하드웨어 스타트업을 위한 자료: 프로토타이핑 및 제조

하드웨어 회사를 시작하는 것은 어렵습니다. 더 어려운 것은 온라인 리소스, 특히 하드웨어 회사를 위한 서비스를 찾는 것입니다.

흥미로운 서비스를 모르는 사람들을 만나고, 우연히 몇 가지를 알게 된 후, 다른 사람들에게 유용할 것이라고 생각하여 나만의 목록을 작성하기로 결정했습니다.

이것은 포괄적인 디렉토리를 만들려는 것이 아닙니다. 이것은 제 목록입니다: 나는 개인적으로 여기에 나열된 대부분의 서비스와 도구를 사용했거나, 그것들에 대해 좋은 이야기를 들었기 때문에 추천할 수 있습니다.

이 목록은 상대적으로 저렴하고 빠른 서비스에도 초점을 맞추고 있습니다. 하드웨어 스타트업은 대체로 많은 돈을 가지고 있지 않고 빠르게 반복해야 하므로, 일부 사람들이 "취미용" 클래스로 간주하는 도구를 사용하는 것이 종종 이치에 맞습니다.

PCB 디자인을 MacroFab에 업로드하고, BOM을 제공하고, 사용할 정확한 부품을 지정하고, '주문'을 클릭하면 몇 주 후에 완전히 조립된 장치를 받을 수 있습니다. 전체 과정은 빠르고 편리하며 완전히 자동화되어 있습니다. 그들은 PCB, 스텐실, 부품을 주문하고 모두 함께 조립하는 것을 처리할 것입니다.

일반적으로, 그들은 THT (Through-Hole) 및 큰 SMD 부품을 포함하여 거의 모든 것을 조립할 것입니다.

그들과 함께 일하기로 결정하면, 그들의 "하우스 부품"을 사용하여 디자인을 조정하는 것을 고려하세요. 그렇게 하면 비용이 눈에 띄게 감소합니다.

그들로부터 받은 모든 보드는 훌륭한 품질이었습니다. 나는 그들과 한 가지 작은 문제를 겪었는데, 다이오드 브리지가 잘못 배치되었습니다 - 하지만 요소의 불분명한 표시를 고려하면, 나는 그들을 정말로 비난할 수 없으며, 그들의 지원은 환상적이었습니다. 나는 빌드 시간이 더 짧고 예측 가능하다면 MacroFab를 더 자주 사용할 것이지만, 내 경우에는 현지 CM (계약 제조업체)이 더 빠른 서비스를 제공할 수 있었습니다.

당신이 협력하는 로컬 CM이 없다면, MacroFab는 당신의 프로토타입과 소량 생산에 탁월한 선택이 될 것입니다.

Small Batch Assembly의 목표는 저렴한 소량 전자 조립입니다. 생산할 수 있는 것에는 제한이 있으므로 모든 설계에 적합하지 않을 수 있습니다.

현지 CM(계약 제조업체)을 잊지 마세요. 대부분의 경우 그들은 더 나은 서비스를 제공할 수 있습니다: 빠른 반전, 좋은 의사소통, 정기적인 피드백. 주위를 둘러보고 물어보세요, 그들을 찾기는 항상 쉽지 않습니다.

나의 필요에 가장 적합한 것은 현지 CM이므로 현재 이것을 사용하고 있습니다.

OSHPark에서 제공하는 보라색 PCB는 취미가/메이커 세계에서 잘 알려져 있습니다. 간단한 가격 책정, 낮은 비용, 그리고 상당히 빠른 반전 시간으로 서비스가 매우 인기가 있습니다.

그러나 일부 사람들은 OSHPark의 보드가 훌륭한 품질을 가지고 있으며 특히 4층 제품에서 상당히 좋은 사양을 가지고 있다는 것을 깨닫지 못합니다. 그리고 내부 프로토타이핑을 위한 보드가 필요한 경우, ENIG 마감은 SMT 납땜을 훨씬 쉽게 만듭니다.

OSHPark 보드를 사용한 빠른 프로토타입의 예시입니다:

그리고 여기에 또 다른 장치 프로토타입이 있습니다. 두 장치 모두 OSHPark의 보드, OSH Stencils의 스텐실, 수동 배치를 사용하여 조립되었으며, 핫 에어 스테이션을 사용하여 리플로우되었습니다. 두 장치 모두 문제 없이 잘 리플로우되었습니다:

OSH Stencils makes inexpensive SMT/SMD stencils. They offer both ultra-cheap polyamide stencils for low-volume prototyping use, and stainless steel for precision work with durability. Pricing is calculated by square inch.

