Полное руководство по мелкосерийной сборке печатных плат
Мелкосерийный Сборка печатной платы относится к процессу монтажа и пайки электронных компонентов на печатные платы для создания функциональных сборок печатных плат. (PCBAS) в относительно небольших количествах (обычно от нескольких штук до нескольких сотен штук, при этом некоторые проекты достигают нескольких тысяч штук). Он охватывает Р&D прототипирование, инженерные образцы, опытное производство, и мелкосерийные поставки. Самая большая разница между мелкосерийным и крупносерийным производством заключается в том, что постоянные затраты (например, изготовление трафаретов, программирование, переключение линий, и отладка первой статьи) должны быть распределены по небольшому количеству досок. Кроме того, Электронные компоненты часто подлежат минимальному заказу в зависимости от требований к упаковке., поэтому цена за единицу зачастую значительно выше. Это структурная причина, и она не обязательно означает, что вас “перегружен.”
Ключом к успешному мелкосерийному производству является не простое сокращение отдельной статьи затрат., но планировать документацию, материалы, производственные процессы, и заранее протестировать решения. Это помогает гарантировать, что единовременные затраты окупаются, и сводит к минимуму доработку.. В этой статье систематически рассматриваются все знания о мелкосерийной сборке печатных плат в следующем порядке.: “Определение → Почему цены за единицу продукции высоки → Процесс → Материалы → Структура затрат → Сокращение затрат → Время выполнения заказа → Качество → Выбор фабрики → Переход к массовому производству.”
Быстрые ответы
Что считается мелкой партией? Единого стандарта не существует. Обычное количество варьируется от нескольких штук для прототипов., до десятков и сотен инженерных образцов, а затем до сотен или нескольких тысяч штук для опытного производства. На разных заводах используются разные классификации., поэтому подтвердите определение поставщика перед размещением заказа.
Почему цена за единицу высокая? Единовременные затраты, такие как трафареты, программирование, переключение линий, и отладка первой статьи распределены по небольшому количеству досок.. Компоненты продаются в катушках или полных упаковках., что приводит к низкому использованию материала при небольших партиях.
Каковы основные составляющие затрат? Стоимость изготовления печатной платы, стоимость компонентов (в том числе материальные потери), Затраты на монтаж SMT и монтаж через отверстие, единовременные затраты на проектирование, затраты на тестирование, затраты на упаковку и логистику, и другие сопутствующие расходы.
Какие методы снижения затрат наиболее эффективны?? Упростите дизайн, стандартизировать и использовать общие компоненты, консолидируйте заказы и оптимизируйте панельизацию, заранее подтвердите спецификацию и альтернативные компоненты, и избежать изменений во время производства.
Каковы наиболее распространенные ошибки? Путаница “минимальный объем заказа” с указанием количества сборки и без учета минимального количества заказа упаковки компонентов; неполная документация, приводящая к повторным подтверждениям; и запуск серийного производства без одобрения первого изделия.
Что такое мелкосерийная сборка печатной платы? Как классифицируются количества?
“Маленькая партия” это относительное понятие, и фабрики не используют единый стандарт классификации. Для удобства общения, Мелкосерийную сборку печатных плат можно условно разделить на три категории в зависимости от назначения и количества.:
| Этап | Типичное количество (Ссылка) | Основная цель | Ключевые соображения |
|---|---|---|---|
| Прототип | От нескольких до дюжины штук | Проверить осуществимость проекта | Скорость, DFM обратная связь, и гибкость |
| Инженерные образцы / Мелкосерийное опытное производство | От десятков до нескольких сотен штук | Проверка производственных процессов и проведение мелкомасштабных испытаний | Последовательность, тестовое покрытие, и наличие материалов |
| Мелкая и средняя партия | От нескольких сотен до нескольких тысяч штук | Мелкосерийная поставка или проверка перед массовым производством | Урожай, стабильность сроков поставки, расходы, и масштабируемость |
Необходимо подчеркнуть два момента:
- Количественная классификация варьируется в зависимости от размера платы., сложность, и количество компонентов. Таблица выше предназначена только для справочных и информационных целей..
- Мелкосерийное производство не означает “низкие требования.” Мелкие партии промышленного, медицинский, и другие продукты по-прежнему требуют строгого контроля качества и отслеживания..
