Sono un principiante nella progettazione elettronica. Ho una certa esperienza con una progettazione PCB piuttosto complessa. Voglio progettare un prodotto che si spera venderà molto. Come posso garantire che il design sia economico dal punto di vista della produzione? Intendo non per una singola fabbricazione di PCB ma per la produzione di massa. Uso microcontrollori comunemente trovati come atmel, strumento del Texas. È questa la strada da percorrere per la produzione di massa?

Ci sono mille cose da considerare per ridurre i costi di produzione, ma alcuni di quelli importanti lo sono

1. Costruire ad alto volume. Ciò distribuisce i costi di installazione di un batch su più unità. Scoprirai, ad esempio, che il costo degli spazi vuoti della scheda diminuisce molto rapidamente quando si aumenta la dimensione del lotto.

2. Negoziare i costi dei componenti. Il prezzo di listino è solo un punto di partenza per la negoziazione. E una volta che hai iniziato ad acquistare in volume e i tuoi fornitori sanno che sei serio (e non avrai bisogno di più supporto), torna indietro e negozia nuovamente. (Per avere una posizione più forte, progettare nei componenti multi-sorgente ove possibile)

3. Ridurre le fasi del processo. Ad esempio, il placcato over-pad aggiunge passaggi alla produzione della scheda e la miscelazione di SMT con componenti a foro passante aggiunge passaggi all'assemblaggio.

4. Ridurre il numero di righe nella DBA. Ciò riduce lo sforzo di acquisto e aumenta il volume che stai acquistando per ciascun numero di parte. Ad esempio, se hai resistori sia 49,9 che 51,1 ohm, controlla se riesci a renderli tutti dello stesso valore. Oppure, se si dispone di 3 regolatori lineari con tensioni di uscita diverse, utilizzare lo stesso tipo regolabile per tutti invece di 3 diverse parti con uscita fissa.

5. Progetta con la massima tolleranza possibile. Ad esempio, non utilizzare tracce da 4 mil se è possibile utilizzare tracce da 6 mil. Non specificare +/- 10 mil sulla dimensione della scheda se puoi vivere con +/- 25 mil. Ecc. Più larghe sono le tue tolleranze, migliore è la tua resa. Ancora meglio, se riesci a perdere una tolleranza abbastanza, potresti persino eliminare la necessità di testarla nel test finale.

6. Rendi le tue schede più piccole. Più schede si adattano a un pannello standard, minore è il costo del materiale.

7. Design in testabilità. Ciò potrebbe significare l'aggiunta di punti di prova per un tester del letto di chiodi o potrebbe rendere il progetto in grado di testare tutte le funzionalità necessarie da solo (BIST).

8. Utilizzare processi standard anziché esotici: livello di saldatura ad aria calda anziché placcatura in oro, tramite via anziché via cieca, maschera di saldatura verde anziché rossa, ecc., Ecc.

Già alcune ottime risposte qui, quindi aggiungerò solo alcune altre cose.

1. Lavora a stretto contatto con il tuo assemblatore e la casa del tuo pcb, spesso forniscono dfm (progettazione per il feedback di produzione) che ti aiuterà a capire come cambiare il tuo prodotto per renderlo più facile da produrre. Più in alto vai in volume, più sarai preoccupato per ogni piccola cosa relativa a yeild.

2. Ridurre al minimo le operazioni di assemblaggio. Riesci a cavartela con tutti i componenti a montaggio superficiale su un solo lato della tua scheda? L'aggiunta del secondo lato è un'altra operazione per l'assemblaggio, devono tornare indietro attraverso la linea, forse il costo dei vettori aumenterà.

3. La selezione dei componenti, quella piccola parte QFN è sicuramente economica, oh, ma risulta che mi costa leggermente di più in assemblaggio perché è più difficile per i ragazzi economici che sto usando. Questo connettore a foro passante è più economico della versione a montaggio superficiale, ma utilizzarlo significa che la scheda deve passare un altro passo durante l'assemblaggio, la saldatura ad onda, quindi i costi aumentano.

4. HASL ha una finitura superficiale economica ma non ha la durata di conservazione di un'immersione in argento o ENIG oro. A volumi davvero elevati potresti acquistare schede in blocco e utilizzarle per mesi serverali. Se metà delle tue tavole diventano rottami a causa dell'ossidazione, non stai risparmiando denaro.

