Wie geht man vom Neuling zum Hersteller?

Ich bin ein Software-Typ, der sich mit der Hardware befassen möchte, damit ich die gleiche Kreativität wie beim Softwaredesign in der physischen Welt genießen kann.

Ich habe hier viele Beiträge gefunden, in denen es darum geht, in der Elektronikwelt "ans Laufen" zu kommen, aber ich würde gerne wissen, ob es irgendwelche Fallstricke gibt, wenn Sie sich auf diese Reise begeben, wenn Ihr Ziel darin besteht, möglicherweise ein Gerät im Internet herstellen zu lassen Zukunft. (wahrscheinlich roboterorientierte Lösungen, Karten, die Servos, Sensoren usw. steuern).

Ich möchte sicherstellen, dass ich mich nicht sozusagen "in eine Ecke hineinlerne", wohin immer ich mich konzentriere.

Ich habe gute Dinge über die Flexibilität und die einfach zu erlernende Natur von Arduino-Geräten gelesen, habe jedoch Probleme, irgendetwas über die Herstellung dieser Geräte herauszufinden. Gibt es Hersteller, die eine auf Arduino basierende Lösung herstellen können? Welche Art von Produktionsvolumen ist für etwas mit Arduino verfügbar?

Welche Bereiche / Geräte der programmierbaren Elektronik eignen sich am besten für die Herstellung?

Haben Sie Tipps oder Informationen zum Lernen und Entwerfen im Hinblick auf die Fertigung? Irgendwelche allgemeinen Tipps für einen Neuling?

Nur um Ihnen mitzuteilen, was vor Ihnen liegt ...

Wenn Sie von der Herstellung eines handgefertigten Steckbretts oder Prototyps zu tatsächlichen Leiterplatten wechseln möchten, stehen Ihnen viele Stunden und Kosten zwischen mehreren Hundert und mehreren Tausend US-Dollar zur Verfügung, je nachdem, wie viel Sie selbst tun möchten .

Schaltplanerfassung und Leiterplattenlayout

Zunächst müssen Sie Ihr Design mit einem Schemaerfassungsprogramm erfassen und anschließend eine Leiterplatte entwerfen. Eines der beliebtesten Programme ist EAGLE , das ich verwende. Sie haben eine EAGLE Light-Version (49 US-Dollar), können jedoch nur für Schaltpläne mit einem Blatt (beliebiger Größe), zwei Signalebenen und einem Routing-Bereich von 100 x 80 mm (ca. 4 x 3 Zoll) verwendet werden. Für jede ernsthafte Arbeit benötigen Sie mindestens die EAGLE Standard-Version, die 747 US-Dollar kostet. Es gibt wahrscheinlich andere, kostengünstigere (auch kostenlose) Alternativen. Es gibt viele andere, die Tausende oder Zehntausende von Dollar kosten. In jedem Fall müssen Sie viel Zeit damit verbringen, die Bedienung des Programms zu erlernen.

Oder Sie können jemanden wie mich dafür bezahlen ($$ / Stunde).

PCB-Herstellung

Die Herstellung von Platinen ist der nächste Schritt eines PCB-Herstellers . Das Problem hierbei sind die NRE-Kosten (einmalige Engineering-Kosten). Einige Boardhäuser behandeln dies als separate Zahl, andere bauten es in ihr Pro-Board-Zitat ein. In jedem Fall ist es so gut wie nie wirtschaftlich, nur ein paar Bretter herstellen zu lassen. Sie könnten 100 Dollar für zwei Boards ausgeben und 500 Dollar für 25. Sie müssen wirklich große Mengen haben, um auf nur ein paar Dollar pro Board zu kommen.

Das Problem besteht darin, dass Sie, wenn Sie 25 Boards herstellen, nur einige zum Testen bevölkern und feststellen, dass diese nicht funktionieren (und es keine einfache Lösung gibt - z. B. weil Sie einen Stecker verkehrt herum angeordnet haben), möglicherweise werfen Entferne die anderen 23 leeren Bretter und es wäre besser gewesen, wenn du nur zwei bekommen hättest. Ich habe Stapel von Platinen als Beweis für dieses Phänomen.