Почему цена за единицу мелкосерийной сборки печатной платы выше??
Понимание этого помогает избежать недоразумений в отношении расценок, а также дает рекомендации о том, как сократить расходы..
2.1 Единовременные затраты распределяются по небольшому количеству плат.
Когда новый продукт впервые внедряется в производство, подготовительные работы обычно включают изготовление трафарета, SMT-программирование, настройка и отладка оборудования, и проверка первого изделия. Эти затраты не тесно связаны с объемом заказа.. Чем меньше досок, тем выше стоимость, выделяемая на каждую доску. Это также основная причина, почему цены на сборку прототипов намного выше, чем цены на массовое производство..
2.2 Минимальный объем заказа в зависимости от упаковки компонентов
Многие электронные компоненты продаются в катушках., полные пакеты, или фиксированные кратные. Когда вам нужно только небольшое количество, часто приходится приобретать полный пакет, а остальные компоненты не могут быть полностью использованы при мелкосерийном заказе. Поэтому, фактический “минимальный объем заказа” что ограничивает мелкосерийное производство, часто связано с требованиями к упаковке компонентов, а не с требованиями завода к количеству сборки..
2.3 Более высокая доля материальных потерь
В процессе поверхностного монтажа происходят потери материала и выбрасывание компонентов., и фабрики обычно резервируют определенное количество дополнительного материала во время закупок, чтобы компенсировать эти потери.. Общедоступная информация обычно указывает на коэффициенты потерь порядка нескольких процентов.. Чем меньше партия и меньше компонентов, тем заметнее становится доля материальных потерь. Сходным образом, использование материалов для ПХБ производство количество лома и обрезков обычно ниже при мелкосерийном производстве.
2.4 Затраты на переоснащение линии и планирование производства
Заказы небольшими партиями требуют частой замены линии., простои и переналадка оборудования влекут за собой расходы. Поэтому, некоторые фабрики взимают плату за установку оборудования (плата за установку производства) или инженерные сборы для покрытия этих расходов.
Краткое содержание: Более высокая себестоимость мелкосерийного производства в основном обусловлена ограниченной способностью распределять постоянные затраты и низким использованием материалов.. Поэтому, Сокращение затрат должно быть сосредоточено на уменьшении повторения единовременных затрат и повышении эффективности использования материалов и планирования производства..
Полный процесс мелкосерийной сборки печатных плат
| Шаг | Описание | Особые соображения для небольших партий |
|---|---|---|
| 1. Обзор документации (ДФМ/ДФА) | Проверьте файлы Gerber, Бомб, и согласовать файлы, и выявить проблемы технологичности | Изменения в дизайне наименее затратны на этапе прототипирования., так что проведите тщательную проверку |
| 2. Закупка материалов и комплектация | Закупка материалов согласно спецификации, проверьте типы пакетов и номера деталей, и оценить альтернативные компоненты | Обратите внимание на минимальный объем заказа компонентов., сроки выполнения, и материальные потери |
| 3. Изготовление печатной платы / Входной контроль | Изготовьте или проверьте доски и проверьте плоскостность и качество прокладок. | Панельизация и дизайн кромок процесса влияют на эффективность и производительность. |
| 4. Изготовление трафаретов и печать паяльной пастой | Изготовьте трафарет и нанесите паяльную пасту. | Трафарет оплачивается единоразово.; проверьте, можно ли его использовать повторно |
| 5. SPI / Размещение компонентов | Проверьте паяльную пасту и выполните высокоточное размещение компонентов. | Компоненты с мелким шагом требуют более высокой точности размещения. |
| 6. Стрелка пайки | Пайка компонентов в соответствии с температурным профилем | Профиль должен соответствовать тепловым характеристикам платы и компонентов. |
| 7. Инспекция | Выполнить АОИ, Рентгеновский осмотр (для скрытых паяных соединений на BGA/QFN и других корпусах), и другие проверки | Охват инспекциями особенно важен для мелкосерийного производства. |
| 8. Вставка через отверстие / Вторичная пайка / Программирование / Тестирование | Выполните вставку компонента THT., перепрошивка программы, и функциональное тестирование | Предоставьте четкий план испытаний и критерии приемки. |
| 9. Очистка, Конформное покрытие, Упаковка, и доставка | Выполнить очистку, покрытие, и ESD-защитная упаковка по мере необходимости | Заранее согласуйте требования к упаковке и маркировке. |
Первая проверка изделия (ФАИ) особенно важно при мелкосерийном производстве.. Первый, подтвердить компоненты, полярность, и состояние пайки первой платы перед началом серийного производства. Это помогает предотвратить переработку всей партии..
