Хабрахабр

Опытное производство электроники за минимальный прайс

Привет, Хабр

Почитал я некоторые ранее опубликованные статьи о том, как жить славному молодцу, перед которым встала задача спаять 10-50-100 устройств из резисторов и микросхем, и взгрустнул, ибо во всех в них советы были даны если не вредные, то и не сильно полезные.


А вот, например, совет держать включённый паяльник за ручку — полезный!

В связи с этим хочу рассказать, как можно легко решить задачу, совершенно типичную для пары-тройки собравшихся вместе индивидуальных разработчиков-фрилансеров, небольшой компании по разработке электроники или опытного отдела в компании покрупнее:

  • регулярно надо делать 5-10-50-100 плат с SMD-компонентами
  • по возможности быстро
  • по возможности дёшево

Однако, на практике даже в достаточно крупных компаниях люди, занимающиеся опытными образцами, часто собирают их сами — потому что это занимает пару дней вместо недели, потому что всегда можно на ходу что-то подправить, потому что не надо бегать между начальством и бухгалтерией со счетами и актами… В мелких же вопрос упирается попросту в деньги. Если вы можете позволить себе — что по срокам, что по деньгам — услуги «Резонита» или «Компэла» (сотрудничающего, впрочем, с «Резонитом») по сборке модулей под ключ, то текст ниже в общем и целом не для вас.

Тем более, что в наше время базовое оборудование, позволяющее делать подобные вещи достаточно быстро и достаточно дёшево, доступно даже любителю-одиночке.

Закупка компонентов

Компаниям, даже небольшим, это рассказывать, наверное не требуется, однако для тех, кто только начинает всерьёз заниматься электроникой, упомяну.

Важный для понимания момент: способы приобретения компонентов радиолюбителем Васей, компанией из десятка человек и компанией из пары тысяч человек — это три абсолютно разных, практически не пересекающихся способа.

Цены с чисто розничными компаниями (даже изображающими из себя оптовые, как, например, «Чип-и-дип») могут отличаться в разы, иногда — в десятки раз. В момент, когда вы становитесь ООО или хотя бы ИП, перед вами открываются двери контор, которые не работают с физлицами вообще или, в лучшем случае, имеют для них другой вход, работающий по другим правилам.

Впрочем, если они почувствуют, что вы вменяемы и можете потом придти с хорошим заказом, они с удовольствием будут дружить с вами и сами. Как правило, большинство таких компаний не очень дружелюбны внешне, и для работы с ними желательно знать двух-трёх менеджеров оттуда, а при наличии интернет-магазина — регистрироваться в нём с предоставлением сведений о своём юрлице.

Например, из тех, кем пользуемся мы (ниже привожу только регулярно используемых поставщиков, так что прошу прощения у тех, у кого что-то берём, но редко):

«Терраэлектроника», «ДКО Электронщик» и «Даджет» — его дочки для работы с физическими лицами по разным направлениям. «Компэл», www.compel.ru — абсолютно крупнейший поставщик компонентов в странах СНГ, имеет огромный локальный склад и возможность поставки со складов как других крупных российских дистрибьюторов, так и зарубежных компаний. Общение с менеджерами не требуется вообще, срок поставки с локального склада по Москве — всегда ровно три дня, включая день заказа и оплаты, для людей с медленной бухгалтерией есть либо действующее по умолчанию резервирование выбранного товара на неделю, либо кредитная линия на несколько сотен долларов. Обладает лучшей системой заказа и лучшей логистикой среди всех российских поставщиков — на sds.compel.ru (доступен только для зарегистрированных юрлиц) живёт прайс и система заказа по локальным и удалённым складам с классификатором, фильтрами по параметрам, даташитами, загрузкой компонентов списком из файла, автоматическим подбором аналогов и чёртом в ступе.

При этом Компэл весьма демократичен, и любые товары с локального склада можно покупать в количестве от одной штуки (даже SMD-резисторы!).

