Как перейти от новичка к производству?

Я - программист, который хочет заняться аппаратной стороной, чтобы я мог наслаждаться тем же творчеством, что и дизайн программного обеспечения в физическом мире.

Я нашел здесь много постов о том, как «начать работу» в мире электроники, но я хотел бы знать, есть ли какие-то ошибки, когда вы отправляетесь в это путешествие, если ваша цель состоит в том, чтобы потенциально изготовить устройство в будущее. (возможно, решения, ориентированные на робототехнику, платы для управления сервоприводами, датчиками и т. д.).

Я хотел бы убедиться, что куда бы я ни нацелился, я не буду, так сказать, «заглядывать в угол».

Я прочитал много хорошего о гибкости и простоте изучения устройств Arduino, но мне сложно найти что-нибудь о их производстве. Существуют ли производители, которые могут производить решения на основе Arduino? Какой объем производства доступен для чего-то, используя Arduino?

Какие сферы / устройства программируемой электроники лучше всего изготовить?

Любые советы или информацию относительно обучения и проектирования с учетом производства? Какие-нибудь общие советы для новичка?

Просто чтобы вы знали, что впереди ....

Если вы хотите перейти от изготовления изготовленного вручную макета или прототипа к реальной печатной плате, у вас есть много часов и от нескольких сотен до нескольких тысяч долларов перед вами, в зависимости от того, сколько вы готовы сделать сами ,

Схема захвата и макет печатной платы

Прежде всего, вам нужно запечатлеть ваш дизайн, используя какую-то программу захвата схемы, а затем спроектировать печатную плату. Одна из наиболее популярных программ - EAGLE , которую я использую. Они имеют версию EAGLE Light ($ 49), но ее можно использовать только для схем с одним листом (любого размера), двумя сигнальными слоями и областью маршрутизации 100x80 мм (примерно 4 "x3"). Для любой серьезной работы вам понадобится как минимум версия EAGLE Standard, которая стоит 747 долларов. Есть, вероятно, другие менее дорогие (даже бесплатные) альтернативы. Есть много других, которые стоят тысячи или десятки тысяч долларов. В любом случае вам придется потратить значительное время на изучение того, как пользоваться программой.

Или вы можете заплатить кому-то, как я, чтобы сделать это для вас ($$ / час).

Изготовление печатных плат

Изготовление плат - это следующий шаг производителя печатных плат . Проблема здесь заключается в затратах NRE (единовременное проектирование). Некоторые пансионаты рассматривают это как отдельную фигуру, а другие встраивают это в свои индивидуальные расценки. В любом случае, почти никогда не бывает экономичным делать несколько досок. Вы можете потратить 100 долларов на две доски и 500 долларов на 25. Вам нужно иметь действительно большие количества, чтобы получить всего несколько долларов за доску.

Дело в том, что если вы сделаете 25 плат, заполните только пару из них для тестирования и обнаружите, что они не работают (и это не легко исправить - например, потому что вы выложили разъем задом наперед), вы можете бросить прочь от остальных 23 пустых досок, и тебе было бы лучше получить две. У меня есть стопки пустых печатных плат в качестве доказательства этого явления.

Сборка печатной платы

Если вы не хотите собирать доски вручную, вам понадобится собрать их. С пакетами для поверхностного монтажа трудно иметь дело. Если у платы есть пакеты BGA или QFN, вы, вероятно, не сможете собрать их самостоятельно, если у вас нет собственной печи для оплавления.

Получение первых двух досок, построенных сборочным домом, может стоить 500 долларов. Принимая во внимание, что строительство 25 может стоить 1200 долларов. (Еще раз, проблема здесь заключается в затратах NRE.) Чтобы получить всего несколько долларов за доску, нужно (опять же) большое количество.

А кто-то еще уже обсуждал проблему получения запчастей.

