，会以良率下降的形式被收回。当密度确实需要提升时，更划算的做法往往是增加一层而不是无限压缩线宽——多一层的成本是可预测的，而极限线宽带来的良率风险是难以预估的。
| Line Width and Spacing | Relative Cost | 良率水平 |
|---|---|---|
| 8 mil | Benchmark | Very high |
| 6 mil | 略升 | 高 |
| 4 mil | 明显上升 | 中 |
| 3 mil 及以下 | 大幅上升 | 需专门工艺 |
高多层制造难点见Challenges in the Manufacturing of High-Layer-Count Printed Circuit Boards and Control of Key Processes; For information on wiring reliability, seeDFM Reliability Design for PCB Routing。
四、导体图形的线宽与间隙宽度之比
4.1 比例的重要性
印制线路板中导体图形的线宽和间隙宽度比对成本有着明显的影响。当这个比值减小时，PCB的生产成品率会急剧下降，从而提高成本。这一现象在电路密度较高的情况下更加明显。因此，合理选择这些比值至关重要。
五、通孔的孔径对成本的影响
5.1 钻孔尺寸
在使用钻头打孔的情况下，当通孔的孔径小于一定数值时，每次钻孔需要多次退出散热，降低了生产效率，增加了成本。因此，应该谨慎减小通孔的孔径，尽量减少通孔的数量。
进阶：孔的成本怎么控
钻孔是 PCB 工序中成本占比很高的一环，控制孔成本有三条路径：
- 减少孔数：孔数直接决定钻孔时间，是最直接的杠杆；
- 收敛孔径种类：每换一次刀就要停机，种类越多换刀次数越多；
- 避免过小孔径：小孔径需要降低进给、增加退刀次数，效率显著下降。
- 能走表层就不换层：每一次换层都要一对过孔；
- 能用通孔就不用盲孔：盲孔需要额外的压合与钻孔循环；
- 厚径比要留余量：超出能力范围的小孔在厚板上良率会急剧下降。
关于银浆料填孔这类替代方案，需要明确它的适用边界：成本低但不适合高可靠场景。银浆的导电性与长期稳定性不如电镀铜，在需要承受热循环或大电流的场合不应采用。是否可用，取决于产品的可靠性要求与预期寿命。
纵横比影响见The Importance of the PCB Aspect Ratio in Multilayer PCB Manufacturing; For drilling quality, seeQuality Issues in the PCB Drilling Process。
六、用银浆料填充通孔
6.1 替代方法
为了降低双面印制线路板的成本，可以考虑使用银浆料填充通孔，而不是采用传统的镀铜方法。这种方法适用于双面敷铜板，特别是普通酚醛树脂纸板。
银浆料填充通孔的制作过程包括表面清洁、印制抗蚀图形、腐蚀、填充银浆料、覆盖层、阻焊图形、隔离图形等。这种方法虽然不适用于高可靠性电路，但可以降低成本。
降低刚性多层印制线路板制作成本需要综合考虑多个因素。通过合理的尺寸设计、层数控制、材料选择、导体图形设计和通孔孔径选择，制造商可以有效地减少成本，同时保持PCB的性能和质量。在电子制造领域，降低成本不仅有助于提高竞争力，还有助于为客户提供更具吸引力的解决方案。
进阶：材料降本的三个判断原则
- 按实际环境选等级：常温室内工作的产品不必追求高 Tg，无高频需求不必用低损耗材料；
- Stock Items for Priority PCB Manufacturers：冷门材料有起订量与备货周期，隐性成本高；
- 性能余量要适度：留出必要余量即可，过度设计就是浪费。
以双面板的材料选择为例，CEM-3 这类低成本材料在满足电气与机械要求的前提下确实能降低成本，但要注意它的耐热性与机械强度不如 FR-4，在有多次回流、高机械应力或高可靠要求的场合并不合适。判断标准是产品的实际工况，而不是材料价格本身。
- 列出性能硬约束：耐温、绝缘、强度、频率；
- 在满足约束的材料中挑最便宜的；
- 确认板厂有常规备货，避免隐性交期成本。
板材选型见How to Choose the Right PCB Material Based on PCB Type；布局规则见13 Rules for Laying Out Components on Printed Circuit Boards。
Frequently Asked Questions
1. PCB设计中如何确定适当的尺寸？
在确定PCB尺寸时，需要考虑制造设备、工艺参数和电路布局。最好咨询制造商以获取具体建议。
2. 为什么增加PCB的层数会增加制造成本？
增加PCB的层数需要更多的加工步骤和复杂性，因此会导致制造成本上升。
3. 银浆料填充通孔的优势是什么？
银浆料填充通孔可以降低成本，但在高可靠性电路中可能不适用。
4. 如何平衡PCB的成本和性能？
平衡PCB的成本和性能需要仔细权衡各种设计和材料选择。最佳实践取决于具体项目和要求。
5. 有哪些现代技术可以帮助降低PCB制造成本？
现代技术包括自动化制造、先进的材料和智能设计工具，可以帮助降低PCB制造成本。
这些措施可以帮助您更有效地降低刚性多层印制线路板制作成本，同时确保产品质量和性能。通过综合考虑这些因素，制造商可以提高竞争力，并在市场中取得成功。
6. 降本会不会影响可靠性？
取决于降在哪一项。优化拼板、减少孔径种类、放宽线宽这类措施不影响可靠性；而降低验收等级、改用性能不足的材料、取消必要的孔铜要求则会带来风险。原则是不动涉及安全与可靠性的硬指标。
7. 什么时候应该增加层数而不是压缩线宽？
当线宽线距已经接近板厂常规能力下限，而布线仍然紧张时，增加一层通常更划算。压缩到极限线宽会带来良率下降与交期延长，这些隐性成本往往超过多一层的材料费用。
8. 打样阶段就要考虑成本吗？
应该考虑，但优先级低于验证功能。打样阶段最重要的是快速暴露设计问题，因此不宜在此时过度优化成本。待设计稳定、进入批量阶段后，再系统开展降本工作，既不耽误进度也不浪费优化精力。
9. 与板厂沟通降本，对方会配合吗？
通常会，因为降低制造难度对板厂同样有利。有效做法是把自己的设计约束与成本目标一起告诉对方，请他们给出具体的参数调整建议。板厂对自身工艺边界最清楚，给出的建议往往比自行猜测更准确。
10. 拼板利用率大概能到多少？
理想情况下可以达到较高的水平，但受单板形状、工艺边与板间距影响，实际值通常低于理论值。异形板与带缺口的板利用率会明显下降。设计阶段让板形接近矩形，是提升利用率最有效的办法。
11. 小批量如何摊薄固定费用？
常见做法有三种：一是与其它订单拼版生产；二是减少特殊工艺以省去专用治具；三是把多款板的同类订单合并下单。此外在设计稳定前不要频繁改板，每次改板都会重置工程与制版费用。
Related Reading：13 Rules for Laying Out Components on Printed Circuit Boards · 34 Common IPC Standards for Printed Circuit Boards