О производственных процессах и производственной среде, Линии SMT имеют требования к температуре, влажность, и управление паяльной пастой. Например, Паяльную пасту необходимо хранить в холодильнике и перед использованием полностью довести до комнатной температуры., при этом в цехе необходимо контролировать температуру и влажность. Небольшие компоненты также требуют защиты от влаги и электростатического разряда. (ЭСД) защита. Это основные практики управления заводом., но вы также можете проверить их при выборе или аудите поставщика.
Управление мелкосерийными материалами: Минимальный объем заказа, Материальные потери, и альтернативы
Материалы являются частью мелкосерийных проектов, где проблемы возникают чаще всего и оказывают наибольшее влияние на сроки выполнения заказов и затраты..
4.1 Три модели поставок материалов
| Модель | Описание | Подходящие сценарии |
|---|---|---|
| Полный «под ключ» | Фабрика закупает все материалы. | Клиенты без команды по закупкам, которым нужно универсальное решение |
| Частично под ключ | Обе стороны разделяют обязанности; клиенты обычно поставляют специальные или указанные компоненты | Проекты, включающие дефицитные компоненты или требования к назначенным каналам поставок. |
| Материалы, предоставленные заказчиком | Заказчик закупает материалы и доставляет их на завод. | Клиенты с имеющимися запасами, контрактное ценообразование, или требования к контролируемому источнику |
4.2 Общие проблемы с материалами при мелкосерийном производстве
- Ловушки минимального количества заказа: Вам нужны всего лишь десятки компонентов, но их можно приобрести только целыми катушками или упаковками., вложение капитала в оставшиеся материалы. Рассмотрите возможность объединения заказа с последующим производством или оцените наличие приемлемых альтернативных компонентов..
- Длительные сроки поставки и дефицит: Ключевые микросхемы и специальные разъемы могут иметь длительный срок поставки.. Проверьте состояние материала спецификации перед размещением заказа..
- Конец жизни (окончание срока действия) риски: Жизненный цикл продукта не учитывается при создании прототипа., только для того, чтобы компоненты стали недоступными к моменту начала массового производства.
- Резерв на материальные потери: При поставке давальческих материалов, подготовьте достаточное количество материалов, чтобы учесть потери материала и избежать невозможности завершить всю партию из-за выбрасывания компонентов.
- Нестандартизированные спецификации: Отсутствуют номера деталей производителя. (MPN) или неоднозначные описания пакетов могут привести к ошибкам при закупках.
4.3 Принципы альтернативных компонентов
Рекомендуется четко указать в спецификации, разрешены ли замены, и определить правила замены. (например, “только та же марка и те же характеристики”). Альтернативные компоненты должны быть одобрены вами в письменной форме, чтобы предотвратить несанкционированные замены на заводе для соблюдения графика поставок., что может привести к различиям в производительности.
Распределение затрат: Что входит в мелкосерийное предложение?
