Я новичок в дизайне электроники. У меня есть некоторый опыт работы с довольно сложным дизайном PCB Я хочу создать продукт, который, я надеюсь, будет много продавать. Как сделать так, чтобы дизайн был недорогим с точки зрения производства? Я имею в виду не для изготовления одной платы, а для массового производства. Я использую широко распространенные микроконтроллеры, такие как Atmel, Texas Instrument. Это способ массового производства?

Есть тысячи вещей, чтобы рассмотреть, чтобы уменьшить производственные затраты, но некоторые из важных

1. Сборка в большом объеме. Это распределяет затраты на настройку партии на большее количество устройств. Например, вы обнаружите, что стоимость заготовок доски падает очень быстро, когда вы увеличиваете размер партии.

2. Договориться о стоимости компонентов. Прайс-лист является лишь отправной точкой для переговоров. И как только вы начали делать покупки в больших объемах, и ваши поставщики знают, что вы серьезны (и не нуждаетесь в дополнительной поддержке), вернитесь и снова проведите переговоры. (Чтобы занять более сильную позицию, проектируйте в компонентах с несколькими источниками, где это возможно)

3. Сократить этапы процесса. Например, покрытие с помощью сквозной прокладки добавляет этапы к изготовлению платы, а смешивание SMT с компонентами, проходящими через отверстия, добавляет этапы к сборке.

4. Уменьшите количество строк в спецификации. Это уменьшает затраты на покупку и увеличивает объем, который вы приобретаете для каждого номера детали. Например, если у вас есть резисторы 49,9 и 51,1 Ом, проверьте, можете ли вы просто сделать их одинаковыми. Или, если у вас есть 3 линейных регулятора с разными выходными напряжениями, используйте один и тот же регулируемый тип для всех них вместо 3 разных частей с фиксированным выходом.

5. Создавайте как можно больше толерантности. Например, не используйте дорожки 4 мил, если вы можете использовать дорожки 6 мил. Не указывайте +/- 10 мил на размере доски, если вы можете жить с +/- 25 мил. И т. Д. Чем ниже ваши допуски, тем выше ваша доходность. Еще лучше, если вы можете сделать допуск достаточно свободным, вы можете даже исключить необходимость его проверки в финальном тесте.

6. Сделайте ваши доски меньше. Чем больше досок помещается на стандартную панель, тем ниже стоимость материала.

7. Дизайн в тестируемости. Это может означать добавление контрольных точек для тестера, или это может означать, что дизайн сможет самостоятельно протестировать все необходимые функции (BIST).

8. Используйте стандартные процессы, а не экзотические: уровень припоя горячим воздухом вместо позолоты, через переходы, а не слепые переходы, зеленая маска припоя вместо красного и т. Д., И т. Д.

Здесь уже есть несколько отличных ответов, поэтому я просто добавлю еще несколько вещей.

1. Работайте в тесном контакте с вашим ассемблером и вашей фабрикой печатных плат, они часто предоставляют dfm (дизайн для обратной связи по производству), который поможет вам понять, как изменить ваш продукт, чтобы его было легче производить. Чем выше вы увеличиваете объем, тем больше вы будете относиться к каждой мелочи, связанной с уродством.

2. Минимизируйте сборочные операции. Сможете ли вы отделаться всеми компонентами поверхностного монтажа на одной стороне вашей платы? Добавление второй стороны - еще одна операция по сборке, они должны вернуться через линию, возможно, у перевозчиков стоимость вырастет.

3. Выбор компонентов, эта крошечная деталь QFN, безусловно, дешевая, но получается, что она стоит мне немного больше в сборке, потому что это труднее для дешевых парней, которых я использую. Этот соединитель с сквозным отверстием дешевле, чем версия для поверхностного монтажа, но его использование означает, что ваша плата должна пройти еще один этап сборки, пайки волной припоя, поэтому ваши затраты возрастут.

4. HASL - это дешевая отделка поверхности, но она не имеет срока годности серебряного погружения или золота ENIG. При очень больших объемах вы можете покупать доски оптом и использовать их в течение нескольких месяцев. Если половина ваших досок станет ломом из-за окисления, вы не сэкономите деньги.