Имеет плохо поддерживаемый каталог, поэтому для поиска нужно знать более-менее точное название компонента. «Элитан», www.elitan.ru — агрегатор поставщиков, от российских (включая тот же «Компэл») до зарубежных (Digikey и т.п.). Цены и сроки поставки доступны всем желающим, реальный срок поставки немного больше, так как указываемый не включает в себя отправку товара из офиса «Элитана» к вам.

К сожалению, не публикует цены на сайте, но на запросы по почте отвечают быстро. «МТ-Системс», www.mt-system.ru — более молодой и менее крупный дистрибьютор, чем «Компэл», но зато с куда более интересными ценами, например, на всю линейку модулей связи Simcom, на некоторые антенны и т.п.

Имеют свой склад в Москве, на сайте прямо указано наличие на нём и цены. «Радиотех-трейд», www.rct.ru — практически любые разъёмы, слоты и клеммы, корпуса Gainta и Sanhe и другие компоненты. Доступны также через «Компэл» и «Элитан» со сроком поставки в несколько рабочих дней и ценой, не сильно отличающейся от родной. Не очень любят продавать в количествах, не кратных целой упаковке.

На сайте доступен каталог с наличием и ценами. «Екомп», e-components.ru, ранее известный как «Элтех» — там мы берём кварцевые резонаторы NDK (а с хорошими и недорогими кварцами на российском рынке вообще как-то не очень), и иногда различные разъёмы.

Цены доступны на сайте после быстрой регистрации. «СМП», www.smd.ru — уникальное место, где можно купить SMD-пассивку практически любых номиналов без регистрации и SMS, то есть — в том числе физлицам и в том числе за наличные, причём — то ли от 10, то ли от 30 штук и по вполне разумным ценам (выше, чем у «Компэла», но тех, кто привык к «Чип-и-дипу», прайс СМП заставит плакать дня два или три).

На сайте есть цены и наличие, но неточные — висящая в состоянии «на складе» партия в десяток тысяч штук может быть уже целиком зарезервирована под чужой проект. «Ультран», www.ultran.ru — сюда мы ходим за nRF52, когда кому-то опять нужна партия BLE-биконов с перламутровыми пуговицами, а также модулями связи U-blox.

Хотя в России очень много компаний, не имеющих ничего, кроме офиса с сейлзами, и готовых таскать вам с чужих зарубежных складов всё, что там есть, но втридорога, не сильно меньше и реальных поставщиков компонентов, а также адекватных агрегаторов, работа с которыми доступна только юрлицам — и которые на порядок выгоднее, чем типичные розничные магазины типа «ЧиД», «Вольмастер» или «Кварц». И так далее, и тому подобное. При этом многие из них совершенно не требуют муторной переписки с менеджерами по каждому чиху, а обладают вполне себе развитыми системами заказа.

Если вы начали заниматься электроникой на продажу и имеете юрлицо или ИП — с этими компаниями вам необходимо ознакомиться.

S. P. Первого в профессиональной области лучше вообще не делать, если вы не знаете точно, на что идёте, а можно ли все резисторы на плате поменять на три номинала 1-10-100К, или 0,1-процентные Yageo RT0603 лучше оставить как есть, даже если и придётся доплатить — вам виднее самим. Я специально не буду говорить о том, как закупаться в Китае, а также как оптимизировать BoM.

Печатные платы

Двуслойная плата небольшого размера в партии 10-20 штук со сроком изготовления 4-5 дней обойдётся вам в 3-4 тысяч рублей за партию. Здесь, если честно, сказать нечего, мы заказываем всё у «Резонита», из российских производителей у них оптимальное сочетание сроков, цены и качества.

Минимальная партия из того, что мы там заказывали, составляла 1 штуку, максимальная — несколько тысяч штук. На данный момент лично у меня там 177 выполненных заказов и один — в процессе.

Для оценки стоимости изготовления есть калькулятор, по сути ничем не отличающийся от обычной формы заказа плат в личном кабинете — ну, кроме возможности подгрузить файлы и отправить на завод.

Монтаж

И вот тут, конечно, начинается самое интересное — платы есть, компоненты есть, дальше-то что?

Главный тезис: современные платы паяльником вручную не собирают.

