降低成本的工程設(shè)計

電子系統(tǒng)的競爭格局要求新設(shè)計必須在性能上與市場上其他類似系統(tǒng)區(qū)分開來。然而，隨著技術(shù)和制造能力的不斷進(jìn)步，即使是獨特的靜態(tài)設(shè)計最終也將面臨成本壓力。最好的設(shè)計必須從一開始就考慮所有可用的降低成本的機(jī)會。為了降低 PCB 系統(tǒng)的總成本，在首次構(gòu)建之前需要考慮幾個關(guān)鍵的設(shè)計決策。這些項目涉及設(shè)計團(tuán)隊可以控制的領(lǐng)域。

用于 PCB 組裝的表面貼裝技術(shù) (SMT) 通常是制造新設(shè)計的成本最低且麻煩最少的工藝。在可能的情況下，減少或移除所有電鍍通孔 (PTH) 組件，因為它們需要更昂貴的手動組裝工作。某些加固型外部連接器可能僅提供通孔選項。如果需要，考慮使用帶有附加緊固件的表面貼裝連接器。

PTH 組件通常比 SMT 組件更堅固、更堅固。這使它們成為連接器的理想選擇。在必須使用 PTH 組件的情況下，請與您的 CM 討論“Paste in Hole” (PIH) 技術(shù)。這是在 PCB 上的電鍍通孔中和周圍篩選焊膏的過程。然后，將通孔元件的引線放置到這些準(zhǔn)備好的通孔中。PCB 僅經(jīng)過一次回流焊接工藝，因此可以同時端接通孔和 SMT 組件。PIH 使雙面電路板的加工變得更容易、更快、更便宜。

PIH 需要設(shè)計的兩個先決條件。首先，組件的絕緣材料必須能夠承受鉛或無鉛回流溫度。檢查相關(guān)組件的數(shù)據(jù)表以驗證此信息。其次，引線周圍的垂直和水平間隙必須足夠大，以允許足夠量的印刷焊膏。需要此空間以允許熔融焊膏從 PCB 表面暢通無阻地轉(zhuǎn)移到電鍍通孔中。

對于組件數(shù)量相對較少的設(shè)計，盡可能使用單面 PCB SMT。雖然這可能僅適用于有限數(shù)量的系統(tǒng)，但它可以顯著降低裝配復(fù)雜性。組裝過程越簡單，成本就越高越好。由于不必要的復(fù)雜性和組件損壞而導(dǎo)致的組裝返工延遲了生產(chǎn)量并增加了成本。

PCB 的尺寸將直接影響其成本，因為這將決定每個面板的系統(tǒng)數(shù)量。布局的尺寸應(yīng)盡可能小，同時還要考慮 PCB 內(nèi)信號和接地層的最少數(shù)量。盡管可以從以前的設(shè)計中重復(fù)使用電路塊，但由于其互補功能，它在不同系統(tǒng)中的使用可能需要新的布局。

埋在 PCB 內(nèi)的盲孔通常用于最大限度地減少對頂部和底部平面的空間影響。但是，請與您的 CM 一起了解盲孔的制造能力及其對成本的影響。您的 CM 還可以幫助您了解每個面板的 PCB 數(shù)量的最大陣列尺寸。這將使一次構(gòu)建的電路板數(shù)量最大化。

物料清單 (BOM) 中的每個組件都應(yīng)為系統(tǒng)提供獨特的價值。要測試這種情況，請考慮如果缺少組件，系統(tǒng)是否會運行不正常、運行不佳甚至完全失敗。對于大多數(shù)組件，這顯然是正確的。然而，例如，冗余并聯(lián)旁路電容器可能經(jīng)常潛入設(shè)計中的每個有源組件電源引腳。

有時，設(shè)計師可能會簡單地重復(fù)使用遺留設(shè)計塊，因為“它一直都是這樣完成的”。然而，除非制造商的數(shù)據(jù)表要求在每個電源引腳上進(jìn)行極端旁路，否則可能會有一些旁路電容釋放的機(jī)會。此外，檢查信號 I/O 上的所有上拉和下拉電阻，以確定設(shè)計中是否確實需要這些電阻。如果有源組件已經(jīng)提供了內(nèi)部上拉或下拉，那么這個外部電阻可能是多余的。

組件制造商就像任何其他行業(yè)一樣對他們的產(chǎn)品進(jìn)行細(xì)分和營銷。出于成本原因，重要的是查看組件的所有廣告功能。只購買那些需要的性能特性。在“比要求更好”的特性上畫一條線，這些特性只會增加成本，而不會給系統(tǒng)帶來額外的價值：

• 容差——無源元件供應(yīng)商通過提供多個容差范圍的電容器、電阻器、電感器和其他（例如 1%、5%、10% 和 20%）來細(xì)分他們的產(chǎn)品。這有助于他們以客戶愿意為其制造所達(dá)到的公差精度支付的最高價格出售其工廠的全部產(chǎn)能。同樣，為了測試系統(tǒng)容差的相關(guān)性，請考慮如果組件超出容差，您的系統(tǒng)是否會運行不正常、性能不佳甚至完全失敗。如果不是，請考慮擴(kuò)大對價格較低的無源元件的容忍度。

