Tipps zur Reduzierung der Materialkosten

Einführung

Die Stückliste, oder kurz BoM, ist ein Schlüsseldokument für jedes Hardware-Designprojekt. Im Wesentlichen listet sie alle Komponenten auf, die benötigt werden, um eine fertige gedruckte Schaltkarte (PCB) zusammenzubauen. Die BoM enthält zusätzliche Informationen zu jeder Komponente, wie zum Beispiel den Komponentennamen oder -wert, den Referenzdesignator auf der PCB, den Hersteller, die Herstellerteilenummer, den Distributorlink – um nur einige zu nennen. Ein Auszug einer typischen BoM wird unten gezeigt, unter Verwendung des Stücklisten-Berichtswerkzeugs von Altium Designer.

Abbildung 1 Minimalbeispiel einer BoM

Eine BoM wird typischerweise als Excel-Tabelle oder CSV-Datei exportiert und zusammen mit anderen Fertigungsinformationen (zum Beispiel Gerber, Pick-and-Place und Montageinformationen) an einen PCB-Hersteller und Montagebetrieb gesendet, um das Design herzustellen.

Das Erstellen einer BoM scheint ein ziemlich trivialer Prozess zu sein – effektiv ist es nur eine Frage der Verwendung der BoM-Funktion Ihres ECAD-Tools, um eine strukturierte Liste aller Komponenten, die Sie in Ihrem Schaltplan und auf Ihrer PCB haben, zu exportieren. Es gibt jedoch viele Möglichkeiten, wie wir unsere BoM verbessern, ihre Kosten reduzieren und somit die Gesamtkosten für die Herstellung unseres Designs senken können. Dies wird umso wichtiger, je mehr unsere Produktionsvolumen steigen.

Die Reduzierung der BoM-Kosten sollte von Anfang an bei einem neuen Hardware-Designprojekt bedacht werden, aber in vielen Fällen können wir die BoM-Kosten auch kurz vor dem Fertigungsschritt effektiv senken.

Wenn wir versuchen, die BoM-Kosten zu reduzieren, müssen wir mehrere Aspekte berücksichtigen. Zum Beispiel die eigentlichen Kosten der Teile selbst, Beschaffungskosten und Montagekosten. Dieser Artikel wird einige Möglichkeiten aufzeigen, wie Sie Ihre BoM-Kosten reduzieren können – lassen Sie uns beginnen!

Tipp #1 – BoM-Konsolidierung

BoM-Konsolidierung, wie der Name schon sagt, ist eine Strategie, die Anzahl der einzigartigen Artikel in und somit die Gesamtlänge der BoM zu reduzieren, indem ähnliche Artikel angepasst und kombiniert werden. Eine kürzere BoM macht den Beschaffungsprozess einfacher, reduziert den Montageaufwand und die Kosten und verringert die Lagergröße – um nur einige Beispiele zu nennen.

Ein Beispiel für BoM-Konsolidierung wäre, wenn wir mehrere I2C-Schnittstellen in unserem Design haben, aber unterschiedliche Widerstandswerte für das Pull-up verwenden. Wenn der Stromverbrauch und die Geschwindigkeitsanforderungen es zulassen, könnten wir die gleichen (zum Beispiel niedrigsten der Werte) Pull-up-Widerstände für alle Busse verwenden und somit die BoM-Länge reduzieren.

Abbildung 2 Vor der BoM-Konsolidierung

Abbildung 3 Nach der BoM-Konsolidierung

Die BoM-Konsolidierung kann auch durch Entfernen redundanter Abschnitte oder Funktionen des Designs erfolgen, die nach dem Testen als nicht mehr benötigt befunden wurden.

Ein weiterer Kostenfaktor, der oben nicht erwähnt wird, ist das jährliche Produktionsvolumen von 2,2k-Widerständen im Vergleich zu 2,5k-Widerständen. Zum Beispiel vergleichen Sie diese Suchergebnisse für 2,2k-Widerstände mit diesen Ergebnissen für 2,5k-Widerstände. Der Preisunterschied ist enorm, weil 2,2k-Widerstände in viel höheren Stückzahlen hergestellt werden und daher viel günstiger sind als 2,5k-Widerstände. Eine einfache Änderung wie diese führt bei hohen Stückzahlen zu erheblichen Einsparungen.

Tipp #2 – Bauteilauswahl und Ersatzteile

Ein großer Teil der Reduzierung der BoM-Kosten kann natürlich darin bestehen, einfach günstigere Komponenten oder Komponenten, die häufiger verfügbar sind, zu wählen. Zum Beispiel könnten wir fragen: Brauchen wir wirklich 1% Toleranz-Widerstände für einen I2C-Pull-up oder ist 5% oder schlechtere Toleranz in Ordnung? Die Antwort ist höchstwahrscheinlich die letztere und könnte die BoM-Kosten senken.

Ähnlich könnte es bei bestimmten Kondensatoren in unserem Design sein, dass wir keine erweiterten Temperaturbereich-Dielektrika wie X7R benötigen und könnten mit etwas günstigeren X5R-Äquivalenten auskommen. Es gibt viele Beispiele, bei denen ähnliche Überlegungen gelten können.