На основе общедоступной информации, стоимость мелкой партии PCBA можно разбить следующим образом:
Общая стоимость ≈ Стоимость печатной платы + Стоимость компонента × (1 + Коэффициент потерь материала) + SMT Assembly Расходы + Вставка через отверстие / Стоимость вторичной пайки + Единовременные затраты на проектирование + Стоимость тестирования + Стоимость упаковки и логистики + (Накладные расходы и прибыль)
| Компонент затрат | Описание | Особенности мелкосерийной обработки |
|---|---|---|
| Стоимость печатной платы | Определяется количеством слоев, основной материал, производственные процессы, и количество | Заказы мелкими партиями имеют меньший рычаг закупок сырья., и доля материальных потерь от обрезков выше |
| Стоимость компонента | Компоненты, закупленные в соответствии со спецификацией, включая резерв на материальные потери | Зачастую самый крупный компонент затрат; Минимальный объем заказа влияет на фактическую стоимость |
| Стоимость сборки SMT | Обычно рассчитывается на основе количества очков размещения. | Методы подсчета (например, счетные булавки для больших чипов) варьируются в зависимости от завода |
| Вставка через отверстие / Стоимость вторичной пайки | Рассчитывается на основе количества контактов или рабочего времени. | Смешанная сборка и ручная пайка могут значительно увеличить затраты. |
| Единовременные затраты на проектирование | Трафарет, программирование, отладка, и проверка первого изделия | Уточните, можно ли повторно использовать эти товары для повторных заказов и будет ли за них снова взиматься плата. |
| Стоимость тестирования | Аои, испытание летающего зонда, Функциональное тестирование, и т. д.. | Зависит от тестовых заданий и требований к разработке тестов. |
| Упаковка и логистика | ESD-упаковка, транспорт, и ускоренная доставка | Ускоренные услуги обычно требуют значительных дополнительных сборов. |
Общие диапазоны (только для справки; фактические котировки должны иметь преимущественную силу): В общедоступной информации обычно указывается, что стоимость трафарета составляет около нескольких сотен юаней за трафарет., установка мелкосерийной партии или затраты на проектирование в размере от нескольких сотен до более тысячи юаней за партию, коэффициент материальных потерь в несколько процентов, и надбавки за ускоренное обслуживание в размере примерно 20% к 50%. Затраты значительно различаются в зависимости от фабрики и типа платы.. Эти цифры предназначены только для того, чтобы дать общее представление о порядке величины..
Как вы можете оценить бюджет вашего проекта?
- Запросите расценки у нескольких заводов, использующих одну и ту же спецификацию, чтобы обеспечить согласованность спецификаций материалов и допущений о стоимости..
- Требуются подробные расценки на изготовление печатных плат., материалы, сборка, единовременные затраты на проектирование, тестирование, и упаковка.
- Сравните предложения на одном уровне количества и спросите, как изменятся затраты при повторных заказах., в том числе можно ли повторно использовать трафареты и программы.
- Зарезервируйте бюджет на изменения дизайна и доработку, особенно для первоначальных прототипов.
12 Практические методы снижения затрат на мелкосерийную продукцию
| Область | Метод | Описание |
|---|---|---|
| Дизайн | Упрощение дизайна и компоновки | Сокращение ненужных специальных процессов, чрезмерно узкая ширина дорожек и расстояние между ними, и чрезмерное количество слоев |
| Дизайн | Используйте стандартные пакеты компонентов | Избегайте излишне маленьких или специальных упаковок, чтобы уменьшить трудности с размещением и закупками. |
| Дизайн | Стандартизировать спецификации компонентов | Уменьшите количество номеров деталей и улучшите повторное использование материалов. |
| Дизайн | Предоставьте тестовые баллы | Сократите затраты на разработку тестов и трудности с отладкой. |
| Дизайн | Оптимизируйте панельизацию и обработайте края | Повышение эффективности производственной линии и использования материалов |
| Приобретение | Заранее проверьте статус материала спецификации | Избегайте обнаружения нехватки или снятых с производства компонентов только после размещения заказа. |
| Приобретение | Используйте альтернативные компоненты соответствующим образом. | Принять альтернативы, соответствующие требованиям к производительности, после получения письменного одобрения. |
| Заказы | Объедините несколько моделей или несколько небольших заказов. | Распределите затраты на установку и проектирование на большее количество плат и улучшите использование материалов печатных плат и эффективность планирования производства. |
| Заказы | Избегайте частых изменений | Изменения могут привести к появлению новых трафаретов., новые программы, и перенос графика |
| Заказы | Выберите подходящее время выполнения | Избегайте ускоренных услуг без необходимости, поскольку они обычно требуют значительных дополнительных сборов |
| Сотрудничество | Согласуйте с поставщиком возможность повторного использования трафарета и программы. | Сократите повторные разовые затраты на повторные заказы |
| Сотрудничество | Выберите поставщика, предоставляющего услуги DFM | Выявление проблем во время прототипирования, когда затраты на исправление минимальны |
Время выполнения: Почему мелкосерийное производство “Иногда быстро, иногда медленно”?
