Bronnen voor hardware-startups

Een hardwarebedrijf starten is moeilijk. Wat het nog moeilijker maakt, is de moeilijkheid om online bronnen te vinden, vooral diensten voor hardwarebedrijven.

Na een aantal mensen te hebben ontmoet die niet op de hoogte waren van interessante diensten en zelf toevallig over enkele andere te hebben geleerd, besloot ik mijn eigen lijst samen te stellen, in de hoop dat deze nuttig zal zijn voor anderen.

Dit is niet bedoeld als een uitgebreide gids en ik ben niet van plan er een te maken. Het is mijn lijst: ik heb de meeste hier vermelde diensten en tools persoonlijk gebruikt, of er goede dingen over gehoord, en daarom kan ik ze aanbevelen.

Deze lijst richt zich ook op diensten die relatief goedkoop en snel zijn. Hardware-startups hebben meestal niet veel geld en moeten snel itereren, dus is het vaak zinvol om tools te gebruiken die sommigen als "hobbyistenklasse" zouden beschouwen.

Elektronica prototyping en productie

MacroFab

Upload uw PCB-ontwerp naar MacroFab, geef ze uw BOM, specificeer de exacte componenten die gebruikt moeten worden, klik op "Bestellen" en ontvang uw volledig geassembleerde apparaten enkele weken later. Het hele proces is snel, pijnloos en volledig geautomatiseerd. Zij zorgen voor het bestellen van de PCB's, stencils, componenten en het samenstellen van het geheel.

Over het algemeen assembleren ze bijna alles, inclusief THT (Through-Hole) en grote SMD-componenten.

Als u besluit met hen samen te werken, overweeg dan om uw ontwerp aan te passen om hun "Huis-onderdelen" te gebruiken, aangezien dat de kosten merkbaar zal verlagen.

Alle printplaten die ik van hen ontving waren van uitstekende kwaliteit. Ik had één klein probleem met ze, waarbij diodebruggen verkeerd waren geplaatst — maar gezien de onduidelijke markeringen op de elementen, kan ik het ze niet echt kwalijk nemen, en hun ondersteuning was fantastisch. Ik zou MacroFab vaker gebruiken als de bouwtijden korter en voorspelbaarder waren, maar in mijn geval bleek dat een lokale CM (Contract Manufacturer) snellere service kon bieden.

Als u geen lokale CM heeft waarmee u samenwerkt, is MacroFab een uitstekende keuze voor uw prototypes en productie in kleine volumes.

Assemblage van kleine series

Het doel van Small Batch Assembly is betaalbare assemblage van elektronica in kleine volumes. Er zijn beperkingen aan wat er geproduceerd kan worden, dus het is misschien niet de juiste keuze voor elk ontwerp.

Uw lokale CM

Vergeet lokale CM's (contractfabrikanten) niet. In veel gevallen kunnen zij u een betere service bieden: snellere doorlooptijd, goede communicatie, regelmatige feedback. Kijk en vraag rond, ze zijn niet altijd gemakkelijk te vinden.

Ik heb gemerkt dat voor mijn behoeften een lokale CM het beste werkt, dus dit is wat ik nu gebruik.

OSHPark

Paarse PCB's van OSHPark zijn bekend in de hobbyisten/makerswereld. Eenvoudige prijzen, lage kosten en redelijk snelle doorlooptijden betekenen dat de service erg populair werd.

Wat sommige mensen zich echter niet realiseren, is dat printplaten van OSHPark een uitstekende kwaliteit en redelijk goede specificaties hebben, vooral bij hun 4-laags aanbod. En als u printplaten nodig heeft voor in-house prototyping, maakt de ENIG-afwerking het SMT-solderen veel gemakkelijker.

Hier is een voorbeeld van een snel prototype met een bord van OSHPark:

En hier is nog een prototype van een apparaat. Beide zijn geassembleerd met borden van OSHPark, stencils van OSH Stencils en handmatige plaatsing, gereflowed met een heteluchtstation. Beide zijn prima gereflowed, zonder problemen:

OSH Stencils

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.

