Bereit zum Skalieren? Zeit, Ihr PCB-Design zu optimieren

Ich habe kürzlich eine ausgezeichnete Frage auf meinem LinkedIn erhalten, und diese bezieht sich darauf, wie Designer und Einkaufsleiter zusammenarbeiten müssen, um ein Design für die Skalierung vorzubereiten. Die Vorproduktionsprüfung und Skalierung in die Serienproduktion umfassen viele Dimensionen des Design-Tests, der Bewertung und der Modifikation. Angenommen, alles im Design hat die Überprüfung bestanden und es sind keine weiteren Prototypen-Durchläufe erforderlich, dann können Sie anfangen, zu optimieren und das Design hinsichtlich Kosten, Leistung, Größe, EMI, thermischen Eigenschaften und wahrscheinlich vielen anderen Bereichen zu gestalten.

Drehen Sie die Lautstärke auf

Die erste Frage, die Sie sich wahrscheinlich bezüglich der Serienproduktion stellen sollten, ist sehr einfach: Was ist Ihr erwartetes Produktionsvolumen?

Ich bin überrascht, wie oft ich einen Vertragsentwurf beginne, nur um herauszufinden, dass der Kunde sein erwartetes Produktionsvolumen nicht festgelegt hat. Ich verstehe, dass es manchmal von den Verkaufszahlen abhängt, aber eine vernünftige Schätzung ist immer hilfreich. Dies wird wichtig, wenn wir beginnen, Kostennachlässe bei bestimmten Komponenten zu betrachten, mögliche Teiletausche basierend auf Leistung und Zuverlässigkeit oder Designänderungen, die erforderlich sind, um Zuverlässigkeitsstandards zu erfüllen.

Einige der größten Bereiche für Kosteneinsparungen beim Kauf in großen Mengen finden Sie unten. Die große Herausforderung bei der Produktion in großen Mengen besteht darin, diese Bereiche anzugehen, ohne die Produktionsausbeute, Qualität und Zuverlässigkeit zu beeinträchtigen.

Diese Liste zeigt gängige Bereiche, in denen Sie möglicherweise aufgefordert werden, Kosten zu senken, um ein Budget einzuhalten oder die Preisgestaltung eines Produkts wettbewerbsfähiger zu machen. Die Herausforderung in den oben genannten Fällen besteht jedoch darin, Qualitätsprobleme zu vermeiden und Zuverlässigkeit zu gewährleisten. Bei der Produktion in großen Mengen ist es oft der Fall, dass wir nach einer technisch akzeptablen Lösung zum niedrigsten Preis (LPTA) suchen. Lassen Sie uns nun einige einfache Beispiele betrachten, die veranschaulichen, wie wir uns auf die Massenproduktion vorbereiten können.

Zusammenlegung von Teilenummern

Dies sollte der offensichtlichste Ausgangspunkt sein, um Kosten zu reduzieren, während möglicherweise die Zuverlässigkeit und Qualität des Endprodukts verbessert werden. Die Konsolidierung von Teilenummern bedeutet, eine einzige Teilenummer über die Stückliste so weit wie möglich zu verwenden. Dies korrekt zu tun, kann beinhalten, Passive in Serie oder parallel zu schalten, um Ziel-Designwerte zu erreichen, einen Typ von Stiftleisten zu verwenden, usw. Dies ermöglicht Ihnen Zugang zu Mengenrabatten bei Komponenten, und diese Einsparungen können sich schnell summieren, wenn Sie sich einige Komponenten wie diskrete Halbleiter und Steckverbinder anschauen.

Octoparts Datenbank zeigt Preisnachlässe für Großeinkäufe entlang der gesamten Lieferkette.

Konsolidierung von Bauteilpaketen

Beim Abschluss des Boards können Sie weitere Mengenrabatte erhalten, ohne die Zuverlässigkeit zu beeinträchtigen, indem Sie auf eine einzige Paketgröße konsolidieren, insbesondere bei Passiven. Es ist üblich, gemischte Paketgrößen auf einer PCB zu sehen, und dies wird in der Regel aus Gründen der Leistungsbewertung gemacht. Aber wenn Sie wissen, dass bestimmte Teile keine so hohe Leistungsbewertung benötigen, könnten Sie Passive mit gängigen Werten auf kleinere Pakete umstellen. Dies könnte Sie über die nächste Hürde von Mengenrabatten bringen und erfordert minimale Änderungen am PCB-Layout.

PCB-Materialien

Die Materialien in Ihrer PCB verursachen immer einige Kosten, aber sie werden der Hauptfaktor für Leistung und Zuverlässigkeit sein. Wenn Ihr Board kein fortgeschrittenes FR4-Laminat, hoch TG-Material, hoch CTI-Material oder PTFE benötigt, dann spezifizieren Sie es nicht in Ihrem Aufbau. Denken Sie über die Betriebsumgebung nach, in der das Board existieren wird, bevor Sie teurere Materialien für den Stapelaufbau auswählen.

Dasselbe gilt für Oberflächenveredelungen. In dem Moment, in dem Sie ein Edelmetall in Ihre Oberflächenveredelung einfügen, werden Sie einen Kostenanstieg sehen. Wenn dies nicht für Leistung oder Zuverlässigkeit benötigt wird, dann bleiben Sie bei ImSn, HASL oder Sn-Pb-Legierungsbeschichtung.

Goldbasierte Beschichtungen auf einer PCB erhöhen die Kosten erheblich, sind aber für die Zuverlässigkeit sehr zu bevorzugen.