폴리아미드와 스테인리스 스틸 스텐실을 모두 사용해 보았는데, 모두 최고였습니다. 전 세계에서 주문하더라도 반전 시간이 인상적이며, 스텐실은 항상 PCB를 주문할 수 있는 것보다 빠르게 도착했습니다.

저렴한 가격 때문에, 나는 심지어 원오프 프로토타입에 대해서도 납땜 페이스트 주사기를 사용하지 않게 되었습니다: PCB를 주문할 때마다, 나는 스텐실도 주문합니다.

OSH Stencils는 OSHPark와 관련이 없음에도 불구하고 이름이 공통적인 출처를 가리킵니다.

AISLER is the European version of OSHPark. Simple pricing, quick turnaround and excellent board quality.

AISLER에서 보드의 예와 OSH Stencils에서 스테인리스 스텐실의 예:

Seeed Studio는 HASL 및 HASL Lead Free 마감의 2층 보드에 대해 무적의 가격을 제공하는 Fusion PCB 서비스를 제공합니다. 중국에서 보드를 배송받는 데 약간 기다리는 것이 문제가 아니라면, 이 서비스는 고려할 만 합니다. 그들은 또한 스텐실 및 심지어 PCB 조립 서비스를 제공합니다.

유럽에는 Eurocircuits가 있으며, 이전에는 비싸다가 최근에 경쟁력이 더욱 높아졌습니다.

대량의 경우 CM을 통해 그들이 추천하고 편안하게 사용하는 것을 사용하는 것이 좋습니다.

전자제품을 설계하려면 CAD가 필요합니다. 다행히도, 여기서의 선택은 상당히 쉽습니다. 당신(또는 당신의 디자이너)이 특정 CAD 시스템에 대한 경험이 있고 그 시스템에 대한 라이선스가 있다면 — 그것을 사용하세요. 그 외의 경우 — KiCAD를 사용해야 합니다.

KiCAD has a huge advantage in that it is free. And being free does not necessarily mean that it's worse than some commercial packages — quite the opposite. While it has its drawbacks and some things will be more tedious than expected, it is a surprisingly capable program.

실제로, 4-8층 보드에 여러 개의 제어된 임피던스 길이 매칭 차동 쌍이 있어도 KiCAD로 문제가 없습니다.

기계 설계 CAD 풍경은 매우 느리게 변하지만, 최근 몇 년 동안 흥미로운 변화가 있었습니다. 특히, 사용자당 5000달러 이상을 지불할 필요가 더 이상 없습니다. 흥미로운 새로운 참가자들은 다음과 같습니다:

매우 완벽한 CAD/CAM 패키지. 멀티플랫폼(Mac/Windows)으로 큰 장점이 있습니다. 클라우드에 연결되어 있지만, 인터넷 연결이 있든 없든 작동합니다. 가격은 매우 저렴하며, $300/년이며, 또한 취미용, 메이커, 교육자 그리고 가장 중요하게 — 젊은 스타트업에게 무료로 제공됩니다.

3D 프린팅, 사출 성형 및 CNC 가공에 사용할 수 있지만, 시트 메탈 기능은 아직 부족합니다(회사는 이에 대해 작업 중이라고 합니다).

OnShape

Browser-based CAD, with an interface that is similar to that of SolidWorks. Multiplatform (any platform with a modern web browser). Does not work without an internet connection and places a particular emphasis on sharing features (other people being able to access the latest design revisions). It used to be very accessible, but the company changed the pricing and now commercial use starts at $125/month, which is rather steep compared to Fusion 360.

3D 프린팅, 사출 성형, CNC 가공 및 시트 메탈 디자인에 사용할 수 있습니다.

작은 양의 부품에 대한 잘 알려진 주요 배급사는 다음과 같습니다:

Digi-Key,
- Mouser,
- Farnell (element14),
- RS Components (Allied).

유통업체가 위치한 지역에서 운영하는지 확인하는 것이 중요합니다. 부품을 관세를 통해 처리하는 것은 지연, 추가 비용 및 많은 추가 작업을 초래하여 하루를 망칠 수 있습니다. 유럽에 위치한 회사의 경우, Farnell과 RS가 가장 안전한 선택이며, 이들은 EU 내에서 배송합니다. 미국에서는 Mouser 또는 Digi-Key를 사용하려고 할 것입니다.

