Come passare dal novizio al prodotto?

Sono un tipo di software che vuole entrare nel lato hardware delle cose in modo da poter godere della stessa creatività dal design del software nel mondo fisico.

Ho trovato molti post qui su come ottenere "attivo e funzionante" nel mondo dell'elettronica, ma mi piacerebbe sapere se ci sono problemi quando si intraprende questo viaggio se il tuo obiettivo è potenzialmente quello di fabbricare un dispositivo nel futuro. (probabilmente soluzioni incentrate sulla robotica, schede che controllerebbero servi, sensori, ecc.).

Vorrei assicurarmi che ovunque mi concentri, non "imparerò in un angolo", per così dire.

Ho letto cose positive sulla flessibilità e la natura facile da imparare dei dispositivi Arduino, ma ho difficoltà a trovare qualcosa sulla loro fabbricazione. Ci sono produttori che possono produrre una soluzione basata su arduino? Che tipo di volume di produzione è disponibile per qualcosa che utilizza Arduino?

Quali regni / dispositivi dell'elettronica programmabile sono i migliori per averli prodotti?

Qualche suggerimento o informazione sull'apprendimento e la progettazione pensando alla produzione? Qualche consiglio generale per un principiante?

Solo per farti sapere cosa ci aspetta ...

Se vuoi passare dal realizzare una breadboard o un prototipo costruito a mano ai PCB effettivi, hai un sacco di ore e ovunque da diverse centinaia a qualche migliaio di dollari di fronte a te, a seconda di quanto sei disposto a fare da solo .

Acquisizione schematica e layout PCB

Prima di tutto devi catturare il tuo progetto usando una sorta di programma schematico di acquisizione, quindi progettare un PCB. Uno dei programmi più popolari è EAGLE , che utilizzo. Hanno una versione EAGLE Light ($ 49), ma può essere utilizzata solo per schemi con un foglio (qualsiasi dimensione), due strati di segnale e un'area di instradamento di 100x80mm (circa 4 "x3"). Per qualsiasi lavoro serio, è necessaria almeno la versione standard EAGLE, che costa $ 747. Probabilmente ci sono altre alternative meno costose (anche gratuite). Ce ne sono molti altri che costano migliaia o decine di migliaia di dollari. In ogni caso dovrai dedicare molto tempo ad imparare come usare il programma.

Oppure puoi pagare qualcuno come me per farlo per te ($$ / ora).

Fabbricazione PCB

Realizzare le schede è il prossimo passo di un produttore di PCB . Il problema qui è i costi NRE (ingegneria non ricorrente). Alcune case di consiglio considerano questo come una figura separata, mentre altri lo hanno incorporato nel loro preventivo per scheda. In ogni caso, non è quasi mai economico realizzare solo poche schede. Potresti spendere $ 100 per due board e $ 500 per 25. Devi avere quantità davvero grandi per arrivare a pochi dollari per board.

Il gotcha è che, se si creano 25 schede, si popolano solo un paio di loro per i test e si scopre che non funzionano (e non c'è una soluzione semplice - ad esempio perché hai disposto un connettore all'indietro), potresti finire per lanciare via le altre 23 tavole vuote e saresti stato meglio prenderne solo due. Ho pile di PCB vuoti come prova di questo fenomeno.

Assemblaggio PCB

A meno che tu non sia disposto a costruire le schede a mano, dovrai farle assemblare. I pacchetti a montaggio superficiale sono difficili da gestire. Se la scheda ha pacchetti BGA o QFN, probabilmente non sarai in grado di costruirli da soli a meno che tu non abbia il tuo forno di riflusso.

Far costruire le prime due schede da una casa di montaggio potrebbe costare $ 500. Considerando che ottenere 25 costruiti potrebbe costare $ 1200. (Ancora una volta, il problema qui sono i costi NRE.) Ridurre a pochi dollari per scheda richiede (di nuovo) grandi quantità.

E qualcun altro ha già discusso del problema di ottenere parti.

