Ich bin ein Anfänger im Elektronikdesign. Ich habe einige Erfahrung mit ziemlich komplexem PCB-Design. Ich möchte ein Produkt entwerfen, das hoffentlich viel verkauft. Wie stelle ich sicher, dass das Design aus fertigungstechnischer Sicht kostengünstig ist? Ich meine nicht für eine einzelne Leiterplattenfertigung, sondern für die Massenproduktion. Ich verwende häufig verwendete Mikrocontroller wie Atmel, Texas Instrument. Ist dies der richtige Weg für die Massenfertigung?

Es gibt tausend Dinge zu beachten, um die Herstellungskosten zu senken, aber einige der wichtigsten sind es

1. Bauen Sie in großem Umfang. Dadurch werden die Einrichtungskosten für eine Charge auf mehrere Einheiten verteilt. Sie werden zum Beispiel feststellen, dass die Kosten für Platinenrohlinge extrem schnell sinken, wenn Sie die Stapelgröße erhöhen.

2. Verhandeln Sie Ihre Komponentenkosten. Der Listenpreis ist nur ein Ausgangspunkt für Verhandlungen. Und wenn Sie mit dem Kauf von Volumen begonnen haben und Ihre Lieferanten wissen, dass Sie es ernst meinen (und keine weitere Unterstützung benötigen), gehen Sie zurück und verhandeln Sie erneut. (Um eine stärkere Position zu erreichen, sollten Sie, wo immer möglich, Komponenten mit mehreren Bezugsquellen verwenden.)

3. Prozessschritte reduzieren. Durch das Überziehen der Kontaktstellen werden der Leiterplattenherstellung zusätzliche Schritte hinzugefügt, und das Mischen von SMT mit Durchgangsbohrungskomponenten führt zu weiteren Schritten bei der Montage.

4. Reduzieren Sie die Anzahl der Zeilen in der Stückliste. Dies reduziert den Aufwand für den Einkauf und erhöht das Volumen, das Sie für jede Teilenummer kaufen. Wenn Sie beispielsweise sowohl 49,9- als auch 51,1-Ohm-Widerstände haben, prüfen Sie, ob Sie nur alle auf den gleichen Wert einstellen können. Wenn Sie 3 Linearregler mit unterschiedlichen Ausgangsspannungen haben, verwenden Sie für alle denselben einstellbaren Typ anstelle von 3 verschiedenen Teilen mit festem Ausgang.

5. Gestalten Sie so tolerant wie möglich. Verwenden Sie beispielsweise keine 4-mil-Spuren, wenn Sie 6-mil-Spuren verwenden können. Geben Sie auf der Platinengröße keine +/- 10 mil an, wenn Sie mit +/- 25 mil leben können. Je größer Ihre Toleranzen sind, desto besser ist Ihre Ausbeute. Noch besser ist, wenn Sie eine Toleranz locker genug machen können, können Sie sogar die Notwendigkeit eliminieren, sie im Abschlusstest zu testen.

6. Verkleinere deine Boards. Je mehr Platten auf eine Standardplatte passen, desto geringer sind die Materialkosten.

7. Design in Testbarkeit. Dies kann bedeuten, dass Testpunkte für ein Nagelbett-Testgerät hinzugefügt werden, oder dass das Design in der Lage ist, alle erforderlichen Funktionen selbst zu testen (BIST).

8. Verwenden Sie Standardprozesse anstelle von exotischen Prozessen: Heißluftlötpegel anstelle von Vergoldung, Durchkontaktierungen anstelle von Blindkontaktierungen, grüne Lötmaske anstelle von Rot usw. usw.

Hier gibt es bereits einige gute Antworten, daher möchte ich noch ein paar Dinge hinzufügen.

1. Arbeiten Sie eng mit Ihrem Assembler und Ihrem Leiterplattenhersteller zusammen. Diese bieten häufig eine DFM-Funktion (Design for Manufacturing Feedback), mit der Sie nachvollziehen können, wie Sie Ihr Produkt ändern können, um die Herstellung zu vereinfachen. Je höher Ihre Lautstärke ist, desto besorgter sind Sie über alles, was mit Ihrer Jugend zu tun hat.

