Suggerimenti per ridurre il costo della distinta dei materiali (BoM)

La distinta dei materiali, o BoM per brevità, è un documento chiave per qualsiasi progetto di design hardware. In sostanza, elenca tutti i componenti necessari per costruire un'assemblea completa di scheda a circuito stampato (PCB). La BoM elenca ulteriori informazioni per componente, come il nome o il valore del componente, il designatore di riferimento sul PCB, il produttore, il numero di parte del produttore, il link del distributore – solo per citarne alcuni. Di seguito è mostrato un estratto di una BoM tipica, utilizzando lo strumento di reportistica Bill of Materials di Altium Designer.

Figura 1 Esempio di BoM Minimale

Una BoM, tipicamente esportata come un foglio di calcolo Excel o un file CSV, viene combinata con altre informazioni di produzione (per esempio, Gerber, pick ‘n’ place e informazioni di assemblaggio) e inviata a un produttore di PCB e a un'azienda di assemblaggio per produrre il design.

Creare una BoM sembra un processo abbastanza banale – in effetti, si tratta solo di utilizzare la funzione BoM del proprio strumento ECAD per esportare un elenco strutturato di qualsiasi componente presente nello schema elettrico e sul PCB. Tuttavia, ci sono molti modi per migliorare la nostra BoM, ridurne i costi e quindi ridurre il costo complessivo di produzione del nostro design. Questo diventa sempre più importante man mano che i nostri volumi di produzione aumentano.

Ridurre il costo della BoM (BoM cost reduction) dovrebbe essere considerato fin dall'inizio di un nuovo progetto di design hardware, ma possiamo ancora, in molti casi, ridurre efficacemente il costo della BoM anche vicino al passo di produzione. 

Quando si tenta di ridurre il costo della BoM, ci sono diversi aspetti da considerare. Ad esempio, il costo effettivo delle parti stesse, i costi di approvvigionamento e i costi di assemblaggio.

#1 - Consolidamento della BoM

Il consolidamento della BoM, come suggerisce il nome, è una strategia per ridurre il numero di elementi unici e quindi la lunghezza complessiva della BoM, aggiustando e combinando elementi simili. Avere una BoM più corta semplifica il processo di approvvigionamento, riduce lo sforzo e il costo di assemblaggio e riduce le dimensioni dell'inventario – solo per citare alcuni esempi.

Un esempio di consolidamento della BoM potrebbe essere se abbiamo diverse interfacce I2C nel nostro design, ma stanno utilizzando diversi valori di resistori di pull-up. Se il consumo di corrente e i requisiti di velocità lo consentono, potremmo utilizzare gli stessi resistori di pull-up (ad esempio, il valore più basso tra quelli disponibili) su tutti i bus e quindi ridurre la lunghezza della BoM.

Figura 2 Prima del Consolidamento della BoM dopo la consolidazione del BoM"

Figura 3 Dopo la consolidazione del BoM

La consolidazione del BoM potrebbe avvenire anche rimuovendo sezioni o funzionalità ridondanti del progetto che si sono rivelate non più necessarie dopo i test.

Un altro fattore di costo che non è riflettuto sopra è il volume di produzione annuale di resistori da 2.2k rispetto a resistori da 2.5k. Solo per fare un esempio, confronta questi risultati di ricerca per i resistori da 2.2k rispetto a questi risultati per i resistori da 2.5k. La differenza di prezzo è enorme perché i resistori da 2.2k sono prodotti in volumi molto più alti e quindi molto meno costosi dei resistori da 2.5k. Un semplice cambiamento come questo porta a significativi risparmi su grandi volumi.

#2 – Selezione dei componenti e sostituti

Una grande parte della riduzione del costo del BoM può ovviamente essere semplicemente scegliere componenti più economici, o componenti che sono più facilmente disponibili. Ad esempio, potremmo chiederci: abbiamo davvero bisogno di resistori con tolleranza dell'1% per un pull-up I2C o va bene una tolleranza del 5% o peggiore? La risposta è molto probabilmente la seconda e potrebbe ridurre il costo del BoM.

Allo stesso modo, per certi condensatori nel nostro progetto, potremmo non aver bisogno di dielettrici a gamma di temperature estese, come X7R e potremmo optare per equivalenti leggermente più economici X5R. Ci sono molti esempi di altri parametri dove possono applicarsi considerazioni simili.

