Je suis débutant en conception électronique. J'ai de l'expérience dans la conception de circuits imprimés assez complexes. Je veux concevoir un produit qui, espérons-le, se vendra beaucoup. Comment puis-je m'assurer que la conception est peu coûteuse du point de vue de la fabrication? Je ne parle pas pour une seule fabrication de PCB, mais pour une production en série. J'utilise couramment des microcontrôleurs comme atmel, instrument au Texas. Est-ce la voie à suivre pour la fabrication en masse?

Il y a mille choses à considérer pour réduire les coûts de fabrication, mais certaines des plus importantes sont:

1. Construire en gros volume. Cela répartit les coûts de configuration d'un lot sur plusieurs unités. Vous constaterez, par exemple, que le coût des cartons bruts diminue extrêmement rapidement à mesure que vous augmentez la taille du lot.

2. Négociez vos coûts de composants. Le prix catalogue n'est qu'un point de départ pour la négociation. Et une fois que vous avez commencé à acheter en volume et que vos fournisseurs savent que vous êtes sérieux (et que vous n'aurez plus besoin de soutien), revenez en arrière et négociez. (Pour avoir une position plus forte, concevez des composants multi-sources autant que possible)

3. Réduire les étapes du processus. Par exemple, via plaqué sur plaquette ajoute des étapes à la fabrication de la carte, et le mélange SMT avec des composants à trous traversants ajoute des étapes à l'assemblage.

4. Réduisez le nombre de lignes dans la nomenclature. Cela réduit les efforts d’achat et augmente le volume que vous achetez pour chaque numéro de pièce. Par exemple, si vous avez à la fois des résistances de 49,9 et 51,1 ohms, vérifiez si vous pouvez simplement leur donner la même valeur. Ou, si vous avez 3 régulateurs linéaires avec des tensions de sortie différentes, utilisez le même type réglable pour tous au lieu de 3 parties à sorties fixes différentes.

5. Concevez dans la plus grande tolérance possible. Par exemple, n'utilisez pas de pistes de 4 mil si vous pouvez utiliser des pistes de 6 mil. Ne spécifiez pas +/- 10 mils sur la taille du tableau si vous pouvez vivre avec +/- 25 mils. Etc. Plus vos tolérances sont faibles, meilleur est votre rendement. Mieux encore, si vous pouvez laisser une tolérance suffisamment faible, vous pouvez même éliminer la nécessité de la tester lors du test final.

6. Faites vos planches plus petites. Plus il y a de panneaux compatibles avec un panneau standard, moins le coût des matériaux est élevé.

7. Conception en testabilité. Cela peut impliquer l'ajout de points de test pour un testeur de lit-ongles ou la possibilité pour le concept de tester toutes les fonctionnalités nécessaires par lui-même (BIST).

8. Utilisez des procédés standard plutôt que des procédés exotiques: niveau de soudure à l'air chaud au lieu de placage à l'or, traversées de vias plutôt que de vias aveugles, masque de soudure vert plutôt que rouge, etc.

Déjà quelques bonnes réponses ici donc je vais juste ajouter quelques autres choses.

1. Travaillez étroitement avec votre assembleur et votre maison de fabrication de circuits imprimés, ils fournissent souvent un dfm (conception pour la rétroaction de fabrication) qui vous aidera à comprendre comment modifier votre produit pour qu'il soit plus facile à fabriquer. Plus vous augmentez le volume, plus vous serez concentré sur chaque petite chose liée à l'année.

2. Minimiser les opérations d'assemblage. Pouvez-vous sortir avec tous les composants de montage en surface sur un seul côté de votre carte? L'ajout du deuxième côté est une autre opération d'assemblage, ils doivent remonter la ligne, peut-être que le coût des transporteurs va augmenter.

3. La sélection des composants, cette minuscule pièce QFN n’est certes pas chère, mais elle me coûte un peu plus en montage car c’est plus difficile pour les types bon marché que j’utilise. Ce connecteur traversant est moins cher que la version à montage en surface, mais son utilisation implique que votre carte passe par une autre étape lors de l'assemblage: la soudure à la vague, pour que votre coût augmente.

4. HASL est une finition de surface bon marché, mais elle n'a pas la durée de vie d'une immersion dans l'argent ou d'un ENIG en or. À très gros volumes, vous pouvez acheter des planches en vrac et les utiliser pendant plusieurs mois. Si la moitié de vos planches deviennent des rebuts à cause de l'oxydation, vous ne réalisez aucune économie.