2. Montagevorgänge minimieren. Kannst du mit allen oberflächenmontierbaren Komponenten auf einer Seite deines Boards davonkommen? Hinzufügen der zweiten Seite ist ein weiterer Vorgang für die Montage, müssen sie zurück durch die Linie gehen, vielleicht in Träger werden die Kosten steigen.

3. Die Auswahl der Komponenten, dieses winzige QFN-Teil ist sicher billig, aber es stellt sich heraus, dass es mich bei der Montage etwas mehr kostet, weil es für die billigen Typen, die ich benutze, schwieriger ist. Dieser Durchsteckverbinder ist billiger als die oberflächenmontierte Version, aber wenn Sie ihn verwenden, muss Ihre Platine beim Zusammenbau einen weiteren Schritt durchlaufen, das Wellenlöten, sodass Ihre Kosten steigen.

4. HASL ist ein billiges Oberflächenfinish, hat aber nicht die Haltbarkeit eines silbernen Tauchlacks oder einer goldenen ENIG. Bei sehr hohen Stückzahlen können Sie Boards in großen Mengen kaufen und über mehrere Monate hinweg verwenden. Wenn die Hälfte Ihrer Bretter durch Oxidation ausfällt, sparen Sie kein Geld.

5. Kommentare zur Minimierung der Testzeit sind aktuell, Zeit ist kostenintensiv und das Testen braucht Zeit. Bei mäßiger Lautstärke machst du das vielleicht im Circuit- oder Clam-Shell-Test. Bei sehr hoher Lautstärke gibt es dafür weder Zeit noch Geld. Sie werden wahrscheinlich nur FVT durchführen, einen Funktionstest Ihrer Schaltung am Ende der Leitung. Schlechte Bretter stapeln sich einfach, das kann später noch angeschaut werden. Solange der Ertrag akzeptabel ist, möchten Sie nur die Leitung am Schreien halten.

6. PCBs zusätzlich zu dem, was bereits gesagt wurde, berücksichtigen, dass PCBs mehrere Kostenfaktoren haben. Offensichtlich hängt die Größe mit den Kosten zusammen, aber auch mit dem Abfall. Bretter werden in Paneelen hergestellt, damit Sie die Paneele optimal nutzen können. Verschwendetes Material ist genau dieser Abfall. Auch Ihr fabelhaftes Haus hat eine Liste von Dingen, die Standard sind und Dinge, die machbar sind, aber mehr kosten. Das winzige Via ist sicher attraktiv, aber vielleicht kostet es weniger, ein 2 mils größeres zu verwenden. Sie sollten mit ihnen überprüfen. Winzige Spurenbreiten sind großartig, aber wenn ich in einen Laden mit hohem Volumen ziehe, kann es für mich weniger kosten, wenn ich nur 1 oder 2 Mil größer bin.

7. Ebenenzahl ist auch ein großer Diskussionspunkt 2 Ebenen sind billiger als 4, aber ist es? Wenn Sie digitale Logik und E / A mit mehr als 1 MHz verwenden, können Sie feststellen, dass die zusätzlichen Kosten und die Zeit, die für die Übergabe von EMI erforderlich sind, Ihre Einsparungen zunichte machen. Ich habe seit Jahren kein 2-Lagen-Board mehr mit millionenfachen Designs gemacht. Allerdings habe ich sie gemacht, und in meinem Fall war die Verwendung einer Spread-Spectrum-Uhr ein Lebensretter für Sendungen. Es gibt definitiv ein Board, bei dem 2 Layer besser geeignet sind, aber ich bin die ganze Zeit ein Befürworter von 4 Layern.

8. Mehr zur Komponentenauswahl. Ich mochte die Antworten, die sich mit Second Sourcing befassten und über die Entscheidung nachdachten, ein billigeres Teil anstelle eines zuverlässigeren Teils zu verwenden. Das Interessante ist, dass der gute Preis oft auf verschiedene Weise verborgen ist. Indem Sie Forschung und Arbeit vorantreiben, können Sie viel bessere Preise finden. Ich bin mir nicht sicher, wo Sie sich befinden, aber die Firmen hier in den USA scheinen uns höhere Preise zu bieten als in China. Oft gibt es Teile, die nur für den chinesischen Markt vermarktet werden und über die Sie sich informieren müssen, um Preise zu erhalten. Ich hatte einmal eine Firma, die ihre Produktlinie vorstellte, und begann sie danach zu fragen, was sich als reine China-Produkte herausstellte. Sie hielten an und fragten mich, woher ich sie kenne.