Убедитесь, что вы используете запчасти, которые легко доступны - если у DigiKey и Mouser есть сотни доступных деталей, у вас должно быть все в порядке. Если вместо этого они есть в их каталоге, но в настоящее время их нет в наличии, попробуйте найти что-то еще. Если вам нужны какие-то специальные детали, которые не поставляются DigiKey или Mouser, убедитесь, что у вас есть надежный источник, прежде чем включать его в ваш продукт. (Примечание: чем больше необычных деталей вы используете, тем больше вероятность того, что вам придется добавить деталь вручную в вашу библиотеку деталей на печатной плате.)

Таможенные дела

Вы хотите положить свою доску в футляр? Если вам нужно разработать индивидуальный кейс, это будет пара для дизайнера, использующего такую ​​программу, как SolidWorks (я не делаю этого, но могу порекомендовать кого-то, кто может). Если вы собираетесь начать с нескольких примеров, вам, вероятно, понадобится быстрое создание прототипа, такого как селективное лазерное спекание (SLS). Цифра не менее 100 долл. США в случае небольших количеств. Чтобы снизить стоимость одного кейса до нескольких долларов, вам необходимо изготовить специальную форму. Снова NRE! Планируйте потратить 10000 долларов США или больше на форму.

И я даже не буду начинать тестирование EMC или EMI, так как не знаю, применимо ли это к вашему продукту.

Как вы можете видеть из всего этого, до тех пор, пока вы не начнете производство, стоимость электронных компонентов, как правило, не самая большая единица на основе платы. Выполнение собственной сборки для небольших объемов сэкономит вам много денег. Таким образом, важно иметь в виду, что нет необходимости паять детали вручную.

Чтобы получить действительно низкие цены на большие объемы, как правило, вам нужно отправиться в офшор - Китай и т. Д. Но я бы вначале избегал этого.

За последние несколько лет я пошел по этому пути и сейчас продаю небольшие партии своих проектов. Я выбрал микроконтроллеры Microchip с самого начала и придерживался их, но Arduinos и микроконтроллеры AVR кажутся одинаково хорошим решением.

Дизайн печатной платы

Что касается дизайна печатных плат, я могу порекомендовать Eagle - я никогда не проходил мимо версии Light, так как я строю только небольшие платы. Это позволяет вам добавлять свои собственные детали, которые вам понадобятся на каком-то этапе. Он выполняет автоматическую маршрутизацию дорожек печатной платы, хотя я обнаружил, что с течением времени я использую это меньше - отчасти потому, что я делаю платы с очень жесткими ограничениями по пространству и постоянно занимаюсь как размещением деталей, так и маршрутизацией, чтобы все упаковывать в Обеспечивает проверку на соответствие правилам проектирования, что помогает выявить грубые ошибки в макете. Можно многому научиться, но со временем вы овладеете им, и доски могут быть изготовлены из ваших цифровых файлов.

Изготовление печатных плат

Я строю свои собственные платы прототипов, а затем делаю их профессионально, как только я прошел первоначальный прототип. Я создаю прототипы двухсторонних плат, используя трансферную пленку Press-n-Peel и лазерный принтер. Я обычно делаю доски с небольшими пакетами для поверхностного монтажа QFN с шагом прокладки 0,5 мм - это неудобно, но можно сделать с осторожностью. Расходы на профессионально изготовленные доски составляли от 3 до 10 долларов за количество около 100.

Сборка печатной платы

Я довольно успешно делаю пайку оплавлением с помощью электрической сковороды. Требуется немного осторожности, но достаточно надежный и довольно быстрый. Самая медленная часть - это нанесение паяльной пасты на плату, хотя, если вы решите сделать маску для припоя, это тоже можно сделать проще. Я часто использую бессвинцовые пакеты, такие как QFN, потому что они маленькие и не имеют особых проблем с ними. Пакеты с выводами можно припаять вручную, если хотите, но я думаю, что быстрее использовать паяльную пасту и оплавить в кастрюле.

