初心者から製造業者への移行方法

私は物事のハードウェア側に入りたいので、物理世界のソフトウェア設計から同じ創造性を楽しむことができるソフトウェアの男です。

エレクトロニクスの世界で「稼働」する方法に関する多くの投稿をここで見つけましたが、あなたの目標が潜在的に未来。（おそらくロボット中心のソリューション、サーボ、センサーなどを制御するボード）。

焦点をどこに向けても、いわば「コーナーに身を置くこと」にならないようにしたいと思います。

Arduinoデバイスの柔軟性と習得しやすさについてはよく読んでいますが、それらを製造するのに苦労しています。Arduinoベースのソリューションを作成できるメーカーはありますか？Arduinoを使用する製品にはどのような生産量がありますか？

プログラマブルエレクトロニクスのどの領域/デバイスが製造に最適ですか？

製造を念頭に置いた学習と設計に関するヒントや情報はありますか？初心者向けの一般的なヒントはありますか？

ただ先に何があるかを知らせるために....

手作りのブレッドボードやプロトタイプの作成から実際のPCBに移行したい場合は、自分の意思に応じて、数百から数千ドルの費用がかかります。 。

回路図のキャプチャとPCBレイアウト

まず、何らかの回路図キャプチャプログラムを使用してデザインをキャプチャし、次にPCBを設計する必要があります。人気のあるプログラムの1つはEAGLEで、これを使用しています。EAGLE Lightバージョン（49ドル）がありますが、1つのシート（任意のサイズ）、2つの信号層、および100x80mm（約4 "x3"）のルーティングエリアを持つ回路図にのみ使用できます。重大な作業を行うには、少なくとも747ドルのEAGLE Standardバージョンが必要です。おそらく、他の安価な（無料の）代替案もあります。数千または数万ドルかかる他の多くがあります。いずれにせよ、プログラムの使い方を学ぶのにかなりの時間を費やす必要があります。

または、あなたに代わって私のような人にお金を払ってもらうこともできます（$$ /時間）。

PCB製作

PCB製作者は、ボードを作成することが次のステップになります。ここでの問題は、NRE（非繰り返しエンジニアリング）コストです。一部の役員会はこれを別の数字として扱い、他の役員会は役員会ごとの見積もりにそれを組み込みました。いずれにせよ、ほんの数枚のボードを作るだけではほとんど経済的ではありません。2枚のボードに100ドル、25枚に500ドルを費やすかもしれません。ボードあたりわずか数ドルにするには、大量に購入する必要があります。

落とし穴は、25枚のボードを作成し、テストのためにそれらの2、3個だけを投入し、それらが機能しないことを発見した場合（そして、簡単な修正がない-たとえば、コネクタを後方にレイアウトしたため）、あなたは投げることになるかもしれません他の23枚のブランクボードを取り除けば、2枚取りさえすればよかったでしょう。この現象の証拠として、空のPCBのスタックがあります。

PCBアセンブリ

手作業でボードを作成する場合を除き、ボードを組み立てる必要があります。表面実装パッケージの取り扱いは困難です。ボードにBGAまたはQFNパッケージがある場合は、独自のリフローオーブンがない限り、おそらく自分でビルドすることはできません。

最初の2枚のボードを組み立て工場で組み立てるには500ドルかかるかもしれません。一方、25個のビルドには1200ドルかかる場合があります。（繰り返しますが、ここでの問題はNREのコストです。）ボードごとにわずか数ドルに下がるには、（再び）大量が必要です。

そして、他の誰かがすでに部品を入手する問題について議論しています。

すぐに利用できる部品を使用するようにしてください-DigiKeyとMouserの両方に数百の部品が用意されている場合は、大丈夫です。代わりに、彼らがカタログにそれを持っているが、それが現在品切れであるならば、何か他のものを見つけようとしてください。DigiKeyまたはMouserに搭載されていない特別な部品が必要な場合は、製品に組み込む前に信頼できるソースがあることを確認してください。（注：使用する珍しい部品が多いほど、PCB部品ライブラリに部品を手動で追加する必要が生じる可能性が高くなります。）

カスタムケース

ボードをケースに入れますか？カスタムケースを設計する必要がある場合、SolidWorksのようなプログラムを使用するデザイナーにとっては2、3になります（私はそうしませんが、できる人をお勧めします）。最初からいくつかのケースを作成する場合は、おそらく選択的レーザー焼結（SLS）などのラピッドプロトタイピングを使用する必要があります。少量の場合、1ケースあたり少なくとも100ドルを計算します。ケースあたり数ドルのコストにするには、カスタム金型を作成する必要があります。再びNREの時間！金型に10,000ドル以上を費やすことを計画します。

また、EMCまたはEMIのテストを開始することもありません。製品に適用されるかどうかわからないからです。

このすべてからわかるように、生産に入るまで、電子部品のコストは通常​​、ボードごとに最大の項目ではありません。少量で独自のアセンブリを行うと、多くのお金を節約できます。したがって、それを念頭に置いて設計することが重要です-手ではんだ付けすることは不可能ではありません。