Lo stesso si può dire per i componenti di grado commerciale rispetto a quelli di grado industriale, o il grado di velocità del componente. Tipicamente, se il progetto e l'ambiente operativo lo consentono ovviamente, potrebbe essere più conveniente optare per il componente di grado commerciale meno costoso.

Figura 4 Gradi di temperatura e velocità Zynq (Fonte: AMD)

#3 – Requisiti di imballaggio e assemblaggio

Il packaging dei componenti e le dimensioni del pacchetto possono avere un impatto significativo sui costi. Ad esempio, un CI in un pacchetto di tipo BGA a passo fine sarà più costoso da creare su un PCB, da assemblare e richiede passaggi di ispezione aggiuntivi (come l'ispezione a raggi X), rispetto a un pacchetto di tipo QFP con pin esposti. Questo può anche portare a una resa complessiva inferiore da parte del produttore.

Figura 5 Pacchetto BGA (Fonte: Distrelec)

L'assemblaggio di questi tipi di componenti su entrambi i lati del PCB può anche aggiungere passaggi nel processo di assemblaggio e ispezione. Passaggi aggiuntivi attraverso il reflow richiedono più tempo macchina, il che poi aumenta i costi. Tuttavia, se si utilizza un pacchetto alternativo, è possibile eliminare questo costo aggiuntivo. Purtroppo, non tutti i requisiti ingegneristici o di funzionalità possono essere soddisfatti con un imballaggio a basso costo, e questo è qualcosa che deve essere valutato nella selezione dei componenti.

Allo stesso modo, l'uso di 0201 rispetto a 0402 (entrambi in sistema imperiale) può comportare un aumento dei costi per alcune aziende di assemblaggio e può richiedere l'acquisto di più parti dello stesso tipo a causa delle perdite durante il processo di assemblaggio.

Figura 6 Confronto dimensioni condensatori (Imperiale)

Come al solito, i vincoli di progettazione (come ad esempio la dimensione) potrebbero non permettere questo, ma è un'opzione da tenere in considerazione. È importante parlare con la propria azienda di assemblaggio PCB, per confermare se certi tipi di pacchetti possono comportare un aumento dei costi.

#4 – Inventari e fornitori

Mirare a ridurre il numero di componenti unici o diversi tra i prodotti può aiutare a semplificare e razionalizzare diversi processi. Ad esempio, la gestione dell'inventario, lo stoccaggio e lo sforzo nella catena di approvvigionamento possono essere ridotti – risultando nuovamente in una riduzione del costo complessivo del BoM.

Assicurati anche di mantenere aperte le opzioni dei fornitori e di non dipendere da parti (a meno che non sia assolutamente necessario) che possono essere acquisite solo tramite una singola fonte. Costi imprevisti possono sorgere a causa di livelli di stock improvvisamente esauriti e tempi di consegna prolungati.

Octopart può aiutarti a capire quali fornitori sono disponibili per le parti richieste nel tuo progetto. Una volta che i volumi di acquisto diventano molto grandi, vedrai significative riduzioni dei costi bypassando i distributori e acquistando direttamente dal produttore dei componenti.

#5 – PCB

Il PCB stesso è un elemento aggiuntivo nel BoM di un progetto. Se possibile, ridurre la complessità di produzione del PCB stesso può quindi ridurre il costo complessivo del BoM. Ad esempio, una riduzione del numero di strati, una finitura superficiale più economica o materiali più economici – solo per citare alcuni esempi – potrebbero essere modi per aumentare la resa del PCB e ridurre i costi. Questo ovviamente dipende dai vincoli di progettazione come al solito.

Ridurre il BoM cost: conclusione

La capacità di ridurre il costo del BoM è critica nei prodotti moderni ad alto volume e rappresenta una parte chiave in molti progetti. Tieni presente, tuttavia, che alcuni metodi potrebbero non essere applicabili a alcuni prodotti, poiché la loro complessità e specificità è troppo elevata per permettere molte variazioni nel BoM.

Assicurati di dare un'occhiata ad Altium Designer e Altium 365 per vedere come questi potenti strumenti possono aiutarti con il tuo BoM, la catena di fornitura e altro ancora!