Наше место в создании изделия

Иногда к нам обращаются с вопросом: 

«У нас есть идея устройства. Вы можете его сделать?» 

Можем — но сначала нужно понять, что именно подразумевается под словом «сделать». Разработать принципиальную схему? Спроектировать печатную плату? Написать программное обеспечение Изготовить микросхемы? Произвести печатные платы? Закупить компоненты? Собрать электронные модули Провести контроль? Организовать серийный выпуск?

Все эти операции относятся к созданию электронного изделия, но выполняются совершенно разными компаниями. 

Райт Электроникс — контрактный производитель электроники. 

Чтобы объяснить нашу роль, удобнее всего посмотреть на весь жизненный цикл изделия — от идеи до повторного серийного заказа. 

Всё начинается с идеи

До появления производства существует только задача.

Например: «Нам нужен промышленный контроллер с Ethernet, несколькими аналоговыми входами и питанием 24 В».

На этом этапе ещё нет платы, спецификации компонентов или производственной документации. Есть требования к будущему устройству. Дальше начинается разработка.

Разработка и НИОКР

Разработчик превращает идею в техническое решение. В зависимости от сложности проекта этот этап может включать:

• формирование технического задания;
• разработку архитектуры;
• выбор элементной базы;
• разработку принципиальной схемы;
• трассировку PCB;
• разработку программного обеспечения;
• создание прототипов;
• испытания;
• корректировку конструкции.

Именно здесь определяется, что представляет собой устройство и как оно работает. Для нового изделия может потребоваться полноценная научно-исследовательская и опытно-конструкторская работа — НИОКР. Это отдельная инженерная компетенция.

И здесь находится первая важная граница:

Серийное контрактное производство и разработка электронного устройства — не одно и то же.

Когда появляется контрактное производство

В определённый момент разработка достигает состояния, когда изделие можно производить. Появляется комплект производственной документации. Как правило, нам необходимы: Gerber + Drill, BOM, Pick&Place, сборочная документация, дополнительные технологические требования.

Проект уже отвечает на два принципиальных вопроса: что устанавливать и куда устанавливать?

Вот здесь начинается наша основная работа. Упрощённо всю цепочку можно представить так:

Идея → НИОКР → Разработка → Производственная документация → КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО → Эксплуатация → Повторный заказ

Именно производственную часть этой цепочки мы берём на себя.

Производство микросхем

Это ещё одно распространённое заблуждение. На электронном модуле могут находиться микроконтроллеры, память, операционные усилители, преобразователи питания и сотни других компонентов. Но контрактный производитель не обязательно является производителем этих компонентов. Микросхемы выпускают полупроводниковые компании на специализированных фабриках. Резисторы, конденсаторы, разъёмы и другие компоненты также имеют своих производителей.

Наша задача — обеспечить необходимую элементную базу для производства конкретного изделия и правильно использовать её в производственном процессе.

То есть: производитель компонента делает компонент; мы из компонентов производим электронный модуль заказчика.

Травление печатных плат

Здесь терминология особенно часто создаёт путаницу. Изготовление PCB (печатных плат) и монтаж PCBA — разные производственные процессы.

Производитель печатных плат получает Gerber и изготавливает саму PCB (печатную плату): медные слои, диэлектрик, переходные отверстия, металлизацию, паяльную маску, финишное покрытие, маркировку и контур. На выходе получается пустая печатная плата.

Дальше начинается другая производственная задача — установить на неё компоненты. В рамках контрактного заказа мы можем организовать поставку печатных плат, но это не означает, что внутри нашего SMT-участка находится полный цикл их изготовления.

Для заказчика при этом процесс может выглядеть очень удобно: передали документацию → получили собранные электронные модули. А внутри этой стрелки работает целая цепочка поставщиков и производственных операций.

Сборка "по образку"

Иногда к нам приходит готовая плата и запрос: 

«Вот образец. Сделайте ещё сто таких».

Но готовая плата сама по себе не является полноценным комплектом производственной документации.

По ней можно увидеть компоненты и часть топологии, но далеко не всё. Восстановление устройства по существующему образцу — это реверс-инжиниринг. Это отдельная инженерная задача.

Серийное контрактное производство начинается там, где существует определённое изделие и достаточная документация для его воспроизводимого изготовления.

Что же делает контрактный производитель?

Теперь можно пройти наш участок цепочки подробнее. Первое, что получает производство, — проект заказчика. Но мы не нажимаем кнопку Start сразу после получения ZIP-архива. Сначала документация проходит подготовку.

Этап 1. Анализ производственной документации

Мы проверяем комплектность и согласованность переданных данных.

Сопоставляем:

Gerber, BOM, Pick&Place, сборочную документацию и требования проекта. Именно на этом этапе иногда обнаруживаются вопросы, которые не были заметны разработчику. Не потому, что производство заново разрабатывает устройство. Просто разработчик и технолог смотрят на проект с разных сторон.

Разработчик спрашивает:

Будет ли устройство работать?

Производство дополнительно спрашивает:

Можно ли его стабильно собрать?

Этап 2. Комплектация

Для производства нужны физические компоненты.

В зависимости от условий заказа элементную базу может предоставить заказчик либо её поставка организуется в рамках контрактного производства.

Появляется большая отдельная работа:

BOM → поиск компонентов → закупка → поставка → приёмка → хранение → выдача в производство.

