Mẹo giảm chi phí Bảng vật liệu

Giới thiệu

Bill of material, hay BoM, là một tài liệu quan trọng đối với bất kỳ dự án thiết kế phần cứng nào. Cơ bản, nó liệt kê tất cả các linh kiện cần thiết để xây dựng một bộ lắp ráp mạch in hoàn chỉnh (PCB). BoM liệt kê thêm thông tin cho mỗi linh kiện, như tên linh kiện hoặc giá trị, ký hiệu tham chiếu trên PCB, nhà sản xuất, số phần của nhà sản xuất, liên kết nhà phân phối – chỉ để kể một số. Một đoạn trích của BoM tiêu biểu được hiển thị dưới đây, sử dụng công cụ báo cáo Bill of Materials của Altium Designer.

Hình 1 Ví dụ BoM tối thiểu

BoM, thường được xuất dưới dạng bảng tính Excel hoặc tệp CSV, được kết hợp với các thông tin sản xuất khác (ví dụ, Gerber, chọn và đặt, và thông tin lắp ráp) và gửi đến nhà sản xuất và nhà lắp ráp PCB để sản xuất thiết kế.

Việc tạo BoM có vẻ như là một quá trình khá đơn giản – cơ bản, chỉ là việc sử dụng chức năng BoM của công cụ ECAD của bạn để xuất một danh sách có cấu trúc của bất kỳ linh kiện nào bạn có trên sơ đồ và PCB của mình. Tuy nhiên, có nhiều cách chúng ta có thể cải thiện BoM của mình, giảm chi phí của nó, và do đó giảm tổng chi phí sản xuất thiết kế của chúng ta. Điều này trở nên quan trọng hơn khi khối lượng sản xuất của chúng ta tăng lên.

Giảm chi phí BoM nên được suy nghĩ ngay từ đầu của một dự án thiết kế phần cứng mới, nhưng chúng ta vẫn có thể, trong nhiều trường hợp, giảm chi phí BoM một cách hiệu quả ngay cả gần bước sản xuất. 

Khi cố gắng giảm chi phí BoM, có một số khía cạnh chúng ta cần xem xét. Ví dụ, chi phí thực tế của các bộ phận, chi phí mua hàng, và chi phí lắp ráp. Bài viết này sẽ đề cập đến một số cách bạn có thể giảm chi phí BoM của mình – hãy bắt đầu!

Mẹo #1 – Tổng hợp BoM

Tổng hợp BoM, như tên gọi, là một chiến lược để giảm số lượng mục độc đáo trong và do đó giảm tổng chiều dài của BoM, bằng cách điều chỉnh và kết hợp các mục tương tự. Có một BoM ngắn hơn làm cho quá trình mua hàng dễ dàng hơn, giảm công sức và chi phí lắp ráp, và giảm kích thước hàng tồn kho – chỉ để kể một số ví dụ.

Một ví dụ về tổng hợp BoM là nếu chúng ta có nhiều giao diện I2C trong thiết kế của mình, nhưng chúng sử dụng các giá trị điện trở kéo lên khác nhau. Nếu tiêu thụ dòng điện và yêu cầu về tốc độ cho phép, chúng ta có thể sử dụng cùng một điện trở kéo lên (ví dụ, giá trị thấp nhất) cho tất cả các bus và do đó giảm chiều dài BoM.

Hình 2 Trước khi Tổng hợp BoM

Hình 3 Sau khi Tổng hợp BoM

Việc tổng hợp BoM cũng có thể được thực hiện bằng cách loại bỏ các phần hoặc tính năng dư thừa của thiết kế được phát hiện là không cần thiết nữa sau khi kiểm tra.

Một yếu tố chi phí khác không được phản ánh ở trên là khối lượng sản xuất hàng năm của điện trở 2.2k so với điện trở 2.5k. Chỉ là một ví dụ, so sánh kết quả tìm kiếm cho điện trở 2.2k với kết quả này cho điện trở 2.5k. Sự chênh lệch về giá là rất lớn vì điện trở 2.2k được sản xuất với khối lượng lớn hơn và do đó ít tốn kém hơn so với điện trở 2.5k. Một thay đổi đơn giản như vậy dẫn đến việc tiết kiệm đáng kể ở khối lượng lớn.

Mẹo #2 – Lựa chọn Linh kiện và Thay thế

Một phần lớn trong việc giảm chi phí BoM có thể đơn giản là chọn các linh kiện rẻ hơn, hoặc linh kiện có sẵn phổ biến hơn. Ví dụ, chúng ta có thể hỏi: liệu chúng ta thực sự cần điện trở có độ chính xác 1% cho I2C pull-up hay điện trở có độ chính xác 5% hoặc thấp hơn là được? Câu trả lời có lẽ là cái sau và có thể giảm chi phí BoM.

Tương tự, đối với một số tụ điện trong thiết kế của chúng ta, chúng ta có thể không cần các loại điện môi chịu nhiệt độ cao như X7R và có thể chọn loại X5R rẻ hơn một chút. Có nhiều ví dụ khác về các thông số mà suy nghĩ tương tự có thể áp dụng.

