Як перейти від новачка до виготовленого?

Я хлопець із програмного забезпечення, який хоче ввійти в апаратну сторону речей, щоб я міг насолоджуватися такою ж творчістю від дизайну програмного забезпечення у фізичному світі.

Тут я знайшов чимало публікацій, що стосуються того, як "працювати та працювати" у світі електроніки, але я хотів би знати, чи є які-небудь приступи, коли вирушати в цю подорож, якщо ваша мета потенційно мати пристрій, виготовлений у майбутнє (ймовірно, орієнтовані на робототехніку рішення, плати, які контролювали б сервоприводи, датчики тощо).

Я хотів би переконатися, що куди б я не зосередився, я не буду «вчитися в кут», так би мовити.

Я читав хороші речі про гнучкість та легкість у вивченні природи пристроїв Arduino, але не вдається знайти щось про їх виготовлення. Чи є виробники, які можуть виробляти рішення на основі ардуїно? Який обсяг виробництва доступний для чогось із використанням Arduino?

Які сфери / пристрої програмованої електроніки найкращі для виготовлення?

Будь-які поради чи інформацію щодо навчання та проектування з урахуванням виготовлення? Якісь загальні поради для новачків?

Просто, щоб повідомити, що чекає попереду….

Якщо ви хочете перейти від виготовлення власноруч виготовленої дошки або прототипу до фактичної друкованої плати, перед вами багато годин і десь від кількох сотень до кількох тисяч доларів, залежно від того, скільки ви готові зробити самі .

Схематичне захоплення та компонування друкованої плати

Перш за все вам потрібно захопити ваш дизайн за допомогою якоїсь схематичної програми захоплення, а потім розробити друковану плату. Однією з найпопулярніших програм є EAGLE , якою я користуюся. У них є версія EAGLE Light (49 доларів), але вона може використовуватися лише для схем з одним аркушем (будь-якого розміру), двома шарами сигналу та областю маршрутизації 100х80 мм (приблизно 4 "х3"). Для будь-якої серйозної роботи вам потрібна принаймні версія EAGLE Standard, яка коштує 747 доларів. Напевно, є й інші менш дорогі (навіть безкоштовні) альтернативи. Є багато інших, які коштують тисячі чи десятки тисяч доларів. У будь-якому випадку вам доведеться витратити чималий час, вивчаючи, як користуватися програмою.

Або ви можете заплатити комусь, як я, зробити це за вас ($$ / година).

Виготовлення друкованої плати

Виготовлення дощок - це наступний крок виробника друкованої плати . Проблема тут - витрати NRE (без повторних інженерних витрат). Деякі будинки будинків трактують це як окрему цифру, а інші вбудовують це у свою цитату за дошкою. У будь-якому випадку, майже ніколи не економно виготовити лише кілька дощок. Ви можете витратити 100 доларів на дві дошки і 500 доларів за 25. Вам потрібно мати дійсно великі кількості, щоб знизитися до кількох доларів за дошку.

Гатча - якщо ви зробите 25 дощок, заповніть лише кілька з них для тестування і виявите, що вони не працюють (і це нелегке виправлення - наприклад, тому, що ви розклали роз'єм назад), ви можете в кінці кинути від інших 23 порожніх дощок, і вам було б краще просто отримати дві. У мене є купи порожніх друкованих плат як свідчення цього явища.

Складання друкованої плати

Якщо ви не готові будувати дошки вручну, вам потрібно буде їх зібрати. Пакети з поверхневим кріпленням важко розібратися. Якщо на дошці є пакети BGA або QFN, ви, ймовірно, не зможете самостійно їх скласти, якщо у вас немає власної духовки для перезарядки.

Отримати перші дві дошки, побудовані збірним будинком, може коштувати 500 доларів. Тоді як отримання 25 побудованих може коштувати 1200 доларів. (Знову ж таки, проблема тут - витрати на NRE.) Щоб отримати лише кілька доларів за борт, потрібно (знову ж таки) великі кількості.

А ще хтось уже обговорював проблему отримання деталей.