5. I commenti sulla riduzione al minimo dei tempi di test sono puntuali, il tempo è costoso e i test richiedono tempo. A volume moderato, forse si sta eseguendo un test su circuito o clam shell. A volume molto alto non c'è tempo o denaro per quello. Probabilmente farai solo FVT, un test funzionale del tuo circuito alla fine della linea. Le cattive schede vanno semplicemente in pila, che possono essere guardate o meno in seguito. Finché la resa è accettabile, vuoi solo continuare a urlare.

6. I PCB oltre a quanto già detto tengono presente che i PCB hanno diversi fattori di costo. Ovviamente le dimensioni sono legate al costo, ma lo sono anche i rifiuti. Le schede sono realizzate in pannelli in modo da massimizzare l'utilizzo del pannello, il materiale sprecato è proprio quello spreco. Anche la tua casa favolosa ha un elenco di cose che sono standard e cose che sono fattibili ma costano di più. Quella minuscola via di certo è attraente ma forse costa meno usare 1 mil di più in grande. Dovresti verificare con loro. Le minuscole larghezze di traccia sono grandi, ma quando mi trasferisco in un negozio ad alto volume, potrebbe costarmi di nuovo solo 1 o 2 milioni in più.

7. Il conteggio dei livelli è anche un grande punto di discussione 2 livelli è più economico di 4, ma è vero? Se stai eseguendo la logica digitale e gli I / O sopra dicono 1Mhz, potresti scoprire che il costo e il tempo aggiuntivi necessari per passare l'IME negano i tuoi risparmi. Non ho fatto una scheda a 2 strati in anni su milioni di unità più disegni. Tuttavia, li ho fatti e nel mio caso l'uso di un orologio a spettro diffuso mi ha salvato la vita per le emissioni. Ci sono sicuramente alcune schede in cui 2 layer sono più appropriati, ma io sono un sostenitore di 4 layer in ogni momento.

8. Altro sulla selezione dei componenti. Mi sono piaciute le risposte che parlano del secondo approvvigionamento e ho pensato alla decisione di utilizzare una parte cheapo rispetto a qualcosa di più affidabile. La cosa interessante da sapere è che il buon prezzo è spesso nascosto in vari modi. Spingendo alla ricerca e al lavoro puoi trovare prezzi molto migliori. Non sono sicuro di dove ti trovi, ma sembra che le società residenti negli Stati Uniti ci diano un prezzo più elevato rispetto a quando lo avrò quotato in Cina. Spesso ci sono solo parti commercializzate sul mercato cinese che devi scoprire per ottenere prezzi. Una volta ho avuto una società che entrava e presentava la loro linea di prodotti, poi ho iniziato a chiedere loro quelli che si sono rivelati essere solo prodotti cinesi. Si fermarono, mi chiesero come sapessi di loro,

9. Negoziare, se hai volume, il primo prezzo non è il prezzo :) Probabilmente il terzo o il quarto prezzo è il prezzo giusto. Siamo appena passati da $ 10 a $ 2 in una parte solo dicendo, no, andrò con il tuo concorrente su questo (che sarebbe stato vero). Ad un certo punto però tieni presente se le parti hanno lo stesso valore per te? Se stai ricevendo più affidabilità e supporto forse qualche centesimo vale il costo?

10. Consigli. Presumo che tu non sia una gigantesca corporazione con tasche profonde e un team di marketing che sta già pubblicizzando il tuo prodotto? Che sei più di una startup a questo punto. Ti darò il miglior consiglio che io abbia mai avuto sulla costruzione in scala quando si avvia un'azienda o un nuovo prodotto. Non farlo. Concentrati su ciò che servirà per ottenere un cliente o dieci. Costruisci per quello. Quindi prendi i tuoi prossimi dieci, i tuoi prossimi cento e scala con la tua base di clienti. Per noi ingegneri realizzare il prodotto non è la parte difficile che sta ottenendo un cliente. Se scopri che puoi vendere il tuo prodotto solo se avessi il prezzo che ottieni a volume ... forse questo è il prodotto sbagliato per iniziare :) ecco un ottimo articolo su questo

Un punto che viene spesso sottovalutato dagli ingegneri è trovare una seconda fonte per tutti i componenti. Non solo per le trattative sui prezzi, come menzionato da @The Photon (nella sua ottima risposta), ma anche per assicurarsi di non dover gettare PCB se uno dei componenti non viene più venduto o incorrere in problemi se ci sono problemi di consegna / fornitura imprevisti. Per diodi ecc. È piuttosto semplice, ma cerca anche di trovare regolatori di tensione compatibili con pin, se possibile anche microcontrollori pin compatibili di un altro produttore.

