확장할 준비가 되셨나요? PCB 디자인 최적화할 시간입니다

최근 LinkedIn에서 매우 훌륭한 질문을 받았는데, 이는 디자이너와 조달 담당자가 설계를 확장 준비를 위해 어떻게 협력해야 하는지와 관련이 있습니다. 사전 생산 검토 및 대량 생산으로의 확장은 설계 테스트, 평가 및 수정의 여러 차원을 포함합니다. 설계의 모든 것이 검토를 통과했고 더 이상의 프로토타입 스핀이 필요하지 않다고 가정하면, 비용, 성능, 크기, EMI, 열 등 아마도 많은 다른 영역에 대해 최적화하고 설계할 수 있습니다.

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대량 생산과 관련하여 자신에게 먼저 물어봐야 할 질문은 매우 간단합니다: 예상 생산량은 얼마입니까?

클라이언트가 예상 생산량을 결정하지 않은 채로 계약 설계에 착수하는 경우가 얼마나 많은지에 대해 놀랄 때가 많습니다. 이는 때때로 판매 수량에 따라 달라질 수 있지만, 합리적인 추정치는 항상 도움이 됩니다. 특정 부품에 대한 비용 할인, 성능 및 신뢰성을 기반으로 한 잠재적 부품 교체, 신뢰성 표준을 준수하기 위해 필요한 설계 변경을 시작하게 될 때 이는 중요할 것입니다.

대량 구매 시 비용 절감의 가장 큰 영역 중 일부는 아래에서 찾을 수 있습니다. 대량 생산 시 가장 큰 도전은 이러한 영역을 해결하면서 생산 수율, 품질 및 신뢰성을 희생하지 않는 것입니다.

이 목록은 예산을 맞추거나 제품의 가격 경쟁력을 높이기 위해 비용을 절감하라는 요청을 받을 수 있는 일반적인 영역을 보여줍니다. 하지만 위의 경우에서의 도전은 품질 문제를 방지하고 신뢰성을 보장하는 것입니다. 대량 생산 시, 우리는 종종 최저가격 기술적으로 수용 가능한(LPTA) 솔루션을 찾습니다. 이제 대량 생산을 위해 준비할 수 있는 몇 가지 간단한 예를 살펴보겠습니다.

부품 번호 통합

비용을 줄이면서 최종 제품의 신뢰성과 품질을 향상시킬 수 있는 가장 명백한 시작점이어야 합니다. 부품 번호를 통합하는 것은 가능한 한 청구서 전체에서 단일 부품 번호를 사용하는 것을 의미합니다. 이를 올바르게 수행하려면 목표 설계 값에 도달하기 위해 수동 부품을 직렬 또는 병렬로 배치하거나, 한 종류의 핀 헤더를 사용하는 등의 작업이 포함될 수 있습니다. 이렇게 하면 부품에 대한 대량 할인을 받을 수 있으며, 특히 이산 반도체와 커넥터와 같은 일부 구성 요소를 살펴볼 때 이러한 절약이 빠르게 누적될 수 있습니다.

Octopart의 데이터베이스는 전체 공급망에 걸쳐 대량 구매 시 가격 인하를 보여줍니다.

부품 패키지 통합

보드를 최종화할 때, 신뢰성을 저해하지 않으면서 수량 할인을 더 얻을 수 있습니다. 특히 수동 부품의 경우 단일 패키지 크기로 통합함으로써 가능합니다. pcb에서 혼합된 패키지 크기를 보는 것은 일반적이며, 이는 보통 전력 등급 목적으로 수행됩니다. 그러나 특정 부품이 그렇게 높은 전력 등급을 요구하지 않는다는 것을 알고 있다면, 공통 값의 수동 부품을 더 작은 패키지로 변경할 수 있습니다. 이렇게 하면 대량 할인의 다음 단계를 넘어설 수 있으며, PCB 레이아웃에 최소한의 변경만 필요로 합니다.

PCB 재료

PCB의 재료는 항상 일정한 비용을 발생시키지만, 성능과 신뢰성의 주요 결정 요인이 될 것입니다. 보드가 고급 FR4 라미네이트, 고 TG 재료, 고 CTI 재료, 또는 PTFE를 요구하지 않는다면, 빌드에 명시하지 마십시오. 스택 업에 더 비싼 재료를 선택하기 전에 보드가 존재할 최종 운영 환경을 생각해 보십시오.

동일한 것이 표면 마감에도 적용됩니다. 귀금속을 표면 마감에 추가하는 순간 비용이 증가하게 됩니다. 성능이나 신뢰성을 위해 필요하지 않다면 ImSn, HASL, 또는 Sn-Pb 합금 도금을 고수하십시오.

PCB에서 금 기반 도금은 비용을 크게 증가시키지만 신뢰성에 매우 바람직합니다.

표면 코팅과 추가 재료들 같은 컨포멀 코팅도 비용을 추가합니다. 이들은 신뢰성이나 기능성의 큰 결정 요인이 될 수 있으므로, 비용이 낮은 재료로 교체하거나 재료를 제거하기 전에 주의해야 합니다. 비용이 제품의 주요 경쟁 요소인 경우 LPTA 철학 내에서 재료 선택을 유지하십시오.

