Советы по снижению стоимости спецификации материалов

Введение

Спецификация материалов, или просто BoM, является ключевым документом для любого проекта аппаратного дизайна. По сути, она перечисляет все компоненты, необходимые для сборки готовой печатной платы (PCB). В BoM приводится дополнительная информация по каждому компоненту, такая как название или значение компонента, обозначение на печатной плате, производитель, номер детали производителя, ссылка на дистрибьютора – это лишь некоторые примеры. Ниже показан фрагмент типичной BoM, созданный с использованием инструмента отчетов о материалах в Altium Designer.

Рисунок 1 Пример минимальной BoM

BoM, обычно экспортируемая в виде таблицы Excel или файла CSV, объединяется с другой производственной информацией (например, файлами Gerber, информацией для установки и сборки) и отправляется производителю и сборочному предприятию для изготовления дизайна.

Создание BoM кажется довольно простым процессом – по сути, это просто использование функции BoM вашего инструмента ECAD для экспорта структурированного списка всех компонентов, которые у вас есть на схеме и печатной плате. Однако существует множество способов улучшить нашу BoM, снизить ее стоимость и, таким образом, снизить общую стоимость производства нашего дизайна. Это становится все более и более важным по мере увеличения объемов производства.

О снижении стоимости BoM следует думать с самого начала нового проекта аппаратного дизайна, но во многих случаях мы все еще можем эффективно снизить стоимость BoM даже на этапе, близком к производству.

При попытке снизить стоимость BoM необходимо учитывать несколько аспектов. Например, фактическую стоимость самих деталей, затраты на закупку и сборку. В этой статье будут изложены некоторые способы, с помощью которых вы можете снизить стоимость вашей BoM – давайте начнем!

Совет №1 – Консолидация BoM

Консолидация BoM, как следует из названия, является стратегией сокращения количества уникальных позиций и, таким образом, общей длины BoM за счет корректировки и объединения похожих позиций. Наличие более короткой BoM упрощает процесс закупки, снижает усилия и стоимость сборки, а также уменьшает размер запасов – это лишь некоторые примеры.

Примером консолидации BoM может служить ситуация, когда в нашем дизайне есть несколько интерфейсов I2C, но они используют разные значения подтягивающих резисторов. Если токовые потребности и требования к скорости позволяют, мы могли бы использовать одинаковые (например, наименьшие из значений) подтягивающие резисторы на всех шинах и таким образом сократить длину BoM.

Рисунок 2 До консолидации BoM

Рисунок 3 После консолидации спецификации

Консолидация спецификации также может произойти за счет удаления избыточных разделов или функций проекта, которые после тестирования оказались не нужны.

Еще один фактор стоимости, не отраженный выше, - это годовой объем производства резисторов на 2.2к против 2.5к. Как пример, сравните результаты поиска для резисторов на 2.2к против этих результатов для резисторов на 2.5к. Разница в цене огромна, потому что резисторы на 2.2к производятся в гораздо больших объемах и поэтому намного дешевле, чем резисторы на 2.5к. Такое простое изменение приводит к значительной экономии при больших объемах.

Совет №2 – Выбор компонентов и их заменители

Большая часть снижения стоимости спецификации, конечно, может заключаться в простом выборе более дешевых компонентов или компонентов, которые более широко доступны. Например, мы можем спросить: действительно ли нам нужны резисторы с допуском 1% для подтягивающих резисторов I2C или подойдут резисторы с допуском 5% или хуже? Ответ, скорее всего, будет последним и может снизить стоимость спецификации.

Аналогично, для некоторых конденсаторов в нашем проекте нам может не понадобиться диэлектрик с расширенным температурным диапазоном, такой как X7R, и мы можем выбрать немного более дешевые эквиваленты X5R. Есть много примеров других параметров, где можно применить подобные соображения.

То же можно сказать о компонентах коммерческого и промышленного температурного класса, или о классе скорости компонента. Как правило, если это позволяет конструкция и рабочая среда, может быть более экономичным выбрать компонент коммерческого температурного класса.

Рисунок 4 Температурные и скоростные классы Zynq (Источник: AMD)

Совет №3 – Требования к упаковке и сборке

Упаковка компонентов и размеры корпусов могут существенно влиять на стоимость. Например, ИС в корпусе типа мелкого шага BGA будет стоить дороже для создания печатной платы, сборки и требует дополнительных этапов проверки (таких как рентгеновская инспекция), по сравнению с корпусом типа QFP с открытыми контактами. Это также может привести к более низкому общему выходу изделий от производителя.

Рисунок 5 Корпус BGA (Источник: Distrelec)

Монтаж таких компонентов с обеих сторон печатной платы также может добавить шаги обработки и инспекции сборки. Дополнительные проходы через рефлоу требуют дополнительного времени машины, что в свою очередь увеличивает стоимость. Однако, если использовать альтернативный тип корпуса, можно избежать этих дополнительных затрат. К сожалению, не все инженерные или функциональные требования могут быть достигнуты с использованием более дешевых корпусов, и это то, что необходимо учитывать при выборе компонентов.

Аналогично, использование 0201 вместо 0402 (оба в имперских единицах) может увеличить стоимость в некоторых сборочных предприятиях и может потребовать закупки большего количества одинаковых деталей из-за потерь в процессе сборки.

Рисунок 6 Сравнение размеров конденсаторов (имперские)

Как обычно, ограничения дизайна (размер, являясь одной из причин) могут не позволить это сделать, но это вариант, который стоит иметь в виду. Важно обсудить с вашим производителем печатных плат, могут ли определенные типы корпусов увеличить стоимость.

Совет №4 – Инвентарь и поставщики

Стремление сократить количество уникальных или различных компонентов в продуктах может помочь упростить и оптимизировать несколько процессов. Например, управление запасами, хранение и усилия по цепочке поставок могут быть сокращены – снова приводя к снижению общей стоимости BoM.

Также важно держать ваши варианты поставщиков открытыми и не полагаться на детали (если это абсолютно необходимо), которые можно приобрести только через единственный источник. Неожиданные расходы могут возникнуть из-за внезапно исчерпанных запасов и увеличенных сроков поставки.

Octopart может помочь вам выяснить, какие различные поставщики доступны для необходимых в вашем дизайне деталей. Как только объемы закупок становятся очень большими, вы увидите значительное снижение стоимости за счет обхода дистрибьюторов и прямой покупки непосредственно у производителя компонентов.

Совет №5 – Печатная плата

Сама печатная плата является дополнительным элементом в BoM проекта. По возможности, снижение сложности производства печатной платы может таким образом снизить общую стоимость BoM. Например, уменьшение количества слоев, более дешевое покрытие поверхности или более дешевые материалы – всего лишь несколько примеров – могут быть способами увеличения выхода печатных плат и снижения стоимости. Это, конечно, зависит от ограничений дизайна, как обычно.

Заключение

Мы рассмотрели несколько способов снижения стоимости BoM в электронном дизайне. Возможность снижения стоимости BoM критически важна в современных продуктах большого объема и является ключевой частью многих проектов. Однако имейте в виду, что некоторые методы не применимы к некоторым продуктам, поскольку их общая сложность и специфика слишком высоки, чтобы позволить большое разнообразие в BoM.

Обязательно ознакомьтесь с Altium Designer и Altium 365, чтобы узнать, как эти мощные инструменты могут помочь вам с BoM, цепочкой поставок и многим другим!