Bagaimana beralih dari pemula ke manufaktur?

Saya seorang pria perangkat lunak yang ingin masuk ke sisi perangkat keras sehingga saya dapat menikmati kreativitas yang sama dari desain perangkat lunak di dunia fisik.

Saya telah menemukan banyak posting di sini mengenai bagaimana untuk "bangkit dan menjalankan" di dunia elektronik, tetapi saya ingin tahu apakah ada gotcha ketika memulai perjalanan ini jika tujuan Anda adalah untuk berpotensi memiliki perangkat yang diproduksi di masa depan. (mungkin solusi robotik-sentris, papan yang akan mengontrol servos, sensor, dll).

Saya ingin memastikan bahwa di mana pun saya mengarahkan fokus saya, saya tidak akan "belajar sendiri ke sudut", jadi untuk berbicara.

Saya telah membaca hal-hal baik tentang fleksibilitas dan sifat mudah dipelajari dari perangkat Arduino, tetapi kesulitan menemukan apa pun tentang membuat mereka diproduksi. Adakah produsen yang dapat menghasilkan solusi berbasis Arduino? Volume produksi seperti apa yang tersedia untuk sesuatu yang menggunakan Arduino?

Apa bidang / perangkat elektronik yang dapat diprogram yang terbaik untuk diproduksi?

Adakah tips atau info tentang belajar dan merancang dengan mempertimbangkan manufaktur? Adakah tip umum untuk seorang pemula?

Hanya untuk memberi tahu Anda apa yang ada di depan ....

Jika Anda ingin beralih dari membuat papan tempat memotong roti buatan tangan atau prototipe ke PCB sebenarnya, Anda memiliki banyak waktu dan di mana saja dari beberapa ratus hingga beberapa ribu dolar di depan Anda, tergantung pada seberapa banyak Anda bersedia melakukannya sendiri .

Penangkapan skematis dan tata letak PCB

Pertama-tama Anda perlu menangkap desain Anda menggunakan semacam program penangkapan skematis, dan kemudian merancang PCB. Salah satu program yang lebih populer adalah EAGLE , yang saya gunakan. Mereka memiliki versi EAGLE Light ($ 49), tetapi hanya dapat digunakan untuk skema dengan satu lembar (ukuran apa pun), dua lapisan sinyal, dan area perutean 100x80mm (kira-kira 4 "x3"). Untuk pekerjaan serius, Anda memerlukan setidaknya versi EAGLE Standard, yang berharga $ 747. Mungkin ada alternatif lain yang lebih murah (bahkan gratis). Ada banyak lainnya yang harganya ribuan atau puluhan ribu dolar. Bagaimanapun, Anda harus menghabiskan banyak waktu untuk belajar bagaimana menggunakan program ini.

Atau Anda dapat membayar seseorang seperti saya untuk melakukannya untuk Anda ($$ / jam).

Fabrikasi PCB

Membuat papan dibuat adalah langkah selanjutnya oleh perakit PCB . Masalahnya di sini adalah biaya NRE (teknik non-berulang). Beberapa rumah dewan memperlakukan ini sebagai angka yang terpisah, dan yang lain membangunnya menjadi kutipan per papan mereka. Bagaimanapun, hampir tidak pernah ekonomis untuk membuat hanya beberapa papan. Anda mungkin menghabiskan $ 100 untuk dua papan, dan $ 500 untuk 25. Anda harus memiliki jumlah yang sangat besar untuk turun hanya beberapa dolar per papan.

Gotcha adalah, jika Anda membuat 25 papan, mengisi hanya beberapa dari mereka untuk pengujian dan menemukan mereka tidak berfungsi (dan tidak ada perbaikan yang mudah - misalnya karena Anda meletakkan konektor ke belakang), Anda mungkin akhirnya melempar pergi 23 papan kosong lainnya dan Anda akan lebih baik hanya mendapatkan dua. Saya memiliki tumpukan PCB kosong sebagai bukti fenomena ini.

Majelis PCB

Jika Anda tidak ingin membuat papan dengan tangan, Anda harus membuatnya. Paket-paket pemasangan permukaan sulit untuk ditangani. Jika papan memiliki paket BGA atau QFN, Anda mungkin tidak akan bisa membuatnya sendiri kecuali Anda memiliki oven reflow sendiri.

Membangun dua papan pertama Anda dengan rumah perakitan mungkin berharga $ 500. Sedangkan mendapatkan 25 dibangun mungkin berharga $ 1.200. (Sekali lagi, masalahnya di sini adalah biaya NRE.) Untuk turun hanya beberapa dolar per papan memerlukan (lagi) jumlah besar.

Dan orang lain sudah mendiskusikan masalah mendapatkan bagian.

