Comment passer de novice à fabriqué?

Je suis un gars du secteur des logiciels qui souhaite aborder le domaine du matériel afin de pouvoir profiter de la même créativité que la conception de logiciels dans le monde physique.

J'ai trouvé de nombreux articles sur la façon de fonctionner dans le monde de l'électronique, mais j'aimerais savoir s'il y a des pièges lorsque vous vous engagez dans cette aventure si votre objectif est de faire fabriquer potentiellement un appareil dans le monde. futur. (probablement des solutions centrées sur la robotique, des cartes contrôlant des servos, des capteurs, etc.).

Je voudrais m'assurer que, quelle que soit ma cible, je ne "m'apprendrai pas dans un coin", pour ainsi dire.

J'ai lu de bonnes choses sur la flexibilité et la facilité d'apprentissage des périphériques Arduino, mais je ne parviens pas à trouver quoi que ce soit pour les fabriquer. Existe-t-il des fabricants capables de produire une solution basée sur Arduino? Quel type de volume de production est disponible pour quelque chose utilisant Arduino?

Quels domaines / dispositifs de l'électronique programmable sont les meilleurs pour avoir fabriqué?

Des conseils ou des informations concernant l'apprentissage et la conception en tenant compte de la fabrication? Des conseils généraux pour un débutant?

Juste pour vous faire savoir ce qui vous attend ....

Si vous voulez fabriquer une maquette ou un prototype fabriqué manuellement en cartes à circuit imprimé réelles, vous avez beaucoup d'heures et vous pouvez vous retrouver avec plusieurs centaines à quelques milliers de dollars, selon le montant que vous êtes prêt à faire vous-même. .

Capture schématique et disposition de la carte

Tout d’abord, vous devez capturer votre conception à l’aide d’une sorte de programme de capture schématique, puis concevoir un circuit imprimé. Un des programmes les plus populaires est EAGLE , que j’utilise. Ils ont une version EAGLE Light (49 $), mais il ne peut être utilisé que pour les schémas avec une feuille (n'importe quelle taille), deux couches de signal et une zone de routage de 100x80mm (environ 4 "x3"). Pour tout travail sérieux, vous avez besoin au minimum de la version standard EAGLE, qui coûte 747 $. Il existe probablement d’autres alternatives moins coûteuses (voire gratuites). Il y en a beaucoup d'autres qui coûtent des milliers, voire des dizaines de milliers de dollars. Dans tous les cas, vous devrez passer un temps considérable à apprendre à utiliser le programme.

Ou vous pouvez payer quelqu'un comme moi pour le faire pour vous ($$ / heure).

Fabrication de PCB

La fabrication de cartes est la prochaine étape chez un fabricant de circuits imprimés . Le problème ici est les coûts NRE (ingénierie non récurrente). Certaines maisons de chambres traitent cela comme une figure distincte, et d'autres l'ont intégrée dans leur devis par conseil. En tout cas, il n’est presque jamais économique de faire fabriquer quelques planches. Vous pourriez dépenser 100 $ pour deux conseils et 500 $ pour 25. Il vous faut de très grandes quantités pour atteindre quelques dollars par conseil.

Le truc, c’est que si vous fabriquez 25 planches, ne remplissez que quelques-unes d’entre elles pour les tester et découvrez qu’elles ne fonctionnent pas (et qu’il n’ya pas de solution simple - par exemple parce que vous avez disposé un connecteur à l’arrière), vous risquez de jeter éloignez les 23 autres tableaux vierges et vous auriez mieux fait d’en avoir deux. J'ai des piles de PCB vierges comme preuve de ce phénomène.

Assemblage de PCB

À moins que vous ne souhaitiez construire les planches à la main, vous devrez les assembler. Les paquets montés en surface sont difficiles à gérer. Si la carte contient des packages BGA ou QFN, vous ne pourrez probablement pas les construire vous-même, à moins de disposer de votre propre four à refusion.

Obtenir vos deux premiers panneaux construits par une maison de montage peut coûter 500 $. Considérant que construire 25 pourrait coûter 1200 $. (Là encore, le problème réside dans les coûts NRE.) Réduire à quelques dollars par planche nécessite (à nouveau) d’importantes quantités.

Et quelqu'un d'autre a déjà discuté du problème de l'obtention de pièces.

