Wie kommt man vom Neuling zum Hersteller?

Nur damit Sie wissen, was vor Ihnen liegt....

Wenn Sie von der Herstellung eines handgefertigten Steckbretts oder Prototyps zu tatsächlichen Leiterplatten übergehen möchten, haben Sie viele Stunden und Kosten zwischen mehreren hundert und einigen tausend Dollar vor sich, je nachdem, wie viel Sie bereit sind, selbst zu tun .

Schaltplanerfassung und PCB-Layout

Zuerst müssen Sie Ihr Design mit einer Art Schaltplan-Erfassungsprogramm erfassen und dann eine Leiterplatte entwerfen. Eines der beliebtesten Programme ist EAGLE , das ich verwende. Sie haben eine EAGLE Light-Version (49 $), aber sie kann nur für Schaltpläne mit einem Blatt (beliebiger Größe), zwei Signalschichten und 100 x 80 mm (ca. 4 "x 3") Routing-Bereich verwendet werden. Für ernsthafte Arbeiten benötigen Sie mindestens die EAGLE-Standardversion, die 747 US-Dollar kostet. Es gibt wahrscheinlich andere weniger kostspielige (sogar kostenlose) Alternativen. Es gibt viele andere, die Tausende oder Zehntausende von Dollar kosten. In jedem Fall müssen Sie viel Zeit damit verbringen, sich mit der Verwendung des Programms vertraut zu machen.

Oder Sie können jemanden wie mich dafür bezahlen ($$/Stunde).

Leiterplattenherstellung

Die Herstellung von Leiterplatten ist der nächste Schritt eines Leiterplattenherstellers . Das Problem hierbei sind die NRE-Kosten (Non-Recurring Engineering). Einige Boardhouses behandeln dies als separate Zahl, andere haben es in ihre Pro-Board-Angebote aufgenommen. In jedem Fall ist es fast nie wirtschaftlich, nur wenige Platinen fertigen zu lassen. Sie geben vielleicht 100 Dollar für zwei Boards aus und 500 Dollar für 25. Sie müssen wirklich große Mengen haben, um auf nur ein paar Dollar pro Board zu kommen.

Das Problem ist, wenn Sie 25 Boards erstellen, nur ein paar davon zum Testen bestücken und feststellen, dass sie nicht funktionieren (und es gibt keine einfache Lösung - zB weil Sie einen Stecker rückwärts ausgelegt haben), könnten Sie am Ende werfen weg die anderen 23 leeren Bretter weg und Sie hätten besser zwei bekommen. Ich habe Stapel leerer Leiterplatten als Beweis für dieses Phänomen.

Leiterplattenmontage

Wenn Sie nicht bereit sind, die Bretter von Hand zu bauen, müssen Sie sie zusammenbauen lassen. Oberflächenmontierte Pakete sind schwierig zu handhaben. Wenn das Board BGA- oder QFN-Gehäuse hat, können Sie diese wahrscheinlich nicht selbst bauen, es sei denn, Sie haben einen eigenen Reflow-Ofen.

Wenn Sie Ihre ersten beiden Platinen von einem Montagehaus bauen lassen , kann dies 500 US-Dollar kosten. Während der Bau von 25 1200 US-Dollar kosten könnte. (Das Problem sind auch hier wieder die NRE-Kosten.) Um auf ein paar Dollar pro Platine herunterzukommen, sind (wieder) große Mengen erforderlich.

Und jemand anderes hat bereits das Problem der Teilebeschaffung angesprochen.

Stellen Sie sicher, dass Sie Teile verwenden, die leicht verfügbar sind – wenn sowohl DigiKey als auch Mouser Hunderte von Teilen verfügbar haben, sollten Sie in Ordnung sein. Wenn sie es stattdessen in ihrem Katalog haben, es aber derzeit nicht vorrätig ist, versuchen Sie, etwas anderes zu finden. Wenn Sie spezielle Teile benötigen, die nicht von DigiKey oder Mouser angeboten werden, stellen Sie sicher, dass Sie eine zuverlässige Bezugsquelle haben, bevor Sie sie in Ihr Produkt einbauen. (Hinweis: Je mehr ungewöhnliche Teile Sie verwenden, desto wahrscheinlicher müssen Sie das Teil manuell zu Ihrer PCB-Teilebibliothek hinzufügen.)

Benutzerdefinierte Fälle

Möchten Sie Ihr Board in ein Gehäuse stecken? Wenn Sie ein benutzerdefiniertes Gehäuse entwerfen lassen müssen, ist dies ein paar Tausend für den Designer, der ein Programm wie SolidWorks verwendet (ich mache das nicht, kann aber jemanden empfehlen, der es kann). Wenn Sie zunächst nur wenige Fälle herstellen möchten, müssen Sie wahrscheinlich auf Rapid Prototyping wie Selective Laser Sintering (SLS) zurückgreifen. Berechnen Sie mindestens 100 $ pro Karton in kleinen Mengen. Um die Kosten pro Fall auf ein paar Dollar zu senken, müssen Sie eine kundenspezifische Form anfertigen lassen. NRE mal wieder! Planen Sie 10.000 $ oder mehr für die Form ein.

Und ich werde nicht einmal mit EMV- oder EMI-Tests beginnen, da ich nicht weiß, ob dies auf Ihr Produkt zutrifft.

Wie Sie aus all dem ersehen können, sind die Kosten für die elektronischen Teile bis zum Beginn der Produktion normalerweise nicht der größte Posten pro Platine. Durch die eigene Montage kleiner Stückzahlen sparen Sie viel Geld. Daher ist es wichtig, dies im Hinterkopf zu behalten – es ist nicht unmöglich, Teile von Hand zu löten.

Um wirklich niedrige Preise für große Mengen zu bekommen, müssen Sie im Allgemeinen ins Ausland gehen – China usw. Aber ich würde dies am Anfang vermeiden.

Ich bin diesen Weg in den letzten Jahren gegangen und verkaufe jetzt kleine Mengen meiner Designs. Ich habe mich schon früh für Mikrocontroller von Microchip entschieden und bin dabei geblieben, aber Arduinos und die AVR-Mikrocontroller scheinen eine ebenso gute Lösung zu sein.

PCB-Design

Für das PCB-Design kann ich Eagle empfehlen - ich bin nie über die Light-Version hinausgegangen, da ich nur recht kleine Boards baue. Es ermöglicht Ihnen, Ihre eigenen Teile hinzuzufügen, die Sie irgendwann benötigen werden. Es führt ein automatisches Routing von Leiterplattenspuren durch, obwohl ich finde, dass ich dies im Laufe der Zeit weniger verwende - teilweise, weil ich Platinen mit sehr engen Platzbeschränkungen herstelle und ständig sowohl mit der Teileplatzierung als auch mit dem Routing herumfummele, um alles einzupacken Es bietet eine Überprüfung anhand von Designregeln, die dabei helfen, Fehler in Ihrem Layout zu erkennen. Es gibt viel zu lernen, aber mit der Zeit werden Sie damit vertraut, und Platinen können aus Ihren digitalen Dateien hergestellt werden.

Leiterplattenherstellung

Ich baue meine eigenen Prototyp-Boards und lasse sie dann professionell herstellen, sobald ich das anfängliche Prototyping hinter mir habe. Ich prototypiere doppelseitige Platinen mit der Press-n-Peel-Transferfolie und einem Laserdrucker. Ich stelle routinemäßig Platinen mit den kleinen QFN-Gehäusen zur Oberflächenmontage mit 0,5 mm Pad-Abstand her - es ist fummelig, kann aber mit Sorgfalt durchgeführt werden. Die Kosten für professionell gefertigte Boards liegen zwischen 3 und 10 US-Dollar bei Stückzahlen um 100.

Leiterplattenmontage

Ich mache Reflow-Löten ziemlich erfolgreich mit einer elektrischen Bratpfanne. Nimmt ein wenig Sorgfalt in Anspruch, ist aber einigermaßen zuverlässig und ziemlich schnell. Am langsamsten ist es, die Lötpaste auf die Platine zu bringen, aber wenn Sie sich die Mühe machen, eine Lötstoppmaske herzustellen, kann das auch einfacher gemacht werden. Ich verwende häufig bleifreie Pakete wie QFN, weil sie klein sind und nicht allzu viele Probleme damit haben. Gehäuse mit Anschlüssen können von Hand gelötet werden, wenn Sie möchten, aber ich denke, es ist schneller, Lötpaste zu verwenden und in der Pfanne aufzuschmelzen.

Sobald Sie ein erhebliches Volumen erreicht haben, möchten Sie vielleicht jemand anderen bezahlen, der die Montage für Sie durchführt. Ich habe das noch nicht gemacht, aber ich habe ein Angebot in der Größenordnung von 6500 US-Dollar für 30 Platinen erhalten, für die die Teile etwa 80 US-Dollar kosten. Die zusätzlichen Kosten sind also nicht unerheblich, aber es hängt davon ab, wie viel Zeit Sie für die Montage selbst aufwenden :)

Abgesehen von der (großen) Zeitinvestition war meine größte Einzelinvestition wahrscheinlich ein digitales USB-Oszilloskop und ein Logikanalysator von Bitscope - von unschätzbarem Wert, um herauszufinden, was tatsächlich vor sich geht, im Gegensatz zu dem, was Ihrer Meinung nach passieren sollte!

Vorzeitige Optimierung ist die Wurzel allen Übels.