Pastikan Anda menggunakan bagian-bagian yang sudah tersedia - jika DigiKey dan Mouser memiliki ratusan bagian yang tersedia, Anda seharusnya baik-baik saja. Jika sebaliknya, mereka memilikinya di katalog, tetapi saat ini stoknya habis, coba cari yang lain. Jika Anda memerlukan beberapa bagian khusus yang tidak dibawa oleh DigiKey atau Mouser, pastikan Anda memiliki sumber yang dapat dipercaya sebelum memasukkannya ke dalam produk Anda. (Catatan: semakin banyak bagian yang tidak biasa Anda gunakan, semakin besar kemungkinan Anda harus menambahkan bagian secara manual ke perpustakaan bagian PCB Anda.)

Kasus Kustom

Apakah Anda ingin memasukkan papan Anda ke kasing? Jika Anda perlu memiliki casing khusus yang dirancang, itu akan menjadi pasangan Anda untuk desainer menggunakan program seperti SolidWorks (saya tidak melakukan itu, tetapi dapat merekomendasikan seseorang yang bisa). Jika Anda akan membuat beberapa kasus saja, Anda mungkin perlu menggunakan prototyping cepat, seperti Selective Laser Sintering (SLS). Bayangkan setidaknya $ 100 per kas dalam jumlah kecil. Untuk turun ke beberapa dolar per biaya kasus, Anda harus memiliki cetakan khusus. NRE waktu lagi! Berencana untuk menghabiskan $ 10.000 atau lebih untuk cetakan.

Dan saya bahkan tidak akan memulai pengujian EMC atau EMI, karena saya tidak tahu apakah itu berlaku untuk produk Anda.

Seperti yang dapat Anda lihat dari semua ini, sampai Anda mulai berproduksi, biaya komponen elektronik biasanya bukan item terbesar berdasarkan basis per papan. Melakukan perakitan sendiri untuk volume kecil akan menghemat banyak uang. Jadi, penting untuk mendesain dengan mempertimbangkan hal itu - tidak mungkin untuk menyolder bagian dengan tangan.

Untuk mendapatkan harga yang sangat rendah untuk volume tinggi, umumnya Anda harus pergi ke luar negeri - Cina dll. Tapi saya akan menghindari melakukannya pada awalnya.

Saya telah menempuh rute ini selama beberapa tahun terakhir dan sekarang menjual sejumlah kecil desain saya. Saya memilih mikrokontroler Microchip sejak awal dan telah terjebak dengan mereka, tetapi Arduinos dan mikrokontroler AVR tampaknya merupakan solusi yang sama baiknya.

Desain PCB

Untuk desain PCB saya dapat merekomendasikan Eagle - Saya tidak pernah melewati versi Light karena saya hanya membuat papan yang cukup kecil. Ini memungkinkan Anda untuk menambahkan bagian Anda sendiri, yang akan Anda butuhkan pada tahap tertentu. Itu melakukan auto-routing trek PCB, meskipun saya menemukan saya menggunakan ini kurang seiring berjalannya waktu - sebagian karena saya membuat papan dengan kendala ruang yang sangat ketat dan saya terus-menerus mengutak-atik penempatan bagian dan routing untuk mendapatkan semuanya dikemas dalam Ini memberikan pemeriksaan terhadap aturan desain, yang membantu untuk menangkap kesalahan dalam tata letak Anda. Ada banyak yang harus dipelajari tetapi Anda akan menjadi mahir dengan itu dari waktu ke waktu dan papan dapat dibuat dari file digital Anda.

Fabrikasi PCB

Saya membuat papan prototipe saya sendiri lalu membuatnya dibuat secara profesional setelah saya melewati prototipe awal. Saya membuat prototipe papan dua sisi menggunakan film transfer Press-n-Peel dan printer laser. Saya secara rutin membuat papan dengan paket pemasangan permukaan QFN kecil dengan jarak bantalan 0,5 mm - ini sedikit tetapi bisa dilakukan dengan hati-hati. Biaya untuk papan yang dibuat secara profesional adalah antara $ 3 dan $ 10 untuk jumlah sekitar 100.

Perakitan PCB

Saya cukup berhasil melakukan reflow solder menggunakan wajan listrik. Mengambil sedikit perawatan tetapi cukup dapat diandalkan dan cukup cepat. Bagian paling lambat adalah menempatkan pasta solder ke papan tulis, meskipun jika Anda repot-repot membuat topeng solder yang dapat dibuat lebih mudah juga. Saya sering menggunakan paket tanpa timbal seperti QFN karena kecil dan tidak terlalu banyak masalah. Paket dengan timah dapat disolder tangan jika Anda mau, tapi saya pikir lebih cepat menggunakan pasta solder dan reflow di wajan.