Assicurati di utilizzare parti prontamente disponibili - se sia DigiKey che Mouser hanno centinaia di parti disponibili, dovresti essere a posto. Se invece lo hanno nel loro catalogo, ma al momento è esaurito, prova a trovare qualcos'altro. Se hai bisogno di parti speciali che non sono trasportate da DigiKey o Mouser, assicurati di avere una fonte affidabile prima di incorporarla nel tuo prodotto. (Nota: più parti insolite si usano, più è probabile che sia necessario aggiungere la parte manualmente alla libreria delle parti PCB.)

Casi personalizzati

Vuoi mettere la tua scheda in un caso? Se devi progettare una custodia personalizzata, sarà un paio per il designer che utilizza un programma come SolidWorks (non lo faccio, ma posso consigliare qualcuno che può). Se hai intenzione di fare solo alcuni casi per cominciare, probabilmente dovrai procedere con la prototipazione rapida, come Selective Laser Sintering (SLS). Calcola almeno $ 100 per caso in piccole quantità. Per ottenere un costo di pochi dollari per caso, è necessario disporre di uno stampo personalizzato. NRE di nuovo! Pianifica di spendere $ 10.000 o più per lo stampo.

E non inizierò nemmeno i test EMC o EMI, poiché non so se si applica al tuo prodotto.

Come puoi vedere da tutto ciò, fino a quando non entri in produzione, il costo delle parti elettroniche non è di solito l'articolo più grande per ogni scheda. Fare il tuo assemblaggio per piccoli volumi ti farà risparmiare un sacco di soldi. Quindi è importante progettare tenendo presente questo aspetto: non è impossibile saldare le parti a mano.

Per ottenere prezzi davvero bassi per volumi elevati, generalmente è necessario andare in mare aperto - Cina, ecc. Ma all'inizio eviterei di farlo.

Ho seguito questa strada negli ultimi anni e ora sto vendendo piccole quantità dei miei disegni. Ho scelto i microcontrollori Microchip all'inizio e mi sono bloccato con loro, ma Arduinos e i microcontrollori AVR sembrano ugualmente una buona soluzione.

Progettazione PCB

Per la progettazione di PCB posso consigliare Eagle: non ho mai superato la versione Light poiché sto costruendo solo schede piuttosto piccole. Ti consente di aggiungere le tue parti, di cui avrai bisogno in qualche momento. Fa il routing automatico delle tracce PCB, anche se trovo che sto usando questo meno con il passare del tempo - in parte perché sto costruendo schede con vincoli di spazio molto stretti e sto costantemente armeggiando con il posizionamento delle parti e il routing per impacchettare tutto Fornisce il controllo rispetto alle regole di progettazione, che aiuta a catturare errori nel layout. C'è molto da imparare ma diventerai esperto con il tempo e le schede possono essere prodotte dai tuoi file digitali.

Fabbricazione PCB

Costruisco le mie schede prototipo e poi le faccio realizzare professionalmente una volta superata la prototipazione iniziale. Realizzo prototipi di schede a doppia faccia utilizzando la pellicola di trasferimento Press-n-Peel e una stampante laser. Realizzo regolarmente schede con i piccoli pacchetti di montaggio superficiale QFN con spaziatura tra i pad di 0,5 mm - è complicato ma può essere fatto con cura. I costi per le schede prodotte professionalmente sono stati tra $ 3 e $ 10 per quantità intorno a 100.

Assemblaggio PCB

Faccio saldamente il reflow con successo usando una padella elettrica. Prende un po 'di cura ma è ragionevolmente affidabile e abbastanza veloce. La parte più lenta è ottenere la pasta per saldatura sulla scheda, anche se se ti preoccupi di creare una maschera per saldatura che può essere resa anche più semplice. Uso spesso pacchetti senza piombo come QFN perché sono piccoli e non hanno troppi problemi con loro. Se lo desideri, i pacchetti con cavi possono essere saldati a mano, ma penso che sia più veloce utilizzare pasta di saldatura e rifusione nella padella.

