材料費用を削減するためのヒント

はじめに

部品表、または略してBoMは、あらゆるハードウェア設計プロジェクトにとって重要な文書です。本質的に、これは完成したプリント基板（PCB）アセンブリを構築するために必要なすべてのコンポーネントをリストアップします。BoMには、コンポーネント名や値、PCB上の参照指定子、製造業者、製造業者部品番号、ディストリビューターリンクなど、コンポーネントごとに追加情報が記載されています。以下に、Altium Designerの部品表レポーティングツールを使用して、典型的なBoMの抜粋を示します。

図1 最小限のBOM例

BoMは、通常、ExcelスプレッドシートまたはCSVファイルとしてエクスポートされ、他の製造情報（例えば、Gerber、ピックアンドプレース、組み立て情報など）と組み合わせて、設計を製造するためにPCB製造業者および組み立て工場に送られます。

BoMを作成することは、比較的簡単なプロセスのように思えます。実質的には、ECADツールのBoM機能を使用して、回路図とPCB上のあらゆるコンポーネントの構造化されたリストをエクスポートするだけです。しかし、BoMを改善し、そのコストを削減し、結果として設計の製造コストを削減する方法は多くあります。これは、生産量が増えるにつれて、ますます重要になります。

BoMコストの削減は、新しいハードウェア設計プロジェクトの開始時から考えるべきですが、製造ステップに近づいても、多くの場合、効果的にBoMコストを削減できます。

BoMコストを削減しようとする際には、いくつかの側面を考慮する必要があります。たとえば、部品自体の実際のコスト、調達コスト、および組み立てコストです。この記事では、BoMコストを削減する方法をいくつか紹介しますので、始めましょう！

Tip＃1 - BoMの統合 

BoMの統合とは、名前が示すように、類似したアイテムを調整および組み合わせることにより、BoM内のユニークなアイテムの数を減らし、BoMの全体的な長さを短縮する戦略です。BoMを短くすることで、調達プロセスが容易になり、組み立ての労力とコストが削減され、在庫サイズが減少します - これはいくつかの例に過ぎません。 BoMの統合の例としては、設計にいくつかのI2Cインターフェースがあるが、異なるプルアップ抵抗値を使用している場合があります。電流消費量と速度要件が許す場合、すべてのバスにわたって同じ（たとえば、値の中で最も低い）プルアップ抵抗を使用することで、BoMの長さを減らすことができます。

図2 BoM統合前

図3 回路の図 自動生成された説明

BoM統合後 BoMの統合は、テスト後に不要であると判断された設計の冗長なセクションや機能を削除することによっても行われることがあります。 

上記に反映されていないもう一つのコスト要因は、年間生産量が2.2k抵抗器と2.5k抵抗器で異なることです。例として、2.2k抵抗器の検索結果と2.5k抵抗器の検索結果を比較してみてください。価格差は大きく、2.2k抵抗器ははるかに高い生産量で製造されるため、2.5k抵抗器よりもはるかに安価です。このような単純な変更が、大量生産時に大きな節約につながります。

Tip #2 – 部品選択と代替品

BoMコストを削減する大きな部分は、もちろん、より安価な部品を選択すること、またはより一般的に入手可能な部品を選択することです。例えば、I2Cプルアップに1%許容差の抵抗器が本当に必要か、それとも5%以上の許容差で問題ないかを考えることがあります。答えはおそらく後者であり、BoMコストを下げることができるでしょう。

同様に、設計における特定のキャパシタについて、X7Rのような拡張温度範囲の誘電体を必要とせず、少し安価なX5R相当品で済む場合があります。同様の考え方が適用できる他のパラメーターの例はたくさんあります。

商用温度グレードの部品と産業用温度グレードの部品、または部品の速度グレードについても同じことが言えます。通常、設計と運用環境が許すのであれば、もちろん、より安価な商用温度グレードの部品を選択する方がコスト効率が良いかもしれません。

図4 Zynq温度とスピードグレード (出典: AMD)

Tip #3 – パッケージングと組み立て要件

コンポーネントのパッケージングとパッケージサイズは、コストに大きな影響を与えることがあります。例えば、細ピッチのBGAタイプのパッケージに入ったICは、露出ピンを持つQFPタイプのパッケージと比較して、PCBを作成し、組み立てるコストが高くなり、追加の検査ステップ（X線検査など）が必要になります。これは、製造業者からの全体的な収率が低下する可能性もあります。

図5 BGAパッケージ (出典: Distrelec)

PCBの両面にこのタイプの部品を組み立てることは、組み立て処理と検査ステップを追加することもあります。リフローを追加で通過することは、追加の機械時間を必要とし、それがコストを増加させます。しかし、代替パッケージを使用すれば、この追加コストを排除できます。残念ながら、すべてのエンジニアリングや機能要件が低コストのパッケージングで達成できるわけではなく、部品を選択する際にはこれを考慮する必要があります。

同様に、0201と0402（どちらもインペリアル）の使用は、特定の組み立て工場にとってコスト増加要因となる場合があり、組み立てプロセス中の損失により同じ部品をより多く調達する必要があるかもしれません。

図6 コンデンササイズ比較（インペリアル）

通常、設計の制約（サイズが一因です）がこれを許さない場合がありますが、頭に入れておくべき選択肢です。特定のパッケージタイプがコスト増加の要因になるかどうかを確認するために、PCB組立工場に相談することが重要です。

Tip #4 – 在庫と供給業者

製品間でユニークまたは異なるコンポーネントの数を減らすことを目指すことは、複数のプロセスを合理化し簡素化するのに役立ちます。例えば、在庫管理、保管、およびサプライチェーンの努力が減少し、結果として全体のBoMコストが削減されるかもしれません。

また、単一のソースからのみ入手可能な部品（絶対に必要な場合を除く）に依存しないように、供給業者の選択肢を開いておくことも重要です。予期せぬコストが、突然の在庫枯渇やリードタイムの延長によって発生する可能性があります。

Octopartは、設計に必要な部品のさまざまな供給元を見つけるのに役立ちます。購入量が非常に大きくなると、ディストリビューターを通さずに部品メーカーから直接購入することで、コストを大幅に削減できます。

Tip #5 – PCB

PCB自体もプロジェクトのBOMに追加される項目です。可能であれば、PCB自体の製造複雑性を減らすことで、全体のBOMコストを削減できます。例えば、レイヤー数の削減、より安価な表面処理、またはより安価な材料の使用などが、PCBの収率を高め、コストを削減する方法のいくつかです。もちろん、これは通常どおり設計の制約に依存します。

アウトロ

電子設計におけるBOM（部品表）のコスト削減方法をいくつか探ってみました。BOMコストを削減する能力は、現代の大量生産製品において重要であり、多くのプロジェクトにおいて重要な部分です。ただし、製品の全体的な複雑さや特異性が高すぎてBOMの多様性を許容できない場合、一部の方法は適用できないことに注意してください。

BOM、サプライチェーンなどにおいて、これらの強力なツールがどのように役立つか、Altium DesignerとAltium 365をぜひチェックしてください！