Причём важно получить не просто «резистор 10 кОм», а именно тот компонент, который соответствует требованиям проекта.

Этап 3. Поставка печатных плат

Необходимы и сами PCB.

Если эта задача входит в заказ, производство организует их изготовление у специализированного производителя по документации проекта.

Контролируются необходимые параметры:

• материал;
• количество слоёв;
• толщина;
• медь;
• финишное покрытие;
• паяльная маска;
• маркировка;
• панелизация;
• другие требования.

После этого пустые PCB становятся одним из материалов для нашего производственного процесса.

Этап 4. Подготовка производства

Теперь нужно превратить документацию заказчика в понятный маршрут для конкретного оборудования.

Подготавливаются программы. Проверяются координаты компонентов. Определяются корпуса. Подготавливаются питатели. Заказывается трафарет. Настраиваются операции контроля. При необходимости проектируется специальная технологическая оснастка.

Именно здесь электронный проект начинает превращаться в производственный процесс.

Этап 5. SMT-монтаж

Далее начинается наиболее заметная часть работы контрактного производства. На печатную плату наносится паяльная паста. Автоматы устанавливают компоненты. Плата проходит печь оплавления. При необходимости выполняется монтаж второй стороны. Если в изделии присутствуют выводные компоненты, разъёмы, провода или субблоки, добавляются соответствующие технологические операции.

В результате пустая PCB превращается в электронный модуль.

Этап 6. Контроль

Но фраза «все компоненты установлены» ещё не означает «изделие готово». В зависимости от проекта и технологического маршрута применяются необходимые операции контроля.

Это могут быть: AOI, визуальный контроль, X-Ray и другие предусмотренные проверки. После этого изделие проходит ОТК. Контроль — не отдельное дополнение к производству. Это часть самого производства.

Этап 7. Упаковка

Этому этапу мы посвятили отдельную статью.

После ОТК готовое изделие необходимо доставить заказчику в том же состоянии, в котором оно покинуло производство.

Поэтому электронные модули защищаются от ESD (статического электричества) и механических воздействий, укладываются в транспортную тару и подготавливаются к отгрузке.

Но жизненный цикл изделия на этом не заканчивается

Заказчик получает продукцию, модули устанавливаются в оборудование. Устройства продаются или вводятся в эксплуатацию. Проходит несколько месяцев. И приходит следующий заказ:

«Нужно ещё 5000 штук».

И здесь проявляется одно из главных преимуществ серийного контрактного производства.

Повторный заказ — это не первый заказ заново

Если проект не изменился, производство уже знакомо с изделием. Существуют производственные данные. Известна технологическая последовательность. Подготовлены программы. Понятна элементная база. Известны особенности монтажа. Сформирована история предыдущих партий.

Поэтому настоящий результат первого серийного заказа — это не только изготовленные платы. Это ещё и воспроизводимый производственный процесс.

Именно возможность повторить результат через месяц, год или несколько лет отличает системное серийное производство от ситуации «мы один раз смогли собрать эту плату».

А если появилась новая ревизия?

Изделия развиваются. Разработчик меняет компонент, исправляет PCB, добавляет функцию. Выпускает новую ревизию.

Тогда производство получает обновлённый комплект документации, а изменения должны быть корректно перенесены в производственный процесс.

Здесь особенно важно управление версиями. Потому что одна из самых неприятных ситуаций — новая PCB с BOM от предыдущей ревизии или старый Pick&Place вместе с новым Gerber.

Поэтому для серийного производства важна не только способность собрать изделие, но и способность управлять его производственной историей.

Где проходит граница ответственности?

Её очень просто сформулировать.

Разработчик отвечает на вопрос:

Что нужно создать и как это должно работать?

Производитель компонентов отвечает:

Из чего это можно собрать?

Производитель PCB отвечает:

Как изготовить печатную плату?

Контрактный производитель отвечает:

Как из документации, PCB и компонентов стабильно получить необходимую партию электронных модулей?

Это разные задачи. И каждая требует своей инфраструктуры и компетенций.

Контрактное производство — это не один станок

Иногда контрактное производство представляют очень упрощённо:

«У них есть автомат, который расставляет компоненты на плату». На самом деле сам SMT (поверхностный монтаж) — только один участок длинной цепочки.

За ним стоят:

• работа с документацией;
• снабжение;
• склад;
• входящие материалы;
• технологическая подготовка;
• трафареты;
• питатели;
• SMT;
• ручные операции;
• контроль;
• MES;
• прослеживаемость;
• ОТК;
• упаковка;
• управление повторными заказами.

Поэтому настоящий продукт контрактного производства — не просто операция установки компонентов.

Наш продукт — воспроизводимый производственный процесс.

Вместо вывода

Мы находимся примерно посередине жизненного цикла электронного изделия. До нас была идея. Работали разработчики, проходил НИОКР. Появились схема, PCB, BOM, Gerber и Pick&Place.

После нас готовый электронный модуль отправится заказчику, станет частью прибора и начнёт выполнять свою функцию.

Наша задача — построить надёжный мост между проектом и серийным физическим изделием. Мы не должны заново изобретать устройство. Мы должны взять определённый проект и превратить его в управляемый процесс, который позволяет сегодня изготовить первую партию, завтра — вторую, а через некоторое время — повторить результат снова.