Как только вы доберетесь до значительных объемов, вам захочется заплатить кому-то, кто сделает сборку для вас. Я еще этого не сделал, но мне было предложено порядка $ 6500 за 30 плат, для которых запчасти стоят около $ 80. Таким образом, добавленная стоимость не является незначительной, но зависит от того, сколько времени вы потратите на сборку самостоятельно :)

Помимо (больших) временных затрат, моими самыми большими инвестициями, вероятно, были цифровой USB-осциллограф и логический анализатор от Bitscope - бесценный инструмент для определения того, что происходит на самом деле, а не того, что, как вы думаете, должно произойти!

Преждевременная оптимизация - корень всего зла.

Arduino - отличное место для старта. Пока не беспокойтесь о массовом производстве. Как только у вас будет пара дизайнов под вашим поясом, у вас будет гораздо лучшее представление о том, что вам нужно делать.

Изучение нового оборудования является частью игры здесь. Не пытайся избежать этого. Чем больше вы знакомы, тем лучше вы станете инженером.

Посмотрите это видео, которое подчеркивает различия между программным и аппаратным обеспечением:

Аппаратные средства обрежут вас (продолжает язык NSFW)

Митч Альтман, дизайнер TV-B-Gone, выступил на The Next Hope с докладом о том, как перенести ваш проект из идеи в реальность.

Вот MP3 .

Митч превратил свои личные проекты домашних животных (включая универсальные пульты дистанционного управления TV-B-Gone) из идеи в реальность, и ему повезло зарабатывать на жизнь тем, что он любит. Митч в общих чертах расскажет о практических шагах, которые он предпринял, чтобы воплотить свои проекты из простой идеи, через этапы исследований, разработок, производства, продаж и распространения, что привело, наконец, к сбору чеков, не выходя из дома (и во время путешествий Мир). Этот доклад также покажет некоторые подводные камни в ведении собственного бизнеса.

Дейв Джонс опубликовал учебник по дизайну печатных плат большого объема:

http://www.eevblog.com/2010/11/15/eevblog-127-pcb-design-for-manufacture-tutorial

Что касается производства печатных плат, вы можете сделать много прототипов на макетной и макетной плате и перейти непосредственно к профессиональным печатным платам для «производственных» блоков, я использую этих ребят, и я был очень счастлив: http://iteadstudio.com /store/index.php?main_page=product_info&cPath=19_20&products_id=175 Seeed использует ту же фабрику, что и itead, примерно по той же цене.

Что касается компоновки печатных плат, не тратьте слишком много времени на EAGLE, так как она имеет несколько ограничений в бесплатной версии, и она довольно громоздкая и сложная в использовании, вместо этого хорошенько взгляните на kicad и geda, оба являются свободным программным обеспечением и более функциональны, чем EAGLE.

Я сам новичок, так что возьмите это с зернами соли, но я много исследовал это в течение последнего месяца, и поэтому я надеюсь, что это даст хороший взгляд на потребности новичка. Вот что я узнал:

ПРИМЕЧАНИЕ. Я использую несколько сокращений (PCB, SMD и т. Д.). Я не написал, что они означают нарочно, так как вам определенно нужно будет знать эти понятия глубоко.

