Готовы к масштабированию? Пришло время оптимизировать вашу печатную плату

Недавно мне задали отличный вопрос на LinkedIn, и он касается того, как дизайнерам и руководителям закупок необходимо работать вместе, чтобы подготовить дизайн к масштабированию. Предварительный обзор производства и масштабирование в объемное производство включают в себя множество аспектов тестирования, оценки и модификации дизайна. Предполагая, что все в дизайне прошло проверку и больше не требуется создание прототипов, вы можете затем стремиться к оптимизации и проектированию с учетом стоимости, производительности, размера, ЭМИ, тепловых и, вероятно, многих других областей.

Увеличиваем Громкость

Первый вопрос, который вы, вероятно, должны задать себе относительно объемного производства, очень прост: какой объем производства вы ожидаете?

Меня удивляет, сколько раз я начинал контрактное проектирование, только чтобы узнать, что клиент не определил ожидаемый объем производства. Я понимаю, что это иногда зависит от объемов продаж, но разумная оценка всегда полезна. Это будет важно, если мы начнем рассматривать скидки на стоимость определенных компонентов, возможную замену деталей на основе производительности и надежности, или изменения в дизайне, необходимые для соответствия стандартам надежности.

Некоторые из самых больших областей для снижения затрат при покупке большими партиями приведены ниже. Большая проблема при производстве большими партиями заключается в том, чтобы учесть эти аспекты, не жертвуя выходом продукции, качеством и надежностью.

Этот список показывает общие области, в которых вас могут попросить сократить расходы, чтобы уложиться в бюджет или сделать ценообразование продукта более конкурентоспособным. Но задача в вышеуказанных случаях заключается в предотвращении проблем с качеством и обеспечении надежности. При производстве большими партиями часто случается, что мы ищем решение, которое является наименее дорогим, но технически приемлемым (LPTA). Теперь давайте рассмотрим некоторые простые примеры, которые иллюстрируют, как мы можем подготовиться к производству большими партиями.

Консолидация номеров частей

Это должно быть самым очевидным способом начать сокращение затрат, при этом возможно повышая надежность и качество конечного продукта. Консолидация номеров деталей означает использование одного номера детали на всем протяжении спецификации в максимально возможной степени. Правильное выполнение этого может включать соединение пассивных элементов последовательно или параллельно для достижения целевых значений дизайна, использование одного типа штыревых разъемов и т.д. Это дает вам доступ к скидкам на компоненты при крупных закупках, и эти сбережения могут быстро накапливаться, когда вы смотрите на некоторые компоненты, такие как дискретные полупроводники и соединители.

База данных Octopart показывает скидки на объемные покупки по всей цепочке поставок.

Консолидация упаковки деталей

При финализации платы вы можете получить дополнительные скидки на количество, не жертвуя надежностью, путем консолидации до одного размера упаковки, особенно для пассивных компонентов. Часто можно увидеть смешанные размеры упаковок на печатной плате, и это обычно делается с целью учета мощности. Но если вы знаете, что определенные детали не требуют такой высокой мощности, вы можете изменить пассивные элементы с общими значениями на более мелкие упаковки. Это может помочь вам перейти к следующему уровню скидок на объем, и требует минимальных изменений в компоновке печатной платы.

Материалы для ПП

Материалы вашей печатной платы всегда влекут за собой некоторые затраты, но они будут основным фактором, определяющим производительность и надежность. Если ваша плата не требует продвинутого ламината FR4, материала с высоким TG, материала с высоким CTI или PTFE, то не указывайте их в вашем проекте. Подумайте о конечной среде эксплуатации, в которой будет находиться плата, прежде чем выбирать более дорогие материалы для стека.

То же самое касается покрытий поверхности. Как только вы добавляете драгоценный металл в ваше покрытие поверхности, вы увидите увеличение стоимости. Если это не нужно для производительности или надежности, то оставайтесь с покрытиями ImSn, HASL или сплавом Sn-Pb.

Покрытия на основе золота в ПП значительно увеличивают стоимость, но очень предпочтительны для надежности.

Покрытия поверхности и дополнительные материалы, такие как конформальные покрытия, также добавляют стоимость. Они могут быть важным фактором надежности или функциональности, поэтому будьте осторожны, прежде чем переходить на более дешевый материал или убирать материал. Поддерживайте выбор материалов в рамках философии LPTA, если стоимость является важным конкурентным фактором для вашего продукта.