• 功率要求和尺寸 - 無源組件根據(jù)其最大功耗進(jìn)行額定，例如 ? 瓦電阻器。評估每個無源組件所需的最大功率要求，并僅在 BOM 中包含所需的標(biāo)準(zhǔn)。這通常也驅(qū)動到最小尺寸的組件。

• 有源電路性能——最好的系統(tǒng)可能需要最高性能的有源元件。當(dāng)時鐘頻率、開關(guān)速度、信噪比或高增益驅(qū)動差異化時，最高性能的半導(dǎo)體無可替代。但是，對于那些并非如此的應(yīng)用領(lǐng)域，請確保系統(tǒng)沒有“過度設(shè)計”，使用比所需性能更高的集成電路，因為這只會增加成本。查看可以為簡單起見重復(fù)使用但導(dǎo)致性能高于系統(tǒng)要求的遺留電路塊。

• 內(nèi)存大小——盡管內(nèi)存幾乎總是以 2n 位的大小提供，但未使用的空內(nèi)存沒有額外的價值。盡可能壓縮固件或計算內(nèi)存，只使用系統(tǒng)所需的最小內(nèi)存大小。

• 溫度等級——組件供應(yīng)商通常在多個溫度等級中區(qū)分他們的產(chǎn)品以細(xì)分市場。消費類 (0-70C)、工業(yè)類 (-25-85C) 和汽車類 (-40-105C) 的定價依范圍而定。確保 BOM 中組件的溫度等級滿足且不超過您的系統(tǒng)應(yīng)用要求。必要時降低組件的溫度等級。

• 供應(yīng)商選擇——可能存在成本較低的等效或引腳兼容的競爭產(chǎn)品?？紤]所有適用的組件供應(yīng)商。

對于系統(tǒng)中的任何自定義組件，確定是否可以通過具有競爭性報價的多個供應(yīng)商采購。從單一供應(yīng)商處獨家采購的定制組件將付出高昂的成本。如果可能的話，請讓兩個或更多供應(yīng)商擁有可互換的零件，每個供應(yīng)商都會贏得部分產(chǎn)量。

考慮與系統(tǒng)的物流計劃員密切合作，無論是在內(nèi)部還是與您的交鑰匙 CM，以采購更大數(shù)量的組件。一旦您的系統(tǒng)在成熟的運行率下穩(wěn)定生產(chǎn)，從長遠(yuǎn)來看，大批量購買可能有助于降低組件定價。作為一般經(jīng)驗法則，組件定價通常繼續(xù)與數(shù)量成反比，直到數(shù)量超過 >100,000-250,000。在超出此數(shù)量的某個時間點，定價確定了一個下限，額外的數(shù)量不再推動明顯降低的組件成本。

審查盡可能多的分銷商的組件成本，以獲得最佳定價?；蛘?，交鑰匙 CM 可以訪問廣泛的分銷商選擇，并可以匯總他們的訂單以獲得更好的規(guī)模經(jīng)濟(jì)。在某些大批量的情況下，直接從組件制造商處購買特定的高價值組件可能是繞過分銷商加價的一種選擇。組件供應(yīng)商會告知您有資格成為直接 OEM 帳戶的數(shù)量或美元價值。盡可能在 BOM 中使用相同的 R 或 C 值來整合各種組件。這將推動更少離散值的更大數(shù)量。

由于許多設(shè)計在準(zhǔn)備好進(jìn)行最終生產(chǎn)之前要經(jīng)過多次測試和調(diào)試迭代，因此第一個系統(tǒng)設(shè)計中的嵌入式測試模式電路可能在生產(chǎn)中不再有價值。除非需要測試點或調(diào)試電路來觀察生產(chǎn)期間或之后的行為，否則請考慮刪除系統(tǒng)生產(chǎn)版本的測試模式或非必要功能。這可能包括用新的跡線或焊料替換零歐姆電阻測試點。此外，最終的 PCB 布局設(shè)計應(yīng)縮小尺寸以去除任何電路調(diào)試區(qū)域。

設(shè)計團(tuán)隊可能對組件包裝漠不關(guān)心，而不是定價。然而，它可能會在制造過程中造成組裝的過度復(fù)雜性。與您的 CM 合作，了解組件包裝形式如何由于其取放機(jī)械的易用性而降低成本。非標(biāo)準(zhǔn)包裝可能需要更多處理或推動 CM 使用效率較低或成本較高的舊設(shè)備。

雖然磁帶和卷軸通常是最常見的包裝，但一些較舊的老式模擬組件可能仍僅以電子管格式提供。更大和更復(fù)雜的半導(dǎo)體也可能僅以托盤形式提供。了解這些設(shè)計和訂購權(quán)衡對您的制造設(shè)施的影響。

在將新設(shè)計移交給 CM 進(jìn)行生產(chǎn)之前，請考慮在設(shè)計階段降低成本的所有途徑。雖然通常首先考慮 PCB 布局以降低成本，但也有許多選項需要審查 BOM 及其采購。成本與性能之間可能存在一些折衷。這些是與設(shè)計團(tuán)隊進(jìn)行的適當(dāng)討論，以確保系統(tǒng)不會過度設(shè)計，而是針對市場將支持的內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化。這將在制造過程中實現(xiàn)最大的效率靈活性。