Se si dispone di versioni diverse del circuito, ad es. Uscita NPN / PNP, interfacce diverse, versioni in tensione, ecc. Di solito è più economico creare un PCB per tutte le versioni, quindi creare un PCB per ogni versione. È quindi possibile assemblare solo le parti necessarie per una versione specifica.

Se sul PCB è rimasto spazio (ad es. Se sono state fornite dimensioni meccaniche per il PCB), è possibile aggiungere impronte per la protezione EMC come diodi TVS o condensatori di disaccoppiamento.

Un suggerimento che ho ricevuto dalla nostra società di assemblaggio (in realtà dal capo di una società di 5 persone, che parla sempre con i clienti):

Avevamo una scheda con 24 "connettori Euro DIN". Sono come intestazioni di pin standard con pin 2x16 o 3x16.

La scheda è stata saldata ad onda e i connettori sono stati tirati sopra l'onda in parallelo, ovvero tutti i pin di un connettore sono stati saldati contemporaneamente. Per questo motivo, lo stagno liquido si è raffreddato localmente e il rischio di ponti tra i perni è aumentato. Se i connettori vengono tirati sull'onda perpendicolarmente, il rischio è molto più piccolo.

Nel nostro caso, avevamo circa 26 schede e le hanno rielaborate a mano. Ma su larga scala, non lo faresti e ciò ridurrebbe la tua resa.

In genere, una scheda viene trascinata su una scheda con il lato corto in avanti, quindi sarebbe bello se parti come le intestazioni dei pin lunghi siano parallele ai lati lunghi.

Decidi le quantità che la tua tavola sarà costruita, la regione geografica e usa parti e materiali appropriati per quelle condizioni.

Puoi avere una tavola fabbricata in Cina in grandi quantità con un design "USA" o "Europeo", ma non sarà ottimale. È meglio se usi parti ampiamente disponibili ed economiche in quel mercato (il che può significare l'uso di parti di vecchia generazione, l'uso di parti comuni nei prodotti di consumo o la chiusura di parti moderne che non conosci e che non hanno una scheda tecnica inglese perché il produttore non ha interesse a vendere meno di 50.000 pezzi alla volta). Puoi scegliere di usare una tavola di carta fenolica perforata per parte del disegno e una fantasia multistrato per altre parti.

In un volume abbastanza grande, dimentica il secondo approvvigionamento, l'unica cosa importante è quanto puoi ridurre i costi. Il prodotto può sempre essere riprogettato. Il tempo di ingegneria è gratuito, relativamente parlando. Potrebbe essere necessario utilizzare strani microcontrollori con sistemi di sviluppo ingombranti per risparmiare qualche centesimo, d'altra parte potresti trovare sensato negoziare un prezzo molto basso su un micro di fascia alta in modo da poter sfruttare il software open source e la velocità lo sviluppo. I costi diventano molto più morbidi quando i volumi diventano davvero grandi - ricordo che è stato possibile ottenere un DSP molto impressionante per circa 1/20 del prezzo di 100 a Digikey perché il produttore era motivato a entrare in quel mercato e la quantità totale di denaro era ancora attraente per loro. Possono persino fornire il software.

Se i volumi non sono enormi, devi preoccuparti della disponibilità a lungo termine dei prodotti (guarda la track record e il prezzo), diffondendo il rischio utilizzando più fornitori, ecc. Fai attenzione a bloccare le tecnologie associate a elevata volatilità o prodotti di moda. Sei mesi potrebbero essere molto tempo nella vita di alcuni prodotti.

Non soccombere alla tentazione e usa componenti di bassa qualità: ricostruire una reputazione è molto costoso. Questo vale soprattutto per le parti elettromeccaniche. Assicurarsi che le approvazioni richieste dalle agenzie di sicurezza siano autentiche e aggiornate. Assicurati di utilizzare i fornitori appropriati per l'assemblaggio: se hai un ordine una tantum di 20K pezzi, non otterrai un fornitore di alto livello il minimo interessato a meno che non ci sia una storia davvero convincente lì (che coinvolge affari futuri e rischio minimo di imbarazzo) e il risparmio di denaro in una casa di assemblaggio ridotta può davvero far male quando vedi i risultati. Se i componenti potrebbero comportare brevetti, assicurarsi di verificare che le licenze richieste siano in atto e che i pagamenti delle royalty siano aggiornati.