Setelah Anda masuk ke volume yang signifikan Anda akan ingin pindah ke membayar orang lain untuk melakukan perakitan untuk Anda. Saya belum melakukan ini, tetapi telah dikutip pada urutan $ 6500 untuk 30 papan, di mana bagian biaya sekitar $ 80. Jadi biaya tambahan tidak signifikan tetapi tergantung pada bagaimana Anda menghabiskan waktu untuk melakukan perakitan sendiri :)

Terlepas dari investasi waktu (besar), investasi tunggal terbesar saya mungkin adalah osiloskop digital USB dan penganalisa logika dari Bitscope - sangat berharga untuk mengetahui apa yang sebenarnya terjadi, sebagai lawan dari apa yang Anda pikir seharusnya terjadi!

Optimalisasi prematur adalah akar dari semua kejahatan.

Arduino adalah tempat yang baik untuk memulai. Jangan khawatir tentang produksi massal. Setelah Anda memiliki beberapa desain di bawah ikat pinggang Anda, Anda akan memiliki ide yang lebih baik dari apa yang perlu Anda lakukan.

Mempelajari perangkat keras baru adalah bagian dari permainan di sini. Jangan mencoba menghindarinya. Semakin Anda kenal, semakin baik seorang insinyur.

Tonton video ini yang menyoroti perbedaan antara perangkat lunak dan perangkat keras:

Perangkat keras akan memotong Anda (terdiri dari bahasa NSFW)

Mitch Altman, perancang TV-B-Gone memberi ceramah di The Next Hope untuk mengambil proyek Anda dari ide menjadi kenyataan.

Inilah MP3 .

Mitch telah membawa proyek kesayangan pribadinya (termasuk remote control universal TV-B-Gone) dari ide menjadi kenyataan, dan beruntung dapat mencari nafkah dengan melakukan apa yang ia sukai. Mitch akan menguraikan langkah-langkah praktis yang diambilnya untuk membawa proyek-proyeknya dari gagasan belaka, melalui langkah-langkah penelitian, pengembangan, pembuatan, penjualan, dan distribusi, yang akhirnya mengarahkan pengumpulan cek saat berada di kenyamanan rumahnya (dan saat bepergian dunia). Pembicaraan ini juga akan menunjukkan beberapa jebakan menjalankan bisnis sendiri.

Dave Jones telah memposting tutorial tentang desain PCB volume tinggi:

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

Untuk pembuatan PCB, Anda dapat melakukan banyak prototipe pada papan strip dan papan roti dan langsung melompat ke PCB profesional untuk unit "produksi", saya menggunakan orang-orang ini dan saya sangat senang: http://iteadstudio.com /store/index.php?main_page=product_info&cPath=19_20&products_id=175 Seeed menggunakan pabrik yang sama dengan pabrik dengan harga yang sama.

Untuk tata letak PCB, jangan menginvestasikan terlalu banyak waktu pada EAGLE karena memiliki beberapa batasan dalam versi gratis dan ini agak kikuk dan sulit digunakan, sebagai gantinya perhatikan baik-baik kicad dan geda, keduanya adalah perangkat lunak bebas dan lebih mampu daripada EAGLE.

Saya sendiri seorang pemula, jadi ambillah ini dengan butiran garam, tetapi saya telah banyak meneliti ini selama sebulan terakhir, dan karenanya saya berharap dapat membawa perspektif kebutuhan pemula yang baik. Inilah yang saya temukan:

CATATAN: Saya menggunakan beberapa akronim (PCB, SMD, dll.). Saya belum menulis apa maksudnya ini, karena Anda pasti juga perlu mengetahui konsep-konsep ini secara intim.