9. Verhandle, wenn du Volumen hast, ist der erste Preis nicht der Preis :) Wahrscheinlich ist der dritte oder vierte Preis der richtige Preis. Wir sind nur von 10 auf 2 Dollar gestiegen, indem wir gesagt haben: Nein, ich werde mit Ihrem Konkurrenten in dieser Sache mitmachen (was wahr gewesen wäre). Denken Sie jedoch daran, ob die Teile für Sie gleichwertig sind? Wenn Sie mehr Zuverlässigkeit und Support erhalten, sind vielleicht ein paar Cent die Kosten wert?

10. Rat. Ich gehe mal davon aus, dass Sie kein riesiger Konzern mit tiefen Taschen und einem Marketing-Team sind, das Ihr Produkt bereits in den Bann zieht. Dass Sie zu diesem Zeitpunkt eher ein Ein-Mann-Startup sind. Ich gebe Ihnen den besten Ratschlag, den ich jemals über maßstabsgetreues Bauen erhalten habe, wenn ich ein Unternehmen oder ein neues Produkt gründete. Nicht. Konzentrieren Sie sich darauf, was erforderlich ist, um einen oder zehn Kunden zu gewinnen. Bauen Sie dafür. Dann holen Sie sich Ihre nächsten zehn, Ihre nächsten hundert und skalieren Sie mit Ihrem Kundenstamm. Für uns Ingenieure ist es nicht die Schwierigkeit, ein Produkt herzustellen, sondern einen Kunden zu gewinnen. Wenn Sie , dass Sie finden nur Ihr Produkt verkaufen können , wenn Sie den Preis , den Sie an Volumen bekommen hatte ... vielleicht ist das das falsche Produkt zu beginnen :) hier ist ein großer Artikel auf , dass

Ein Punkt, den Ingenieure oft unterschätzen, ist die Suche nach einer zweiten Quelle für alle Komponenten. Nicht nur für Preisverhandlungen, wie @The Photon (in seiner großartigen Antwort) erwähnt, sondern auch, um sicherzustellen, dass Sie keine Leiterplatten wegwerfen müssen, wenn eine Ihrer Komponenten nicht mehr verkauft wird, oder um Probleme zu bekommen, wenn es solche gibt unvorhergesehene Liefer- / Versorgungsprobleme. Für Dioden usw. ist das recht einfach, aber versuchen Sie auch, pin-kompatible Spannungsregler zu finden, wenn möglich sogar pin-kompatible Mikrocontroller eines anderen Herstellers.

Wenn Sie verschiedene Versionen Ihrer Schaltung haben, z. B. NPN / PNP-Ausgang, verschiedene Schnittstellen, Spannungsversionen usw., ist es in der Regel billiger, eine Leiterplatte für alle Versionen zu erstellen, als eine Leiterplatte für jede Version. Sie können dann nur die Teile zusammenbauen, die für eine bestimmte Version benötigt werden.

Wenn Sie auf der Leiterplatte noch etwas Platz haben (z. B. wenn Sie mechanische Abmessungen für die Leiterplatte angegeben haben), können Sie EMV-Schutz-Footprints wie TVS-Dioden oder Entkopplungskondensatoren hinzufügen.

Ein Hinweis, den ich von unserer Montagefirma bekommen habe (eigentlich vom Chef einer 5-Personen-Firma, der immer mit Kunden spricht):

Wir hatten eine Platine mit 24 "Euro DIN Steckern". Sie sind wie Standard-Stiftleisten mit 2 x 16 oder 3 x 16 Stiften.

Die Platine wurde wellgelötet und die Stecker parallel über die Welle gezogen, dh alle Stifte eines Steckers wurden gleichzeitig gelötet. Aufgrund dessen kühlte sich das flüssige Zinn lokal ab und die Gefahr von Brücken zwischen den Stiften nahm zu. Wenn die Stecker senkrecht über die Welle gezogen werden, ist das Risiko viel geringer.

In unserem Fall hatten wir ungefähr 26 Boards und sie haben sie von Hand überarbeitet. Aber in größerem Maßstab würden Sie das nicht tun und es würde Ihren Ertrag senken.

