¿Cómo pasar de novato a fabricado?

Soy un tipo de software que quiere entrar en el lado del hardware para poder disfrutar de la misma creatividad del diseño de software en el mundo físico.

He encontrado muchas publicaciones aquí sobre cómo ponerse en marcha en el mundo de la electrónica, pero me gustaría saber si hay alguna trampa al embarcarse en este viaje si su objetivo es potencialmente fabricar un dispositivo en el futuro. (probablemente soluciones centradas en robótica, placas que controlarían servos, sensores, etc.).

Me gustaría asegurarme de que donde sea que apunte mi enfoque, no estaré "aprendiéndome en una esquina", por así decirlo.

He leído cosas buenas sobre la flexibilidad y la naturaleza fácil de aprender de los dispositivos Arduino, pero tengo problemas para encontrar algo sobre cómo fabricarlos. ¿Hay fabricantes que puedan producir una solución basada en arduino? ¿Qué tipo de volumen de producción está disponible para algo usando Arduino?

¿Qué reinos / dispositivos de electrónica programable son los mejores para haber fabricado?

¿Algún consejo o información sobre el aprendizaje y el diseño teniendo en cuenta la fabricación? ¿Algún consejo general para un novato?

Solo para hacerle saber lo que le espera ...

Si desea pasar de hacer una placa de pruebas o un prototipo hecho a mano a PCB reales, tiene muchas horas y un costo de varios cientos a unos pocos miles de dólares, dependiendo de cuánto esté dispuesto a hacer usted mismo .

Captura esquemática y diseño de PCB

En primer lugar, debe capturar su diseño utilizando algún tipo de programa de captura esquemática y luego diseñar una PCB. Uno de los programas más populares es EAGLE , que yo uso. Tienen una versión EAGLE Light ($ 49), pero solo se puede usar para esquemas con una hoja (cualquier tamaño), dos capas de señal y un área de enrutamiento de 100x80 mm (aproximadamente 4 "x3"). Para cualquier trabajo serio, necesita al menos la versión EAGLE Standard, que cuesta $ 747. Probablemente hay otras alternativas menos costosas (incluso gratuitas). Hay muchos otros que cuestan miles o decenas de miles de dólares. En cualquier caso, tendrá que pasar un tiempo considerable aprendiendo a usar el programa.

O puede pagarle a alguien como yo para que lo haga por usted ($$ / hora).

Fabricación de PCB

Hacer tableros es el siguiente paso de un fabricante de PCB . El problema aquí son los costos de NRE (ingeniería no recurrente). Algunas casas de juntas tratan esto como una figura separada, y otras lo incorporaron a su presupuesto por junta. En cualquier caso, casi nunca es económico tener unas pocas tablas hechas. Puede gastar $ 100 por dos tablas y $ 500 por 25. Necesita tener cantidades realmente grandes para bajar a unos pocos dólares por tabla.

El problema es que, si haces 25 placas, rellena solo un par de ellas para probar y descubre que no funcionan (y no hay una solución fácil, por ejemplo, porque colocaste un conector al revés), podrías terminar tirando aleje los otros 23 tableros en blanco y hubiera sido mejor obtener dos. Tengo montones de PCB en blanco como evidencia de este fenómeno.

Asamblea de PCB

A menos que esté dispuesto a construir los tableros a mano, deberá ensamblarlos. Los paquetes de montaje en superficie son difíciles de manejar. Si la placa tiene paquetes BGA o QFN, probablemente no podrá construirlos usted mismo a menos que tenga su propio horno de reflujo.

Obtener sus dos primeras tablas construidas por una casa de ensamblaje puede costar $ 500. Mientras que obtener 25 construidos podría costar $ 1200. (Una vez más, el problema aquí son los costos de NRE.) Bajar a solo unos pocos dólares por placa requiere (nuevamente) grandes cantidades.

Y alguien más ya ha discutido el problema de obtener piezas.