Il design difensivo si applica a tutte le fasi del ciclo di vita del prodotto.

Queste sono solo alcune delle fasi che il tuo prodotto potrebbe incontrare:

prototipazione

Lasciare pad extra per componenti di diverso valore è buono, durante le prime fasi di un prototipo. Tuttavia, man mano che il progetto si avvicina al completamento, la scheda dovrebbe iniziare ad apparire esattamente come quella "prodotta in serie". Ciò può essere particolarmente importante per i circuiti ad alta frequenza o ad alta potenza in cui la forma e le dimensioni del rame su un PCB sono importanti tanto quanto le cose saldate ad esso. Non dimenticare di fare una piccola serie di schede utilizzando esattamente lo stesso layout e componente della tua serie di produzione su larga scala.

produzione

Come accennato, è necessario tenere conto dei processi di produzione. Questo vale anche per i PCB multistrato, in particolare gli strati interni:

Il rame viene attaccato con una soluzione, che deve quindi drenare prima che lo strato successivo lo copra, altrimenti rimarrai incastrato nella tua tavola. Questo è terribilmente difficile da debug in seguito, perché è completamente invisibile e potrebbe non fallire immediatamente.

Quindi, quando disponi gli strati interni di una tavola, evita le tasche o le dighe che potrebbero intrappolare liquidi, eccetera e impedirne il corretto drenaggio.

spedizione

Quante volte il design cambia di mano durante il processo di creazione? Se un'azienda produce circuiti stampati, un'altra imbottisce componenti e un terzo inserisce il gruppo scheda finito in un involucro, riducendo al minimo la possibilità di guasti dovuti a ripetute operazioni di imballaggio e disimballaggio. Questo può significare cose come

• Utilizzare connettori di profilo inferiore (i bracci della leva corti sono più difficili da impigliare nell'involucro di bolle)
• Dai ai tecnici dell'assemblaggio qualcosa su cui afferrare, in modo che non raccolgano la scheda da qualcosa che potrebbe staccarsi.
• Rendi facile da avvolgere. I rettangoli sono più facili da avvolgere rispetto ad altre forme, il che significa che avranno maggiori probabilità di arrivare in sicurezza alla destinazione successiva.

Tutte buone risposte già qui. Solo per aggiungere il mio 2c alla progettazione per il debug / riparazione. È un dato di fatto che ci possono essere alcune unità che sono RMA da valle (internamente o esternamente). Proprio come è utile semplificare il montaggio di un'unità, è anche utile smontare facilmente un'unità in modo da ridurre il tempo di rotazione per tali unità RMA.

Esempi di decisioni di progettazione qui possono includere l'equilibrio sull'uso di componenti SMA più piccoli, poiché quelli più piccoli sono ovviamente più difficili da gestire e posizionare manualmente quando tutti gli altri componenti sono già in posizione. Allo stesso modo, se si posizionano oggetti troppo vicini tra loro, si possono causare danni da calore durante la rimozione e la sostituzione dei componenti vicini, con la necessità di sostituire effettivamente due o più componenti anche se solo uno di essi non funziona.

Un altro è ridurre le dimensioni delle colate di dissipazione del calore solo alle dimensioni necessarie. Di nuovo quando si rimuovono e si sostituiscono le parti, se il tampone della parte è collegato a una funzione di PCB di dissipazione del calore inutilmente grande o di altro tipo che dissipa il calore, la pistola di calore dovrà essere applicata più a lungo, consentendo la possibilità di componenti vicini danneggiati o superficie / strati della scheda danneggiati, il che significa sostituendo l'unità del tutto.

Anche raccolte di componenti eccessivamente vincolate o concentrate complicheranno la riparazione, ad esempio se un componente blocca l'accesso a uno che deve essere sostituito o semplicemente impedisce l'accesso per l'analisi manuale.

Il secondo approvvigionamento ha anche un grande impatto sul lavoro di RMA per i prodotti di serie che devono essere fabbricati per un certo periodo di tempo.

Tali considerazioni sono ovviamente in qualche modo secondarie ai vincoli imposti da DFM e dalla funzionalità e dalla progettazione generale del prodotto fisico, ma dovrebbero comunque essere considerati per qualsiasi prodotto potenzialmente di mercato di massa.