Даже десять штук. Даже на опытном производстве. Ручная пайка нарушает главный принцип эффективности работы — монотонность. Это попросту муторно, долго, неэффективно и некачественно. Если провозиться подольше не является вашей целью, так делать нельзя. Ручная пайка — это постоянная, ежесекундная смена инструментов в руках.

На современных платах абсолютное большинство компонентов — SMD, и более того, когда вы попробуете минимально пристойные методики сборки, вы будете плакать каждый раз, когда будете вынуждены ставить THD-компонент.

SMD-компоненты паяются пастой — смесью из флюса и микронного размера шариков припоя (мы используем Multicore CR36, но это не обязательно).

Паста наносится строго на контактные площадки компонентов одним из двух способов:

  • пневматическим — компрессором на 4-6 атмосфер (подойдёт любой с ресивером, чтобы обеспечить стабильность давления) и диспенсером типа такого. Диспенсер стоит у китайцев баксов сто и обеспечивает простую вещь — при нажатии педали подаёт в шприц с пастой воздух под заданным давлением в течение заданного времени, выжимая заданное количество пасты. Немного муторно, но среднего размера плату вы заплюёте минут за пятнадцать-двадцать, причём при определённой сноровке можно работать даже с компонентами 0402. Паста для диспенсеров продаётся уже в шприцах, мы используем EFD SolderPlus (точнее, почти не используем, ибо диспенсер минимум 364 дня в году просто покрывается пылью).
  • по трафарету — листу стали или пластика с вырезанными в нём отверстиями контактных площадок, толщиной 100-125 мкм. Трафарет кладётся сверху на плату, на него вываливается шлепок паяльной пасты и размазывается шпателем или просто пластиковой карточкой. В идеале для этого процесса нужен ручной трафаретный принтер, обеспечивающий вертикальное поднимание и опускание трафарета, но в небольших масштабах можно просто закреплять плату и трафарет малярным скотчем на столе. Обработка одной платы занимает, очевидно, всего пару минут.

забудьте сразу — вы повеситесь на первой же своей плате. Всякие варианты с намазыванием зубочисткой, ручным давлением из шприца и т.п.

Последние имеют толщину 100 мкм — думаете, это просто так, совпадение? Данная часть была бы не столь весёлой — трафарет штука довольно дорогая — если бы не одно чудесное изобретение человечества: режущий плоттер Silhouette Curio, предназначенный для вырезания аппликаций для скрапбуков, но также прекрасно справляющийся с «прозрачками» для проекторов.

Пассивка 0402 выходит похуже, но ещё приемлемо, а во всяких QFN приходится убирать отдельные ножки и делать сплошную прорезь. Плоттер принимает на вход файлы DXF (причём в бесплатной версии софта; платная добавляет поддержку очень нужного для скрапбуков SVG) и без проблем справляется с компонентами размером вниз до SOIC и 0603.

Но возможность таки сделать трафарет, вполне себе подходящий для большинства несложных конструкций, на оборудовании за 14 тысяч рублей, без мокрой химии и вообще каких-либо значимых отходов, а также за пятнадцать-двадцать минут времени — бесценна. Это, конечно, не трафарет для производства десяти тысяч устройств.

После вырезания и намазывания идёт расстановка деталей.

Конечно, было бы хорошо иметь автоматический расстановщик, но, во-первых, штука это не совсем дешёвая, во-вторых, скажу вам по секрету, на партии в полсотни плат программирование расстановщика у вас займёт сильно больше времени, чем собственно расстановка.

Самый простой и дешёвый вариант — вакуумный пинцет типа такого, то есть, по сути, ручка с аквариумным компрессором. Поэтому базовый вариант — расстановка вручную. Ручка имеет сменную иглу на конце и дырку на боку, закрываете дырку пальцем — игла притягивает детали, отпускаете палец — воздух идёт через дырку, деталь отваливается.