Asegúrese de utilizar piezas que estén fácilmente disponibles; si tanto DigiKey como Mouser tienen cientos de piezas disponibles, debería estar bien. Si, en cambio, lo tienen en su catálogo, pero actualmente está agotado, intente encontrar otra cosa. Si necesita algunas piezas especiales que no son transportadas por DigiKey o Mouser, asegúrese de tener una fuente confiable antes de incorporarlo en su producto. (Nota: cuantas más piezas inusuales use, más probabilidades tendrá de agregar la pieza manualmente a su biblioteca de piezas de PCB).

Fundas personalizadas

¿Quieres poner tu tabla en una caja? Si necesita tener un estuche personalizado diseñado, será una pareja para el diseñador que usa un programa como SolidWorks (no lo hago, pero puedo recomendar a alguien que pueda). Si va a hacer unos pocos casos para empezar, probablemente necesitará realizar una creación rápida de prototipos, como la Sinterización selectiva por láser (SLS). Calcula al menos $ 100 por caja en pequeñas cantidades. Para reducir el costo de unos pocos dólares por caja, debe tener un molde personalizado. NRE otra vez! Planee gastar $ 10,000 o más para el molde.

Y ni siquiera comenzaré con las pruebas EMC o EMI, ya que no sé si se aplica a su producto.

Como puede ver en todo esto, hasta que entra en producción, el costo de las piezas electrónicas generalmente no es el elemento más importante por placa. Hacer su propio ensamblaje para pequeños volúmenes le ahorrará mucho dinero. Por lo tanto, es importante diseñar con eso en mente: no es imposible soldar piezas a mano.

Para obtener precios realmente bajos para un gran volumen, generalmente necesita ir al extranjero: China, etc. Pero evitaría hacerlo al principio.

He seguido esta ruta en los últimos años y ahora estoy vendiendo pequeñas cantidades de mis diseños. Elegí los microcontroladores Microchip desde el principio y me quedé con ellos, pero Arduinos y los microcontroladores AVR parecen una solución igualmente buena.

Diseño de PCB

Para el diseño de PCB, puedo recomendar Eagle: nunca he pasado la versión Light, ya que solo estoy construyendo placas bastante pequeñas. Le permite agregar sus propias partes, que necesitará en algún momento. Realiza el enrutamiento automático de pistas de PCB, aunque descubro que estoy usando esto menos a medida que pasa el tiempo, en parte porque estoy haciendo tableros con limitaciones de espacio muy estrechas y estoy constantemente jugando con la colocación y el enrutamiento de piezas para empacar todo. Proporciona la comprobación de las reglas de diseño, lo que ayuda a detectar errores en su diseño. Hay mucho que aprender, pero con el tiempo lo dominará y se pueden fabricar tableros a partir de sus archivos digitales.

Fabricación de PCB

Construyo mis propios tableros de prototipos y luego los hago profesionalmente una vez que he pasado el prototipo inicial. Prototipo de tableros de doble cara usando la película de transferencia Press-n-Peel y una impresora láser. Rutinariamente hago tableros con los pequeños paquetes de montaje en superficie QFN con espacio de almohadilla de 0.5 mm: es complicado pero se puede hacer con cuidado. El costo de las tablas hechas profesionalmente ha sido de entre $ 3 y $ 10 para cantidades de alrededor de 100.

Montaje de PCB

Con bastante éxito realizo la soldadura por reflujo usando una sartén eléctrica. Requiere un poco de cuidado pero es razonablemente confiable y bastante rápido. La parte más lenta es obtener la pasta de soldadura en la placa, aunque si te molestas en hacer una máscara de soldadura, eso también puede hacerse más fácil. Con frecuencia uso paquetes sin cables como QFN porque son pequeños y no tienen demasiados problemas con ellos. Los paquetes con cables se pueden soldar a mano si lo desea, pero creo que es más rápido usar pasta de soldadura y reflujo en la sartén.