Leiterplattenmontage

Sofern Sie nicht bereit sind, die Bretter von Hand zu bauen, müssen Sie sie zusammenbauen lassen. Oberflächenmontage-Pakete sind schwierig zu handhaben. Wenn das Board über BGA- oder QFN-Pakete verfügt, können Sie diese wahrscheinlich nur dann selbst erstellen, wenn Sie über einen eigenen Reflow-Ofen verfügen.

Die ersten beiden Bretter, die von einem Montagehaus gebaut werden, kosten möglicherweise 500 US-Dollar. Während 25 gebaut kostet 1200 $. (Auch hier sind die NRE-Kosten das Problem.) Um auf nur ein paar Dollar pro Board zu kommen, sind (wieder) große Mengen erforderlich.

Und jemand anderes hat bereits das Problem der Teilebeschaffung besprochen.

Stellen Sie sicher, dass Sie Teile verwenden, die sofort verfügbar sind. Wenn sowohl DigiKey als auch Mouser Hunderte von Teilen zur Verfügung haben, sollten Sie in Ordnung sein. Wenn sie es stattdessen in ihrem Katalog haben, es aber derzeit nicht vorrätig ist, versuchen Sie, etwas anderes zu finden. Wenn Sie spezielle Teile benötigen, die nicht von DigiKey oder Mouser geliefert werden, stellen Sie sicher, dass Sie eine zuverlässige Quelle haben, bevor Sie diese in Ihr Produkt integrieren. (Hinweis: Je mehr ungewöhnliche Teile Sie verwenden, desto wahrscheinlicher ist es, dass Sie das Teil manuell zu Ihrer PCB-Teilebibliothek hinzufügen müssen.)

Kundenspezifische Fälle

Möchten Sie Ihr Board in eine Tasche stecken? Wenn Sie einen maßgeschneiderten Koffer benötigen, ist dies für den Designer mit einem Programm wie SolidWorks ein Kinderspiel (das mache ich nicht, kann aber jemanden empfehlen, der das kann). Wenn Sie zunächst nur einige wenige Fälle behandeln möchten, müssen Sie wahrscheinlich ein Rapid Prototyping durchführen, z. B. das selektive Lasersintern (SLS). Zahlen Sie mindestens 100 USD pro Fall in kleinen Mengen. Um bis zu ein paar Dollar pro Fall zu sparen, müssen Sie eine maßgeschneiderte Form herstellen lassen. NRE mal wieder! Planen Sie, 10.000 USD oder mehr für die Form auszugeben.

Und ich werde nicht einmal mit EMV- oder EMV-Tests beginnen, da ich nicht weiß, ob dies für Ihr Produkt gilt.

Wie Sie aus alledem ersehen können, sind die Kosten für die elektronischen Teile bis zur Serienreife normalerweise nicht der größte Posten auf Platinenbasis. Wenn Sie kleine Mengen selbst zusammenbauen, sparen Sie viel Geld. Es ist daher wichtig, dies zu berücksichtigen - es ist nicht unmöglich, Teile von Hand zu löten.

Um wirklich niedrige Preise für hohe Stückzahlen zu erzielen, muss man im Allgemeinen offshore gehen - China usw. Aber ich würde es am Anfang vermeiden.

Ich bin diesen Weg in den letzten Jahren gegangen und verkaufe jetzt kleine Mengen meiner Designs. Ich habe mich früh für Microchip-Mikrocontroller entschieden und bin dabei geblieben, aber Arduinos und die AVR-Mikrocontroller scheinen eine ebenso gute Lösung zu sein.

PCB Design

Für das PCB-Design kann ich Eagle empfehlen - ich bin nie über die Light-Version hinausgegangen, da ich nur recht kleine Boards baue. Hier können Sie Ihre eigenen Teile hinzufügen, die Sie irgendwann benötigen werden. Es führt ein automatisches Routing von Leiterplattenspuren durch, obwohl ich dies mit der Zeit weniger nutze - auch, weil ich Platinen mit sehr engen Platzverhältnissen herstelle und ständig an der Platzierung und dem Routing von Bauteilen herumspiele, um alles zu packen Es bietet die Möglichkeit, anhand von Entwurfsregeln Fehler in Ihrem Layout zu erkennen. Es gibt viel zu lernen, aber Sie werden es mit der Zeit beherrschen und Boards können aus Ihren digitalen Dateien hergestellt werden.

PCB-Herstellung

Ich baue meine eigenen Prototypenplatinen und lasse sie dann professionell herstellen, sobald ich die ersten Prototypen hinter mir habe. Ich habe doppelseitige Platten mit der Transferfolie Press-n-Peel und einem Laserdrucker prototypisiert. Ich fertige routinemäßig Boards mit den kleinen QFN-Oberflächenmontagepaketen mit einem Pad-Abstand von 0,5 mm. Die Kosten für professionell gefertigte Boards lagen zwischen 3 und 10 US-Dollar für Stückzahlen um die 100.

Leiterplattenmontage

Das Reflow-Löten mit einer elektrischen Bratpfanne gelingt mir recht gut. Nimmt ein bisschen Pflege in Anspruch, ist aber einigermaßen zuverlässig und ziemlich schnell. Der langsamste Teil ist das Aufbringen der Lötpaste auf die Platine. Wenn Sie sich jedoch die Mühe machen, eine Lötmaske zu erstellen, kann dies ebenfalls vereinfacht werden. Ich verwende häufig bleifreie Pakete wie QFN, weil sie klein sind und keine großen Probleme damit haben. Pakete mit Anschlussdrähten können von Hand gelötet werden, aber ich denke, es ist schneller, Lötpaste und Reflow in der Pfanne zu verwenden.

Wenn Sie erst einmal ein beträchtliches Volumen erreicht haben, möchten Sie jemanden bezahlen, der die Montage für Sie vornimmt. Ich habe dies noch nicht getan, wurde aber in der Größenordnung von 6500 US-Dollar für 30 Boards angegeben, für die die Teile etwa 80 US-Dollar kosten. Die zusätzlichen Kosten sind also nicht unerheblich, sondern hängen davon ab, wie viel Zeit Sie für die Montage selbst aufwenden müssen :)

Abgesehen von der (großen) Zeitinvestition war meine größte Einzelinvestition wahrscheinlich ein digitales USB-Oszilloskop und ein Logikanalysator von Bitscope - von unschätzbarem Wert, um herauszufinden, was tatsächlich vor sich geht, im Gegensatz zu dem, was Ihrer Meinung nach passieren sollte!

Vorzeitige Optimierung ist die Wurzel allen Übels.

Das Arduino ist ein guter Anfang. Mach dir noch keine Sorgen über die Massenproduktion. Sobald Sie ein paar Entwürfe unter Ihrem Gürtel haben, haben Sie eine viel bessere Vorstellung davon, was Sie tun müssen.

Das Erlernen neuer Hardware ist hier Teil des Spiels. Versuche nicht, es zu vermeiden. Je vertrauter Sie sind, desto besser werden Sie Ingenieur.

Sehen Sie sich dieses Video an, in dem die Unterschiede zwischen Software und Hardware hervorgehoben werden:

Hardware schneidet Sie (contans NSFW-Sprache)

Mitch Altman, Designer des TV-B-Gone, hielt bei The Next Hope einen Vortrag über die Umsetzung Ihres Projekts von der Idee in die Realität.

Hier ist der MP3 .

Mitch hat seine persönlichen Haustierprojekte (einschließlich TV-B-Gone Universalfernbedienungen) von der Idee zur Realität gebracht und kann sich glücklich schätzen, seinen Lebensunterhalt mit dem zu verdienen, was er liebt. Mitch wird die praktischen Schritte beschreiben, die er unternommen hat, um seine Projekte von einer bloßen Idee über die Schritte der Forschung, Entwicklung, Herstellung, des Vertriebs und des Vertriebs bis hin zum Sammeln von Schecks zu Hause (und auf Reisen im Internet) umzusetzen Welt). Dieser Vortrag wird auch einige der Fallstricke aufzeigen, die es mit sich bringt, ein eigenes Unternehmen zu führen.

Dave Jones hat ein Tutorial zum Thema Leiterplattendesign veröffentlicht:

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

Für die Leiterplattenherstellung kann man viele Prototypen auf Leiterplatten und Steckplatinen erstellen und direkt zu professionellen Leiterplatten für die "Produktions" -Einheiten springen. Ich benutze diese Typen und war sehr zufrieden: http://iteadstudio.com /store/index.php?main_page=product_info&cPath=19_20&products_id=175 Seeed verwendet dieselbe Fabrik wie itead zum ungefähr gleichen Preis.

Für das Layout von Leiterplatten investieren Sie nicht zu viel Zeit in EAGLE, da es in der kostenlosen Version einige Einschränkungen aufweist und ziemlich klobig und schwierig zu verwenden ist. Schauen Sie sich stattdessen Kicad und Geda an, beide sind freie Software und leistungsfähiger als EAGLE.

Ich bin selbst ein Neuling, also nimm das mit Salzkörnern, aber ich habe dies in den letzten Monaten viel recherchiert und hoffe, dass ich eine gute Perspektive für Neulinge mitbringen kann. Folgendes habe ich herausgefunden:

HINWEIS: Ich verwende einige Akronyme (PCB, SMD usw.). Ich habe nicht mit Absicht geschrieben, was dies bedeutet, da Sie diese Konzepte auf jeden Fall auch genau kennen müssen.

1. Sie müssen vom Prototyp (Arduino?) Zur PCB-Version wechseln. Sehen Sie sich zunächst diese beiden Videos von EEVBlog an: Video 1 , Video 2
2. Vom Prototyp zur PCB-Version zu wechseln bedeutet, von Durchgangsbauteilen zu SMT-Bauteilen und von einem vollwertigen Arduino zu einer Barebone-Chip-Lösung zu wechseln. Die gute Nachricht ist, dass Sie es immer noch wie ein Arduino programmieren können. In diesem Blog-Beitrag erfahren Sie, wie das geht. Wenn Ihr Projekt einfach genug ist, verwenden Sie ATTINY (45 oder 85) anstelle des ATMEGA328p. In diesem Beitrag vom MIT Lab erfahren Sie, wie.
3. Erstellen Sie Ihren No-Arduino-Prototyp wie gewohnt mit einem Steckbrett oder einem anderen Prototyping-Tool. Sie finden die benötigten Teile mit Octopart . Eine sehr gute Sache ist die Stücklistenfunktion.
4. Finden Sie jetzt heraus, wie viel Ihre Komponenten kosten, indem Sie eine Stückliste erstellen. Verwenden Sie Octopart , um den Preis und den besten Ort für den Kauf Ihrer Teile zu finden.
5. Sobald Ihr Prototyp auf diese Weise fertig ist, ist es Zeit, ihn in eine PCB-Version umzuwandeln. Sie können Fritzing für die PCB-Schaltpläne und Gerber-Dateien für die PCB-Herstellung verwenden, wenn Ihre Platine einfach genug ist. Verwenden Sie andernfalls ein Programm wie EAGLE oder kiCAD .
6. Holen Sie sich Ihre Leiterplatte und löten Sie die Komponenten von Hand. Hier ist ein Video mit einer guten Technik für SMD-Teile . Für noch mehr Infos (ich brauchte das alles) , los geht's .
7. TESTEN SIE ES NACH DEM LÖTEN AUSSCHLIESSLICH. Sie möchten nicht 500 produzierte Produkte kaufen, nur um herauszufinden, dass Sie einen Fehler gemacht haben und keiner von ihnen funktioniert. Fritzing wird einmalige Boards produzieren, die mit ihrem Programm erstellt wurden. Sie kosten ungefähr 40-50 $. Nicht billig, aber immerhin ein Prototyp. Sie können die Leiterplatte auch selbst im Press-n-Peel-Verfahren herstellen. Hier gibt es ein gutes Video .
8. RIESIGES gotcha! Möglicherweise müssen Sie Ihr Board ZERTIFIZIERT bekommen. Dies ist ein langwieriger und teurer Prozess.
9. Sobald Sie sich auf Ihre Leiterplatte verlassen haben, wird Seeed Studio über das Propagate- Programm nicht nur Leiterplatten, sondern die gesamte Leiterplatte für kleine Mengen (100-1000) zu vernünftigen Preisen herstellen .

Schauen Sie sich SeeedStudio an , es scheint viele Tools zu bieten, mit denen Sie jemandem helfen können, ein HW-Projekt zu starten.

Mir ist nicht klar, ob es sich um technische Probleme oder um geschäftliche Probleme handelt.

Ich mag mich ein bisschen über "Hobbyisten" lustig machen, aber ich bezweifle ernsthaft, dass die Welt mehr Robotersubsysteme von nicht wirklich industrieller Qualität braucht.

Produktionsanlagen für Unteraufträge gibt es für jedes Volumen von 1 bis zu Millionen Stück, und Leiterplatten können zu jedem Zeitpunkt vom nächsten Tag bis zu Wochen hergestellt werden. Nach meiner Erfahrung in der Elektronikfertigung ist die Komponentenversorgung eines der größten Probleme, es sei denn, Sie verfügen über ausreichende Mengen, um Komponentenhersteller für Sie arbeiten zu lassen. Heutzutage sind das für Teile mit niedrigem Wert ernsthafte, ernsthafte Mengen.

Vielleicht sollten Sie Ihre Frage etwas klären - planen Sie, Geräte spekulativ zu entwerfen und herstellen zu lassen und sie dann auf den freien Markt zu bringen?

Wenn Sie einen einfachen und kostengünstigen Einstieg in die Mikrocontroller-Programmierung suchen, bietet sich die Verwendung des neuen Launchpad-Entwicklungs-Toolkits von TI an. Launchpad

Dieses Ding kostet nur 5 $ und ist meiner Meinung nach recht einfach zu erlernen.

Hier gibt es bereits viele großartige Informationen zur Leiterplattenfertigung und -bestückung. Ich werde ein paar meiner eigenen Meinungen weitergeben. Sie können zu einem Versammlungshaus gehen, aber es kostet Sie, besonders die Vorabkosten für die Schablone. Wenn Sie sich für die Montage zu Hause entscheiden, werden Sie feststellen, dass es überraschend einfach ist , große ICs (FPGAs, Mikrocontroller, RAMs usw.) zu löten, aber oberflächenmontierte Teile mit nur 2 oder 3 Anschlüssen sind ein Problem. Sache über die Verwendung von Durchgangsbauteilen für diese kleinen Dinge. Ich persönlich habe mich gescheut, irgendwelche Kugelgitter-Arrays anlöten zu wollen. Vielleicht sollte ich versuchen, mich davon zu heilen, aber es ist kein dringendes Problem für mich.

Wenn Sie ein großes Volumen (denken Sie an Millionen) erstellen würden, würden Sie "Design for Manufacturing" durchführen, um Ihr Design so zu optimieren, dass es einfach und kostengünstig zu bauen und zu testen ist. Denken Sie darüber nach, wenn ein Fertigungsingenieur die Herstellungskosten für 1.000.000 Einheiten um 2 Cent senken könnte, dann haben Sie große Einsparungen.

Für 500 Einheiten sind Sie relativ leise. Hier ist eine nette Präsentation, Lass deine Sachen machen - Tokio offene Hardware-Präsentation , von Dangerous Prototypes . Grundsätzlich heißt es, dass Sie auf der Ebene, von der Sie sprechen, zu klein sind, um die Bretter selbst zu bauen, und ein Fulfillment-Haus wie dieses ( Seeed Studios ) verwenden sollten. Sie gehen die Schritte durch und was Sie brauchen. Das Dia-Deck steht auch zum Download zur Verfügung.