1. Anda harus beralih dari prototipe (Arduino?) Ke versi PCB. Pertama-tama, lihat dua video ini oleh EEVBlog: Video 1 , Video 2
2. Beralih dari prototipe ke versi PCB berarti beralih dari komponen lubang ke komponen SMT, dan dari Arduino yang lengkap ke solusi chip barebone. Berita baiknya adalah Anda masih dapat memprogramnya seperti Arduino. Lihat posting blog ini untuk mengetahui cara melakukannya. Jika proyek Anda cukup sederhana, gunakan ATTINY (45 atau 85) sebagai ganti ATMEGA328p. Lihat posting ini dari MIT Lab untuk caranya.
3. Buat prototipe no-arduino Anda menggunakan papan tempat memotong roti atau alat prototyping lainnya seperti biasa. Anda dapat menemukan bagian yang Anda butuhkan menggunakan Octopart . Hal yang sangat baik untuk digunakan adalah fitur BOM mereka.
4. Sekarang cari tahu berapa biaya komponen Anda dengan membuat BOM (Bill Of Material). Gunakan Octopart untuk menemukan harga dan tempat terbaik untuk membeli suku cadang Anda.
5. Setelah prototipe Anda selesai dengan cara ini, sekarang saatnya untuk mengubahnya menjadi versi PCB. Anda dapat menggunakan Fritzing untuk skema PCB dan file Gerber untuk pembuatan PCB jika papan Anda cukup sederhana. Kalau tidak, gunakan program seperti EAGLE atau kiCAD .
6. Dapatkan PCB Anda dan solder pada komponen dengan tangan. Ini adalah video dengan teknik yang bagus untuk komponen SMD . Untuk info lebih lanjut (saya membutuhkan semua itu) di sini Anda pergi .
7. Setelah penyolderan, UJI SECARA TERJADI. Anda tidak ingin membeli 500 yang diproduksi hanya untuk mengetahui bahwa Anda telah melakukan kesalahan dan tidak ada yang berfungsi. Fritzing akan menghasilkan papan satu kali yang dibuat dengan program mereka. Harganya sekitar $ 40-50. Tidak murah, tapi ini prototipe. Anda juga dapat membuat PCB sendiri menggunakan proses press-n-peel. Ada video bagus di sini .
8. Gotcha BESAR! Anda mungkin perlu mendapatkan BERSERTIFIKAT papan Anda. Ini adalah proses yang panjang dan mahal.
9. Setelah Anda yakin dengan PCB Anda, Seeed studio akan memproduksi (tidak hanya PCB, seluruh papan) untuk jumlah kecil (100-1000) dengan harga yang wajar, melalui program Propagate mereka .

Lihat di SeeedStudio , mereka tampaknya menyediakan banyak alat bantu seseorang untuk meluncurkan proyek HW.

Saya tidak jelas apakah itu sudut teknis yang Anda khawatirkan atau sudut bisnis?

Saya mungkin sedikit jaundice tentang 'penggemar', tapi saya benar-benar ragu dunia membutuhkan lebih banyak subsistem robot yang tidak terlalu berkualitas industri.

Fasilitas produksi sub-kontrak tersedia untuk setiap volume dari 1-off hingga jutaan-off, dan hal-hal seperti PCB dapat dibuat pada setiap skala waktu dari hari berikutnya hingga minggu. Pengalaman saya dalam produksi elektronik adalah bahwa pasokan komponen adalah salah satu masalah terbesar kecuali Anda memiliki volume yang cukup untuk membuat produsen komponen menjalankannya untuk Anda. Saat ini untuk bagian bernilai rendah, itu akan menjadi serius, volume tinggi serius.

Mungkin Anda harus sedikit memperjelas pertanyaan Anda - apakah Anda berencana untuk secara spekulatif merancang perangkat dan membuatnya, lalu menempatkannya di pasar terbuka?

Jika Anda mencari permulaan yang mudah dan murah untuk pemrograman mikrokontroler, satu tempat yang baik untuk memulai akan menggunakan toolkit pengembangan Launchpad TI yang baru. Landasan peluncuran

Hal ini harganya hanya $ 5 dan cukup mudah dipelajari menurut saya.

Sudah ada banyak informasi hebat di sini tentang PCB hebat dan perakitan. Saya akan menyampaikan beberapa pendapat saya sendiri. Anda dapat pergi ke rumah perakitan, tetapi akan dikenakan biaya, terutama biaya dimuka untuk stensil. Jika Anda memutuskan untuk berkumpul di rumah, Anda akan menemukan bahwa sangat mudah untuk menyolder IC besar (FPGA, mikrokontroler, RAM, dll) tetapi bagian pemasangan di permukaan dengan hanya 2 atau 3 koneksi sulit untuk ditangani. Hal tentang menggunakan komponen lubang untuk hal-hal kecil. Saya pribadi telah menghindar dari mencoba menyolder segala jenis bola grid array. Mungkin saya harus mencoba untuk menyembuhkan diri saya dari itu, tetapi itu bukan masalah yang mendesak bagi saya.

Jika Anda akan melakukan volume besar (pikirkan jutaan), Anda akan melakukan "desain untuk manufaktur" untuk mengoptimalkan desain Anda agar mudah dan murah untuk dibangun dan diuji. Pikirkan tentang hal ini, jika seorang insinyur manufaktur dapat memotong 2 sen dari biaya produksi untuk 1.000.000 unit maka Anda memiliki penghematan besar.

Untuk 500 unit, volume Anda relatif rendah. Berikut ini adalah presentasi yang bagus, Dapatkan barang Anda dibuat - Tokyo presentasi perangkat keras terbuka , oleh Dangerous Prototypes . Pada dasarnya mereka menyatakan bahwa pada level yang Anda bicarakan Anda terlalu kecil untuk membuat papan sendiri dan harus menggunakan rumah pemenuhan seperti yang mereka lakukan ( Seeed Studios ). Mereka melalui langkah-langkah yang terlibat dan apa yang Anda butuhkan. The Slide deck juga tersedia untuk di-download.