Una volta che avrai raggiunto un volume significativo, dovrai passare a pagare qualcun altro per fare l'assemblea per te. Non l'ho ancora fatto, ma sono stati quotati nell'ordine di $ 6500 per 30 schede, per le quali le parti costano circa $ 80. Quindi il costo aggiunto non è insignificante, ma dipende da quanto costi il ​​tuo tempo a fare il montaggio da solo :)

A parte il (grande) investimento nel tempo, il mio più grande investimento singolo è stato probabilmente un oscilloscopio digitale USB e un analizzatore logico di Bitscope - inestimabile per capire cosa sta realmente accadendo, al contrario di quello che pensi dovrebbe accadere!

L'ottimizzazione prematura è la radice di tutti i mali.

L'Arduino è un ottimo punto di partenza. Non preoccuparti ancora della produzione di massa. Una volta che hai un paio di disegni sotto la cintura avrai un'idea molto migliore di cosa devi fare.

L'apprendimento di nuovo hardware fa parte del gioco qui. Non cercare di evitarlo. Più conosci, migliore sarà il tuo ingegnere.

Guarda questo video che evidenzia le differenze tra software e hardware:

L'hardware ti taglierà (contans lingua NSFW)

Mitch Altman, designer del TV-B-Gone, ha tenuto un discorso a The Next Hope per portare il tuo progetto dall'idea alla realtà.

Ecco l'MP3 .

Mitch ha portato i suoi progetti personali per animali domestici (compresi i telecomandi universali TV-B-Gone) dall'idea alla realtà, ed è fortunato a guadagnarsi da vivere facendo ciò che ama. Mitch illustrerà i passi pratici che ha preso per portare i suoi progetti da una semplice idea, attraverso i passaggi di ricerca, sviluppo, produzione, vendita e distribuzione, portando, infine, alla raccolta di assegni nel comfort della sua casa (e durante il viaggio il mondo). Questo discorso mostrerà anche alcune delle insidie ​​della gestione della propria attività.

Dave Jones ha pubblicato un tutorial sulla progettazione di PCB ad alto volume:

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

Per la produzione di PCB puoi fare molti prototipi su strip e breadboard e passare direttamente ai PCB professionali per le unità di "produzione", uso questi ragazzi e sono stato molto contento: http://iteadstudio.com /store/index.php?main_page=product_info&cPath=19_20&products_id=175 Seeed utilizza la stessa fabbrica di itead allo stesso prezzo.

Per il layout PCB non investire troppo tempo in EAGLE in quanto presenta diverse limitazioni nella versione gratuita ed è piuttosto ingombrante e difficile da usare, al contrario dai un'occhiata a Kicad e Geda, entrambi sono software gratuiti e più capaci di EAGLE.

Anch'io sono un principiante, quindi prendetelo con chicchi di sale, ma l'ho studiato molto nell'ultimo mese, e quindi spero di portare una buona prospettiva per i neofiti. Ecco cosa ho scoperto:

NOTA: sto usando un paio di acronimi (PCB, SMD, ecc.). Non ho scritto cosa significano di proposito, dal momento che avrai sicuramente bisogno di conoscere intimamente questi concetti.