Ik heb zowel hun polyamide als roestvrijstalen stencils gebruikt en ze waren allemaal van topkwaliteit. Hun doorlooptijd is indrukwekkend, zelfs bij bestellingen van over de hele wereld; het stencil arriveerde binnen ongeveer een week, altijd sneller dan elke PCB die ik kon bestellen.

Gezien hun lage prijzen ben ik gestopt met het gebruik van soldeerpasta-spuiten, zelfs voor eenmalige prototypes: telkens wanneer ik een PCB bestel, bestel ik ook een stencil.

OSH Stencils is niet gerelateerd aan OSHPark, ook al wijst de naam op een gemeenschappelijke oorsprong.

AISLER

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

Voorbeeld van borden van AISLER met een roestvrijstalen stencil van OSH Stencils:

Seeed

Seeed Studio biedt een Fusion PCB service met onverslaanbare prijzen, vooral voor 2-laags borden met HASL en HASL Lead Free afwerkingen. Als iets langer wachten op verzending vanuit China geen probleem is, is dit een service die het overwegen waard is. Ze bieden ook stencils en zelfs PCB-assemblagediensten aan.

Andere PCB-bronnen

In Europa is er Eurocircuits, dat vroeger duur was, maar de laatste tijd concurrerender is geworden.

Voor grotere hoeveelheden zou ik aanraden om via uw CM te gaan en te gebruiken wat zij aanbevelen en waar zij zich prettig bij voelen.

CAD (Elektronica)

Voor het ontwerpen van elektronica heeft men een CAD nodig. Gelukkig is de keuze hier vrij eenvoudig. Als u (of uw ontwerper) ervaring heeft met een bepaald CAD-systeem en u heeft een licentie voor dat systeem — gebruik het dan. In elk ander geval — zou u voor KiCAD moeten gaan.

KiCAD

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.

In de praktijk zijn 4-8 laags borden met meerdere gecontroleerde impedantie lengte-aangepaste differentiële paren geen probleem met KiCAD.

CAD (Mechanisch)

Het landschap van mechanische ontwerp-CAD verandert erg langzaam, maar de afgelopen jaren brachten interessante veranderingen. Met name is het niet langer nodig om meer dan $5000 per gebruiker te betalen. Interessante nieuwe toetreders zijn:

Autodesk Fusion 360

Een zeer compleet CAD/CAM-pakket. Multiplatform (Mac/Windows), wat een groot voordeel is. Gekoppeld aan de cloud, maar werkt met of zonder internetverbinding. De prijs is zeer toegankelijk met $300/jaar, en bovendien wordt de software gratis aangeboden aan hobbyisten, makers, docenten en vooral — jonge startups.

Bruikbaar voor 3D-printen, spuitgieten en CNC-bewerking, mist nog steeds plaatwerkmogelijkheden (het bedrijf zegt dat ze eraan werken).

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.

Bruikbaar voor 3D-printen, spuitgieten, CNC-bewerking en plaatwerkontwerp.

Componenten kopen

De gebruikelijke bronnen

De bekende grote distributeurs voor kleinere hoeveelheden componenten zijn:

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

Het is belangrijk om te controleren of een distributeur actief is in het gebied waar u zich bevindt. Het verwerken van componenten door de douane kan uw dag verpesten door vertragingen, extra kosten en veel extra werk te veroorzaken. Voor bedrijven in Europa zijn Farnell en RS de veiligste keuzes, aangezien zij vanuit de EU verzenden. In de VS zult u waarschijnlijk Mouser of Digi-Key willen gebruiken.

Bij het controleren van de beschikbaarheid is het een goed idee om alle grote distributeurs te controleren, ze hebben niet allemaal dezelfde componenten op voorraad. Octopart kan helpen bij het controleren van allemaal (zie ook hieronder).