Una vez que llegue a un volumen significativo, querrá pasar a pagarle a otra persona para que haga el montaje por usted. Todavía no lo he hecho, pero he recibido una cotización del pedido de $ 6500 por 30 tableros, para los cuales las piezas cuestan alrededor de $ 80. Por lo tanto, el costo adicional no es insignificante, pero depende de cómo cueste su tiempo para hacer el montaje usted mismo :)

Además de la inversión de tiempo (grande), mi mayor inversión individual probablemente ha sido un osciloscopio digital USB y un analizador lógico de Bitscope, ¡invaluable para resolver lo que realmente está sucediendo, en lugar de lo que crees que debería suceder!

La optimización prematura es la fuente de todos los males.

El Arduino es un buen lugar para comenzar. No te preocupes por la producción en masa todavía. Una vez que tenga un par de diseños en su haber, tendrá una idea mucho mejor de lo que debe hacer.

Aprender nuevo hardware es parte del juego aquí. No trates de evitarlo. Cuanto más conozca, mejor ingeniero será.

Mire este video que destaca las diferencias entre software y hardware:

El hardware lo cortará (contiene el lenguaje NSFW)

Mitch Altman, diseñador de TV-B-Gone, dio una charla en The Next Hope sobre cómo llevar su proyecto de la idea a la realidad.

Aquí está el MP3 .

Mitch ha llevado sus proyectos personales de mascotas (incluidos los controles remotos universales TV-B-Gone) de la idea a la realidad, y tiene la suerte de ganarse la vida haciendo lo que ama. Mitch describirá los pasos prácticos que tomó para llevar sus proyectos a partir de una simple idea, a través de los pasos de investigación, desarrollo, fabricación, ventas y distribución, conduciendo, finalmente, a recoger cheques mientras se encuentra en la comodidad de su hogar (y mientras viaja mundo). Esta charla también mostrará algunas de las trampas de administrar el propio negocio.

Dave Jones ha publicado un tutorial sobre diseño de PCB de alto volumen:

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

Para la fabricación de PCB, puede realizar una gran cantidad de prototipos en tableros de láminas y tableros de pan y saltar directamente a PCB profesionales para las unidades de "producción". Utilizo a estos tipos y estoy muy feliz: http://iteadstudio.com /store/index.php?main_page=product_info&cPath=19_20&products_id=175 Seeed usa la misma fábrica que itead al mismo precio.

Para el diseño de PCB, no invierta demasiado tiempo en EAGLE, ya que tiene varias limitaciones en la versión gratuita y es bastante torpe y difícil de usar, en su lugar, eche un buen vistazo a kicad y geda, ambos son software libre y más capaces que EAGLE.

Yo también soy un novato, así que tómalo con granos de sal, pero lo he investigado mucho durante el último mes, y espero aportar una buena perspectiva de las necesidades de los novatos. Esto es lo que he descubierto:

NOTA: Estoy usando un par de siglas (PCB, SMD, etc.). No he escrito lo que significan a propósito, ya que definitivamente también necesitará conocer estos conceptos íntimamente.

1. Debe pasar del prototipo (¿Arduino?) A la versión de PCB. En primer lugar, vea estos dos videos de EEVBlog: Video 1 , Video 2
2. Pasar del prototipo a la versión de PCB significa cambiar de componentes de orificio pasante a componentes SMT, y de un Arduino completo a una solución de chip básico. La buena noticia es que aún puedes programarlo como un Arduino. Vea esta publicación de blog para saber cómo hacerlo. Si su proyecto es lo suficientemente simple, use un ATTINY (45 u 85) en lugar del ATMEGA328p. Vea esta publicación de MIT Lab para saber cómo.
3. Construya su prototipo no-arduino utilizando una placa de pruebas u otra herramienta de creación de prototipos como de costumbre Puede encontrar las piezas que necesita con Octopart . Una muy buena cosa para usar es su función BOM.
4. Ahora descubra cuánto costarán sus componentes haciendo una lista de materiales (BOM). Use Octopart para encontrar el precio y el mejor lugar para comprar sus piezas.
5. Una vez que su prototipo esté hecho de esta manera, es hora de convertirlo a una versión de PCB. Puede usar Fritzing para los esquemas de PCB y los archivos Gerber para la fabricación de PCB si su placa es lo suficientemente simple. De lo contrario, use un programa como EAGLE o kiCAD .
6. Obtenga su PCB hecho y suelde los componentes a mano. Aquí hay un video con una buena técnica para piezas SMD . Para más información (la necesitaba toda) aquí tienes .
7. Después de soldar, PRUÉBALO OBSESIVAMENTE. No desea comprar 500 fabricados solo para descubrir que ha cometido un error y ninguno de ellos funciona. Fritzing producirá tableros únicos hechos con su programa. Costarán alrededor de 40-50 $. No es barato, pero este es un prototipo, después de todo. También puede hacer la PCB usted mismo utilizando el proceso de presionar y pelar. Hay un buen video aquí .
8. ENORME gotcha! Es posible que necesite certificar su placa. Este es un proceso largo y costoso.
9. Una vez que tenga confianza en su PCB, Seeed Studio fabricará (no solo PCB, toda la placa) para pequeñas cantidades (100-1000) a precios razonables, a través de su programa Propagate .