5. Комментарии о минимизации времени тестирования являются точными, время - затратой, и тестирование требует времени. При умеренной громкости вы, возможно, проводите тестирование цепи или моллюска. При очень большом объеме на это нет времени или денег. Скорее всего, вы будете выполнять только FVT, функциональную проверку вашей схемы в конце линии. Плохие доски просто уходят в кучу, на которую можно посмотреть или не посмотреть позже. Пока доходность приемлема, вы просто хотите, чтобы линия кричала.

6. Печатные платы в дополнение к тому, что уже было сказано, имейте в виду, что у печатных плат есть несколько факторов стоимости. Очевидно, что размер связан с затратами, но и с отходами. Доски изготавливаются из панелей, чтобы вы максимально использовали панель, а потраченный впустую материал - это просто отходы. Также в вашем потрясающем доме есть список стандартных вещей и вещей, которые выполнимы, но стоят дороже. Этот крошечный, конечно, привлекателен, но, возможно, стоит использовать на 2 мили больше. Вы должны проверить с ними. Крошечные следы ширины велики, но при переходе в магазин с большими объемами это может снова стоить мне всего на 1 или 2 мили больше.

7. Количество слоев - это тоже большая дискуссия. 2 слоя дешевле, чем 4, но так ли это? Если вы выполняете цифровую логику и вводите-выводите выше 1 МГц, вы можете обнаружить, что дополнительные затраты и время, необходимые для прохождения EMI, сводят на нет ваши сбережения. Я не делал двухслойную доску годами на миллионах единиц дизайна. Однако я сделал это, и в моем случае использование часов с расширенным спектром спасло жизнь для излучений. Определенно есть доска, где 2 слоя более уместны, но я все время выступаю за 4 слоя.

8. Подробнее о выборе компонентов. Мне понравились ответы, которые говорят о втором источнике, и размышления о решении использовать дешевую часть против чего-то более надежного. Интересно знать, что хорошая цена часто скрывается разными способами. Продвигая исследования и работая, вы можете найти гораздо лучшие цены. Не уверен, где вы находитесь, но компания в США, похоже, хотела бы дать нам более высокую цену, чем когда я получу ее в Китае. Зачастую на рынке Китая продаются только те детали, о которых вы должны узнать, чтобы узнать цены. Однажды я пригласил компанию представить свою линейку продуктов, затем я начал расспрашивать их о том, что оказалось только в Китае. Они остановились, спросили меня, как я узнал о них,

9. Договоритесь, если у вас есть объем, первая цена не цена :) Вероятно, третья или четвертая цена - правильная цена. Мы просто пошли с 10 до 2 долларов, просто сказав: «Нет, я собираюсь пойти с вашим конкурентом на этот счет (что было бы правдой). В какой-то момент, однако, имейте в виду, равны ли части для вас? Если вы получаете больше надежности и поддержки, возможно, стоит несколько центов?

10. Совет. Полагаю, вы не гигантская корпорация с глубокими карманами и маркетинговой командой, которая уже рекламирует ваш продукт? Что вы в данный момент больше похожи на одного человека. Я дам вам лучший совет, который я когда-либо получал, о масштабировании при создании компании или нового продукта. Не. Сосредоточьтесь на том, что нужно, чтобы получить одного клиента или десять. Построй для этого. Затем получите свою следующую десятку, свою следующую сотню и масштабируйтесь с вашей клиентской базой. Для нас, инженеров, создание продукта - не самая сложная задача, это получение клиента. Если вы обнаружите, что можете продавать свой продукт, только если у вас была цена, которую вы получаете по объему ... возможно, это не тот продукт, с которого можно начать :) Вот отличная статья на эту тему.