Das Gleiche könnte man über kommerzielle im Vergleich zu industriellen Temperaturbereich-Teilen oder die Geschwindigkeitsklasse des Teils sagen. Typischerweise, wenn es das Design und die Betriebsumgebung natürlich zulassen, könnte es kosteneffektiver sein, mit dem weniger teuren kommerziellen Temperaturbereich-Teil zu gehen.

Abbildung 4 Zynq Temperatur- und Geschwindigkeitsklassen (Quelle: AMD)

Tipp #3 – Verpackungs- und Montageanforderungen

Die Verpackung von Komponenten und Paketgrößen können einen erheblichen Einfluss auf die Kosten haben. Zum Beispiel wird ein IC in einem Fine-Pitch-BGA-Typ-Paket teurer sein, um eine PCB dafür zu erstellen, zu montieren und erfordert zusätzliche Inspektionsschritte (wie Röntgeninspektion), verglichen mit einem QFP-Typ-Paket mit freiliegenden Pins. Dies kann auch zu einer niedrigeren Gesamtausbeute vom Hersteller führen.

Abbildung 5 BGA-Paket (Quelle: Distrelec)

Das Montieren dieser Arten von Komponenten auf beiden Seiten der Leiterplatte kann auch Montageverarbeitungs- und Inspektionsschritte hinzufügen. Zusätzliche Durchläufe durch das Reflow-Löten erfordern zusätzliche Maschinenzeit, was dann die Kosten erhöht. Wenn Sie jedoch ein alternatives Gehäuse verwenden, können Sie diese zusätzlichen Kosten eliminieren. Leider können nicht alle Ingenieur- oder Funktionsanforderungen mit kostengünstigeren Verpackungen erreicht werden, und dies ist etwas, das beim Auswählen von Teilen abgewogen werden muss.

Ähnlich kann die Verwendung von 0201 gegenüber 0402 (beides imperial) für bestimmte Montagebetriebe ein Kostenfaktor sein und kann erfordern, dass mehr von denselben Teilen aufgrund von Verlusten während des Montageprozesses beschafft werden müssen.

Abbildung 6 Kapazitätsgrößenvergleich (Imperial)

Wie üblich können die Designbeschränkungen (Größe ist ein Grund) dies nicht zulassen, aber es ist eine Option, die im Hinterkopf behalten werden sollte. Es ist wichtig, mit Ihrem Leiterplattenmontagebetrieb zu sprechen, um zu bestätigen, ob bestimmte Gehäusetypen einen Kostenfaktor darstellen können.

Tipp #4 – Inventar und Lieferanten

Das Ziel, die Anzahl einzigartiger oder verschiedener Komponenten über Produkte hinweg zu reduzieren, kann mehrere Prozesse vereinfachen und straffen. Zum Beispiel kann der Aufwand für Inventarverwaltung, Lagerung und Lieferkette reduziert werden – was wiederum zu einer Reduzierung der gesamten BoM-Kosten führt.

Stellen Sie außerdem sicher, dass Sie Ihre Lieferantenoptionen offen halten und sich nicht auf Teile verlassen (es sei denn, es ist absolut notwendig), die nur über eine einzige Quelle bezogen werden können. Unerwartete Kosten können aufgrund plötzlich erschöpfter Lagerbestände und erhöhter Lieferzeiten entstehen.

Octopart kann Ihnen helfen herauszufinden, welche verschiedenen Lieferanten für die in Ihrem Design benötigten Teile verfügbar sind. Sobald die Einkaufsvolumina sehr groß werden, werden Sie durch den Direktkauf beim Komponentenhersteller signifikante Kostensenkungen sehen, indem Sie Distributoren umgehen.

Tipp #5 – PCB

Die Leiterplatte selbst ist ein zusätzlicher Posten in der BoM eines Projekts. Wenn möglich, kann die Reduzierung der Fertigungskomplexität der Leiterplatte selbst die gesamten BoM-Kosten senken. Beispielsweise könnte eine reduzierte Lagenanzahl, ein günstigeres Oberflächenfinish oder günstigere Materialien – um nur einige Beispiele zu nennen – Möglichkeiten sein, die PCB-Ausbeute zu erhöhen und die Kosten zu senken. Dies hängt natürlich wie üblich von den Designbeschränkungen ab.

Abschluss

Wir haben einige Möglichkeiten erkundet, wie die Kosten einer BoM im Elektronikdesign reduziert werden können. Die Fähigkeit, BoM-Kosten zu reduzieren, ist in modernen Produkten mit hohen Stückzahlen von entscheidender Bedeutung und ein wichtiger Teil vieler Projekte. Beachten Sie jedoch, dass einige Methoden für einige Produkte nicht anwendbar sind, da ihre Gesamtkomplexität und Spezifität zu hoch ist, um viel Variation in der BoM zuzulassen.

Stellen Sie sicher, dass Sie sich Altium Designer und Altium 365 ansehen, um zu sehen, wie diese leistungsstarken Werkzeuge Ihnen bei Ihrem BoM, Ihrer Lieferkette und mehr helfen können!