大量に本当に安い価格を手に入れるには、一般的に中国などのオフショアに行く必要がありますが、最初はそうすることは避けたいです。

私は過去数年にわたってこのルートをたどり、現在は少量のデザインを販売しています。私は早くからMicrochipマイクロコントローラーを選択し、それを使い続けましたが、ArduinosとAVRマイクロコントローラーも同様に優れたソリューションのようです。

PCB設計

PCB設計については、Eagleをお勧めします-非常に小さいボードを構築しているだけなので、Lightバージョンを過ぎたことはありません。独自のパーツを追加することができます。これは、ある段階で必要になります。PCBトラックの自動ルーティングを行いますが、時間が経つにつれてこれを使用する時間が少なくなります-一部は非常に狭いスペース制約を持つボードを作成しており、すべてを詰め込むためにパーツの配置と配線の両方を常にいじっています。設計ルールに対するチェックを提供し、レイアウトの不備を見つけるのに役立ちます。学ぶべきことはたくさんありますが、時間の経過とともに習熟し、デジタルファイルからボードを製造できます。

PCB製作

独自のプロトタイプボードを構築し、最初のプロトタイピングが終わったら、プロ用に作成します。Press-n-Peel転写フィルムとレーザープリンターを使用して、両面ボードのプロトタイプを作成しました。0.5 mmのパッド間隔で、小さなQFN表面実装パッケージを使用してボードを定期的に作成しています。専門的に製造されたボードのコストは、約100個の量で3ドルから10ドルの間です。

PCBアセンブリ

電気フライパンを使用して、リフローはんだ付けを非常にうまく行います。少し注意しますが、かなり信頼性が高く、非常に高速です。最も遅い部分は、はんだペーストを基板に付着させることですが、はんだマスクを作るのが面倒な場合は、それも簡単にすることができます。私はQFNのようなリードレスパッケージを頻繁に使用します。これは、サイズが小さく、問題があまりないためです。必要に応じて、リード付きのパッケージを手はんだ付けすることもできますが、はんだペーストを使用して鍋でリフローする方が速いと思います。

かなりの量になったら、他の人に代金を払ってアセンブリを行うようにしたいと思うでしょう。私はまだこれをしていませんが、30ボードで6500ドルのオーダーで見積もられています。そのため、部品は約80ドルかかります。したがって、追加コストはささいなものではありませんが、アセンブリを自分で行うための時間をどのように費やすかに依存します:)

（大きな）時間の投資とは別に、私の最大の単一の投資は、おそらくBitscopeのUSBデジタルオシロスコープとロジックアナライザーです。

早すぎる最適化はすべての悪の根源です。

Arduinoは開始するのに最適な場所です。まだ大量生産を心配しないでください。ベルトの下にいくつかのデザインを作成すると、何をする必要があるかについてのより良いアイデアが得られます。

新しいハードウェアの学習は、ここでのゲームの一部です。それを避けようとしないでください。使い慣れていればいるほど、エンジニアは上手になります。

ソフトウェアとハ​​ードウェアの違いを強調したこのビデオをご覧ください。

ハードウェアはあなたをカットします （コンスタンタンスNSFW言語）

TV-B-GoneのデザイナーMitch Altmanが、The Next Hopeでプロジェクトをアイデアから現実へと導くことについて講演しました。

これがMP3です。

ミッチは彼の個人的なペットプロジェクト（TV-B-Goneユニバーサルリモコンを含む）をアイデアから実現し、彼が好きなことをして生計を立てることができて幸運です。ミッチは、彼のプロジェクトを単なるアイデアから、研究、開発、製造、販売、流通の各ステップを経て、最終的に自宅で快適に（そして旅行中に）世界）。この講演では、自分のビジネスを運営する上での落とし穴のいくつかも示します。

Dave Jonesは、大量のPCB設計に関するチュートリアルを投稿しています。

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

PCB製造の場合、ストリップボードとブレッドボードで多くのプロトタイピングを行い、「プロダクション」ユニットのプロ用PCBに直接ジャンプできます。私はこれらの人を使用し、非常に満足しています：http : //iteadstudio.com /store/index.php?main_page=product_info&cPath=19_20&products_id=175 Seeedは、ほぼ同じ価格でiteadと同じ工場を使用しています。

EAGLEには無料版にいくつかの制限があるため、PCBレイアウトにあまり時間をかけないでください。かなり扱いにくく使いにくいので、代わりにkicadとgedaをよく見てください。どちらもフリーソフトウェアであり、EAGLEよりも優れています。