Điều tương tự cũng có thể nói về các linh kiện có cấp độ nhiệt độ thương mại so với cấp độ nhiệt độ công nghiệp, hoặc cấp độ tốc độ của linh kiện. Thông thường, nếu thiết kế và môi trường hoạt động cho phép, có thể sẽ tiết kiệm chi phí hơn khi chọn linh kiện cấp độ nhiệt độ thương mại giá rẻ hơn.

Hình 4 Các Cấp Độ Nhiệt và Tốc Độ của Zynq (Nguồn: AMD)

Mẹo #3 – Yêu cầu Đóng Gói và Lắp Ráp

Kích thước và loại đóng gói của linh kiện có thể có ảnh hưởng đáng kể đến chi phí. Ví dụ, một IC trong gói BGA có chân cực mảnh sẽ tốn kém hơn để tạo ra một PCB, lắp ráp và đòi hỏi các bước kiểm tra bổ sung (như kiểm tra X-ray), so với gói QFP với chân lộ ra. Điều này cũng có thể dẫn đến tỷ lệ sản xuất tổng thể thấp hơn từ nhà sản xuất.

Hình 5 Gói BGA (Nguồn: Distrelec)

Việc lắp ráp các loại linh kiện này trên cả hai mặt của PCB cũng có thể làm tăng thêm các bước xử lý và kiểm tra lắp ráp. Các lần chạy qua lò hồi lưu thêm đòi hỏi thêm thời gian máy, điều này sau đó làm tăng chi phí. Tuy nhiên, nếu bạn sử dụng một gói linh kiện thay thế, bạn có thể loại bỏ chi phí phát sinh này. Thật không may, không phải tất cả các yêu cầu kỹ thuật hoặc tính năng có thể đạt được với gói linh kiện giá rẻ hơn, và đây là điều cần được cân nhắc khi chọn linh kiện.

Tương tự, việc sử dụng 0201 so với 0402 (cả hai đều theo hệ đo lường Imperial) có thể làm tăng chi phí cho một số xưởng lắp ráp và có thể đòi hỏi phải mua thêm nhiều linh kiện giống nhau do mất mát trong quá trình lắp ráp.

Hình 6 So sánh kích thước tụ điện (Imperial)

Như thường lệ, các ràng buộc thiết kế (kích thước, là một lý do) có thể không cho phép điều này, nhưng đây là một lựa chọn cần nhớ. Quan trọng là phải nói chuyện với xưởng lắp ráp PCB của bạn, để xác nhận xem các loại gói linh kiện cụ thể có thể làm tăng chi phí hay không.

Mẹo #4 – Hàng tồn kho và Nhà cung cấp

Hướng tới việc giảm số lượng các linh kiện độc đáo hoặc khác nhau trên các sản phẩm có thể giúp đơn giản hóa và tối ưu hóa một số quy trình. Ví dụ, công sức quản lý hàng tồn kho, lưu trữ và chuỗi cung ứng có thể được giảm bớt – một lần nữa dẫn đến việc giảm tổng chi phí BoM.

Hãy chắc chắn cũng mở rộng lựa chọn nhà cung cấp của bạn và không phụ thuộc vào các linh kiện (trừ khi hoàn toàn cần thiết) chỉ có thể được mua qua một nguồn duy nhất. Chi phí bất ngờ có thể phát sinh do mức tồn kho đột ngột cạn kiệt và thời gian chì tăng cao.

Octopart có thể giúp bạn tìm hiểu các nhà cung cấp khác nhau có sẵn cho các linh kiện cần thiết trong thiết kế của bạn. Khi khối lượng mua trở nên rất lớn, bạn sẽ thấy sự giảm đáng kể về chi phí bằng cách bỏ qua các nhà phân phối và mua trực tiếp từ nhà sản xuất linh kiện.

Mẹo #5 – PCB

Chính PCB là một mục phát sinh thêm trong BoM của dự án. Nếu có thể, việc giảm độ phức tạp trong sản xuất PCB có thể giảm tổng chi phí BoM. Ví dụ, giảm số lớp, hoàn thiện bề mặt rẻ tiền hơn, hoặc sử dụng vật liệu rẻ tiền hơn – chỉ là một vài ví dụ – có thể là cách tăng hiệu suất PCB và giảm chi phí. Điều này tất nhiên phụ thuộc vào các ràng buộc thiết kế như thường lệ.

Kết luận

Chúng ta đã khám phá một số cách để giảm chi phí BoM trong thiết kế điện tử. Khả năng giảm chi phí BoM là rất quan trọng trong các sản phẩm hiện đại, sản xuất với số lượng lớn và là một phần quan trọng trong nhiều dự án. Tuy nhiên, hãy nhớ rằng một số phương pháp không áp dụng được cho một số sản phẩm, do độ phức tạp và đặc thù tổng thể của chúng quá cao để cho phép nhiều biến thể trong BoM.

Hãy đảm bảo kiểm tra Altium Designer và Altium 365 để xem những công cụ mạnh mẽ này có thể giúp bạn như thế nào với BoM, chuỗi cung ứng, và nhiều hơn nữa!