Перейти к содержанию
    

Инженерное обеспечение в области компонентов при разработке электронных изделий

Лев Шапиро - основатель и руководитель консультационной компании «Component Master Ltd.», которая специализируется на вопросах выбора и правильного применения электронных компонентов.

До основания в 2003 г. собственной компании Лев Шапиро был руководителем инженерных отделов электронных компонентов в нескольких компаниях мирового уровня.

Лев имеет учёную степень «Master Degree», диплом специалиста в области патентной экспертизы, 7 патентов на выполненные им разработки. Его общий опыт работы в различных областях электроники составляет более 40-лет. Из них 15 лет составляет опыт разработки.

 

Автор хотел бы получить отклик от российских разработчиков электроники по поводу актуальности изложенных в статье проблем.

 

Инженерное обеспечение в области компонентов при разработке электронных изделий

 

При проектировании и производстве изделий электроники возникает широкий круг технических вопросов по поводу используемых электронных компонентов. Техническая поддержка в области компонентов, хорошо известная на Западе как «Component Engineering», является неотъемлемой частью процесса разработки и изготовления любого электронного изделия. Она включает в себя ряд важнейших услуг:

- помощь разработчикам изделий в правильном и обоснованном выборе компонентов, начиная с ранней стадии разработки изделия;

- проверка статуса компонентов и их спецификаций («data sheets»);

- содействие в поиске эквивалентных компонентов от других изготовителей;

- проверка используемых компонентов на их соответствие требованиям международных стандартов;

- проверка правильности применения компонентов на соответствие требованиям современной технологии;

- создание и техническое поддержание базы данных (каталога) предприятия по всем используемым компонентам с обеспечением их необходимой технической документацией;

- обеспечение оперативной информацией о прекращении производства тех или иных компонентов и решение связанных с этим проблем по поиску замен;

- помощь в снижении стоимости изделия посредством поиска эквивалентных компонентов альтернативных изготовителей;

- профессиональные консультации и помощь различным подразделениям предприятия (проектным и инженерным отделам, отделам закупок, входного контроля и надёжности, производству и т.д.) в решении любых проблем, связанных с электронными компонентами;

- участие в разработке технической политики предприятия в области применения новейших компонентов и технологий.

 

Ни одна более или менее серьёзная фирма на Западе не представляет возможной разработку электронных изделий без непосредственного участия в ней инженеров по компонентам, причём в крупных фирмах и концернах число таких специалистов достигает десятков и даже сотен человек.

Инженер по компонентам (Component Engineer) в электронных фирмах на Западе является весьма востребованной специальностью и зачастую очень дефицитной, поскольку их не готовит ни один университет или иное учебное заведение. Ими становятся профессиональные инженеры, накопившие многолетний опыт практической работы с электронными компонентами. Объём знаний и информации, которыми должен обладать инженер по компонентам, чрезвычайно велик и далеко выходит за рамки общих теоретических знаний в области электроники. Инженер по компонентам должен быть хорошо знаком с продукцией большинства ведущих мировых изготовителей электронных компонентов всех типов, легко ориентироваться в их каталогах и технических спецификациях, а также владеть дополнительной информацией, помогающей принять оптимальное решение по выбору того или иного компонента с учётом области применения разрабатываемого изделия, действующих стандартов и передовой технологии.

В повседневной работе инженер по компонентам должен быть задействован на всех стадиях разработки и изготовления изделия для оказания помощи не только техническому персоналу, занимающeмуся непосредственно проектированием, но и подразделениям по обеспечению качества, логистики, закупки компонентов и т.д. Особое внимание должно быть уделено своевременному и тщательному анализу перечня компонентов – BOM (Bill Of Materials). Обязательным условием эффективного анализа является то, что он должен осуществляться перед разводкой печатных плат, что позволяет провести своевременную корректировку перечня с устранением допущенных ранее ошибок и возможного ущерба, а также осуществить оптимизацию, суть которой подробно изложена ниже.