가용성을 확인할 때, 모든 주요 배급사를 확인하는 것이 좋습니다. 그들 모두가 같은 부품을 재고하고 있지는 않습니다. Octopart는 그들 모두를 확인하는 데 도움이 될 수 있습니다(아래 참조).

더 작고 잘 알려지지 않은 배급사들이 있으며, 특히 패시브에 대해 더 나은 가격을 제공할 수 있습니다. 좋은 예는 EU에 위치한 경우 훌륭한 소스가 될 수 있는 폴란드에 위치한 TME입니다.

일부 제조업체는 직접 판매합니다 — 예를 들어, Texas Instruments는 500개부터 경쟁력 있는 가격으로 칩을 제공합니다. 주변을 둘러보는 것이 가치가 있습니다 (PartsBox는 공급업체 자동 선택을 도와줄 수 있습니다).

직접 판매의 또 다른 흥미로운 예는 Wuerth Elektronik입니다. 그들은 훌륭한 품질의 다양한 패시브 및 전기기계 부품을 제조하고 대부분 직접 판매합니다. 현지 영업 담당자, 인쇄 카탈로그 및 관심 있는 부품에 대한 제안/견적을 통해 작업합니다. 여기서의 장점은 훌륭한 문서화(플러스 3D CAD 모델)와 상당히 합리적인 가격에 좋은 품질을 얻을 수 있다는 것입니다.

더 많은 양을 구매하기 시작하면, 아직 자체 구매 및 물류 부서가 없는 경우 때때로 흥미로운 옵션이 있습니다. 첫 번째 이동은 일반적으로 개별 견적에 기반하여 직접 구매하는 것입니다. 그 후에는 Arrow나 Verical과 같은 대량 수량을 전문으로 하는 유통업체와 함께 작업을 시작할 수 있습니다. 그러나 실제로는 항상 노력할 가치가 있다고는 생각하지 않았습니다.

일반적으로 첫 번째 생산량은 1,000개를 넘지 않습니다. 이런 규모에서는 부품 비용 최적화에 너무 신경 쓰지 않아도 됩니다: 몇 가지 비싼 칩에 대해서는 그럴 가치가 있을 수 있고, 일부 패시브에 대해서는 쉽게 할 수 있지만, 너무 많은 시간을 들이지 않는 것이 좋습니다. 가용성이 비용보다 더 큰 문제이며, 해결해야 할 더 큰 문제들이 많습니다.

대부분의 하드웨어 스타트업은 전자 부품이 달린 보드가 아닌 장치를 설계하며, 창업자들은 종종 기계 설계에 대한 경험이 제한적입니다.

빠른 프로토타이핑을 위해 로컬 FDM (Fused Deposition Modeling) 3D 프린터를 갖는 것이 좋습니다. 그러나 FDM은 정밀도가 낮으며, 합리적으로 매끄러운 표면을 만들 수 없으며, 지지 구조에 대해 걱정해야 합니다. 상업용 3D 프린팅 서비스는 SLS (Selective Laser Sintering) 또는 SLA (Stereolithography) 프린팅을 제공하며, 이는 비싼 장비에 대한 큰 투자를 필요로 하지만 훨씬 더 좋은 결과를 제공합니다. 디자인은 일관된 품질로 인쇄되며, 당신의 시간 투자는 최소화되며, 지지 구조와 같은 것들에 대해 걱정할 필요가 없습니다.

Shapeways is mostly a marketplace for 3D-printed products, but this means they are continously improving and optimizing their processes. Turnaround for small SLS-printed parts is several days, and prices are very good.

그들의 SLS 인쇄의 품질은 매우 좋습니다: 표면이 완벽하게 매끄럽지는 않지만, 3D 인쇄의 흔적을 보기 어렵습니다.

Shapeways에서 SLS (그들은 강하고 유연한 플라스틱이라고 부릅니다)를 사용하여 인쇄한 프로토타입의 확대 사진:

Materialise is oriented more towards businesses (B2B) than consumers. This is both good and bad for hardware startups: on one hand, their processes are more repeatable and you can expect consistently good quality. They also support large prints. On the other hand, for small orders you might find that the minimum price is not competitive, and turnaround time isn't always great.

품질에 대해서는 Shapeways가 제공하는 것과 매우 비슷합니다.