5. Les commentaires sur la minimisation du temps de test sont pertinents, le temps est un coût et les tests prennent du temps. À volume modéré, vous effectuez peut-être des tests de circuits ou de coquilles de palourdes. À très fort volume, il n'y a ni temps ni argent pour cela. Vous ne ferez probablement que FVT, un test fonctionnel de votre circuit en bout de ligne. Les mauvaises planches vont juste dans une pile, qui peut être ou ne pas être regardé plus tard. Tant que le rendement est acceptable, vous voulez simplement que la ligne continue de crier.

6. En plus de ce qui a déjà été dit, les PCB gardent à l’esprit que les PCB ont plusieurs facteurs de coût. Évidemment, la taille est liée au coût, mais le gaspillage aussi. Les panneaux sont fabriqués en panneaux afin de maximiser votre utilisation du panneau, le gaspillage de matériaux n’est que ce gaspillage. De plus, votre fab fabrique une liste de choses standard et de choses faisables mais coûtant plus cher. Cette minuscule via est certes attrayante, mais il est peut-être moins coûteux d’utiliser un plus grand de 2 mils. Vous devriez vérifier avec eux. Les minuscules tracés sont excellents, mais lorsque je déménage dans un magasin à volume élevé, cela peut encore coûter encore moins cher, à peine 1 ou 2 mils en plus.

7. Le nombre de couches est également un gros point de discussion. 2 couches sont moins chères que 4, mais est-ce vrai? Si vous utilisez la logique numérique et les entrées / sorties ci-dessus, par exemple 1 MHz, vous constaterez peut-être que les coûts et le temps supplémentaires nécessaires pour réussir EMI annulent vos économies. Je n'ai pas fait de carton à 2 couches depuis des années sur des millions d'unités et plus. Cependant, je les ai faites et, dans mon cas, utiliser une horloge à spectre étalé a permis de sauver des vies pour les émissions. Il y a certainement un conseil où la couche 2 est plus appropriée, mais je suis un défenseur des 4 couches tout le temps.

8. Plus sur la sélection des composants. J'ai aimé les réponses qui parlent de deuxième source d'approvisionnement et de la décision d'utiliser une pièce cheapo par rapport à quelque chose de plus fiable. La chose intéressante à savoir est que le bon prix est souvent caché de différentes manières. En poussant la recherche et en travaillant, vous pouvez trouver des prix bien meilleurs. Vous ne savez pas trop où vous vous trouvez, mais les entreprises américaines semblent préférer nous proposer des prix plus élevés que lorsque je l’ai cité en Chine. Il y a souvent des pièces vendues uniquement sur le marché chinois sur lesquelles il faut se renseigner pour obtenir un prix. Une fois, une entreprise est venue présenter sa gamme de produits, puis j'ai commencé à leur poser des questions sur ce qui s'est révélé être des produits exclusivement chinois. Ils se sont arrêtés, ils m'ont demandé comment je savais à leur sujet,

9. Négociez, si vous avez le volume que le premier prix n'est pas le prix :) Probablement le troisième ou quatrième prix est le bon prix. Nous sommes juste passés de 10 $ à 2 $ sur une partie simplement en disant, non, je vais accompagner votre concurrent sur celui-ci (ce qui aurait été vrai). À un moment donné, gardez à l’esprit si les pièces ont la même valeur que vous? Si vous obtenez plus de fiabilité et d'assistance, quelques centimes en valent peut-être la chandelle?

10. Conseil. Je suppose que vous n'êtes pas une société géante avec des poches profondes et une équipe marketing qui fait déjà de la publicité sur votre produit? Que vous soyez plutôt une start-up un homme à ce stade. Je vous donnerai le meilleur conseil que j'ai jamais eu à propos de la mise à l'échelle pour créer une entreprise ou un nouveau produit. Ne pas Concentrez-vous sur ce qu'il vous faudra pour obtenir un client, ou dix. Construire pour cela. Ensuite, obtenez vos dix prochains, vos cent prochaines, et adaptez-vous à votre clientèle. Pour nous, les ingénieurs, fabriquer le produit n’est pas la partie la plus difficile, c’est d’avoir un client. Si vous constatez que vous ne pouvez vendre votre produit que si vous aviez le prix que vous obtenez au volume ... c'est peut-être le mauvais produit pour commencer :) voici un excellent article à ce sujet

Un point souvent sous-estimé par les ingénieurs est la recherche d’une deuxième source pour tous les composants. Non seulement pour les négociations de prix, comme l'a mentionné @Le Photon (dans sa réponse géniale), mais également pour vous assurer de ne pas avoir à jeter les BPC si l'un de vos composants n'est plus vendu, ou d'avoir des problèmes s'il y en a. problèmes de livraison / approvisionnement imprévus. Pour les diodes, etc., c’est assez facile, mais essayez également de trouver des régulateurs de tension compatibles avec les broches, voire des microcontrôleurs compatibles avec les broches d’un autre fabricant.