Особенности голой платы

На этапе производства каждая плата проходит множество проверок и тестов, чтобы убедиться, что она изготовлена правильно. Но перед тем как отправить плату в производство, ваша задача - протестировать несколько прототипов, чтобы выявить любые дефекты на плате, которые могут возникать повторно. Вашей команде необходимо будет тщательно устранить эти дефекты в рамках предпроизводственного планирования.

Если команда по контролю качества вашего производственного партнера начнет замечать повторяющиеся дефекты, они вернутся и сообщат вам о них, чтобы дизайн можно было улучшить. Трудно обобщить, какие самые распространенные дефекты для любой сборки, но к некоторым из этих общих дефектов могут относиться:

• Недостаточное количество припоя или слишком много припоя
• Соединение между контактными площадками
• Отламывание кусочка маски припоя
• Соединение или короткое замыкание внутри печатной платы
• Плохое соединение с контактными площадками (эффект "надгробия", "голова в подушке" и т.д.)

На каком-то этапе я видел каждый из дефектов из этого списка. Случаи, когда я сталкивался с этими проблемами, возникали, когда характеристики платы становились слишком агрессивными для возможностей или когда рисунок площадки не был правильно спроектирован для шага контактов компонента (или и то, и другое). Простейший подход здесь - это учитывать пределы характеристик платы в возможностях вашего производителя и применять запас прочности; это может решить многие из более простых проблем качества, обнаруживаемых при сборке.

Внутренние NFP с низким зазором между площадкой и плоскостью могут создать риск короткого замыкания.

Замена компонентов

На каком-то этапе тестирования ваших прототипов вы могли определить необходимость замены некоторых деталей для обеспечения надежности. Я думаю, что наиболее распространенной из них является необходимость повышения температурного предела для определенных деталей, что определенно является моим опытом.

Еще одна область, где есть возможности для замены деталей, - это уровень точности для определенных компонентов, таких как пассивные элементы. Некоторым пассивным элементам требуются очень высокие значения точности, например, когда они используются для точных измерений и их значения являются частью расчета. Вероятно, наиболее распространенным примером являются точные измерения в АЦП.

Если у вас на плате много деталей с точностью 1%, где они вам не нужны, замените их на компоненты с допуском 5% или более свободным. Это также снизит затраты. При условии, что это правильные детали, вы не увидите никакого влияния на надежность.

Планирование производства

Все вышесказанное сосредоточено на печатных платах и сборке печатных плат, но в производство электронного устройства входит гораздо больше, чем только печатные платы. Производство продукции часто требует заключения контракта с производителем на изготовление корпуса, проводов и кабелей, разъемов и даже упаковки продукта; нет такого завода, который бы занимался всем этим. Не все производители печатных плат помогут с этим, вместо этого вам придется работать с другим производителем, чтобы выполнить эти задачи.

Есть еще вопрос логистики. Кто-то должен взять на себя координацию доставки всех этих различных материалов и деталей. Компаниям, которые масштабируются впервые, может даже потребоваться внедрение собственных мер внутреннего контроля качества готовой продукции, и для этого тоже нужны логистические усилия.

Когда компания решает вывести продукт на рынок, будет много предварительного планирования, выходящего за рамки печатных плат/сборки печатных плат. Обсудите со своей командой все вышеупомянутые аспекты, включая логистические. Решите, что останется внутри компании, а что будет передано на аутсорсинг. Это может включать в себя производство или сборку специальных компонентов, таких как индивидуальные трансформаторы и разъемы. Немного планирования на раннем этапе упрощает весь процесс и помогает быстро выйти на рынок с продукцией высокого качества.

Независимо от того, создает ли ваша команда передовые прототипы или переводит новый продукт в производство, Altium Designer® предоставляет конструкторам печатных плат все необходимое для проектирования с учетом стоимости и качества. Когда вы будете готовы поделиться своими результатами с вашим производственным предприятием, вы можете использовать платформу Altium 365™ для совместной работы над дизайном и производством.

Мы только коснулись поверхности возможностей Altium Designer на Altium 365. Начните свою бесплатную пробную версию Altium Designer + Altium 365 сегодня.