Переконайтеся, що ви використовуєте деталі, які є в наявності - якщо в DigiKey і Mouser є сотні доступних деталей, у вас повинно бути все в порядку. Якщо замість цього вони є у своєму каталозі, але він наразі відсутній на складі, спробуйте знайти щось інше. Якщо вам потрібні спеціальні деталі, які не несуть DigiKey або Mouser, переконайтеся, що у вас є надійне джерело, перш ніж включити його у свій продукт. (Примітка: чим більше незвичних деталей ви використовуєте, тим більше шансів вам доведеться додавати деталь вручну до вашої бібліотеки частин друкованої плати.)

Спеціальні випадки

Ви хочете покласти свою дошку у футляр? Якщо вам потрібно розробити спеціальний кейс, то дизайнеру буде пара, яка використовує програму типу SolidWorks (я цього не роблю, але можу порекомендувати когось, хто може). Якщо ви збираєтеся зробити лише кілька справ для початку, вам, ймовірно, доведеться піти з швидким прототипуванням, наприклад, селективним лазерним спіканням (SLS). Майте щонайменше 100 доларів за кожний випадок у невеликих кількостях. Щоб знизитись до кількох доларів за кожний випадок, вам потрібно виготовити спеціальну форму. НЕ час знову! Плануйте витратити на цвіль 10 000 доларів або більше.

І я навіть не запускатимусь з тестування ЕМС чи ЕМС, оскільки не знаю, чи стосується він вашого продукту.

Як видно з усього цього, поки ви не розпочнете виробництво, вартість електронних деталей, як правило, не є найбільшим продуктом на основі плати. Зробити власну збірку в невеликих обсягах, ви заощадите багато грошей. Тому важливо проектувати з цим на увазі - не можна неможливо паяти деталі вручну.

Щоб отримати по-справжньому низькі ціни на великі обсяги, як правило, вам потрібно їхати в офшор - Китай тощо. Але я б уникав цього робити на початку.

Я пішов по цьому маршруту протягом останніх кількох років і зараз продаю невеликі кількості моїх конструкцій. Я рано вибрав мікроконтролери Microchip і затримався з ними, але Arduinos та AVR мікроконтролери здаються не менш хорошим рішенням.

Дизайн друкованої плати

Для дизайну друкованої плати я можу порекомендувати Eagle - я ніколи не переживав версію Light, оскільки будую лише невеликі дошки. Це дозволяє додавати власні частини, які вам знадобляться на якомусь етапі. Він робить автоматичну маршрутизацію доріжок на друкованій платі, хоча я вважаю, що я використовую це менше, ніж проходить час - почасти тому, що я роблю дошки з дуже обмеженими просторовими обмеженнями і постійно переймаюсь як розміщенням деталей, так і маршрутизацією, щоб отримати все, що запаковано Він забезпечує перевірку правил дизайну, що допомагає зафіксувати помилки у вашій компоновці. Можна багато чому навчитися, але ви з часом отримаєте знання, і плати можна виготовити з ваших цифрових файлів.

Виготовлення друкованої плати

Я будую власні плати-прототипи, а потім зроблю їх професійно, як тільки я минув початкове прототипування. Я прототип двосторонніх плат із використанням передавальної плівки Press-n-Peel та лазерного принтера. Я звичайно виготовляю дошки з невеликими пакетами для монтажу поверхні QFN з проміжком 0,5 мм на підкладку - це хитро, але це можна зробити обережно. Витрати на професійно виготовлені дошки склали від 3 до 10 доларів за кількість близько 100.

Складання друкованої плати

Я досить успішно роблю паяльну заправку з використанням електричної фритюри. Трохи дбає, але досить надійний і досить швидкий. Найповільніша частина - отримання пасти для припою на дошці, хоча якщо ви хочете зробити маску припою, яку теж можна зробити простішою. Я часто використовую пакети без свинцю, такі як QFN, оскільки вони невеликі і не мають з ними занадто великих проблем. Пакети з відведеннями можна припаяти вручну, якщо ви хочете, але я думаю, що швидше використовувати пасту для пайки та заправку на сковороді.