In der Regel wird eine Platine mit der kurzen Seite voran über eine Platine gezogen. Daher wäre es schön, wenn Teile wie lange Stiftleisten parallel zu den langen Seiten verlaufen.

Entscheiden Sie, in welcher Menge Ihr Board gebaut werden soll, in welcher geografischen Region und verwenden Sie geeignete Teile und Materialien für diese Bedingungen.

Sie können ein in China hergestelltes Board in großen Mengen mit einem "US" - oder "europäischen" Design haben, aber es ist nicht optimal. Es ist besser, wenn Sie Teile verwenden, die auf diesem Markt weit verbreitet und billig sind (dies kann bedeuten, dass Sie Teile älterer Generationen verwenden, Teile, die in Konsumgütern üblich sind, oder moderne Teile, mit denen Sie nicht vertraut sind und die aufgrund des Herstellers kein englisches Datenblatt haben) hat kein Interesse daran, weniger als 50.000 Stück gleichzeitig zu verkaufen). Sie können für einen Teil des Designs eine gestanzte Phenol-Papier-Platte und für andere Teile eine schicke Mehrschichtplatte verwenden.

Vergessen Sie bei ausreichendem Volumen die Zweitbeschaffung. Wichtig ist nur, wie weit Sie die Kosten senken können. Das Produkt kann jederzeit neu gestaltet werden. Die Engineering-Zeit ist relativ gesehen frei. Möglicherweise müssen Sie seltsame Mikrocontroller mit unhandlichen Entwicklungssystemen verwenden, um ein paar Cent zu sparen. Andererseits ist es möglicherweise sinnvoll, einen sehr niedrigen Preis für ein High-End-Mikro auszuhandeln, damit Sie die Vorteile von Open-Source-Software und Geschwindigkeit nutzen können die Entwicklung. Die Kosten werden viel geringer, wenn die Volumina sehr groß werden. Ich erinnere mich, dass es bei Digikey möglich war, einen sehr beeindruckenden DSP für etwa 1/20 des 100er-Preises zu erhalten, da der Hersteller motiviert war, in diesen Markt einzusteigen, und der Gesamtbetrag noch vorhanden war attraktiv für sie. Sie können sogar die Software bereitstellen.

Wenn das Volumen nicht sehr groß ist, müssen Sie sich Sorgen machen über die langfristige Verfügbarkeit von Produkten (Erfolgsbilanz und Preis), die Risikostreuung durch die Verwendung mehrerer Lieferanten usw. Seien Sie vorsichtig, wenn Sie sich auf Technologien einlassen, die mit hoher Volatilität verbunden sind oder Modeerscheinungen. Sechs Monate können für manche Produkte eine lange Lebensdauer haben.

Lassen Sie sich nicht in Versuchung führen und verwenden Sie qualitativ minderwertige Komponenten - der Wiederaufbau eines guten Rufs ist sehr teuer. Dies gilt insbesondere für elektromechanische Teile. Stellen Sie sicher, dass alle erforderlichen Zulassungen der Sicherheitsbehörde echt und aktuell sind. Stellen Sie sicher, dass Sie geeignete Lieferanten für die Montage verwenden. Wenn Sie eine einmalige Bestellung von 20.000 Stück haben, werden Sie keinen Top-Lieferanten finden, der ein wenig interessiert ist, es sei denn, es gibt eine wirklich überzeugende Geschichte (die zukünftige Geschäfte und Projekte betrifft) (minimales Risiko der Verlegenheit), und das Sparen von Geld für ein preisgünstiges Montagehaus kann wirklich schaden, wenn Sie die Ergebnisse sehen. Wenn es sich bei den Komponenten möglicherweise um Patente handelt, vergewissern Sie sich, dass die erforderlichen Lizenzen vorhanden sind und die Lizenzgebühren aktuell sind.

Defensives Design gilt für alle Phasen des Produktlebenszyklus.

Dies sind nur einige der Phasen, in denen Ihr Produkt auftreten kann:

Prototyping

Es ist gut, in den frühen Phasen eines Prototyps zusätzliche Pads für Komponenten mit unterschiedlichen Werten zu lassen . Wenn Ihr Design jedoch fast fertig ist, sollte die Platine genau so aussehen wie die "Massenware". Dies kann besonders wichtig sein für Hochfrequenz- oder Hochleistungsschaltungen, bei denen die Form und Größe des Kupfers auf einer Leiterplatte genauso wichtig ist wie die Dinge, die daran angelötet sind. Vergessen Sie nicht, eine kleine Serie von Platinen mit genau demselben Layout und derselben Komponente wie Ihre Großserie zu erstellen.

