.jpg "【节约材料】需要利益相关方共同参与")
供应链问题没有丝毫缓解的迹象，于是人们纷纷转向设计PCB时减少用材的理念。确定了节约材料为本期主题后，我们意识到很有必要听听Happy Holden的观点。理由如下：
几十年来，Happy一直致力推动PCB设计成本意识。在惠普公司时，Happy协助开发了相对成本指数（relative cost index，简称RCI），帮助PCB设计师对比目标PCB结构与替代品的成本。因此，我们采访了Happy，探讨了在设计时考虑节约材料的潜在益处，以及设计理念亟待更新的原因。
Barry Matties：Happy，你认为设计阶段决定了PCB成本的75%~80%，而制造商只能决定PCB成本的 20%。为了帮助设计师控制成本，你开发了RCI指数。
Happy Holden：我们之所以要提出RCI指数概念，是因为制造商几乎不可能提供成本预测值。首先，他们不喜欢被迫给出预估值，以防在预估时遗漏某些成本因素。其次，他们不确定这些信息是否会泄露给竞争对手。于是我们提出了RCI指数概念。通过这一指数，设计师可以了解与制造商的成本相比，架构设计备选方案可节约或增加的数值。虽然RCI指数是根据传统8层FR-4 PCB来计算的，但它不会给出具体的数值。
Matties：也就是说在基准板的标准上增加或减少成本？
Holden：是计算出百分比，不是具体的金额。这样对制造商比较友好，因为有些制造商是根据8层通孔PCB及其定价来计算的，所以得出的RCI不一样。但至少在比较替代方案成本时，可以借鉴RCI来做决策。
Matties：设计师优先考虑节约材料或降低成本，还是优先考虑进度？
Holden：他们只会考虑进度。
Matties：现在受到供应链影响，必须考虑在设计时减少PCB上使用的材料。
Holden：没错，是这样。供应链问题导致无法获取想要的元件，于是不得不改用其他元件，这样就需要改变元件的占位。现在几乎所有原材料都出现了紧缺，没有人准备好了应对这一切。我使用RCI图已经有30年了。制造商其实很喜欢跟经验少的设计师合作，因为这样利润就会高很多。如果设计师给出了最优设计，那么制造商的额外利润空间就会消失，因此他们怎么会有动力去给设计师提供指导建议？
Matties：那有什么激励措施可以推动设计师在设计过程中节约材料？
Holden：目前来说，设计师最大的动力是想要把设计变为成品，在制造商表示材料紧缺导致成本大幅上涨时，他们能够有应对之策。
Matties：当然通货膨胀也是驱动因素之一。受到供应链的影响，我们必须想尽一切办法来降低成本。所以在双重推动力的影响下，设计师的思维模式发生了转变。
Holden：是的，但没有人会告诉设计师要从哪里去了解这些信息。
Dan Feinberg：Happy，我不认为设计团队的管理层会因为设计师节省了材料而嘉奖他们。
Holden：没错，但是如果不能按进度交付设计，那他们一定会受到惩罚。如果节省了材料，则不一定会受到嘉奖。
Matties：所以就只能依赖经验证的方法。设计师只需要确保PCB可以正常使用就可以，而不会投入很多时间去研究如何帮公司省钱。这对于自己来说，一无所获。
Holden：如果故意过度设计PCB，最后的成品可以正常使用，只是成本有所增加。但如果想要把成本降到最低，就有可能无法按进度交付设计，则要承担相关风险。你也知道大家都是趋利避害的。为了不承担这种风险，解决方案就是把产品设计得更加复杂、成本更高，反正这样做至少不会让自己受到任何负面影响。
Feinberg：我们还未提及另一个因素——虽然要考虑材料和设计成本，但别忘了还要计算利润。需要了解一家公司的董事会、老板或高级管理层如何计算利润，这也是需要考虑的因素，同时也是很多公司之前会在内部生产电路板的原因之一——他们赚取的利润不想让别的领域来瓜分。但现在成本降下来了，他们有很多理由不再进行内部生产。但我认为行业会在一定程度上恢复这种模式。
Holden：我觉得正是这个因素促使Schweitzer Engineering Laboratories（简称SEL）进行了垂直整合。Whelan表示垂直整合后，公司可以用中国生产价格的一半在2天内交付线路板，而不是12周时间。
Matties：这样做的优势就是他们的设计团队能够轻松改进产品，下午设计好PCB 后第2天就能投入生产。
Holden：这也是SEL联系到我咨询的事项之一，他们想了解在内部生产PCB的情况。我告诉他们，在惠普公司，负责生产和组装印制电路的员工从项目启动时就会参与进来，探讨可以帮助提高性能、降低成本、加快交付的理念和方法。惠普公司每一件知名度和利润双高的产品都得益于无法从外部市场购买到的PCB。
Matties：我们再来看材料节约，OEM是不是为此要重新返工或重新设计他们的电子产品？
Holden：大多数设计师都是为OEM服务的。
Matties：没错，但他们不会继续用以前的方法来设计PCB吗？
Nolan Johnson：他们必须这样做，或多或少是因为供应链的缘故。曾经供职于Manncorp的专栏作家Emmalee Gagnon最近还表示有些客户因为无法采购到表面贴装元件而不得不改回使用通孔元件。所以说在重压之下，OEM不得不重新设计产品才能交付成品。
Matties：我想说的是，现在是时候重新设计产品了。设计师可以利用这次机会考虑使用HDI、加成法或半加成法工艺，以及VeCS技术。Happy，你是否曾经说过你经常会利用HDI将14层的结构缩减到8层？
Holden：没错。
Matties：真是很大的改善。之后你又开始研究电源面，你把这种技术称之为什么呢，Happy？
Holden：电源网。去掉电源面的同时意味着减少了板的层数，而且每条电源轨都与接地紧密耦合，所以还能提高电气性能。
Matties：虽然大家都在忙着寻找渠道订购部件，但与此同时他们也付出了同样的努力来寻找替代技术和设计方法。
Holden：没错，但OEM雇用的员工中有多少人可以理解你刚才说的这些内容？更没勇气跟老板说“我们需要用别的方法重新设计产品”。
Matties：我觉得我们有必要强调一下这些替代方案的重要性，因为如果设计师说他们可以用替代方案节省XX美元并且可减少30%的元件，那他们可以称得上是英雄了。
Holden：有句俗话说得很对，穷则思变。如果我们担心的事情都发生了，你又必须在采购不到材料的情况下开始制造产品，这时需要对自己说的是，“好吧，想想怎么用更少的材料生产产品，或者把PCB设计得更小”。这样一来，手中的材料能制造出更多PCB，就可以完成产品交付了。
Matties：我们一直在讨论如何从设计端节省成本，那阻焊工艺呢？比如通过喷墨打印阻焊层来降低成本。设计师必须考虑这点。
Holden：我认为这种方式确实可以节省成本，尤其是使用喷墨打印阻焊后，就再也不需要用阻焊层覆盖整块PCB了。可以只在走线附近添加阻焊层，这样一来，阻焊的成本可以节省50%。采购同样数量的阻焊材料，加工的PCB数量却是以前的两倍。
Matties：这样也可以节省很多人工成本。你在设计PCB时可以对制造商说，“我打算使用喷墨打印阻焊层，这种方式可以降低多少人工成本？”你必须问这个问题，否则他们可能会按照标准阻焊工艺的价格收费。
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Johnson：没错，因为这是传统的定价方式。
Matties：谁来决定表面涂层?是设计师吗？
Holden：我刚写完一篇即将发表的Tech Talk专栏文章，其中我介绍了铜上镀钯，这种涂层尤其适合加成法工艺和精细走线。其成本远远低于ENIG，同时还能承受严苛的使用环境；OSP、浸银和浸锡等涂层在严苛环境下的表现都不是很理想。
Matties：现在也该重新考虑表面涂层工艺了，从中找到节约材料成本的突破口。
Holden：没错，我特别提到了新型电动汽车应用，因为汽车中的部件要经受震动、极端温度和长时间使用等恶劣的使用环境，同时汽车上的PCB至少要能够使用15年。
Matties：制造商控制着20%的成本，这其中的变量是什么，Happy？
Holden：是他们的材料处理选项。设计师可以指定材料，但制造商可以通过材料的采购渠道、储存方式和处理方式来改变成本。特别是良率会改变成本，设计师在规格要求中的详细说明就已经确定了成本。规格要求中规定了使用的材料、线宽/线距、PCB的层数以及厚度等。制造商在收到这些要求之后，没有太大的发挥空间。
Matties：你之前提到过的另一个观点是，PCB板厚是根据连接器类型设定的，从此之后这就成了标准。我记得你是这样说的，Happy。
Holden：我们一直在生产0.062英寸厚的PCB，原因就是连接器的厚度。现在我们不会在PCB上经常用镀金工艺了，而且也出现了各种各样厚度的连接器。现在主板的厚度不一定非要是0.062英寸，因为再也不需要插到金手指里了。如果板层可以减少一半，成本自然就会降低。我们能不能把PCB做小一点，每块拼板上拼入更多的PCB？每块拼板上的PCB数量才是影响成本的主要因素，同时每块PCB的总层数也是影响成本的主要因素。
Matties：如果能使拼板的成本节省20%，那将是巨大的节约。
Holden：可以遵循以前的方式。老方法虽然没有经过优化，但其妙处在于能让聪明的制造商提高盈利能力或节省成本，然后通过降低报价方式来回馈给OEM。这一切都是因为在开始设计之前没有用来优化设计的规划工具。
Andy Shaughnessy：我觉得很难让设计师接受这种在设计时要考虑节约材料的理念，因为额外的成本以及设计返工都是不可避免的，需要利益相关方齐心协力才能做到。
Matties：是的，如果能让材料供应商也参与其中，与设计师和OEM通力合作，那一定会发生改变。而这正是利益相关方需要努力的方向。
Holden：设计师控制着PCB成本的80%，所以其中可节省的成本很惊人。
Matties：每次采访，都有很多收获。非常感谢。
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Happy Holden自1970年以来一直专研于印制电路技术，先后效力于惠普、NanYa Westwood、Merix、Foxconn和Gentex等公司。目前，Happy担任《I-Connect007》杂志的技术编辑，并著有《印制电路制造中的自动化和高阶制程》和《25项电子工程师必备技能》。
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