 

Проверка и анализ BOM включают следующие работы:

1. Проверка всех «партномеров» изготовителей компонентов в перечне на предмет их правильности и комплектности (полноты);

2. Проверка активного статуса всех компонентов и их спецификаций («Data Sheets»), что чрезвычайно важно на данной заключительной стадии дизайна, так как за время проектирования изделия могли произойти существенные изменения в документации изготовителей компонентов, включая и изменения в окончательной версии Data Sheet и его действующего статуса. При этом необходимо помнить, что опасность для подготавливаемого к производству изделия могут представлять как статусы, предшествующие массовому изготовлению компонента (Advance Information и Preliminary), так и статусы, определяющие конечные стадии его жизненного цикла (NRND - Not Recommended for New Designs и Obsolete - прекращение производства).

Выявление статусов NRND и Obsolete требует дополнительных усилий, т.к. о статусе NRND компонента его изготовитель зачастую «сообщает» пассивным способом, исключая Data Sheet из сайта. Что же касается статуса Obsolete, то своевременные извещения (PCN – Product Change Notification) изготовителей о прекращении производства направляются лишь тем заказчикам, о которых изготовителям известно, что данный компонент ими используется, а это возможно только в тех случаях, когда заказчик приобретал компонент ранее у изготовителя или у его полномочных дистрибьюторов. Своевременное выявление этих статусов поможет также избежать дополнительных рисков приобретения контрафактных компонентов, т.к. наличие в перечне компонента, производство которого прекращено, приводит к необходимости его поиска на свободном рынке.

3. Поиск аналогов для максимально возможного числа различных компонентов в перечне. Такими аналогами должны являться полностью эквивалентные заменители («Substitute Parts») других изготовителей, не требующие никаких изменений в изделии и его печатных платах.

4. Оптимизация перечня компонентов (BOM Optimization).

Оптимизация перечня является завершающей стадией его проверки и требует помощи специалистов с высокой инженерной квалификацией, включающей:

- знания и опыт разработки электронных изделий;

- обладание всесторонней информацией (технической и коммерческой) о различных типах электронных компонентов;

- детальное знание процессов производства и новейших технологий.

Оптимизация ВОМ изделия для многих предприятий является в некотором смысле «роскошью» из-за отсутствия специалистов, способных выполнить данную проверку и представить квалифицированные и эффективные рекомендации, приводящие, как правило, к существенному снижению стоимости изделия, повышению эффективности процесса производства и к сокращению сроков поставки требуемых компонентов.

 

Приведу несколько типовых примеров из реальных перечней компонентов, переданных фирме All4bom для проверки и рекомендаций по оптимизации.

 

1. Транзистор MOSFET STL8NH3LL - N-Channel, Vds=30V, 8A

Производство этого компонента фирмы STMicroelectronics в "экзотическом" корпусе "Chip Scale Package" с 8-ю выводами было прекращено в марте 2010 г. с рекомендацией замены на STL9N3LLH5 в том же корпусе. Но и этот компонент был прекращён в производстве в 2012 г., видимо из-за малого спроса. Непонятно, с какой целью разработчик выбрал данный корпус, не имеющий аналогов у других изготовителей, т.к. при выборе стандартного корпуса SO-8 можно было бы использовать STS10N3LH5 того же изготовителя STMicroelectronics и сравнительно легко найти дополнительно несколько заменителей от других ведущих фирм:

FDS8878 Fairchild Semiconductor

IRF8707PbF International Rectifier

Si4134DY-T1-E3 Vishay Siliconix

NTMS4816NR2G ON Semiconductor

Излишне напоминать, что при таком разумном подходе к выбору компонента разработчик одновременно решил бы проблему возможных задержек в поставке и помог бы отделу закупок добиться существенного снижения стоимости данного транзистора.

 

2. Регулятор напряжения TPS799XX фирмы Texas Instruments.

Данный компонент выпускается в 3-х типах корпусов: стандартного корпуса SOT23-5, а также сравнительно редких WCSP (Wafer Chip Scale Package) и SON-6 (Small Outline No-Lead). В данном случае разработчик выбрал SON-6, пренебрегая рекомендацией рассматривать возможности альтернативных изготовителей при выборе корпуса компонента, что позволит в экстренной ситуации в будущем найти приемлемую замену без изменений в печатной плате.