Kleinere distributeurs

Er zijn kleinere, minder bekende distributeurs die vaak betere prijzen kunnen bieden, vooral voor passieve componenten. Een goed voorbeeld is TME, gevestigd in Polen, wat een geweldige bron is als u zich in de EU bevindt.

Rechtstreeks kopen

Sommige fabrikanten verkopen direct — Texas Instruments biedt bijvoorbeeld hun chips aan tegen concurrerende prijzen, al vanaf een aantal van 500 stuks. Het is de moeite waard om rond te kijken (PartsBox kan helpen met het automatisch selecteren van leveranciers).

Een ander interessant voorbeeld van directe verkoop is Wuerth Elektronik. Zij maken een breed scala aan passieve en elektromechanische componenten van uitstekende kwaliteit en verkopen meestal direct. U werkt samen met een lokale vertegenwoordiger, gedrukte catalogi en offertes voor componenten waarin u geïnteresseerd bent. Het voordeel hier is dat u uitstekende documentatie (plus 3D CAD-modellen) en goede kwaliteit krijgt tegen redelijk schappelijke prijzen.

Hogere volumes

Als u grotere volumes begint in te kopen, maar nog geen eigen inkoop- en logistieke afdeling heeft, zijn er soms interessante opties. De eerste stap is meestal om direct in te kopen op basis van individuele offertes. Daarna zou u kunnen gaan werken met distributeurs zoals Arrow of Verical, die gespecialiseerd zijn in grotere hoeveelheden. In de praktijk heb ik echter gemerkt dat het niet altijd de moeite waard is.

Over het algemeen zullen uw eerste productieruns niet groter zijn dan 1.000 stuks. Bij deze volumes moet u zich niet te veel zorgen maken over het optimaliseren van de kosten van componenten: het kan de moeite waard zijn voor verschillende dure chips, en het kan gemakkelijk zijn voor sommige passieve componenten, maar ik zou er niet te veel tijd aan besteden. Beschikbaarheid is een groter probleem dan kosten, en er zijn veel grotere problemen om op te lossen.

Mechanisch & 3D-printen

De meeste hardware-startups ontwerpen apparaten, niet alleen printplaten met elektronica, en oprichters hebben vaak beperkte ervaring met mechanisch ontwerp.

Het is zinvol om een lokale FDM (Fused Deposition Modeling) 3D-printer te hebben voor snelle prototyping. Maar FDM heeft een lage precisie, je kunt geen redelijk glad oppervlak produceren en je moet je zorgen maken over ondersteunende structuren. Commerciële 3D-printservices bieden SLS (Selective Laser Sintering) of SLA (Stereolithography) printen aan, wat een enorme investering in dure apparatuur vereist, maar veel betere resultaten oplevert. Uw ontwerpen worden geprint met consistente kwaliteit, met minimale tijdsinvestering van uw kant, en u hoeft zich helemaal geen zorgen te maken over zaken als ondersteunende structuren.

Shapeways

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.

De kwaliteit van hun SLS-prints is erg goed: hoewel de oppervlakken niet perfect glad zullen zijn, is het moeilijk om de sporen van 3D-printen te zien.

Een close-up van een prototype geprint bij Shapeways met behulp van SLS (ze noemen het sterk & flexibel plastic):

Materialise (een productieservicebedrijf)

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.

Wat betreft de kwaliteit, deze is zeer vergelijkbaar met wat Shapeways biedt.

ProtoLabs

Het idee achter ProtoLabs is om niet alleen prototypingdiensten te leveren, maar ook een soepele overgang naar productie in kleine volumes. De prijzen voor hun CNC-diensten zijn niet erg aantrekkelijk, maar hun snelle spuitgieten is best interessant.

Ze ontwikkelden een proces met aluminium mallen, die betaalbaar en snel te produceren zijn. Het nadeel is hun levensduur: ze zijn slechts goed voor maximaal 10.000 onderdelen. Over het algemeen is dit geen probleem voor een hardware-startup: het is vrij waarschijnlijk dat u uw ontwerp zult aanpassen voordat u de 10.000 onderdelen bereikt, en als u productie in grote volumes voorziet, kunt u altijd overschakelen op stalen mallen.