Assurez-vous que vous utilisez des pièces qui sont facilement disponibles - si DigiKey et Mouser ont des centaines de pièces disponibles, tout devrait bien se passer. Si au lieu de cela, ils l'ont dans leur catalogue, mais s'il est actuellement en rupture de stock, essayez de trouver autre chose. Si vous avez besoin de pièces spéciales n’appartenant pas à DigiKey ou à Mouser, assurez-vous de disposer d’une source fiable avant de les intégrer à votre produit. (Remarque: plus les pièces que vous utilisez sont inhabituelles, plus vous devrez probablement les ajouter manuellement à votre bibliothèque de composants PCB.)

Cas personnalisés

Voulez-vous mettre votre conseil dans une affaire? Si vous avez besoin de concevoir un cas sur mesure, le concepteur utilisant un programme tel que SolidWorks sera ravi (je ne le fais pas, mais je peux recommander quelqu'un qui le puisse). Si vous voulez commencer par quelques cas, vous devrez probablement recourir au prototypage rapide, tel que le frittage laser sélectif (SLS). Figure au moins 100 $ par cas en petites quantités. Pour obtenir quelques dollars par caisse, vous devez avoir un moule sur mesure. NRE fois encore! Prévoyez dépenser 10 000 $ ou plus pour le moule.

Et je ne commencerai même pas les tests EMC ou EMI, car je ne sais pas si cela s'applique à votre produit.

Comme vous pouvez le constater, jusqu'à ce que vous commenciez à produire, le coût des composants électroniques ne soit généralement pas l'élément le plus important sur une base individuelle. Faire votre propre montage pour de petits volumes vous fera économiser beaucoup d’argent. Il est donc important de concevoir avec cet esprit - pas impossible de souder à la main des pièces.

Pour obtenir des prix vraiment bas pour les gros volumes, vous devez généralement vous rendre à l'étranger - Chine, etc. Mais j'évite de le faire au début.

J'ai suivi cette voie ces dernières années et je vends maintenant de petites quantités de mes créations. J'ai choisi très tôt les microcontrôleurs Microchip et je suis resté fidèle à eux, mais Arduinos et les microcontrôleurs AVR semblent une solution tout aussi intéressante.

Conception de PCB

Pour la conception de circuits imprimés, je peux recommander Eagle. Je n'ai jamais dépassé la version Light, car je ne construis que des cartes de petite taille. Il vous permet d’ajouter vos propres pièces, dont vous aurez besoin à un moment donné. Il effectue le routage automatique des pistes de circuits imprimés, même si je constate que je l'utilise moins au fil du temps - en partie parce que je fabrique des cartes avec des contraintes d'espace très serrées et que je bidouille constamment le placement des pièces et le routage pour tout ranger. Il fournit une vérification par rapport aux règles de conception, ce qui aide à détecter les erreurs dans votre mise en page. Il y a beaucoup à apprendre, mais vous maîtriserez cette technique avec le temps et les cartes peuvent être fabriquées à partir de vos fichiers numériques.

Fabrication de PCB

Je construis mes propres prototypes de cartes, puis je les réalise de manière professionnelle une fois le prototypage initial passé. Je prototype des cartes double face en utilisant le film de transfert Press-n-Peel et une imprimante laser. Je fabrique régulièrement des planches avec les petits emballages QFN à montage en surface espacés de 0,5 mm - c’est complexe, mais cela peut être fait avec précaution. Le coût des planches fabriquées de manière professionnelle a été compris entre 3 et 10 dollars pour des quantités d’environ 100.

Assemblage de circuits imprimés

Je réussis assez bien à souder par refusion en utilisant une poêle électrique. Prend un peu de soin mais est raisonnablement fiable et assez rapide. La partie la plus lente est de mettre la pâte à braser sur la carte, bien que si l’on essaie de créer un masque de soudure, cela peut aussi être simplifié. J'utilise fréquemment des paquets sans plomb comme QFN parce qu'ils sont petits et qu'ils n'ont pas trop de problèmes avec eux. Les paquets avec des fils peuvent être soudés à la main si vous voulez, mais je pense qu'il est plus rapide d'utiliser de la pâte à braser et de refondre dans la casserole.

