¿Cómo pasar de novato a manufacturado?

Solo para que sepas lo que está por venir ...

Si desea pasar de hacer una placa de prueba o prototipo construido a mano a un PCB real, tiene muchas horas y un costo de varios cientos a unos pocos miles de dólares frente a usted, dependiendo de cuánto desee. para hacer usted mismo.

Captura esquemática y diseño de PCB

En primer lugar, necesita capturar su diseño utilizando algún tipo de programa de captura esquemática y luego diseñar una PCB. Uno de los programas más populares es EAGLE , que uso. Tienen una versión EAGLE Light ($ 49), pero solo se puede usar para esquemas con una hoja (cualquier tamaño), dos capas de señal y un área de enrutamiento de 100x80 mm (aproximadamente 4 "x3"). Para cualquier trabajo serio, necesita al menos la versión estándar de EAGLE, que cuesta $ 747. Probablemente hay otras alternativas menos costosas (incluso gratis). Hay muchos otros que cuestan miles o decenas de miles de dólares. En cualquier caso, tendrá que pasar un tiempo considerable aprendiendo a usar el programa.

O puede pagarle a alguien como yo para que lo haga por usted ($$ / hora).

Fabricación de PCB

Hacer tableros es el siguiente paso de un fabricante de PCB . El problema aquí es el costo de NRE (ingeniería no recurrente). Algunas casas de juntas tratan esto como una figura separada, y otras lo incorporan en su presupuesto por junta. En cualquier caso, casi nunca es económico tener unas pocas tablas hechas. Podría gastar $ 100 en dos tablas, y $ 500 en 25. Es necesario tener cantidades realmente grandes para obtener unos pocos dólares por tarjeta.

El gotcha es, si crea 25 tableros, rellene solo un par de ellos para probarlos y descubra que no funcionan (y no hay una solución fácil, por ejemplo, porque colocó un conector al revés), podría termine tirando los otros 23 tableros en blanco y usted hubiera estado mejor con solo dos. Tengo pilas de PCB en blanco como evidencia de este fenómeno.

Asamblea de PCB

A menos que esté dispuesto a construir los tableros a mano, tendrá que ensamblarlos. Los paquetes de montaje en superficie son difíciles de tratar. Si la placa tiene paquetes BGA o QFN, probablemente no podrá construirlos usted mismo a menos que tenga su propio horno de reflujo.

Hacer que las dos primeras tablas sean construidas por un casa de ensamblaje puede costar $ 500. Mientras que conseguir 25 construidos podría costar $ 1200. (Una vez más, el problema aquí es el costo de la NRE). Reducir a unos pocos dólares por placa requiere (nuevamente) grandes cantidades.

Y alguien más ya ha discutido el problema de obtener partes.

Asegúrese de usar piezas que estén fácilmente disponibles: si DigiKey y Mouser tienen cientos de piezas disponibles, debería estar bien. Si, por el contrario, lo tienen en su catálogo, pero actualmente está agotado, intente encontrar algo más. Si necesita algunas piezas especiales que no son transportadas por DigiKey o Mouser, asegúrese de tener una fuente confiable antes de incorporarla en su producto. (Nota: cuantas más partes inusuales use, más probabilidades tendrá de agregarlas manualmente a la biblioteca de piezas de PCB).

Casos personalizados

¿Quieres poner tu tabla en un estuche? Si necesita diseñar un estuche personalizado, será un par de personas para el diseñador que usa un programa como SolidWorks (no hacer eso, pero puedo recomendar a alguien que pueda). Para comenzar, si va a hacer solo unos pocos casos, probablemente deba usar prototipos rápidos, como Sinterización selectiva por láser (SLS). Calcule al menos $ 100 por caja en pequeñas cantidades. Para obtener un costo de unos pocos dólares por caja, necesita tener un molde personalizado hecho. NRE otra vez! Planea gastar $ 10,000 o más para el molde.

Y ni siquiera comenzaré con las pruebas de EMC o EMI, ya que no sé si se aplica a su producto.

Como se puede ver en todo esto, hasta que entra en producción, el costo de las partes electrónicas generalmente no es el artículo más grande en una base por placa. Hacer su propio montaje para pequeños volúmenes le ahorrará mucho dinero. Por lo tanto, es importante diseñar con eso en mente, no es imposible soldarlas a mano.

Para obtener precios realmente bajos para un gran volumen, generalmente necesita ir a la costa, China, etc. Pero al principio evitaría hacerlo.

He seguido esta ruta en los últimos años y ahora estoy vendiendo pequeñas cantidades de mis diseños. Elegí los microcontroladores Microchip desde el principio y me he quedado con ellos, pero Arduinos y los microcontroladores AVR parecen una solución igualmente buena.