Hun aanbod voor snel spuitgieten is erg goed, maar het heeft nadelen in vergelijking met het werken met een lokaal matrijzenbedrijf. U moet uw ontwerp uploaden, dat klaar moet zijn voor spuitgieten. Onderdelen ontwerpen voor spuitgieten is niet eenvoudig en vereist aanzienlijke kennis en ervaring. En hoewel ProtoLabs de belangrijkste gebreken in uw ontwerp zal aanwijzen en enige begeleiding zal bieden, is het risico uiteindelijk voor u: op een gegeven moment moet u op "Bestellen" klikken en enkele duizenden euro's/dollars betalen voor de eerste run. Als er aanzienlijke problemen zijn, moet u terug naar de startlijn.

Online tools

PartsBox (natuurlijk!)

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.

Daarnaast is het waarschijnlijk dat u andere documenten bij uw onderdelen wilt bewaren: bestanden zoals PDF-datasheets, applicatienotities, 3D CAD-modellen en dergelijke. Natuurlijk kan men een aparte opslagplaats op een bestandsserver of in Dropbox onderhouden, maar dan moet men zich zorgen maken over bestandsnamen, directorystructuur en het beheren van gebruikerstoegang. PartsBox lost dat allemaal op door één plek te zijn waar zowel voorraadinformatie van onderdelen als bijbehorende documenten worden opgeslagen.

Evenzo gebruiken de meeste mensen een spreadsheet om hun BOM te beheren en kosten te berekenen. Er zijn kolommen voor fabrikantonderdeelnummers, distributeuronderdeelnummers (SKU), aantal en prijzen. Iemand zoekt naar componenten, vindt distributeurprijzen voor een of twee leveranciers, selecteert de beste prijs en voert deze in de spreadsheet in.

Het grootste probleem met deze aanpak is dat het niet schaalbaar is. Zelfs in een klein project met 20-40 componenten is het vinden van de prijzen en het invoeren in de spreadsheet veel werk.

Het andere probleem is dat spreadsheets zijn ontworpen voor eenvoudige tabelgegevens. Maar aanbiedingen van distributeurs zijn allesbehalve eenvoudig! Leveranciers gebruiken verschillende prijsstaffelstructuren, die niet gemakkelijk te vergelijken zijn: de ene leverancier geeft prijzen op bij hoeveelheden van 100, 500 en 1000, en een andere bij 25, 250 en 500. Er zijn ook beperkingen zoals MOQ (Minimum Bestelhoeveelheid) en bestelveelvoud.

PartsBox kan snel en moeiteloos de beste aanbiedingen vergelijken en selecteren en u voorzien van een BOM-prijs voor elke hoeveelheid, waarbij ook rekening wordt gehouden met uw lokale voorraad.

Octopart

Wanneer u een nieuw component overweegt, is Octopart de plek om informatie te vinden over prijzen en beschikbaarheid. Natuurlijk kunt u bij uw favoriete distributeur kijken, maar met Octopart kunt u direct de voorraad en prijzen bij alle grote distributeurs controleren, waarbij ook rekening wordt gehouden met valutaconversies.

Rekenmachines

Voor het berekenen van zaken als spoorbreedte voor een gewenste impedantie, of differentiële paarbreedte/afstand, vond ik Mantaro calculators erg nuttig. Ik heb borden besteld met gecontroleerde impedantie, en in ieder geval voor differentiële microstrips waren de meetresultaten perfect.

Hier is een voorbeeld van impedantie-gecontroleerde differentiële paren berekend met de Mantaro-calculator en geproduceerd bij MacroFab:

Stack Exchange

De meeste vragen die op de Electrical Engineering Stack Exchange site worden gesteld, zijn van beginners, maar experts bezoeken die site wel regelmatig. Stel een goede vraag en u vindt misschien een antwoord van iemand met vele jaren ervaring.