Як тільки ви отримаєте значні обсяги, ви захочете перейти до оплати комусь іншому, щоб зробити збірку за вас. Я цього ще не робив, але був процитований на замовлення 6500 доларів за 30 дощок, для яких деталі коштують близько 80 доларів. Тож додана вартість не є незначною, але це залежить від того, як ви витратите свій час на складання самостійно :)

Окрім (великих) інвестицій у часи, моїм найбільшим одиночним вкладенням, мабуть, був цифровий осцилоскоп та логічний аналізатор USB від Bitscope - неоціненний для розробки того, що відбувається насправді, на відміну від того, що ви думаєте, що має відбутися!

Передчасна оптимізація - корінь усього зла.

Ардуїно - прекрасне місце для початку. Поки не хвилюйтесь про масове виробництво. Після того, як у вас з'явиться пара конструкцій під поясом, ви будете набагато краще уявляти, що вам потрібно зробити.

Вивчення нового обладнання є частиною гри тут. Не намагайтеся цього уникати. Чим більше ви знайомі, тим краще ви будете інженером.

Перегляньте це відео, в якому висвітлюються відмінності між програмним та апаратним забезпеченням:

Апаратне забезпечення скоротить вас (містить мову NSFW)

Мітч Альтман, дизайнер телевізора "B-Gone", виступив із доповіддю "Наступна надія" про перехід вашого проекту від ідеї до реальності.

Ось MP3 .

Мітч перевів свої особисті проекти для домашніх тварин (включаючи універсальні пульти дистанційного керування TV-B-Gone) від ідеї до реальності, і пощастило заробляти на життя тим, що любить. Мітч окреслить практичні кроки, які він здійснив, щоб перетворити свої проекти від простої ідеї, через кроки дослідження, розробки, виготовлення, продажу та розповсюдження, ведучи, нарешті, до збору чеків у затишку свого дому (і під час подорожі світ). Ця розмова також покаже деякі підводні камені ведення власного бізнесу.

Дейв Джонс опублікував підручник з дизайну друкованої плати з великим обсягом:

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

Для виготовлення друкованих плат ви можете зробити багато складання прототипів на дошці та дошці та перейти безпосередньо до професійних друкованих плат для "виробничих" підрозділів, я використовую цих хлопців і був дуже радий: http://iteadstudio.com /store/index.php?main_page=product_info&cPath=19_20&products_id=175 Seeed використовує ту саму фабрику, що й itad, приблизно за тією ж ціною.

Для компонування друкованої плати не вкладайте занадто багато часу в EAGLE, оскільки вона має кілька обмежень у безкоштовній версії, і це досить незграбний і важкий у використанні, замість цього добре подивіться на kicad та geda, обидва є вільним програмним забезпеченням і більш здатні, ніж EAGLE.

Я сам новачок, тому прийміть це із зернами солі, але я багато досліджував це протягом останнього місяця, і тому я сподіваюся досягти хорошої перспективи для потреб новачків. Ось що я дізнався:

ПРИМІТКА. Я використовую пару абревіатур (PCB, SMD тощо). Я не писав, що це означає навмисно, оскільки вам обов'язково потрібно буде інтимно знати ці поняття.