1. Devi passare dal prototipo (Arduino?) Alla versione PCB. Prima di tutto, guarda questi due video di EEVBlog: Video 1 , Video 2
2. Passare dal prototipo alla versione PCB significa passare da componenti a foro passante a componenti SMT e da un Arduino a tutti gli effetti a una soluzione di chip barebone. La buona notizia è che puoi ancora programmarlo come un Arduino. Vedi questo post sul blog per sapere come farlo. Se il tuo progetto è abbastanza semplice, usa un ATTINY (45 o 85) invece di ATMEGA328p. Vedi questo post da MIT Lab per come.
3. Costruisci il tuo prototipo no-arduino usando normalmente una breadboard o altri strumenti di prototipazione. Puoi trovare le parti di cui hai bisogno usando Octopart . Una cosa molto buona da usare è la loro funzione DBA.
4. Ora scopri quanto costeranno i tuoi componenti realizzando una distinta base (distinta materiali). Utilizza Octopart per trovare il prezzo e il posto migliore per acquistare le tue parti.
5. Una volta fatto il prototipo in questo modo, è tempo di convertirlo in una versione PCB. Puoi usare Fritzing per gli schemi PCB e i file Gerber per la produzione di PCB se la tua scheda è abbastanza semplice. Altrimenti, usa un programma come EAGLE o kiCAD .
6. Realizza la tua PCB e salda i componenti a mano. Ecco un video con una buona tecnica per le parti SMD . Per ulteriori informazioni (ne avevo bisogno), ecco qui .
7. Dopo la saldatura, TESTARLO OSSERVAMENTE. Non vuoi comprare 500 fabbricati solo per scoprire di aver fatto un errore e nessuno di loro funziona. Fritzing produrrà schede una tantum realizzate con il loro programma. Costeranno circa 40-50 $. Non economico, ma questo è un prototipo, dopo tutto. Puoi anche realizzare tu stesso il PCB usando il processo press-n-peel. C'è un buon video qui .
8. ENORME gotcha! Potrebbe essere necessario ottenere la tua certificazione CERTIFICATA. Questo è un processo lungo e costoso.
9. Una volta che sei sicuro del tuo PCB, Seeed studio produrrà (non solo PCB, l'intera scheda) per piccole quantità (100-1000) a prezzi ragionevoli, attraverso il loro programma Propagate .

Dai un'occhiata a SeeedStudio , sembrano fornire molti strumenti per aiutare qualcuno a lanciare un progetto HW.

Non sono chiaro se si tratta di angoli tecnici di cui ti preoccupi o di affari?

Potrei essere un po 'itterico riguardo agli "hobbisti", ma dubito seriamente che il mondo abbia bisogno di più sottosistemi robotici di qualità non proprio industriale.

Esistono impianti di produzione in subappalto per ogni volume, da 1 a 1 milione di copie, e cose come i PCB possono essere realizzate in qualsiasi momento dal giorno successivo alle settimane. La mia esperienza di produzione elettronica è che la fornitura di componenti è uno dei maggiori problemi a meno che tu non abbia volumi sufficienti per far correre i produttori di componenti per te. Al giorno d'oggi per le parti a basso valore ish, che saranno volumi seriamente, seriamente alti.

Forse dovresti chiarire leggermente la tua domanda: hai intenzione di progettare speculativamente dispositivi e farli fabbricare, quindi metterli sul mercato aperto?

Se stai cercando un inizio facile ed economico per la programmazione di microcontrollori, un buon punto di partenza sarebbe usare il nuovo toolkit di sviluppo del Launchpad di TI. Trampolino di lancio

Questa cosa costa solo $ 5 ed è abbastanza facile da imparare secondo me.

Ci sono già molte ottime informazioni qui su fab PCB e assemblaggio. Trasmetterò alcune delle mie opinioni. Puoi andare in una casa di montaggio, ma ti costerà, in particolare il costo iniziale per lo stencil. Se decidi di assemblare a casa, scoprirai che è sorprendentemente facile saldare circuiti integrati di grandi dimensioni (FPGA, microcontrollori, RAM, ecc.) Ma le parti a montaggio superficiale con solo 2 o 3 connessioni sono un problema da affrontare. Cosa sull'uso di componenti passanti per quelle piccole cose. Personalmente ho evitato di provare a saldare qualsiasi tipo di griglia a griglia. Forse dovrei provare a curarmi da solo, ma non è un problema urgente per me.

Se avessi intenzione di realizzare grandi volumi (pensa a milioni), faresti "progettazione per la produzione" per ottimizzare la progettazione in modo che sia facile ed economica da costruire e testare. Pensaci, se un ingegnere di produzione potesse tagliare 2 centesimi dal costo di produzione per 1.000.000 di unità, avrai un grande risparmio.

Per 500 unità, sei un volume relativamente basso. Ecco una bella presentazione, Realizza le tue cose - Presentazione hardware aperta di Tokyo , di Dangerous Prototypes . Fondamentalmente affermano che a livello di cui stai parlando sei troppo piccolo per costruire da solo le schede e dovrebbero usare una casa di adempimento come loro ( Seeed Studios ). Seguono i passaggi coinvolti e ciò di cui hai bisogno. Il deck slide è anche disponibile per il download.