Oberflächenbeschichtungen und zusätzliche Materialien wie konforme Beschichtungen erhöhen ebenfalls die Kosten. Sie könnten ein großer Faktor für die Zuverlässigkeit oder Funktionalität sein, also seien Sie vorsichtig, bevor Sie zu einem kostengünstigeren Material wechseln oder ein Material eliminieren. Halten Sie Ihre Materialauswahl innerhalb der LPTA-Philosophie, wenn Kosten ein wesentlicher Wettbewerbsfaktor für Ihr Produkt sind.

Merkmale des nackten Boards

Während der Produktion wird jede Platine vielen Inspektionen und Tests unterzogen, um sicherzustellen, dass sie korrekt gefertigt wurde. Doch bevor eine Platine in die Produktion geht, liegt es in Ihrer Verantwortung, mehrere Prototypen zu testen, um eventuelle Mängel an der Platine zu identifizieren, die wiederholt auftreten können. Ihr Team muss diese gründlich im Rahmen der Vorproduktionsplanung angehen.

Wenn das Qualitätsteam Ihres Auftragsfertigers wiederholt Mängel feststellt, werden sie zurückkommen und Ihnen von diesen Mängeln berichten, damit das Design verbessert werden kann. Es ist schwer zu verallgemeinern, welche die häufigsten Mängel bei einem Aufbau sind, aber einige dieser häufigen Mängel könnten sein:

• Unzureichendes Lötzinn oder zu viel Lötzinn
• Brückenbildung über Pads
• Lötstopplack-Splitter, die abbrechen
• Brückenbildung oder Kurzschlüsse innerhalb der PCB
• Schlechte Verbindungen zu Pads (Tombstoning, Head-in-Pillow usw.)

Zu einem bestimmten Zeitpunkt habe ich jeden der Mängel auf dieser Liste gesehen. Die Fälle, in denen ich diese erlebt habe, sind, wenn die Merkmale der Platine zu aggressiv für die Fähigkeiten sind oder wenn ein Landmuster nicht korrekt für den Pinabstand des Bauteils entworfen wurde (oder beides). Der einfachste Ansatz hier ist, die Grenzen der Platinenmerkmale in den Fähigkeiten Ihres Herstellers zu betrachten und einen Sicherheitsabstand anzuwenden; dies kann viele der einfacheren Qualitätsprobleme, die in der Montage gefunden werden, ansprechen.

Interne NFPs mit geringem Pad-zu-Plane-Abstand könnten die Chance eines Kurzschlusses erhöhen.

Teiletausch

Im Laufe Ihrer Prototypentests haben Sie möglicherweise einige Teiletausche identifiziert, die notwendig sind, um die Zuverlässigkeit zu gewährleisten. Ich denke, das häufigste davon ist die Notwendigkeit, die Temperaturgrenze für bestimmte Teile zu erhöhen, was definitiv etwas ist, das ich erlebt habe.

Ein weiterer Bereich, in dem es Möglichkeiten für Teiletausche gibt, ist das Präzisionsniveau für bestimmte Komponenten wie Passive. Einige Passive müssen sehr hohe Präzisionswerte haben, wie z.B. wenn sie für Präzisionsmessungen verwendet werden und ihre Werte Teil einer Berechnung sind. Wahrscheinlich das häufigste Beispiel ist bei Präzisionsmessungen in einem ADC.

Wenn Sie eine Menge 1% Präzisionsteilenummern auf der Platine haben, wo Sie sie nicht benötigen, tauschen Sie sie gegen Komponenten mit 5% oder lockererer Toleranz aus. Dies wird auch die Kosten reduzieren. Solange es bei den richtigen Teilen gemacht wird, werden Sie keinen Effekt auf die Zuverlässigkeit sehen.

Produktionsplanung

Alles bisher Fokussierte liegt auf der Leiterplatte und der PCBA, aber es gibt noch viel mehr, was in die vollständige Produktion eines elektronischen Geräts einfließt und nicht nur die Leiterplatten. Die Produktfertigung erfordert oft die Zusammenarbeit mit einem Hersteller für das Gehäuse, Kabel und Verkabelung, Steckverbinder und sogar die Produktverpackung; es gibt keine Einrichtung, die alles macht. Nicht alle Leiterplattenhersteller werden dabei unterstützen, stattdessen müssen Sie mit einem anderen Hersteller zusammenarbeiten, um diese Aufgaben zu erfüllen.

Auch die Logistik ist ein wichtiger Punkt. Jemand muss die Koordination der Lieferung all dieser verschiedenen Materialien und Teile übernehmen. Unternehmen, die zum ersten Mal skalieren, müssen möglicherweise auch eigene interne Qualitätskontrollmaßnahmen für das fertige Produkt implementieren, und auch dafür ist ein gewisser logistischer Aufwand erforderlich.

Wenn ein Unternehmen beschließt, ein Produkt auf den Markt zu bringen, wird es eine Menge Vorproduktionsplanung geben, die über die Leiterplatten/PCBAs hinausgeht. Betrachten Sie mit Ihrem Team alle oben genannten Bereiche, einschließlich der logistischen Aspekte. Entscheiden Sie, was intern bleibt und was ausgelagert wird. Dies kann sogar die Produktion oder Montage von kundenspezifischen Komponenten wie maßgeschneiderten Transformatoren und Steckverbindern umfassen. Eine frühzeitige Planung vereinfacht diesen gesamten Prozess und hilft Ihnen, schnell mit hochwertigen Produkten auf den Markt zu kommen.

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