Der Arduino ist ein guter Ausgangspunkt. Machen Sie sich noch keine Gedanken über die Massenproduktion. Sobald Sie ein paar Designs unter Ihrem Gürtel haben, haben Sie eine viel bessere Vorstellung davon, was Sie tun müssen.

Das Erlernen neuer Hardware ist hier Teil des Spiels. Versuchen Sie nicht, es zu vermeiden. Je besser Sie damit vertraut sind, desto besser werden Sie als Ingenieur sein.

Sehen Sie sich dieses Video an, das die Unterschiede zwischen Software und Hardware hervorhebt:

Hardware wird dich schneiden (enthält NSFW-Sprache)

Mitch Altman, Designer des TV-B-Gone, hielt bei The Next Hope einen Vortrag darüber, wie Sie Ihr Projekt von der Idee zur Realität bringen.

Hier ist die MP3 .

Mitch hat seine persönlichen Lieblingsprojekte (einschließlich TV-B-Gone-Universalfernbedienungen) von der Idee in die Realität umgesetzt und kann sich glücklich schätzen, seinen Lebensunterhalt mit dem zu verdienen, was er liebt. Mitch wird die praktischen Schritte skizzieren, die er unternommen hat, um seine Projekte von einer bloßen Idee über die Schritte der Forschung, Entwicklung, Herstellung, des Verkaufs und des Vertriebs bis hin zum Einlösen von Schecks zu führen, während er bequem von zu Hause aus (und auf Reisen) unterwegs ist Welt). Dieser Vortrag wird auch einige der Fallstricke des eigenen Unternehmens aufzeigen.

Dave Jones hat ein Tutorial zum PCB-Design in großen Stückzahlen veröffentlicht:

http://www.eevblog.com/2010/11/15/eevblog-127-pcb-design-for-manufacture-tutorial

Ich bin selbst ein Neuling, also nehmen Sie das mit Vorsicht, aber ich habe im letzten Monat viel darüber recherchiert, und deshalb hoffe ich, eine gute Perspektive für Neulinge einbringen zu können. Folgendes habe ich herausgefunden:

HINWEIS: Ich verwende ein paar Akronyme (PCB, SMD usw.). Ich habe absichtlich nicht geschrieben, was diese bedeuten, da Sie diese Konzepte auf jeden Fall auch genau kennen müssen.

1. Sie müssen vom Prototyp (Arduino?) Zur PCB-Version wechseln. Sehen Sie sich zunächst diese beiden Videos von EEVBlog an: Video 1 , Video 2
2. Der Wechsel vom Prototyp zur PCB-Version bedeutet den Wechsel von Through-Hole-Komponenten zu SMT-Komponenten und von einem vollwertigen Arduino zu einer Barebone-Chip-Lösung. Die gute Nachricht ist, dass Sie es immer noch wie einen Arduino programmieren können. Wie das geht, erfahren Sie in diesem Blogbeitrag. Wenn Ihr Projekt einfach genug ist, verwenden Sie einen ATTINY (45 oder 85) anstelle des ATMEGA328p. In diesem Beitrag von MIT Lab erfahren Sie , wie.
3. Bauen Sie Ihren No-Arduino-Prototyp wie gewohnt mit einem Steckbrett oder einem anderen Prototyping-Tool. Mit Octopart finden Sie die benötigten Teile . Eine sehr gute Sache ist die BOM-Funktion.
4. Finden Sie jetzt heraus, wie viel Ihre Komponenten kosten werden, indem Sie eine BOM (Bill Of Materials) erstellen. Verwenden Sie Octopart , um den Preis und den besten Ort für den Kauf Ihrer Teile zu finden.
5. Sobald Ihr Prototyp auf diese Weise fertig ist, ist es an der Zeit, ihn in eine PCB-Version umzuwandeln. Sie können Fritzing für die PCB-Schaltpläne und Gerber-Dateien für die PCB-Herstellung verwenden, wenn Ihre Platine einfach genug ist. Verwenden Sie andernfalls ein Programm wie EAGLE oder kiCAD .
6. Lassen Sie Ihre Leiterplatte fertigen und löten Sie die Komponenten von Hand auf. Hier ist ein Video mit einer guten Technik für SMD-Teile . Für noch mehr Informationen (ich brauchte alles davon) gehen Sie hier .
7. Nach dem Löten TESTEN SIE ES OBSESSIV. Sie möchten nicht 500 hergestellte kaufen, nur um herauszufinden, dass Sie einen Fehler gemacht haben und keiner von ihnen funktioniert. Fritzing wird einmalige Platinen produzieren, die mit ihrem Programm hergestellt werden. Sie kosten ungefähr 40-50 $. Nicht billig, aber das ist immerhin ein Prototyp. Sie können die Leiterplatte auch selbst im Press-n-Peel-Verfahren herstellen. Hier gibt es ein gutes Video dazu .
8. RIESIGE Falle! Möglicherweise müssen Sie Ihr Board ZERTIFIZIEREN lassen. Dies ist ein langwieriger und teurer Prozess.
9. Sobald Sie sich auf Ihre Leiterplatte verlassen können, fertigt Seeed Studio (nicht nur Leiterplatte, sondern die gesamte Leiterplatte) für kleine Mengen (100-1000) zu angemessenen Preisen über ihr Propagate- Programm.