Si vous avez différentes versions de votre circuit, par exemple une sortie NPN / PNP, différentes interfaces, versions de tension, etc., il est généralement plus économique de créer un circuit imprimé pour toutes les versions, puis de créer un circuit imprimé pour chaque version. Vous pouvez alors assembler uniquement les pièces nécessaires à une version spécifique.

S'il vous reste de la place sur le circuit imprimé (par exemple, si vous avez indiqué des dimensions mécaniques pour le circuit imprimé), vous pouvez ajouter des empreintes de pas pour la protection CEM, telles que des diodes TVS ou des condensateurs de découplage.

Un indice que j'ai reçu de notre société d'assemblage (en fait du chef d'une entreprise de 5 personnes, discutant toujours avec les clients):

Nous avons eu une carte avec 24 "connecteurs euro DIN". Ils ressemblent aux têtes de broches standard avec 2x16 ou 3x16 broches.

La carte a été soudée à la vague et les connecteurs ont été tirés sur la vague en parallèle, c'est-à-dire que toutes les broches d'un connecteur ont été soudées en même temps. De ce fait, l'étain liquide s'est refroidi localement et le risque de pontage entre les broches a augmenté. Si les connecteurs sont tirés perpendiculairement sur la vague, le risque est beaucoup plus petit.

Dans notre cas, nous avions environ 26 tableaux et ils les ont retravaillés à la main. Mais à plus grande échelle, vous ne feriez pas cela et cela réduirait votre rendement.

Généralement, une planche est tirée par-dessus une planche avec le côté court devant, il serait donc agréable que des pièces telles que les têtes de broches longues soient parallèles aux côtés longs.

Déterminez les quantités que votre planche va être construite, la région géographique et utilisez les pièces et les matériaux appropriés pour ces conditions.

Vous pouvez avoir une planche fabriquée en Chine en grande quantité avec un design "américain" ou "européen", mais cela ne sera pas optimal. Il est préférable d'utiliser des pièces largement disponibles et bon marché sur ce marché (ce qui peut signifier utiliser des pièces de génération antérieure, des pièces courantes dans des produits de consommation ou des pièces modernes que vous ne connaissez pas et que vous n'avez pas de fiche en anglais, car le fabricant n’a aucun intérêt à vendre moins de 50 000 pièces à la fois). Vous pouvez choisir d’utiliser un panneau en papier phénolique perforé pour une partie de la conception et un panneau multicouche sophistiqué pour les autres parties.

Si le volume est assez important, oubliez le second fournisseur, le seul point important est de savoir dans quelle mesure vous pouvez réduire les coûts. Le produit peut toujours être redessiné. Le temps d'ingénierie est libre, relativement parlant. Vous devrez peut-être utiliser des microcontrôleurs bizarres avec des systèmes de développement peu maniables pour économiser quelques sous, mais vous jugerez peut-être judicieux de négocier un prix très bas sur un micro haut de gamme afin de pouvoir tirer parti des logiciels open source et de leur vitesse. le développement. Les coûts deviennent beaucoup plus faibles lorsque les volumes deviennent vraiment importants - je me souviens qu'il était possible d'obtenir un DSP très impressionnant pour environ 1/20 du prix du 100 chez Digikey car le fabricant était motivé pour percer sur ce marché et que le montant total était encore attrayant pour eux. Ils peuvent même fournir le logiciel.

Si les volumes ne sont pas énormes, vous devez vous préoccuper de la disponibilité à long terme des produits (consulter l'historique des performances ainsi que le prix), répartir les risques en faisant appel à plusieurs fournisseurs, etc. Faites attention aux technologies associées à la forte volatilité. ou des produits à la mode. Six mois pourraient être longs dans la vie de certains produits.

Ne succombez pas à la tentation et utilisez des composants de qualité médiocre: reconstruire une réputation coûte très cher. Cela s'applique particulièrement aux pièces électromécaniques. Assurez-vous que toutes les approbations requises des agences de sécurité sont authentiques et à jour. Assurez-vous d’utiliser des fournisseurs appropriés pour l’assemblage: si vous avez une commande unique de 20 000 pièces, vous n’allez pas intéresser un fournisseur de premier plan, à moins que vous ne connaissiez un récit vraiment convaincant risque d’embarras minime) et économiser de l’argent sur un atelier de montage à tarif réduit peut être très douloureux lorsque vous voyez les résultats. Si les composants peuvent impliquer des brevets, assurez-vous que les licences requises sont en place et que les paiements de redevances sont à jour.