1. Вам нужно перейти от прототипа (Arduino?) К версии для печатной платы. Прежде всего, посмотрите эти два видео от EEVBlog: Видео 1 , Видео 2
2. Переход от прототипа к версии для печатной платы означает переход от сквозных компонентов к компонентам SMT, а также от полноценного Arduino к чиповому решению для barebone-компонентов. Хорошей новостью является то, что вы все еще можете программировать его как Arduino. Смотрите это сообщение в блоге, чтобы узнать, как это сделать. Если ваш проект достаточно прост, используйте ATTINY (45 или 85) вместо ATMEGA328p. Смотрите этот пост из MIT Lab для получения информации.
3. Создайте свой прототип без Arduino, используя макет или другой инструмент для создания прототипов, как обычно. Вы можете найти нужные запчасти с помощью Octopart . Очень полезная вещь - это их спецификация.
4. Теперь узнайте, сколько будут стоить ваши компоненты, составив спецификацию. Используйте Octopart, чтобы найти цену и лучшее место для покупки ваших запчастей.
5. Как только ваш прототип будет готов, пришло время преобразовать его в версию для печатной платы. Вы можете использовать Fritzing для схемы печатных плат и файлы Gerber для изготовления печатных плат, если ваша плата достаточно проста. В противном случае используйте такую ​​программу, как EAGLE или kiCAD .
6. Сделайте свою печатную плату и припаяйте компоненты вручную. Вот видео с хорошей техникой для деталей SMD . Для получения дополнительной информации (мне нужно все это) здесь вы идете .
7. После пайки ПРОВЕРЬТЕ ЭТО ОБЯЗАТЕЛЬНО. Вы не хотите покупать 500 произведенных товаров только для того, чтобы узнать, что сделали ошибку, и ни один из них не работает. Fritzing будет производить одноразовые доски, сделанные по их программе. Они будут стоить около 40-50 долларов. Не дешево, но это прототип, в конце концов. Вы также можете сделать печатную плату самостоятельно, используя процесс пресс-н-пил. Здесь есть хорошее видео .
8. ОГРОМНАЯ гоча! Возможно, вам потребуется получить СЕРТИФИЦИРОВАННУЮ доску. Это длительный и дорогой процесс.
9. Если вы уверены в своей печатной плате, Seeed studio будет производить (не только печатную плату, всю плату) для небольших количеств (100-1000) по разумным ценам в рамках своей программы Propagate .

Взгляните на SeeedStudio , они, кажется, предоставляют множество инструментов, помогающих кому-то запустить HW-проект.

Мне непонятно, волнуются ли вам технические углы или деловые углы?

Я могу быть немного предрасположен к «любителям», но я серьезно сомневаюсь, что миру нужны еще не роботизированные подсистемы промышленного качества.

Субподрядные производственные мощности существуют для каждого объема от одного до миллионов, и такие вещи, как печатные платы, могут быть изготовлены в любое время от следующего дня до недели. Мой опыт электронного производства заключается в том, что поставка компонентов является одной из самых больших проблем, если вы не достигли достаточных объемов, чтобы производители компонентов могли вас побаловать. В настоящее время для деталей с низкой стоимостью, это будет серьезно, серьезно большие объемы.

Возможно, вам следует немного уточнить свой вопрос - планируете ли вы спекулятивно разрабатывать устройства и производить их, а затем размещать их на открытом рынке?

Если вы ищете легкий и дешевый старт для программирования микроконтроллеров, одним из хороших мест для начала будет использование нового инструментария разработки Launchpad от TI. Launchpad

Эта вещь стоит всего 5 долларов и довольно проста в освоении, на мой взгляд.

Здесь уже есть много отличной информации о сборке и сборке печатных плат. Я передам несколько моих собственных мнений. Вы можете пойти в сборочный цех, но это будет стоить вам, в частности, предоплаты за трафарет. Если вы решите собрать дома, вы обнаружите, что на удивление легко припаять большие микросхемы (ПЛИС, микроконтроллеры, ОЗУ и т. Д.), Но с деталями поверхностного монтажа, имеющими только 2 или 3 соединения, трудно справиться. Вещь об использовании сквозных компонентов для этих мелочей. Лично я уклонялся от попыток спаять любой вид решетчатых решеток. Может быть, я должен попытаться вылечить себя от этого, но это не актуальная проблема для меня.

Если бы вы собирались делать большие объемы (например, миллионы), вы бы делали «дизайн для производства», чтобы оптимизировать ваш дизайн, чтобы его было легко и дешево построить и протестировать. Подумайте об этом: если инженер-технолог может сократить расходы на производство на 1 000 000 единиц на 2 цента, вы получите большую экономию.

Для 500 единиц, вы относительно низкий объем. Вот хорошая презентация, « Сделай свои вещи готовыми» - Токийская открытая презентация оборудования от Dangerous Prototypes . По сути, они утверждают, что на том уровне, о котором вы говорите, вы слишком малы, чтобы самим строить доски и должны использовать дом для выполнения, как они ( Seeed Studios ). Они проходят все необходимые этапы и что вам нужно. Слайд палуба также доступна для скачивания.