1. Вам потрібно перейти від прототипу (Arduino?) До версії PCB. Перш за все, дивіться ці два відео EEVBlog: Відео 1 , Відео 2
2. Перехід від прототипу до версії друкованої плати означає перехід від компонентів наскрізних отворів до компонентів SMT та з повноцінного Arduino до рішення мікросхем без перешкод. Хороша новина полягає в тому, що ви все ще можете запрограмувати це як Arduino. Про те, як це зробити, дивіться у цій публікації в блозі.Якщо ваш проект досить простий, використовуйте ATTINY (45 або 85) замість ATMEGA328p. Дивіться цю публікацію в лабораторії MIT про те, як.
3. Створіть свій прототип no-arduino, використовуючи звичайну дошку або інший інструмент для прототипування. Ви можете знайти потрібні деталі Octopart . Дуже гарною річчю є їх функція BOM.
4. Тепер дізнайтеся, скільки будуть коштувати ваші компоненти, склавши BOM (Bill Of Materials). Використовуйте Octopart, щоб знайти ціну та найкраще місце для придбання запчастин.
5. Після того як ваш прототип зроблений таким чином, саме час перетворити його на версію PCB. Для виготовлення друкованої плати ви можете використовувати Фритзинг для схем друкованої плати та файли Гербера, якщо ваша плата досить проста. В іншому випадку використовуйте таку програму, як EAGLE або kiCAD .
6. Отримайте вручну виготовлену друковану плату та пайку на компонентах. Ось відео з хорошою технікою для деталей SMD . Для отримання додаткової інформації (мені все це було потрібно) тут ви йдете .
7. Після пайки випробовуйте її ОБОВ'ЯЗКО. Ви не хочете купувати 500 виготовлених лише для того, щоб дізнатися, що ви допустили помилку, і жоден з них не працює. Фризинг дасть одноразові дошки, зроблені за їх програмою. Коштують вони близько 40-50 $. Не дешево, але це прототип, зрештою. Ви також можете виготовити друковану плату самостійно, використовуючи процес преса-n-лущення.Тут є хороше відео .
8. ВЕЛИЧЕЗНА ГЕТЧА! Можливо, вам доведеться сертифікувати вашу дошку. Це тривалий і дорогий процес.
9. Після того, як ви впевнені у своїй друкованій платі, студія Seeed виготовлятиме (не лише PCB, всю дошку) для невеликих кількостей (100-1000) за розумними цінами через свою програму Propagate .

Погляньте на SeeedStudio , вони, здається, пропонують багато інструментів для допомоги комусь у запуску проекту HW.

Мені не ясно, чи це турбуєшся технічні куточки чи куточки бізнесу?

Я, можливо, трохи розчулився з приводу «хобістів», але я серйозно сумніваюся, що світові потрібні ще не дуже-промислово якісні робочі підсистеми.

Виробничі потужності для субпідрядних контрактів існують для кожного обсягу від 1-го до мільйонного відключення, і такі речі, як ПХБ, можна робити в будь-який часовий графік з наступного дня на тиждень. Мій досвід електронного виробництва полягає в тому, що постачання компонентів є однією з найбільших проблем, якщо ви не маєте достатнього обсягу, щоб виробники компонентів бігали за вами. Сьогодні для деталей з низьким значенням, які будуть серйозно, серйозно великими.

Можливо, вам варто трохи уточнити своє запитання - чи плануєте ви продумувати прилади та виготовляти їх, а потім розміщувати їх на відкритому ринку?

Якщо ви шукаєте легкий і дешевий запуск програмування мікроконтролерів, гарним місцем для початку було б використання нового інструментарію розробки Launchpad TI. Стартова майданчик

Ця річ коштує всього 5 доларів і на мою думку це досить легко дізнатися.

Тут вже багато чудової інформації про плату та збірку друкованих плат. Я передам декілька власних думок. Ви можете зайти в збірний будинок, але це обійдеться вам, особливо заздалегідь вартість трафарету. Якщо ви вирішите зібрати в домашніх умовах, ви зможете легко припаяти великі ІМС (FPGA, мікроконтролери, оперативні пам’яті тощо), але деталі з поверхневим кріпленням, які мають лише 2 або 3 з'єднання, дуже важкі. Річ про використання компонентів, що проробляють отвори, для цих дрібниць. Я особисто ухилявся від спроб спаяти будь-який масив кульової сітки. Можливо, я повинен спробувати вилікуватися від цього, але це не актуальне для мене питання.

Якби ви збиралися робити великий обсяг (думаю, мільйони), ви зробили б "дизайн для виготовлення", щоб оптимізувати дизайн, щоб його було легко та дешево побудувати та протестувати. Подумайте над тим, якщо інженер-виробник міг би знизити 2 копійки від виробничих витрат на 1 000 000 одиниць, то у вас є велика економія.

Для 500 одиниць ви відносно низькі. Ось приємна презентація. Створіть свої речі - відкрита презентація обладнання в Токіо від Dangerous Prototypes . В основному вони заявляють, що на тому рівні, про який ви говорите, ви занадто малі, щоб самостійно будувати дошки і повинні використовувати будинок для виконання, як вони ( Seeed Studios ). Вони проходять кроки, що стосуються, і те, що вам потрібно. Слайд палуба також доступна для скачування.