Время изготовления мелкой партии можно разбить на:
Подтверждение документации + Готовность материала + Изготовление печатной платы + Сборка и тестирование + Логистика
Для простых проектов со всеми доступными материалами, период от подтверждения документации до готовой продукции может быть относительно коротким. Некоторая общедоступная информация показывает, что мелкосерийная сборка может занять от нескольких рабочих дней до примерно одной недели..
Однажды материалы с длительным сроком поставки, дефицит, или замены снятых с производства компонентов., материальная готовность часто становится самым большим источником неопределенности.
Сложные производственные процессы (такие как ИЧР, BGA, и специальные базовые материалы) и дополнительные испытания также могут продлить время выполнения заказа.
Рекомендация: Попросите поставщика предоставить сроки выполнения заказов для каждого этапа производства, а не только одну общую оценку доставки.. Заранее подготовьте критически важные материалы или оцените, должны ли некоторые материалы поставляться заказчиком..
Качество и тестирование: Нет места для “Срезание углов” в мелкосерийном производстве
Мелкосерийное производство более подвержено тенденции “выполняйте только базовые проверки, поскольку количество невелико.” Однако, дефекты одинаково дорогостоящи при небольших партиях, поскольку каждая плата может быть использована для критической проверки..
| Этап | Метод | Описание |
|---|---|---|
| Паяльная паста и размещение компонентов | SPI, Аои | Выявляйте и перехватывайте проблемы печати и размещения компонентов до и после перекомпоновки. |
| Скрытые паяные соединения | Рентген | BGA/QFN и другие упаковки не подлежат визуальному осмотру.. При необходимости следует использовать рентгенологическое исследование. (обратитесь к “Комплексный анализ сборки и тестирования печатной платы HDI BGA”) |
| Подтверждение первой статьи | ФАИ | Подтвердите первую плату, прежде чем приступить к серийному производству. |
| Электрические и функциональные испытания | Летающий зонд, ИКТ, Фт | Летающий зонд или функциональное тестирование обычно используются для небольших партий., в зависимости от того, стоит ли разрабатывать испытательное приспособление |
| Надежность | Выгорание, Температурный цикл (по мере необходимости) | Для продуктов с высокой надежностью рекомендуется более широкий охват испытаний. |
| Записи и отслеживаемость | Записи о партиях и проверках | Облегчает выявление и отслеживание проблем в случае их возникновения. |
Как следует выбирать ручную пайку и машинную постановку? Для очень маленьких партий с небольшим количеством компонентов и больших упаковок., возможна ручная пайка, но последовательность и отслеживаемость, как правило, хуже. Для компонентов с мелким шагом, BGA, Qfn, или платы с большим количеством компонентов, размещение машины более надежное.
Ключевые факторы при выборе поставщика печатных плат мелкосерийным производством
- Качество обратной связи DFM: Может ли поставщик выявить конкретные проблемы до размещения заказа??
- Управление материалами и альтернативными компонентами: Каналы поиска, уведомления о нехватке, и процедуры утверждения альтернативных компонентов.
- Прозрачность котировок: Может ли поставщик предоставить подробные расценки? Можно ли повторно использовать трафареты и программы?
- Возможности проверки и тестирования: Покрытие АОИ, Рентген, и функциональное тестирование.
- Коммуникабельность и оперативность: Есть ли четкая инженерная точка контакта??
- Масштабируемость: Есть ли четкий путь от мелкосерийного производства к массовому производству??
Сценарии, подходящие для мелкосерийного производства печатных плат
- Стартап-команды по аппаратному обеспечению и независимые R&Д-инженеры: Продукты еще не доработаны и требуют многочисленных пересмотров конструкции и циклов проверки., что делает рискованным размещение крупных заказов напрямую.
- Интеллектуальное оборудование Интернета вещей, датчики, Модули Bluetooth/Wi-Fi, ESP32, РК3568, и другие встроенные материнские платы.
- Медицинские приборы, испытательные приборы, промышленные щиты управления, и охранное оборудование (высокая надежность, небольшие заказы, и длительный жизненный цикл продукта).
- Университетские лаборатории, исследовательские проекты, конкурсные проекты, и индивидуальные нестандартные платы.
- Пилотное тестирование рынка, предварительные заказы краудфандинга, ограниченные выпуски, и пополнение послепродажных запасных частей.