Eche un vistazo a SeeedStudio , parecen proporcionar muchas herramientas para ayudar a alguien a lanzar un proyecto de hardware.

¿No tengo claro si te preocupan los rincones técnicos o los rincones comerciales?

Puede que tenga un poco de ictericia con respecto a los "aficionados", pero dudo seriamente que el mundo necesite más subsistemas robóticos de calidad no realmente industrial.

Existen instalaciones de producción de subcontratos para cada volumen, desde 1 hasta millones de descuento, y cosas como los PCB se pueden hacer en cada escala de tiempo desde el día siguiente hasta las semanas. Mi experiencia en la producción electrónica es que el suministro de componentes es uno de los mayores problemas, a menos que esté en volúmenes suficientes para que los fabricantes de componentes corran por usted. Hoy en día, para piezas de bajo valor, serán volúmenes muy serios, muy altos.

Quizás debería aclarar un poco su pregunta: ¿planea diseñar especulativamente dispositivos y hacer que se fabriquen y luego colocarlos en el mercado abierto?

Si está buscando un inicio fácil y barato para la programación de microcontroladores, un buen lugar para comenzar sería usar el nuevo kit de herramientas de desarrollo Launchpad de TI. Plataforma de lanzamiento

Esto cuesta solo $ 5 y es bastante fácil de aprender en mi opinión.

Ya hay mucha información excelente aquí acerca de la fabricación y el ensamblaje de PCB. Transmitiré algunas de mis propias opiniones. Puede ir a una casa de ensamblaje, pero le costará, particularmente el costo inicial de la plantilla. Si decide ensamblar en casa, encontrará que es sorprendentemente fácil soldar grandes circuitos integrados (FPGA, microcontroladores, RAM, etc.), pero es difícil lidiar con piezas de montaje en superficie con solo 2 o 3 conexiones. Una cosa sobre el uso de componentes de agujero pasante para esas pequeñas cosas. Personalmente, he evitado tratar de soldar cualquier tipo de matriz de rejilla de bolas. Tal vez debería tratar de curarme de eso, pero no es un problema apremiante para mí.

Si fuera a hacer un gran volumen (piense en millones), haría "diseño para fabricación" para optimizar su diseño para que sea fácil y barato de construir y probar. Piénselo, si un ingeniero de fabricación puede reducir 2 centavos del costo de fabricación de 1,000,000 de unidades, entonces tiene un gran ahorro.

Para 500 unidades, su volumen es relativamente bajo. Aquí hay una buena presentación, Haz que tus cosas se hagan: presentación de hardware abierto de Tokio , de Dangerous Prototypes . Básicamente afirman que en el nivel del que estás hablando, eres demasiado pequeño para construir los tableros tú mismo y debes usar una casa de cumplimiento como lo hacen ellos ( Seeed Studios ). Siguen los pasos involucrados y lo que necesita. La plataforma de diapositivas también está disponible para descargar.