베어 보드 기능

생산 중에는 각 보드가 올바르게 제작되었는지 확인하기 위해 여러 검사와 테스트를 거치게 됩니다. 하지만 보드를 생산으로 가져가기 전에, 반복적으로 발생하는 보드의 결함을 식별하기 위해 여러 프로토타입을 테스트하는 것이 당신의 책임입니다. 당신의 팀은 사전 생산 계획의 일부로 이러한 문제들을 철저히 해결해야 할 필요가 있습니다.

계약 제조업체의 품질 팀이 반복적인 결함을 발견하기 시작하면, 이러한 결함에 대해 알려주어 디자인을 개선할 수 있도록 할 것입니다. 어떤 빌드에 대해 가장 흔한 결함이 무엇인지 일반화하기는 어렵지만, 이러한 흔한 결함에는 다음과 같은 것들이 포함될 수 있습니다:

• 불충분한 솔더링 또는 과도한 솔더링
• 패드 간의 브리징
• 솔더 마스크 슬리버가 떨어져 나감
• PCB 내부의 브리징 또는 단락
• 패드에 대한 불량 연결 (툼스토닝, 헤드-인-필로우 등)

이 목록에 있는 결함들은 모두 어느 시점에서 본 적이 있습니다. 이러한 결함을 경험한 경우는 보드 기능이 제조업체의 능력에 비해 너무 공격적이거나, 랜드 패턴이 구성 요소 핀 피치에 맞게 올바르게 설계되지 않았을 때입니다(또는 둘 다). 여기서 가장 간단한 접근 방식은 제조업체의 능력에서 보드 기능 한계를 살펴보고, 안전 마진을 적용하는 것입니다; 이는 조립에서 발견되는 많은 간단한 품질 문제들을 해결할 수 있습니다.

낮은 패드-플레인 클리어런스를 가진 내부 NFP는 단락의 가능성을 만들 수 있습니다.

부품 교체

프로토타입 테스트를 진행하는 동안, 신뢰성을 보장하기 위해 필요한 일부 부품 교체를 식별했을 수 있습니다. 가장 흔한 경우 중 하나는 특정 부품의 온도 한계를 높여야 한다는 것입니다. 이는 분명히 제가 경험한 바 있습니다.

부품 교체 기회가 있는 또 다른 영역은 특정 구성 요소들, 예를 들어 수동 부품들의 정밀도 수준입니다. 일부 수동 부품은 정밀 측정에 사용되고 그 값이 계산의 일부인 경우와 같이 매우 높은 정밀도 값을 가져야 합니다. 아마도 가장 흔한 예는 ADC에서의 정밀 측정일 것입니다.

보드에 필요하지 않은 1% 정밀도 부품 번호가 많이 있다면, 5% 또는 더 느슨한 허용 오차를 가진 구성 요소로 교체하세요. 이렇게 하면 비용도 절감됩니다. 올바른 부품에 적용되는 한, 신뢰성에 영향을 주지 않을 것입니다.

생산 계획

모든 것이 PCB와 PCBA에 초점을 맞추고 있지만, 전자 장치의 전체 생산에 들어가는 것은 PCB만이 아닙니다. 제품 제조는 종종 제품 케이스, 전선 및 케이블, 커넥터, 심지어 제품 포장까지 제조업체와 계약을 요구합니다; 모든 것을 처리하는 시설은 없습니다. 모든 PCB 제조업체가 이러한 작업을 도와주는 것은 아니며, 대신 이러한 작업을 완료하기 위해 협력해야 할 다른 제조업체가 있을 것입니다.

물류 문제도 있습니다. 이러한 다양한 재료와 부품의 배송을 조정하는 일을 맡을 사람이 있어야 합니다. 처음으로 확장하는 회사는 완제품에 대한 자체 내부 품질 관리 조치를 시행해야 할 수도 있으며, 이에 대해서도 일정한 물류 노력이 필요합니다.

회사가 제품을 시장에 출시하기로 결정하면, PCB/PCBA를 넘어서는 많은 사전 생산 계획이 있을 것입니다. 위에서 언급한 모든 영역을 팀과 함께 살펴보고, 물류 측면을 포함하여 결정하세요. 내부에서 처리할 것과 외부에 위탁할 것을 결정하세요. 이는 맞춤형 변압기 및 커넥터와 같은 맞춤형 구성 요소의 생산 또는 조립을 포함할 수도 있습니다. 초기에 약간의 계획은 이 전체 과정을 간소화하고 고품질의 제품으로 빠르게 시장에 진입할 수 있도록 도와줍니다.

팀이 고급 프로토타입을 제작하거나 새로운 제품을 제조로 전환하고 있든, Altium Designer®는 PCB 디자이너에게 비용과 품질 설계에 필요한 모든 것을 제공합니다. 제조업체와 출력물을 공유할 준비가 되면, Altium 365™ 플랫폼을 사용하여 디자인과 생산 전반에 걸쳐 협업할 수 있습니다.

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