- Предсерийное внедрение НПИ, Проверка DFM, Подтверждение первой статьи FAI, и предварительная оценка надежности.
Контрольный список документации перед размещением заказа
| Документ | Цель | Общие проблемы |
|---|---|---|
| Файлы Gerber и Drill | Изготовление печатных плат | Несовместимые версии или отсутствующие файлы детализации. |
| Категория (Включая производителя и номер детали производителя) | Закупка материалов | Отсутствуют номера деталей, несоответствия между позиционными обозначениями и количествами, или неясные описания пакетов |
| Координатный файл | SMT-программирование | Неправильное начало координат или углы поворота, которые не соответствуют реальной плате. |
| Сборочный чертеж и инструкции по полярности | Сборка и проверка | Непонятная ориентация или полярность компонента. |
| Требования к панельизации и периферийным процессам | Эффективность и депанелизация | Метод депанелизации не указан |
| План испытаний и контрольные точки | Функциональная проверка | Отсутствуют критерии «прошел/не прошел» |
| Программные файлы и инструкции | Загрузка прошивки | Непонятная версия или метод проверки. |
| Требования к качеству и упаковке | Принятие | Критерии приемки или специальные требования к маркировке не указаны. |
Переход от мелкосерийного производства к массовому производству: Что следует учитывать заранее?
- Согласованность процесса: Параметры процесса и планы испытаний, проверенные при мелкосерийном производстве, должны быть воспроизводимы на линиях массового производства..
- Материальные риски и риски поставок: Оцените компоненты с длительным сроком поставки, риски конца жизни, и альтернативные решения, и создать AVL (Список утвержденных поставщиков).
- Изменения в структуре затрат: Единовременные затраты распределяются на большее количество единиц при массовом производстве., однако все еще необходимо учитывать уровни ценообразования и стратегии закупок, основанные на объеме..
- Возможности поставщика: Подтвердите, может ли поставщик увеличить производственные мощности. В противном случае, планируйте перевод на другой завод заранее.
- Документация и отслеживаемость: Поддерживать контроль версий и записи изменений, чтобы создать прочную основу для массового производства и аудита..
Распространенные заблуждения
| Заблуждение | Реальность |
|---|---|
| Минимальный объем заказа означает количество сборки. | Фактическое ограничение часто связано с минимальным объемом заказа упаковки компонентов. |
| Высокая цена за единицу означает, что с вас переплачивают. | Цены на мелкие партии в основном выше, поскольку единовременные затраты распределяются на меньшее количество досок, а использование материала ниже. |
| DFM не имеет значения во время прототипирования | Изменения в дизайне обходятся дешевле всего во время прототипирования., что делает это идеальное время для DFM |
| Небольшие партии требуют меньше проверок | Дефекты одинаково дорогостоящи в небольших партиях, поэтому необходимо поддерживать адекватный охват критических проверок. |
| Имеет значение только общая цена, не поломка | Без детализированных котировок, трудно сравнивать поставщиков или определять, являются ли цены разумными |
| Для перехода от мелкосерийного производства к массовому производству планирование не требуется. | Планирование процесса, материал, и заблаговременное согласование мощностей помогает избежать ситуации, когда впоследствии придется оказаться в реактивной позиции. |
Заключение
Основная проблема мелкосерийной сборки печатных плат заключается в том, что единовременные затраты и минимальный объем заказа компонентов должны быть распределены по небольшому количеству плат., при этом требования к качеству и доставке не снижаются просто потому, что количество мало. Для достижения хороших результатов, сосредоточиться на четырех ключевых областях: обеспечение полноты документации и спецификации; предварительное подтверждение наличия материалов и альтернативных компонентов; уточнение повторного использования и распределения единовременных затрат; и проведение тщательной проверки и подтверждения первой статьи. Эти меры помогают контролировать затраты и закладывают прочную основу для последующего массового производства..
Если вы планируете прототипы, инженерные образцы, или мелкосерийное пилотное производство и нуждаются в комплексной помощи при проверке DFM, материальная оценка, сборка, тестирование, и доставка, пожалуйста, свяжитесь с командой инженеров Leadsintec. Мы можем начать с рассмотрения вашего пакета документации и предоставления четкого объяснения объема проекта и подробного предложения..