ProtoLabs의 아이디어는 프로토타이핑 서비스를 제공하는 것뿐만 아니라 저량 생산으로 부드럽게 전환하는 것입니다. 그들의 CNC 서비스의 가격은 매우 매력적이지 않지만, 그들의 빠른 사출 성형은 꽤 흥미롭습니다.

그들은 알루미늄 금형을 사용한 공정을 개발했는데, 이는 저렴하고 빠르게 생산할 수 있는 장점이 있습니다. 단점은 그들의 수명이며, 10,000개의 부품까지만 사용할 수 있습니다. 일반적으로, 하드웨어 스타트업에게는 문제가 되지 않습니다: 10,000개의 부품을 만들기 전에 디자인을 수정할 가능성이 크며, 대량 생산을 예상한다면 언제든지 강철 금형으로 전환할 수 있습니다.

그들의 빠른 사출 성형 제공은 정말 좋지만, 현지 금형 제작 회사와 작업하는 것에 비해 단점이 있습니다. 디자인을 업로드해야 하며, 이는 사출 성형에 적합해야 합니다. 사출 성형용 부품을 설계하는 것은 쉽지 않으며 상당한 지식과 경험이 필요합니다. ProtoLabs는 디자인의 주요 결함을 지적하고 일부 지침을 제공할 것이지만, 결국 위험은 당신에게 있습니다: 어느 시점에서 첫 번째 실행에 대해 수천 유로/달러를 지불하고 "주문"을 클릭해야 합니다. 중요한 문제가 있다면, 시작점으로 돌아가야 합니다.

PartsBox is a way to easily keep track of electronic parts and projects. Once you start building, you soon realize that you need a tool to help you remember how many what components you have. Many people start with spreadsheets, but they just don't cut it and quickly become a time sink.

또한, PDF 데이터 시트, 응용 노트, 3D CAD 모델 등과 같은 다른 문서를 부품과 함께 보관하려고 할 것입니다. 파일 서버나 Dropbox에서 별도의 저장소를 유지할 수 있지만, 그러면 파일 이름, 디렉토리 구조, 사용자 접근 관리 등에 대해 걱정해야 합니다. PartsBox는 부품 재고 정보와 관련 문서가 모두 저장되는 한 곳이므로 이 모든 문제를 해결합니다.

마찬가지로, 대부분의 사람들은 스프레드시트를 사용하여 BOM을 관리하고 비용을 계산합니다. 제조업체 부품 번호, 배급사 부품 번호 (SKU), 수량 및 가격에 대한 열이 있습니다. 누군가가 부품을 검색하고, 한 두 개의 벤더에 대한 배급사 가격을 찾고, 최고의 가격을 선택하고 스프레드시트에 입력합니다.

이 접근 방식의 가장 큰 문제는 확장성이 없다는 것입니다. 20-40개의 구성 요소가 있는 작은 프로젝트에서도 가격을 찾아서 스프레드시트에 입력하는 것은 많은 작업입니다.

다른 문제는 스프레드시트가 간단한 표 형식 데이터를 위해 설계되었다는 것입니다. 그러나 배급업체의 제안은 전혀 간단하지 않습니다! 공급업체는 다른 가격 할인 구조를 사용하며, 이는 쉽게 비교할 수 없습니다: 한 공급업체는 수량 100, 500, 1000개에 대한 가격을 견적하고, 다른 공급업체는 25, 250, 500개에 대해 견적합니다. 또한 MOQ (최소 주문 수량) 및 주문 배수와 같은 제한 사항도 있습니다.

PartsBox는 빠르고 쉽게 최고의 제안을 비교하고 선택하며, 귀하의 현지 재고를 고려하여 모든 수량에 대한 BOM 가격을 제공할 수 있습니다.

새로운 구성 요소를 고려할 때, Octopart는 가격과 가용성에 대해 알아보는 곳입니다. 당신이 좋아하는 배급업체에서 확인할 수 있지만, Octopart는 모든 주요 배급업체의 재고와 가격을 즉시 확인할 수 있게 해주며, 환율 변환도 처리해줍니다.

원하는 임피던스에 대한 트레이스 폭이나 차동 페어 폭/간격과 같은 것들을 계산하기 위해, 저는 Mantaro calculators가 상당히 도움이 된다고 발견했습니다. 저는 제어 임피던스를 가진 보드를 주문했고, 적어도 차동 마이크로스트립에 대해서는 측정 결과가 정확했습니다.

Mantaro 계산기를 사용하여 계산된 임피던스 제어 차등 쌍의 예시와 MacroFab에서 제작된 것입니다: