Sou iniciante em design de eletrônicos. Tenho alguma experiência com design de PCB bastante complexo. Quero projetar um produto que espero vender muito. Como garantir que o design seja barato da perspectiva da fabricação? Quero dizer, não para uma única fabricação de PCB, mas para produção em massa. Eu uso microcontroladores comumente encontrados como o instrumento Atmel, Texas. É este o caminho a seguir para a fabricação em massa?

Há mil coisas a serem consideradas para reduzir os custos de fabricação, mas algumas das mais importantes são

1. Construa em alto volume. Isso distribui os custos de configuração de um lote por mais unidades. Você verá, por exemplo, que o custo dos espaços em branco do cartão cai extremamente rápido à medida que aumenta o tamanho do lote.

2. Negocie seus custos de componentes. O preço de tabela é apenas um ponto de partida para a negociação. E depois que você começar a comprar em volume e seus fornecedores souberem que você está falando sério (e não precisará de mais suporte), volte e negocie novamente. (Para ter uma posição mais forte, projete componentes multi-fonte sempre que possível)

3. Reduza as etapas do processo. Por exemplo, a sobreposição em placa acrescenta etapas à fabricação da placa, e a mistura de SMT com componentes de furo passante adiciona etapas à montagem.

4. Reduza o número de linhas na BOM. Isso reduz o esforço de compra e aumenta o volume que você está comprando para cada número de peça. Por exemplo, se você possui resistores de 49,9 e 51,1 ohm, verifique se é possível torná-los todos com o mesmo valor. Ou, se você tiver 3 reguladores lineares com tensões de saída diferentes, use o mesmo tipo ajustável para todos eles em vez de 3 partes diferentes de saída fixa.

5. Crie o máximo de tolerância possível. Por exemplo, não use 4 mil faixas se puder usar 6 mil faixas. Não especifique +/- 10 mils no tamanho do quadro se você pode viver com +/- 25 mils. Etc. Quanto mais frouxas forem suas tolerâncias, melhor será o seu rendimento. Melhor ainda, se você conseguir tolerar uma tolerância o suficiente, poderá até eliminar a necessidade de testá-la no teste final.

6. Faça suas pranchas menores. Quanto mais placas cabem em um painel padrão, menor o custo do material.

7. Design em testabilidade. Isso pode significar adicionar pontos de teste para um testador de pregos ou tornar o design capaz de testar todos os recursos necessários por si só (BIST).

8. Use processos padrão e não exóticos: nível de solda a ar quente em vez de revestimento com ouro, através de vias em vez de vias cegas, máscara de solda verde em vez de vermelha, etc., etc.

Já temos ótimas respostas aqui, então adicionarei mais algumas coisas.

1. Trabalhe em estreita colaboração com sua montadora e sua casa de fabricação de placas de circuito impresso, pois elas costumam fornecer dfm (design para feedback de fabricação) que ajudarão você a entender como alterar seu produto para facilitar a fabricação. Quanto mais você aumentar em volume, mais preocupado ficará com cada pequena coisa relacionada a você.

2. Minimize as operações de montagem. Você consegue se safar com todos os componentes de montagem em superfície em um único lado da sua placa? A adição do segundo lado é outra operação para montagem, eles precisam voltar pela linha, talvez nas operadoras o custo suba.

3. Seleção de componentes, essa pequena peça QFN com certeza é barata, mas acontece que me custa um pouco mais em montagem porque é mais difícil para os caras baratos que estou usando. Esse conector de orifício passante é mais barato que a versão para montagem em superfície, mas, para usá-lo, sua placa precisa passar por outra etapa de montagem, solda por onda, para que o custo suba.

4. O HASL é um acabamento superficial barato, mas não tem a validade de uma imersão em prata ou ouro ENIG. Em volumes realmente altos, você pode comprar placas a granel e usá-las durante meses de servidor. Se metade das suas pranchas se tornarem sucatas por causa da oxidação, você não estará economizando dinheiro.

5. Comentários sobre como minimizar o tempo de teste estão no ponto, tempo é custo e o teste leva tempo. Em volume moderado, talvez você esteja fazendo testes de circuito ou de moluscos. Em um volume muito alto, não há tempo nem dinheiro para isso. Você provavelmente estará fazendo apenas FVT, um teste funcional do seu circuito no final da linha. Pranchas ruins simplesmente ficam empilhadas, que podem ou não ser vistas mais tarde. Enquanto o rendimento for aceitável, você só quer manter a linha gritando.

6. Além do que já foi dito, os PCBs têm em mente que os PCBs têm vários fatores de custo. Obviamente, o tamanho está relacionado ao custo, mas também ao desperdício. As placas são feitas em painéis para maximizar o uso do painel; o material desperdiçado é apenas esse desperdício. Além disso, sua casa fabulosa tem uma lista de coisas que são padrão e que são factíveis, mas custam mais. Essa via minúscula com certeza é atraente, mas talvez custe menos para usar uma milha maior. Você deve verificar com eles. As pequenas larguras de traço são ótimas, mas ao mudar para uma loja de alto volume, pode me custar menos novamente apenas 1 ou 2 mils a mais.

7. A contagem de camadas também é um grande ponto de discussão. 2 camadas são mais baratas que 4, mas é? Se você estiver praticando lógica digital e E / S acima de 1Mhz, poderá achar que o custo e o tempo adicionais necessários para passar a EMI negam suas economias. Eu não faço uma placa de 2 camadas há anos em milhões de unidades, mais projetos. No entanto, eu as fiz e, no meu caso, o uso de um relógio de espectro espalhado salvou vidas de emissões. Definitivamente, existem algumas placas onde a camada 2 é mais apropriada, mas eu sou uma defensora de 4 camadas o tempo todo.

8. Mais sobre seleção de componentes. Gostei das respostas que falam sobre a segunda fonte e pensamos na decisão de usar uma parte barata versus algo mais confiável. O interessante é que o bom preço geralmente está oculto de várias maneiras. Ao pesquisar e trabalhar, você pode encontrar preços muito melhores. Não sei onde você está localizado, mas as empresas aqui nos EUA parecem gostar de nos fornecer preços mais altos do que quando eu o cito na China. Muitas vezes, existem peças comercializadas apenas no mercado da China que você precisa descobrir para obter preços. Uma vez eu tive uma empresa entrar e apresentar sua linha de produtos, então eu comecei a perguntar sobre o que acabou por ser apenas produtos na China. Eles pararam, me perguntaram como eu sabia sobre eles,

9. Negocie, se você tiver um volume que o primeiro preço não seja o preço :) Provavelmente o terceiro ou o quarto preço seja o preço certo. Nós apenas passamos de US $ 10 para US $ 2 em uma parte apenas dizendo: não, eu vou com o seu concorrente neste (o que seria verdade). Em algum momento, tenha em mente se as partes são iguais em valor para você? Se você está obtendo mais confiabilidade e suporte, talvez alguns centavos valam o custo?

10. Conselhos. Suponho que você não seja uma corporação gigante com bolsos profundos e uma equipe de marketing já exaltando seu produto? Que você é mais uma startup de um homem neste momento. Darei a você o melhor conselho que já recebi sobre o aumento da escala ao iniciar uma empresa ou um novo produto. Não. Concentre-se no que será necessário para obter um cliente ou dez. Construa para isso. Em seguida, obtenha seus próximos dez, seus próximos cem e escala com sua base de clientes. Para nós, engenheiros, fabricar o produto não é a parte mais difícil para conquistar um cliente. Se você achar que só pode vender seu produto se tiver o preço que obtém em volume ... talvez seja o produto errado para começar :) aqui está um ótimo artigo sobre isso

Um ponto que muitas vezes é subestimado pelos engenheiros é encontrar uma segunda fonte para todos os componentes. Não apenas para negociações de preços, como o @The Photon (em sua grande resposta) mencionou, mas também para garantir que você não precise descartar PCBs se um de seus componentes não for mais vendido, ou se tiver problemas, se houver problemas imprevistos de entrega / fornecimento. Para diodos etc. isso é bastante fácil, mas também tente encontrar reguladores de tensão compatíveis com pinos, se possível, até microcontroladores compatíveis com pinos de outro fabricante.

Se você possui versões diferentes do seu circuito, por exemplo, saída NPN / PNP, interfaces diferentes, versões de tensão, etc. geralmente é mais barato criar uma placa de circuito impresso para todas as versões e depois criar uma placa de circuito impresso para cada versão. Em seguida, você pode montar apenas as peças necessárias para uma versão específica.

Se você tiver algum espaço restante na placa de circuito impresso (por exemplo, se você forneceu dimensões mecânicas para a placa de circuito impresso), poderá adicionar pegadas para proteção EMC, como diodos TVS ou capacitores de desacoplamento.

Uma dica que recebi da nossa montadora (na verdade, do chefe de uma empresa de 5 pessoas, sempre conversando com os clientes):

Tínhamos uma placa com 24 "conectores DIN euro". Eles são como cabeçalhos de pinos padrão com pinos 2x16 ou 3x16.

A placa foi soldada por onda e os conectores foram puxados sobre a onda em paralelo, ou seja, todos os pinos de um conector foram soldados ao mesmo tempo. Devido a isso, a lata líquida esfriou localmente e o risco de pontes entre os pinos aumentou. Se os conectores são puxados sobre a onda perpendicularmente, o risco é muito menor.

No nosso caso, tínhamos cerca de 26 pranchas e elas foram retrabalhadas manualmente. Mas em escala maior, você não faria isso e isso diminuiria seu rendimento.

Normalmente, uma placa é puxada sobre uma placa com o lado mais curto à frente, por isso seria bom se peças como cabeçalhos de pinos longos estivessem paralelas aos lados mais longos.

Decida as quantidades que sua placa será construída, a região geográfica e use peças e materiais apropriados para essas condições.

Você pode ter uma placa fabricada na China em grandes quantidades com um design "EUA" ou "Europeu", mas não será o ideal. É melhor se você usar peças amplamente disponíveis e baratas nesse mercado (o que pode significar o uso de peças de gerações mais antigas, peças comuns em produtos de consumo ou peças modernas que você não conhece e não possui folha de dados em inglês porque o fabricante não tem interesse em vender menos de 50.000 peças por vez). Você pode optar por usar uma placa fenólica de papel perfurada para parte do design e uma placa multicamada sofisticada para outras peças.

Em volume grande o suficiente, esqueça a segunda fonte, a única coisa importante é até que ponto você pode reduzir os custos. O produto sempre pode ser redesenhado. O tempo de engenharia é livre, relativamente falando. Você pode ter que usar microcontroladores estranhos com sistemas de desenvolvimento pesados ​​para economizar alguns centavos, por outro lado, pode achar que faz sentido negociar um preço muito baixo em um micro de ponta, para que você possa aproveitar o software de código aberto e a velocidade o desenvolvimento. Os custos se tornam muito mais baixos quando os volumes ficam realmente grandes - lembro que era possível obter um DSP muito impressionante por cerca de 1/20 do preço dos 100 na Digikey porque o fabricante estava motivado a entrar nesse mercado e a quantia total de dinheiro ainda era atraente para eles. Eles podem até fornecer o software.

Se os volumes não forem grandes, você deve se preocupar com a disponibilidade de produtos a longo prazo (observe o histórico e o preço), aumentando o risco usando vários fornecedores, etc. Tenha cuidado com o bloqueio de tecnologias associadas a alta volatilidade ou produtos da moda. Seis meses podem demorar muito tempo na vida de alguns produtos.

Não sucumba à tentação e use componentes de baixa qualidade - reconstruir uma reputação é muito caro. Isso se aplica especialmente a peças eletromecânicas. Verifique se todas as aprovações necessárias da agência de segurança são genuínas e atuais. Certifique-se de usar os fornecedores apropriados para montagem - se você tiver um pedido único de 20 mil peças, você não terá um fornecedor de primeira linha nem um pouco interessado, a menos que exista alguma história realmente convincente (envolvendo negócios futuros e risco mínimo de vergonha) e economizar dinheiro em uma assembléia com taxas reduzidas pode realmente doer quando você vê os resultados. Se os componentes envolverem patentes, verifique se as licenças necessárias estão em vigor e se os pagamentos de royalties estão atualizados.

O design defensivo se aplica a todas as fases do ciclo de vida do produto.

Estas são apenas algumas das fases que seu produto pode encontrar:

prototipagem

É bom deixar almofadas extras para componentes de valores diferentes durante as fases iniciais de um protótipo. No entanto, à medida que seu projeto se aproxima da conclusão, o painel deve começar a se parecer exatamente com o "produzido em massa". Isso pode ser especialmente importante para circuitos de alta frequência ou alta potência, onde a forma e o tamanho do cobre em uma PCB são tão importantes quanto as coisas soldadas a ela. Não se esqueça de fazer uma pequena série de pranchas usando exatamente o mesmo layout e componente da sua produção em larga escala.

fabricação

Como mencionado você deve levar em consideração os processos de fabricação. Isso também se aplica a PCBs com várias camadas, especialmente as camadas internas:

O cobre é gravado com uma solução, que deve ser drenada antes que a próxima camada o cubra, caso contrário, você terá o condicionador preso dentro da placa. É muito difícil depurar mais tarde, porque é completamente invisível e pode não falhar imediatamente.

Portanto, ao colocar as camadas internas de uma placa, evite bolsos ou represas que possam prender líquidos líquidos e evitem que seja drenado adequadamente.

Remessa

Quantas vezes o design muda de mãos durante o processo de construção? Se uma empresa fabricar placas de circuito, outra encher os componentes e uma terceira colocar o conjunto da placa acabada em um gabinete, minimize a chance de falhas devido a repetidas embalagens e desembalagens. Isso pode significar coisas como

• Use conectores de perfil inferior (os braços curtos da alavanca são mais difíceis de prender no plástico bolha)
• Dê aos técnicos de montagem algo em que se agarrar, para que eles não atinjam o quadro com algo que possa quebrar.
• Facilite a quebra. Retângulos são mais fáceis de quebrar do que outras formas, o que significa que eles terão mais chances de chegar com segurança ao próximo destino.

Todas as boas respostas aqui já. Só para adicionar o meu 2c na concepção de depuração / reparação. É um fato da vida que pode haver algumas unidades que recebem RMA a jusante (interna ou externamente). Assim como é bom facilitar a montagem de uma unidade, também é bom facilitar a desmontagem de uma unidade, a fim de reduzir o tempo de execução dessas unidades com RMA.

Exemplos de decisões de design aqui podem incluir equilibrar o uso de componentes menores do SMA, já que os mais pequenos são mais difíceis de manusear e colocar manualmente quando todos os outros componentes já estão no lugar. Da mesma forma, colocar os pacotes muito próximos pode levar a danos causados ​​pelo calor ao remover e substituir componentes próximos, resultando na necessidade de substituir dois ou mais componentes, mesmo que apenas um deles falhe.

Outra é reduzir o tamanho da dissipação de calor para o tamanho necessário. Novamente, ao remover e substituir peças, se a almofada de peças estiver conectada a um derramamento desnecessariamente grande ou a outro recurso de PCB com dissipação de calor, a pistola de calor precisará ser aplicada por mais tempo, permitindo a possibilidade de componentes próximos danificados ou superfície / camadas da placa danificadas, o que significa substituir completamente a unidade.

Coleções de componentes excessivamente restritas ou concentradas também complicarão o reparo, por exemplo, se um componente bloquear o acesso a um que deve ser substituído ou apenas impedir o acesso para análise manual.

A terceirização também tem uma grande influência no trabalho de RMA para produtos produzidos em massa que devem ser produzidos por algum tempo.

Tais considerações são, naturalmente, um pouco secundária a restrições impostas por DFM ea funcionalidade e design geral do produto físico, mas ainda deve ser considerado para qualquer produto do mercado potencialmente em massa.