Une fois que vous aurez atteint un volume important, vous voudrez peut-être payer à quelqu'un d'autre pour l'assemblage. Je ne l’ai pas encore fait, mais cite environ 6 500 dollars pour 30 planches, dont les pièces coûtent environ 80 dollars. Le coût supplémentaire n’est donc pas négligeable, mais cela dépend de la façon dont vous passez votre temps à faire le montage vous-même :)

Mis à part le (gros) investissement en temps, mon plus gros investissement a probablement été un oscilloscope numérique et analyseur logique USB de Bitscope - un outil précieux pour comprendre ce qui se passe réellement, par opposition à ce qui devrait se passer!

L'optimisation prématurée est la racine de tout Mal.

L'Arduino est un bon endroit pour commencer. Ne vous inquiétez pas encore pour la production de masse. Une fois que vous avez quelques modèles à votre ceinture, vous aurez une bien meilleure idée de ce que vous devez faire.

Apprendre de nouveaux matériels fait partie du jeu ici. N'essayez pas de l'éviter. Plus vous en connaissez, meilleur sera l'ingénieur.

Regardez cette vidéo qui met en évidence les différences entre logiciel et matériel:

Le matériel va vous couper (contient le langage NSFW)

Mitch Altman, concepteur de TV-B-Gone, a donné une conférence à The Next Hope sur la concrétisation de votre projet.

Voici le MP3 .

Mitch a concrétisé ses projets personnels pour animaux (y compris les télécommandes universelles TV-B-Gone) et a la chance de gagner sa vie en faisant ce qu'il aime. Mitch décrira les démarches pratiques qu'il a entreprises pour mener ses projets d'une simple idée à la recherche, au développement, à la fabrication, à la vente et à la distribution, pour aboutir, enfin, à la collecte des chèques dans le confort de son domicile (et lors de ses déplacements). monde). Cette conférence montrera également certains des pièges de la gestion de sa propre entreprise.

Dave Jones a publié un tutoriel sur la conception de circuits imprimés à volume élevé:

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

Pour la fabrication de circuits imprimés, vous pouvez faire beaucoup de prototypage sur des bandes de bande et des cartes de montage et passer directement aux circuits de circuits imprimés professionnels pour les unités de "production". J'utilise ces types et je suis très heureux: http://iteadstudio.com /store/index.php?main_page=product_info&cPath=19_20&products_id=175 Seeed utilise la même fabrique qu’elle au même prix.

Pour la mise en page de circuits imprimés, n'investissez pas trop de temps dans EAGLE, qui présente plusieurs limitations dans la version gratuite et qui est plutôt encombrant et difficile à utiliser; regardez plutôt kicad et geda, tous deux sont des logiciels libres et plus performants que EAGLE.

Je suis moi-même un débutant, alors prenez ceci avec des grains de sel, mais j’ai fait beaucoup de recherches au cours du dernier mois et j’espère donc pouvoir vous donner une bonne perspective des besoins des débutants. Voici ce que j'ai découvert:

REMARQUE: J'utilise quelques acronymes (PCB, SMD, etc.). Je n'ai pas écrit exprès ce que cela signifie, car vous aurez certainement aussi besoin de connaître intimement ces concepts.