Diseño de PCB

Para el diseño de PCB, puedo recomendar Eagle: nunca pasé de la versión Light, ya que solo estoy construyendo tablas bastante pequeñas. Le permite agregar sus propias partes, que necesitará en algún momento. Realiza el enrutamiento automático de las pistas de PCB, aunque me doy cuenta de que lo estoy usando menos a medida que pasa el tiempo, en parte porque estoy creando tablas con limitaciones de espacio muy ajustadas y estoy constantemente jugando con la ubicación de las partes y la ruta para que todo esté empaquetado Proporciona una verificación contra las reglas de diseño, lo que ayuda a detectar errores en su diseño. Hay mucho que aprender, pero con el tiempo lo dominarás y los tableros se pueden fabricar a partir de tus archivos digitales.

Fabricación de PCB

Construyo mis propios tableros prototipo y luego los hago profesionalmente una vez que haya pasado el prototipo inicial. Prototipo de tableros de doble cara con la película de transferencia Press-n-Peel y una impresora láser. Rutinariamente hago tableros con los pequeños paquetes de montaje en superficie QFN con espacio de separación de 0,5 mm. Es complicado pero se puede hacer con cuidado. Los costos de los tableros hechos profesionalmente han sido de entre $ 3 y $ 10 por cantidades de alrededor de 100.

montaje de PCB

Con bastante éxito hago soldadura por reflujo usando una sartén eléctrica. Toma un poco de cuidado, pero es razonablemente confiable y bastante rápido. La parte más lenta es obtener la pasta de soldadura en el tablero, aunque si te tomas la molestia de hacer una máscara de soldadura que también se puede hacer más fácil. Con frecuencia uso paquetes sin plomo como QFN porque son pequeños y no tienen demasiados problemas con ellos. Los paquetes con cables pueden soldarse a mano si lo desea, pero creo que es más rápido utilizar pasta de soldadura y reflujo en la sartén.

Una vez que haya alcanzado un volumen significativo, querrá pasar a pagarle a otra persona para que haga el montaje por usted. No he hecho esto todavía, pero se han cotizado en el orden de $ 6500 para 30 tablas, por lo que las partes cuestan alrededor de $ 80. Por lo tanto, el costo adicional no es insignificante, sino que depende de cómo le cueste su tiempo hacer el montaje por sí mismo :)

Además de la inversión (grande) de tiempo, mi mayor inversión individual probablemente ha sido un osciloscopio digital USB y un analizador lógico de Bitscope. ¡Es invaluable para resolver lo que realmente está sucediendo, a diferencia de lo que cree que debería ocurrir!

La optimización prematura es la raíz de todo mal.

El Arduino es un buen lugar para comenzar. No te preocupes por la producción en masa todavía. Una vez que tenga un par de diseños en su haber, tendrá una mejor idea de lo que necesita hacer.

Aprender nuevo hardware es parte del juego aquí. No trates de evitarlo. Cuanto más conozcas, mejor ingeniero serás.

Vea este video que destaca las diferencias entre software y hardware:

El hardware lo cortará (continúa el lenguaje NSFW)

Mitch Altman, diseñador de TV-B-Gone, dio una charla en The Next Hope sobre cómo llevar tu proyecto de la idea a la realidad.

Aquí está el MP3 .

  

Mitch ha traído a su mascota personal   proyectos (incluyendo TV-B-Gone   controles remotos universales) desde la idea   A la realidad, y tiene la fortuna de hacer un   viviendo haciendo lo que ama Mitch lo hará   esbozar los pasos prácticos que tomó para   traer sus proyectos de una mera idea,   a través de los pasos de la investigación,   Desarrollo, fabricación, venta y   distribución, llevando, finalmente, a   recogiendo cheques en la comodidad   de su casa (y mientras viaja el   mundo). Esta charla también mostrará algunos   de las trampas de correr el propio   negocio.

Dave Jones ha publicado un tutorial sobre diseño de PCB de gran volumen:

enlace

Para la fabricación de PCB, puedes hacer muchos prototipos en el tablero de madera y el tablero de pan y saltar directamente a PCB profesionales para las unidades de "producción", uso a estos chicos y estoy muy feliz: enlace Seeed usa la misma fábrica que el precio al mismo precio.

Para el diseño de PCB, no inviertas mucho tiempo en EAGLE, ya que tiene varias limitaciones en la versión gratuita y es bastante torpe y difícil de usar, en vez de eso, mire bien a kicad y geda, ambos son software libre y más capaces que EAGLE.

Yo también soy un novato, así que tome esto con granos de sal, pero lo he investigado mucho durante el último mes, por lo que espero aportar una buena perspectiva para las necesidades de los novatos. Esto es lo que he descubierto:

NOTA: Estoy usando un par de siglas (PCB, SMD, etc.). No he escrito a propósito lo que estos significan, ya que definitivamente también necesitarás conocer estos conceptos íntimamente.