La conception défensive s'applique à toutes les phases du cycle de vie du produit.

Voici quelques-unes des phases que votre produit pourrait rencontrer:

prototypage

Il est bon de laisser des tampons supplémentaires pour des composants de valeurs différentes pendant les premières phases d’un prototype. Cependant, au fur et à mesure que votre conception sera achevée, le panneau devrait commencer à ressembler exactement à celui "produit en série". Cela peut être particulièrement important pour les circuits haute fréquence ou haute puissance où la forme et la taille du cuivre sur une carte à circuit imprimé est tout aussi importante que les éléments soudés. N'oubliez pas de créer une petite série de cartes en utilisant exactement la même disposition et le même composant que votre série de production à grande échelle.

fabrication

Comme mentionné, vous devez prendre en compte les processus de fabrication. Ceci s’applique également aux circuits imprimés multicouches, notamment les couches intérieures:

Le cuivre est gravé avec une solution, qui doit ensuite s'écouler avant que la couche suivante ne le recouvre, sinon vous aurez un agent d'attaque piégé à l'intérieur de votre carte. C'est terriblement difficile à déboguer plus tard, car il est complètement invisible et ne risque pas d'échouer immédiatement.

Ainsi, lorsque vous étalez les couches intérieures d'une planche, évitez les poches ou les barrages qui pourraient piéger l'agent d'attaque et l'empêcher de s'écouler correctement.

livraison

Combien de fois la conception change-t-elle de mains pendant le processus de construction? Si une entreprise fabrique des cartes de circuit imprimé, une autre, des composants et une troisième, place l'ensemble de la carte dans un boîtier, minimisez le risque de défaillance en raison de l'emballage et du déballage répétés. Cela peut signifier des choses comme

• Utilisez des connecteurs de profil bas (les bras de levier courts sont plus difficiles à accrocher sur du papier bulle)
• Donnez aux techniciens de l’assemblage quelque chose à saisir, pour qu’ils ne prennent pas le panneau par quelque chose qui pourrait se rompre.
• Rendez-le facile à envelopper. Les rectangles sont plus faciles à emballer que les autres formes, ce qui signifie qu'ils seront plus susceptibles d'arriver sans encombre à la prochaine destination.

Toutes les bonnes réponses ici déjà. Juste pour ajouter mon 2c sur la conception pour le débogage / réparation. C'est un fait de la vie qu'il peut y avoir des unités qui sont RMA en aval (interne ou externe). Tout comme il est bon de rendre une unité facile à assembler, il est également bon de faciliter le désassemblage d’une unité afin de réduire le temps de traitement de ces unités RMA.

À titre d’exemples de décisions de conception, il peut être judicieux d’utiliser une balance pour l’utilisation de composants SMA plus petits, car les plus petits sont bien sûr plus difficiles à manipuler et à placer manuellement lorsque tous les autres composants sont déjà en place. De même, le fait de placer des objets trop proches les uns des autres peut entraîner des dommages thermiques lors de l’enlèvement et du remplacement de composants à proximité, ce qui entraîne la nécessité de remplacer deux composants ou plus, même si un seul d’entre eux est défaillant.

Une autre solution consiste à réduire la taille des déversements dissipant la chaleur à la taille requise. Encore une fois lors du retrait et du remplacement de pièces, si le patin de pièce est connecté à un circuit imprimé inutilement volumineux ou à une autre fonction de dissipation de chaleur, le pistolet thermique devra être appliqué plus longtemps, permettant ainsi la possibilité de composants endommagés à proximité ou de surfaces / couches de carte endommagées, ce qui signifie remplacer l'unité complètement.

Des ensembles de composants excessivement limités ou concentrés compliqueront également les réparations, par exemple si un composant bloque l'accès à un composant à remplacer ou empêche simplement l'accès pour une vérification manuelle.

Le second sourcing joue également un rôle important dans le travail de RMA pour les produits fabriqués en série qui doivent être fabriqués pendant un certain temps.

Ces considérations sont bien entendu quelque peu secondaires par rapport aux contraintes imposées par DFM et à la fonctionnalité et à la conception physique globale du produit, mais elles doivent néanmoins être prises en compte pour tout produit susceptible d'être vendu en masse.