Für die Leiterplattenherstellung können Sie viele Prototypen auf Streifenplatinen und Steckplatinen erstellen und direkt zu professionellen Leiterplatten für die "Produktionseinheiten" springen. Ich benutze diese Leute und bin sehr zufrieden: http://iteadstudio.com /store/index.php?main_page=product_info&cPath=19_20&products_id=175 Seeed verwendet dieselbe Fabrik wie itead zu etwa demselben Preis.

Investieren Sie für das PCB-Layout nicht zu viel Zeit in EAGLE, da es in der kostenlosen Version mehrere Einschränkungen hat und ziemlich klobig und schwer zu bedienen ist. Schauen Sie sich stattdessen kicad und geda an, beide sind freie Software und leistungsfähiger als EAGLE.

Schauen Sie sich SeeedStudio an , sie scheinen viele Tools bereitzustellen, um jemandem zu helfen, ein HW-Projekt zu starten.

Mir ist nicht klar, ob Sie sich Sorgen um technische oder geschäftliche Ecken machen?

Ich bin vielleicht ein bisschen voreingenommen gegenüber „Hobbyisten“, aber ich bezweifle ernsthaft, dass die Welt mehr Roboter-Subsysteme von nicht wirklich industrieller Qualität braucht.

Produktionsstätten für Subunternehmer gibt es für jedes Volumen von 1 Stück bis zu Millionen Stück, und Dinge wie Leiterplatten können in jedem Zeitrahmen vom nächsten Tag bis zu Wochen hergestellt werden. Meine Erfahrung in der Elektronikproduktion ist, dass die Komponentenversorgung eines der größten Probleme ist, es sei denn, Sie verfügen über ausreichende Mengen, um Komponentenhersteller für Sie herumlaufen zu lassen. Heutzutage werden das für Teile mit geringem Wert ernsthaft, ernsthaft hohe Stückzahlen sein.

Vielleicht sollten Sie Ihre Frage etwas präzisieren - planen Sie, Geräte spekulativ zu entwerfen und herstellen zu lassen, um sie dann auf den freien Markt zu bringen?

Wenn Sie nach einem einfachen und günstigen Einstieg in die Mikrocontroller-Programmierung suchen, wäre ein guter Ausgangspunkt die Verwendung des neuen Launchpad-Entwicklungs-Toolkits von TI. Startrampe

Das Ding kostet nur 5$ und ist meiner Meinung nach recht einfach zu erlernen.

Hier gibt es bereits viele tolle Informationen rund um die Leiterplattenfertigung und -bestückung. Ich werde ein paar meiner eigenen Meinungen weitergeben. Sie können zu einem Montagehaus gehen, aber es kostet Sie, insbesondere die Vorabkosten für die Schablone. Wenn Sie sich entscheiden, zu Hause zusammenzubauen, werden Sie feststellen, dass es überraschend einfach ist, große ICs (FPGAs, Mikrocontroller, RAMs usw.) zu löten, aber oberflächenmontierte Teile mit nur 2 oder 3 Anschlüssen sind mühsam. Die Sache mit der Verwendung von Durchgangslochkomponenten für diese kleinen Dinge. Ich persönlich habe mich davor gescheut, irgendeine Art von Ball Grid Array zu löten. Vielleicht sollte ich versuchen, mich davon zu heilen, aber es ist kein dringendes Problem für mich.

Wenn Sie große Mengen produzieren würden (denken Sie an Millionen), würden Sie „Design for Manufacturing“ durchführen, um Ihr Design so zu optimieren, dass es einfach und kostengünstig zu bauen und zu testen ist. Denken Sie darüber nach, wenn ein Fertigungsingenieur die Herstellungskosten für 1.000.000 Einheiten um 2 Cent senken könnte, dann haben Sie eine große Ersparnis.

Für 500 Einheiten sind Sie relativ leise. Hier ist eine schöne Präsentation, Get your Stuff made – Tokyo Open Hardware Presentation , von Dangerous Prototypes . Grundsätzlich sagen sie, dass Sie auf dem Niveau, von dem Sie sprechen, zu klein sind, um die Boards selbst zu bauen, und ein Fulfillment-Haus wie sie verwenden sollten ( Seeed Studios ). Sie gehen durch die beteiligten Schritte und was Sie brauchen. Das Slide-Deck steht auch zum Download bereit.