1. Debes pasar del prototipo (Arduino?) a la versión PCB. En primer lugar, vea estos dos videos de EEVBlog: Video 1 , Video 2
2. Pasar de la versión de prototipo a PCB significa cambiar de componentes de orificio pasante a componentes de SMT, y de un Arduino completo a una solución de chips barebones. La buena noticia es que todavía puedes programarlo como un Arduino. Consulte esta publicación del blog para saber cómo hacerlo. Si su proyecto es lo suficientemente simple, use ATTINY (45 u 85) en lugar de ATMEGA328p. Consulte esta publicación de MIT Lab para obtener información sobre cómo hacerlo.
3. Construya su prototipo no-arduino usando una placa de pruebas u otra herramienta de creación de prototipos como lo hace normalmente. Puede encontrar las piezas que necesita utilizando Octopart . Una muy buena cosa para usar es su función de lista de materiales.
4. Ahora descubra cuánto costarán sus componentes al hacer una lista de materiales (Lista de materiales). Utilice Octopart para encontrar el precio y el mejor lugar para comprar sus piezas.
5. Una vez que su prototipo se hace de esta manera, es hora de convertirlo a una versión de PCB. Puede usar Fritzing para los esquemas de PCB y los archivos Gerber para la fabricación de PCB si su placa es lo suficientemente simple. De lo contrario, utilice un programa como EAGLE o kiCAD .
6. Haga su PCB y solde los componentes a mano. Aquí hay un video con una buena técnica para piezas SMD . Para obtener aún más información (la necesitaba toda) aquí tienes .
7. Después de soldar, PRUEBA OBSESIVAMENTE. No desea comprar 500 fabricados solo para descubrir que ha cometido un error y ninguno de ellos funciona. Fritzing producirá tablas únicas hechas con su programa. Costarán alrededor de 40-50 $. No es barato, pero este es un prototipo, después de todo. También puede hacer la PCB utilizando el proceso de press-n-peel. Aquí hay un buen video .
8. ¡ENORME! Es posible que tenga que obtener su junta certificada. Este es un proceso largo y costoso.
9. Una vez que tenga confianza en su PCB, Seeed studio fabricará (no solo PCB, toda la placa) para pequeñas cantidades (100-1000) a precios razonables, a través de sus Propagate .

Echa un vistazo a SeeedStudio , parecen proporcionar muchas herramientas para ayudando a alguien a lanzar un proyecto HW.

No estoy claro si lo que le preocupa son los aspectos técnicos o los aspectos comerciales?

Puede que sea un poco acosado con respecto a los "aficionados", pero dudo seriamente que el mundo necesite más subsistemas robóticos que no sean de calidad realmente industrial.

Existen instalaciones de producción de subcontratos para cada volumen desde 1 a millones, y se pueden hacer cosas como PCB en cada escala de tiempo desde el día siguiente hasta las semanas. Mi experiencia en la producción electrónica es que el suministro de componentes es uno de los mayores problemas, a menos que tenga los volúmenes suficientes para que los fabricantes de componentes funcionen para usted. Hoy en día, para las partes de bajo valor, habrá volúmenes muy altos y serios.

Tal vez debería aclarar su pregunta un poco: ¿planea diseñar dispositivos de manera especulativa y fabricarlos, luego colocarlos en el mercado abierto?

Si está buscando un inicio fácil y barato para la programación de microcontroladores, un buen lugar para comenzar sería usar el nuevo kit de herramientas de desarrollo Launchpad de TI. Launchpad

En mi opinión, esto cuesta solo $ 5 y es bastante fácil de aprender.

Ya hay mucha información excelente sobre la fabricación y el ensamblaje de PCB. Transmitiré algunas de mis propias opiniones. Puede ir a una casa de ensamblaje, pero le costará a usted, especialmente el costo inicial de la plantilla. Si decide reunirse en casa, encontrará que es sorprendentemente fácil para soldar IC grandes ( FPGAs, microcontroladores, RAMs, etc.) pero las piezas de montaje en superficie con solo 2 o 3 conexiones son difíciles de tratar. Una cosa sobre el uso de componentes de orificio pasante para esas pequeñas cosas. Personalmente, he evitado intentar soldar cualquier tipo de matriz de bola. Tal vez debería intentar curarme de eso, pero no es un problema urgente para mí.

Si fuera a hacer un gran volumen (piense en millones), haría "diseño para la fabricación" para optimizar su diseño para que sea fácil y barato de construir y probar. Piénselo, si un ingeniero de fabricación pudiera reducir 2 centavos del costo de fabricación por 1,000,000 de unidades, entonces usted tiene un gran ahorro.

Para 500 unidades, eres un volumen relativamente bajo. Aquí hay una buena presentación, Haga sus cosas - Tokio abierto presentación de hardware , por Prototipos peligrosos . Básicamente, afirman que en el nivel en el que estás hablando eres demasiado pequeño para construir los tableros y debes usar una casa de cumplimiento como ellos ( Seeed Estudios ). Pasan por los pasos involucrados y lo que necesitas. El cubierta de diapositivas también está disponible para descargar.