 

3. Танталовый конденсатор 10 uF 10V 10% Case "A" (1206) 4 шт.

Танталовый конденсатор 10 uF 16V 10% Case "A" (1206) 2 шт.

Керамический конденсатор 10 uF 10V 10% Х5R 0805 1 шт.

 

Три указанных типа конденсаторов использованы в одном и том же перечне компонентов изделия. На естественный вопрос к разработчику о том, зачем он использует 2 типа танталовых конденсаторов (10V и 16V), а не один конденсатор 16V, ответом явится стремление добиться экономии, т.к. конденсатор 16V по логике должен стоить дороже. На самом же деле действительность иная, так как цена любого стандартного компонента будет тем ниже, чем он более популярен, производится и продаётся в больших объёмах. В случае с танталовым конденсатором 16V его цена близка к цене конденсатора 10V а зачастую даже ниже. Это объясняется тем, что он, имея тот же размер, является более востребованным, и поставщики именно его включают в свои складские запасы, предлагая одновременно заказчикам, использующим конденсаторы как 16V, так и 10V.

В результате объединения 2-х типов общее требуемое количество увеличивается и соответственно снижается их стоимость, но на этом экономия для заказчика не заканчивается. К сожалению, многие разработчики при подготовке перечня не задумываются об оптимизации стоимости работ по изготовлению изделия, а не только стоимости самих компонентов. В нашем случае при использовании одного конденсатора вместо двух, потребуется лишь один фидер («feeder») для автоматической установки компонентов на плате и процесса их пайки, а также сократится общее время сборки, что дополнительно приведёт к снижению стоимости контрактного производства изделия.

В данном конкретном примере можно продолжить оптимизацию BOM. Керамические конденсаторы с диэлектриком Х5R являются привлекательной альтернативой танталовым конденсаторам, обладая многими преимуществами: отсутствие полярности, более широкий частотный диапазон, более низкие импеданс, ток утечки и паразитные параметры сопротивления и индуктивности. Существенным преимуществом является и меньший размер керамического конденсатора, а также отсутствие необходимости в выборе более высокого номинального напряжения конденсатора относительно требуемого рабочего напряжения схемы. С учётом этого керамический конденсатор 10V вполне успешно заменит танталовый конденсатор 16V, a в оптимизированном перечне компонентов может быть использован только керамический конденсатор с одним фидером для сборки и общим количеством требуемых конденсаторов 10 uF (7 шт.).

В итоге данная оптимизация приведёт не только к снижению стоимости изделия, но и способствует облегчению процесса закупок (один тип компонента вместо 3-х), упрощению входного контроля и комплектации (кит) перечня, повышению эффективности производства, а также позволит добиться существенной миниатюризации печатной платы при использовании керамических конденсаторов

с меньшими физическими размерами.

 

4. Можно привести ещё несколько примеров возможной оптимизации перечня, основанных на широко распространённых заблуждениях и ошибках при использовании пассивных компонентов. Так, нередки случаи включения в ВОМ резисторов с одинаковым значением сопротивления, но различных размеров и с различной точностью (5% и 1%). Целесообразность такого многообразия требует тщательной проверки и сокращение типов компонентов в перечне во многих случаях является оправданным, так как в конечном итоге, как разъяснено выше, приводит к упрощению логистики, повышению эффективности производства и снижению стоимости изделия.

 

Нелишне упомянуть и типичные ошибки разработчиков при выборе размеров чипов керамических конденсаторов MLCC (Multilayer Chip Capacitors). Если для резисторов необходимость в большем размере чипа иногда (но далеко не всегда) оправдана требованиями более высокой мощности, то использование конденсатора в размере 1210 или 1206 при существовании значительно меньших размеров (0603 или 0402) с теми же параметрами является грубой ошибкой с нежелательными последствиями. Необходимо помнить, что стоимость конденсатора MLCC зависит от размера и чем меньше размер, тем меньше керамического материала используется в конденсаторе и, соответсвенно, ниже его цена. Кроме того, меньщий размер является более востребованным в связи с тенденцией к миниатюризации изделий, а следовательно и выпускаемый промышленностью в значительно больших количествах, что также снижает его цену. Например, конденсатор 100pF 50V 5% с диэлектриком C0G/NP0 в размере 0402 будет на 30-40% дешевле по сравнению с аналогичным конденсатором в размере 1206 или 1210.