Стоит такой пинцет копейки — меньше 1500 рублей у китайцев, а при желании можно сделать и самому натурально из аквариумного воздушного компрессора. В отличие от обычных пинцетов, эта штука позволяет брать компоненты любой формы и с любой поверхности, в том числе прямо из лент, а в отличие от механических вакуумных пинцетов с кнопкой и резиновой грушей внутри, не даёт рывка при отпускании детали. Иголки со временем забиваются паяльной пастой, но без проблем покупаются отдельно, как наборами разного диаметра, так и пакетами одного диаметра по 10-20-50-100 штук.

Обычным пинцетом останется расставить только самые крупные компоненты, вроде процессоров в LQFP-корпусах.

Сравните — паяльник: В этот момент вы почувствуете всю прелесть такого подхода к монтажу.

  • в правую руку паяльник, в левую — припой
  • поставить каплю припоя на одну площадку резистора
  • отложить припой, отложить паяльник
  • вытряхнуть резистор из ленты, перевернуть маркировкой вверх
  • в левую руку пинцет, взять резистор пинцетом, поставить на плату
  • не отпуская резистор, взять в правую руку паяльник, прихватить ту площадку, на которую был нанесён припой
  • отложить пинцет, взять припой
  • прихватить вторую площадку
  • повторить для остальных 146 компонентов

Паста:

  • намазать всю плату пастой
  • взять вакуумный пинцет, расставить все компоненты прямо из лент и поддонов
  • сунуть плату в печку

После того, как вы расставили компоненты (ставить надо с небольшим усилием, чтобы они впечатались в пасту), приходит пора печки. О, да.

Задача печки — нагреть пасту с заданной скоростью до 140-160 градусов (температура активации и испарения флюса), потом до 220-230 (плавление припоя), подержать недолго и охладить.

Печка же греет равномеро и плавно. Строго говоря, на совсем штучных изделиях можно прогревать пасту феном, но это годится только буквально на 5-10 экземпляров, а также подвергает компоненты серьёзному стрессу из-за больших градиентов температур.

Стоимость такого решения в наколенном варианте будет меньше 5 тысяч рублей за всё в сумме. Опять же, что очень радует — хотя китайцы делают вполне себе недорогие печки, совсем самодельную можно сделать из совершенно грошовой электродуховки (я не рекомендую данную конкретную модель, это просто ссылка) или аэрогриля, добавив к ним сделанный хоть на Arduino контроллер температуры, выдерживающий нужный профиль по градусам и по минутам.

После запекания остаётся на компонентах с мелким шагом проверить ножки на предмет возможных залипаний (вопреки утверждениям в многочисленных руководствах — нет, паяльная паста далеко не всегда сама идеально собирается точно на ножке, если её чуть больше, чем надо, или размазана она сильнее, чем надо — поверхностного натяжения не хватит, чтобы разорвать перемычку между соседними ножками), всё найденное убрать обычным паяльником, на чипах с длинными ногами и мелким шагом, вроде LQFP или TSSOP с шагом 0,5 мм, — с оплёткой для выпайки. Собственно, всё.

Изделия смонтированы. Ну и, собственно, всё.

Посчитаем?

  • режущий плоттер для трафаретов — 14000 руб.
  • прозрачная плёнка — 500 рублей за 50 листов
  • баночка Multicore CR36 — 500-800 рублей за 30 г (для регулярной работы берите банки 500 г, это в районе 4500 руб. сейчас)
  • вакуумный пинцет — 1500 руб.
  • электродуховка — 3000 руб.
  • ардуино, реле, термопара — пусть будет ещё 3000 руб.

И более того — ещё и более качественно: если по результатам паяльника сразу видно, что плата была собрана вручную (характерные наплывы на ногах компонентов, с явным избытком припоя сверх действительно необходимого), то при минимальной сноровке даже такой примитивный набор позволяет делать изделия, с точки зрения непрофессионала внешне не отличающиеся от серийных. Итого — 22 800 рублей за комплект оборудования и расходников, который позволит вам монтировать платы с SMD-компонентами в несколько раз быстрее чисто ручной работы паяльником.

И это — за сумму, которую многие могут себе позволить даже в рамках хобби.

А уж если ваша жена ещё и скрапбуками увлекается…

Теги
Показать больше

Похожие статьи

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Кнопка «Наверх»
Закрыть