Herstellung

Wie bereits erwähnt , sollten Sie die Herstellungsprozesse berücksichtigen. Dies gilt auch für mehrlagige Leiterplatten, insbesondere für die Innenlagen:

Das Kupfer wird mit einer Lösung weggeätzt, die dann abfließen muss, bevor die nächste Schicht es bedeckt. Andernfalls wird Ätzmittel in der Platine eingeschlossen. Dies ist später furchtbar schwer zu debuggen, da es völlig unsichtbar ist und möglicherweise nicht sofort fehlschlägt.

Vermeiden Sie daher beim Auslegen der inneren Schichten einer Platine Taschen oder Dämme, die flüssiges Ätzmittel einschließen können, und verhindern Sie, dass es ordnungsgemäß abfließt.

Versand

Wie oft wechselt das Design während des Erstellungsprozesses den Besitzer? Wenn ein Unternehmen Leiterplatten herstellt, ein anderes Komponenten stopft und ein drittes Unternehmen die fertige Leiterplattenbaugruppe in ein Gehäuse legt, wird das Risiko von Fehlern durch wiederholtes Ein- und Auspacken minimiert. Dies kann Dinge wie bedeuten

• Verwenden Sie Anschlüsse mit geringerem Profil (kurze Hebelarme sind schwerer an der Luftpolsterfolie zu hängen).
• Geben Sie den Montagetechnikern etwas, an dem sie sich festhalten können, damit sie das Board nicht an etwas festhalten, das abbrechen könnte.
• Machen Sie es einfach zu wickeln. Rechtecke lassen sich leichter umwickeln als andere Formen, sodass sie mit größerer Wahrscheinlichkeit sicher am nächsten Ziel ankommen.

Alles gute Antworten hier schon. Nur um meine 2c auf das Entwerfen für das Debuggen / Reparieren hinzuzufügen. Es ist eine Tatsache des Lebens, dass es einige Einheiten gibt, die von Downstream (intern oder extern) per RMA versandt werden. So gut es ist, eine Einheit einfach zusammenzubauen, so gut ist es auch, eine Einheit einfach auseinanderzubauen, um die Durchlaufzeit für solche RMA-Einheiten zu verkürzen.

Beispiele für Konstruktionsentscheidungen sind u. U. die Ausgewogenheit bei der Verwendung kleinerer SMA-Komponenten, da die kleinen Komponenten natürlich schwieriger manuell zu handhaben und zu platzieren sind, wenn alle anderen Komponenten bereits vorhanden sind. In ähnlicher Weise kann das zu nahe beieinander platzierte Packen zu Hitzeschäden führen, wenn in der Nähe befindliche Komponenten entfernt und ausgetauscht werden, so dass tatsächlich zwei oder mehr Komponenten ausgetauscht werden müssen, selbst wenn nur eine von ihnen ausfällt.

Ein anderes Problem ist, die Größe der Wärmeableitung so gering wie nötig zu halten. Auch beim Entfernen und Ersetzen von Teilen muss die Heißluftpistole länger angewendet werden, wenn das Teilekissen an eine unnötig große Guss- oder andere wärmeableitende Leiterplatte angeschlossen wird, wodurch die Möglichkeit besteht, dass in der Nähe befindliche Komponenten beschädigt werden oder die Oberfläche / Schichten der Leiterplatte beschädigt werden Gerät komplett austauschen.

Übermäßig eingeschränkte oder konzentrierte Sammlungen von Komponenten erschweren auch die Reparatur, z. B. wenn eine Komponente den Zugriff auf eine zu ersetzende Komponente blockiert oder nur den Zugriff für die manuelle Prüfung verhindert.

Second-Sourcing hat auch einen großen Einfluss auf die RMA-Arbeit für Massenprodukte, die für einige Zeit hergestellt werden sollen.

Solche Überlegungen sind natürlich etwas zweitrangig gegenüber den von DFM auferlegten Einschränkungen und der Funktionalität und dem physischen Produktdesign insgesamt, sollten aber dennoch für jedes potenzielle Massenmarktprodukt berücksichtigt werden.