Одним из моментов, который инженеры часто недооценивают, является нахождение второго источника для всех компонентов. Не только для переговоров о цене, как упомянул @The Photon (в его великолепном ответе), но и для того, чтобы вам не пришлось выбрасывать ПП, если один из ваших компонентов больше не продается, или возникать проблемы, если есть непредвиденные проблемы с доставкой / поставками. Для диодов и т. Д. Это довольно просто, но также попробуйте найти совместимые с выводами регуляторы напряжения, если возможно, даже совместимые с выводами микроконтроллеры другого производителя.

Если у вас разные версии вашей схемы, например, выход NPN / PNP, разные интерфейсы, версии напряжения и т. Д., Как правило, дешевле создать одну печатную плату для всех версий, чем создавать печатную плату для каждой версии. Затем вы можете собрать только те детали, которые необходимы для конкретной версии.

Если у вас осталось свободное место на печатной плате (например, если вы указали механические размеры для печатной платы), вы можете добавить следы для защиты от ЭМС, такие как диоды TVS или развязывающие конденсаторы.

Один совет, который я получил от нашей сборочной компании (на самом деле от начальника компании из 5 человек, всегда разговаривающей с клиентами):

У нас была плата с 24 "евро DIN разъемами". Они похожи на стандартные разъемы с выводами 2x16 или 3x16.

Плата была припаяна, а соединители были перетянуты над волной параллельно, то есть все контакты соединителя были припаяны одновременно. За счет этого жидкое олово локально охлаждается, и увеличивается риск перемычек между штифтами. Если разъемы перетянуты над волной перпендикулярно, риск намного меньше.

В нашем случае у нас было около 26 досок, и они переработали их вручную. Но в более широком масштабе вы бы этого не сделали, и это снизило бы вашу доходность.

Обычно доска натягивается над доской короткой стороной вперед, поэтому было бы неплохо, если бы такие части, как длинные штыревые заголовки, были параллельны длинным сторонам.

Определите количество, которое будет собирать ваша доска, географический регион и используйте соответствующие детали и материалы для этих условий.

Вы можете сделать доску, изготовленную в Китае в больших количествах, с дизайном «США» или «европейский», но она не будет оптимальной. Лучше, если вы используете запчасти, которые широко доступны и дешевы на этом рынке (что может означать использование запчастей старшего поколения, использование деталей, которые распространены в потребительских товарах, или отказ от современных деталей, с которыми вы не знакомы и не имеют технических данных на английском языке, потому что производитель не заинтересован в продаже менее 50 000 штук за раз). Вы можете использовать перфорированную бумажно-фенольную доску для части дизайна и необычную многослойную доску для других частей.

В достаточно большом объеме, забудьте о втором источнике, единственное, что важно, это то, насколько вы можете снизить расходы. Продукт всегда можно переделать. Инженерное время бесплатное, условно говоря. Возможно, вам придется использовать странные микроконтроллеры с громоздкими системами разработки, чтобы сэкономить несколько копеек, с другой стороны, вы можете найти, что имеет смысл договориться об очень низкой цене на более дорогой микро, чтобы вы могли воспользоваться преимуществами программного обеспечения с открытым исходным кодом и скорости до развития. Затраты становятся намного меньше, когда объемы становятся действительно большими - я помню, что было возможно получить очень впечатляющий DSP примерно на 1/20 от цены 100 в Digikey, потому что производитель был мотивирован, чтобы проникнуть на этот рынок, и общая сумма денег была все еще привлекательным для них. Они могут даже предоставить программное обеспечение.

Если объемы невелики, вы должны быть обеспокоены долгосрочной доступностью продуктов (посмотрите на послужной список, а также на цену), распределением риска с помощью нескольких поставщиков и т. Д. Будьте осторожны при использовании технологий, которые связаны с крайне нестабильными или причудливые продукты. Шесть месяцев могут быть долгим временем жизни некоторых продуктов.

Не поддавайтесь искушению и используйте компоненты низкого качества - восстановление репутации стоит очень дорого. Особенно это касается электромеханических деталей. Убедитесь, что все необходимые разрешения агентств по безопасности являются подлинными и актуальными. Обязательно используйте подходящих поставщиков для сборки - если у вас есть разовый заказ на 20 тыс. Штук, вы не сможете заинтересовать поставщика высшего уровня, если у вас не будет действительно убедительной истории (с участием будущего бизнеса и минимальный риск смущения), и экономия денег на сборочном цеху по сниженной ставке может действительно повредить, когда вы увидите результаты. Если компоненты могут включать в себя патенты, убедитесь, что необходимые лицензии имеются, а выплаты по роялти обновлены.

Защитный дизайн применяется ко всем этапам жизненного цикла продукта.

Это лишь некоторые из фаз, с которыми может столкнуться ваш продукт:

макетирования

Оставлять дополнительные прокладки для компонентов различной стоимости - это хорошо, на ранних этапах создания прототипа. Тем не менее, когда ваш дизайн близок к завершению, доска должна начать выглядеть точно так же, как и в массовом производстве. Это может быть особенно важно для высокочастотных или мощных цепей, где форма и размер меди на печатной плате так же важны, как и припаиваемые к ней вещи. Не забудьте сделать небольшой прогон досок, используя именно такую ​​же компоновку и компонент, что и в крупномасштабном производственном цикле.

производство

Как уже упоминалось вы должны учитывать производственные процессы. Это также относится к многослойным печатным платам, особенно к внутренним слоям:

Медь вытравливается раствором, который затем должен стечь, прежде чем следующий слой его закроет, иначе у вас внутри останется запечатленный травитель. Это ужасно трудно отладить позже, потому что он полностью невидим и может не сразу потерпеть неудачу.

Поэтому, когда вы раскладываете внутренние слои доски, избегайте карманов или дамб, которые могут задержать жидкий травитель и помешать его правильному сливу.

Перевозка

Сколько раз дизайн переходил из рук в руки в процессе сборки? Если одна компания производит печатные платы, другая - компоненты, а третья помещает готовую сборку платы в корпус, минимизируйте вероятность сбоев из-за повторной упаковки и распаковки. Это может означать такие вещи, как

• Используйте низкопрофильные разъемы (короткие рычаги сложнее зацепить за пузырчатую пленку)
• Дайте специалистам по сборке что-нибудь, за что они могли бы ухватиться, чтобы они не взяли плату за то, что могло бы сломаться.
• Сделать это легко обернуть. Прямоугольники легче обернуть, чем другие формы, а это значит, что они с большей вероятностью благополучно дойдут до следующего пункта назначения.

Все хорошие ответы здесь уже. Просто чтобы добавить мой 2с на проектирование для отладки / ремонта. Это факт жизни, что могут быть некоторые юниты, которые являются RMA из нижестоящих (внутренних или внешних). Точно так же, как удобно сделать блок легким для сборки, так же хорошо, как легко разобрать блок, чтобы сократить время оборота таких блоков RMA.

Примеры проектных решений здесь могут включать в себя баланс между использованием меньших компонентов SMA, поскольку крошечные, конечно, сложнее обрабатывать вручную и размещать, когда все другие компоненты уже установлены. Точно так же размещение пакетов вещей слишком близко друг к другу может привести к тепловому повреждению при удалении и замене соседних компонентов, что приведет к необходимости фактически заменить два или более компонентов, даже если отказал только один из них.

Другой способ - уменьшить размер отводимого тепла до необходимого размера. Опять же, при снятии и замене деталей, если подкладка для деталей подключена к излишне большой заливке или другим компонентам печатной платы, рассеивающим тепло, тепловую пушку придется применять дольше, что допускает возможность повреждения соседних компонентов или повреждения поверхности / слоев платы, что означает замена блока в целом.

Чрезмерно ограниченные или сконцентрированные наборы компонентов также усложнят восстановление, например, если один компонент блокирует доступ к тому, который должен быть заменен, или просто запрещает доступ для ручного исследования.

Второй источник также имеет большое отношение к работе RMA для серийно выпускаемых продуктов, которые должны быть произведены в течение некоторого времени.

Такие соображения, конечно, несколько вторичны по отношению к ограничениям, налагаемым DFM, а также функциональности и общей физической конструкции продукта, но все же должны учитываться для любого потенциально массового продукта.