 

Приведенные примеры наглядно показывают, что правильный и оптимальный выбор любого электронного компонента определяется не только его функциональными возможностями, но и рядом дополнительных факторов: спецификой каждого конкретного компонента, стандартными параметрами и корпусом, наличием данного компонента у нескольких ведущих изготовителей, его стоимостью и доступностью с приемлемыми сроками поставки.

 

Накопленный опыт компании All4bom в проверке и оптимизации перечней компонентов для изделий различной сложности свидетельствует о том, что своевременная проверка перечня и его квалифицированная оптимизация, наряду с указанными выше дополнительными преимуществами по упрощению закупок, логистики, входного контроля и процесса производства, приводят и к существенному снижению стоимости изделий в пределах 15-25%.

 

Лев Шапиро

СЕО

All4bom

www.all4bom.com

 

 

Данная статья была также опубликовага в журнале "Компоненты и технологии"

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

попробовал бы он написать ТЭО на используемые элементы по методике которые к этим ТЭО придаются - думаю что на этом бы все и закончилось ;)

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

Мысли есть, но судя по тому что написано выше, квалификация компании вызывает вопросы...

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

Примеры в статье показывают всю некомпетентность автора в характеристиках компонентов.

 

Автор не знает, что различсные кормуса имеют как минимум разную высоту, чем отличается танталовый конденсатор от керамического и как меняются характеристики керамических конденсаторов с их размером.

 

Неудивительно что этого экономиста попёрли 12 лет назад из "компаний мирового уровня"...

 

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

Автор не знает, что различсные кормуса имеют как минимум разную высоту, чем отличается танталовый конденсатор от керамического и как меняются характеристики керамических конденсаторов с их размером.

Про конденсаторы все знают, а вот если выпускать изделие с жизненым циклом не менее 5 лет то гораздо важнее

наличием данного компонента у нескольких ведущих изготовителей, его стоимостью и доступностью с приемлемыми сроками поставки.
.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

Примеры какие-то странные, типа "применять будем КТ315, потому что его всегда купишь". И ни кто не задал вопрос почему разработчик применил выбранные компоненты, а подразумевают - "вот дурак-то, поставил бы КТ315 и проблем не было-бы".

 

А с заменой танталовых конденсаторов на керамические вообще лажа полная, во-первых у керамических сильно меняется емкость от напряжения, во-вторых сильное понижение ESR очень критично для некоторых цепей.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

В принципе интересно, но половина из изложенного материала приведена в IEC 62402, особенно насчет статуса компонента. Странно, но с другой стороны статья не описывает много чего оттуда, что тоже нужно учитывать при выборе определенного компонента. Например "прозрачность технологии", хотя в одном из примеров подход основан как раз раз на этом. Наверное не написали, что люди к ним обращались.

 

Также в больших "западных" компаниях нередко смотрят не на сам компонент, а на его производителя. Большой ли он, где находится, какая вероятность его исчезновения, надежен ли. Часто это, а не сам компонент, является "головной болью" инженера по компонентам. Опять же это не описано.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

Присоединяйтесь к обсуждению

Вы можете написать сейчас и зарегистрироваться позже. Если у вас есть аккаунт, авторизуйтесь, чтобы опубликовать от имени своего аккаунта.

Гость
Ответить в этой теме...

×   Вставлено с форматированием.   Вставить как обычный текст

  Разрешено использовать не более 75 эмодзи.

×   Ваша ссылка была автоматически встроена.   Отображать как обычную ссылку

×   Ваш предыдущий контент был восстановлен.   Очистить редактор

×   Вы не можете вставлять изображения напрямую. Загружайте или вставляйте изображения по ссылке.

×
×
  • Создать...