1. Vous devez passer du prototype (Arduino?) À la version PCB. Tout d’abord, voyez ces deux vidéos d’EEVBlog: Vidéo 1 , Vidéo 2
2. Passer du prototype à la version PCB signifie passer des composants traversants aux composants SMT et de la solution à part entière Arduino à une solution à puce nue. La bonne nouvelle est que vous pouvez toujours le programmer comme un Arduino. Voir ce blog pour savoir comment faire. Si votre projet est assez simple, utilisez un ATTINY (45 ou 85) au lieu de ATMEGA328p. Voir ce post de MIT Lab pour savoir comment.
3. Construisez votre prototype no-arduino en utilisant une planche à pain ou un autre outil de prototypage comme d'habitude. Vous pouvez trouver les pièces dont vous avez besoin avec Octopart . Une très bonne chose à utiliser est leur fonction de nomenclature.
4. Découvrez maintenant combien vos composants vont coûter en créant une nomenclature. Utilisez Octopart pour trouver le prix et le meilleur endroit pour acheter vos pièces.
5. Une fois que votre prototype est fait de cette manière, il est temps de le convertir en version PCB. Vous pouvez utiliser Fritzing pour les schémas de PCB et les fichiers Gerber pour la fabrication de PCB si votre carte est assez simple. Sinon, utilisez un programme comme EAGLE ou kiCAD .
6. Obtenez votre circuit imprimé et souder sur les composants à la main. Voici une vidéo avec une bonne technique pour les pièces SMD . Pour encore plus d'informations (j'avais besoin de tout cela) ici vous allez .
7. Après avoir soudé, TESTEZ-LE DE MANIÈRE OBSTENUE Vous ne voulez pas acheter 500 produits uniquement pour découvrir que vous avez commis une erreur et qu’aucune d’entre eux ne fonctionne. Fritzing produira des planches uniques réalisées avec leur programme. Ils coûteront environ 40-50 $. Pas bon marché, mais c'est un prototype, après tout. Vous pouvez également réaliser vous-même le circuit imprimé en utilisant le processus press-n-peel. Il y a une bonne vidéo à ce sujet ici .
8. Énorme Gotcha! Vous devrez peut-être obtenir votre conseil certifié. C'est un processus long et coûteux.
9. Une fois que vous avez confiance en votre circuit imprimé, le studio Seeed en fabriquera (pas uniquement le circuit imprimé, le circuit entier) pour de petites quantités (100-1 000) à des prix raisonnables, dans le cadre du programme Propagate .

Regardez SeeedStudio , ils semblent fournir de nombreux outils pour aider quelqu'un à lancer un projet HW.

Je ne sais pas si ce sont les coins techniques qui vous inquiètent ou les coins commerciaux?

Je suis peut-être un peu fatigué des «amateurs», mais je doute fort que le monde ait besoin de davantage de sous-systèmes robotiques de qualité pas vraiment industrielle.

Des installations de production sous-traitantes existent pour chaque volume, de un à plusieurs millions, et des éléments tels que les PCB peuvent être fabriqués à tout moment, du jour suivant à la semaine. Mon expérience de la production électronique montre que l’approvisionnement en composants est l’un des plus gros problèmes, à moins que vos volumes ne soient suffisants pour que les fabricants de composants fonctionnent à votre place. De nos jours, pour les pièces à faible valeur ajoutée, ce seront des volumes très élevés.

Peut-être devriez-vous clarifier un peu votre question: avez-vous l'intention de concevoir de manière spéculative des dispositifs et de les faire fabriquer, puis de les mettre sur le marché libre?

Si vous recherchez un début facile et économique pour la programmation de microcontrôleurs, utilisez le nouveau kit d'outils de développement Launchpad de TI. Rampe de lancement

Cette chose ne coûte que 5 $ et est assez facile à apprendre à mon avis.

Il existe déjà de nombreuses informations intéressantes sur la fabrication et l’assemblage de PCB. Je vais vous transmettre quelques-unes de mes opinions. Vous pouvez vous rendre dans une maison de montage, mais cela vous coûtera, en particulier le coût initial du pochoir. Si vous décidez de l'assembler chez vous, vous constaterez qu'il est étonnamment facile de souder de grands circuits intégrés (FPGA, microcontrôleurs, RAM, etc.), mais les pièces montées en surface avec seulement 2 ou 3 connexions sont difficiles à gérer. Chose à propos de l'utilisation de composants traversants pour ces petites choses. Personnellement, j’ai craint d’essayer de souder tout type de matrice de grille à billes. Peut-être que je devrais essayer de me guérir de cela, mais ce n'est pas une question urgente pour moi.

Si vous envisagiez de réaliser de gros volumes (pensez des millions de personnes), vous feriez "conception pour la fabrication" afin d'optimiser votre conception pour qu'elle soit facile et peu coûteuse à construire et à tester. Pensez-y, si un ingénieur en fabrication pouvait réduire de 2 centimes le coût de fabrication de 1 000 000 d'unités, vous économiseriez beaucoup.

Pour 500 unités, vous êtes relativement faible volume. Voici une belle présentation, Get your stuff made - Présentation matérielle ouverte de Tokyo , par Dangerous Prototypes . En gros, ils affirment qu'au niveau dont vous parlez, vous êtes trop petit pour construire les tableaux vous-même et que vous devriez utiliser une maison de réalisation comme ils le font ( Seeed Studios ). Ils passent par les étapes et ce dont vous avez besoin. Le jeu de diapositives est également disponible au téléchargement.