私は初心者なので、これを塩の粒で取りますが、先月これについて多くのことを研究してきました。私が見つけたものは次のとおりです。

注：いくつかの頭字語（PCB、SMDなど）を使用しています。これらの概念を詳細に知る必要があるので、これらが意図的に意味することを書いていません。

1. プロトタイプ（Arduino？）からPCBバージョンに移行する必要があります。まず、EEVBlogの次の2つのビデオを参照してください。ビデオ1、ビデオ2
2. プロトタイプからPCBバージョンへの移行は、スルーホールコンポーネントからSMTコンポーネントへの切り替え、および本格的なArduinoからベアボーンチップソリューションへの切り替えを意味します。良いニュースは、Arduinoのようにプログラムできることです。その方法については、このブログ投稿を参照してください。プロジェクトが単純な場合は、ATMEGA328pの代わりにATTINY（45または85）を使用します。方法については、MIT Labのこの投稿を参照してください。
3. 通常どおり、ブレッドボードまたはその他のプロトタイピングツールを使用して、非アルドゥイノプロトタイプを構築します。Octopartを使用して、必要な部品を見つけることができます。使用するのに非常に良いのは、BOM機能です。
4. ここで、BOM（部品表）を作成して、コンポーネントのコストを調べます。Octopartを使用して、価格と部品を購入するのに最適な場所を見つけます。
5. この方法でプロトタイプを作成したら、次はPCBバージョンに変換します。ボードが十分に単純な場合、PCB回路図にFritzingを使用し、PCB製造にGerberファイルを使用できます。それ以外の場合は、EAGLEやkiCADなどのプログラムを使用します。
6. PCBを作り、手作業でコンポーネントにはんだ付けします。これはSMDパーツのための良いテクニックのビデオです。さらに情報が必要な場合（すべて必要）をご覧ください。
7. はんだ付け後、それを強制的にテストします。あなたは間違いを犯し、どれも機能しないことを知るためだけに製造された500を購入したくありません。Fritzingは、プログラムで作成された1回限りのボードを作成します。費用は約40〜50ドルです。安くはありませんが、これは結局プロトタイプです。press-n-peelプロセスを使用して自分でPCBを作成することもできます。ここに良いビデオがあります。
8. 巨大な落とし穴！ボードを認定する必要がある場合があります。これは長くて費用のかかるプロセスです。
9. PCBに自信があれば、SeeedスタジオはPropagateプログラムを通じて、少量（100〜1000）をリーズナブルな価格で（PCBだけでなくボード全体で）製造します 。

見ていSeeedStudioを、彼らはHWプロジェクトを起動するために誰かを助けるための多くのツールを提供しているようです。

それがあなたが心配している技術的なコーナーなのか、それともビジネス上のコーナーなのかはっきりしません。

私は「愛好家」について少し中傷されているかもしれませんが、私は世界がもっと産業品質ではないロボットサブシステムを必要としていることを真剣に疑っています。

下請けの生産施設は、1から数百万オフまでのすべてのボリュームに存在し、PCBのようなものは、翌日から数週間までのあらゆるタイムスケールで作成できます。私の電子生産の経験では、部品メーカーはあなたのために走り回るのに十分な量でなければ、部品供給は最大の問題の一つです。最近では価値の低い部品の場合、それは非常に大量になります。

おそらく、質問を少し明確にする必要があります。デバイスを投機的に設計し、製造してから公開市場に出す予定ですか。

マイクロコントローラプログラミングの簡単で安価なスタートを探している場合、開始する良い場所の1つは、TIの新しいLaunchpad開発ツールキットを使用することです。 発射台

このことはたった5ドルで、私の意見では簡単に学ぶことができます。

ここには、PCBファブとアセンブリに関する多くの素晴らしい情報がすでにあります。私自身の意見をいくつかお伝えします。集会所に行くこともできますが、特にステンシルの初期費用がかかります。自宅で組み立てることを決めた場合、大きなIC（FPGA、マイクロコントローラー、RAMなど）をはんだ付けするのは驚くほど簡単ですが、接続が2つまたは3つしかない表面実装部品を扱うのは苦痛です。これらのささいなことにスルーホールコンポーネントを使用することに関すること。私は、あらゆる種類のボールグリッドアレイをはんだ付けしようとすることを避けています。たぶん私はそれを自分で治そうとするべきですが、それは私にとって差し迫った問題ではありません。

大量に（数百万と考える）を行う場合は、「製造用の設計」を行い、設計を最適化して、構築とテストを簡単かつ安価にします。考えてみてください。製造エンジニアが1,000,000ユニットの製造コストを2セント削減できれば、大幅に節約できます。

500ユニットの場合、音量は比較的低くなります。Dangerous Prototypesによる素敵なプレゼンテーション、「ものを作ろう-東京オープンハードウェアプレゼンテーション」をご覧ください。基本的に、彼らはあなたがあなたについて話しているレベルでは、自分でボードを構築するには小さすぎ、彼らのようにフルフィルメントハウスを使用する必要があると述べています（Seeed Studios）。関係する手順と必要なものを実行します。スライドデッキは、ダウンロードすることも可能です。