Tài nguyên cho các công ty khởi nghiệp phần cứng

Bắt đầu một công ty phần cứng rất khó. Điều làm cho nó khó khăn hơn nữa là sự khó khăn trong việc tìm kiếm các nguồn tài nguyên trực tuyến, đặc biệt là các dịch vụ cho các công ty phần cứng.

Sau khi gặp một số người không biết về các dịch vụ thú vị và tình cờ biết về một số dịch vụ khác, tôi quyết định biên soạn danh sách của riêng mình, với hy vọng rằng nó sẽ hữu ích cho những người khác.

Đây không phải là một danh mục toàn diện và tôi không có ý định tạo ra một danh mục như vậy. Đó là danh sách của tôi: Cá nhân tôi đã sử dụng hầu hết các dịch vụ và công cụ được liệt kê ở đây, hoặc nghe những điều tốt đẹp về chúng, đó là lý do tại sao tôi có thể giới thiệu chúng.

Danh sách này cũng tập trung vào các dịch vụ tương đối rẻ và nhanh chóng. Các công ty khởi nghiệp phần cứng thường không có nhiều tiền và cần lặp lại nhanh chóng, vì vậy thường hợp lý khi sử dụng các công cụ mà một số người coi là thuộc lớp "người có sở thích".

Tạo mẫu và sản xuất điện tử

MacroFab

Tải thiết kế PCB của bạn lên MacroFab, cung cấp cho họ BOM của bạn, chỉ định chính xác các linh kiện cần sử dụng, nhấp vào "Đặt hàng" và nhận các thiết bị đã lắp ráp hoàn chỉnh của bạn vài tuần sau đó. Toàn bộ quá trình diễn ra nhanh chóng, không đau đớn và hoàn toàn tự động. Họ sẽ lo việc đặt hàng PCB, stencil, linh kiện và lắp ráp tất cả lại với nhau.

Nhìn chung, họ sẽ lắp ráp hầu hết mọi thứ, bao gồm cả linh kiện THT (Xuyên lỗ) và linh kiện SMD lớn.

Nếu bạn quyết định làm việc với họ, hãy cân nhắc điều chỉnh thiết kế của bạn để sử dụng "Linh kiện nội bộ" (House Parts) của họ, vì điều đó sẽ giảm đáng kể chi phí.

Tất cả các bo mạch tôi nhận được từ họ đều có chất lượng tuyệt vời. Tôi đã gặp một vấn đề nhỏ với họ, khi các cầu điốt bị đặt sai vị trí — nhưng do các dấu hiệu không rõ ràng trên các phần tử, tôi thực sự không thể trách họ, và sự hỗ trợ của họ thật tuyệt vời. Tôi sẽ sử dụng MacroFab thường xuyên hơn nếu thời gian sản xuất ngắn hơn và dễ dự đoán hơn, nhưng trong trường hợp của tôi, hóa ra một CM (Nhà sản xuất theo hợp đồng) địa phương có thể cung cấp dịch vụ nhanh hơn.

Nếu bạn không có CM địa phương mà bạn làm việc cùng, MacroFab là một lựa chọn tuyệt vời cho các nguyên mẫu và sản xuất khối lượng thấp của bạn.

Lắp ráp lô nhỏ

Mục tiêu của Small Batch Assembly là lắp ráp điện tử khối lượng thấp với giá cả phải chăng. Có những hạn chế về những gì có thể được sản xuất, vì vậy nó có thể không phù hợp với mọi thiết kế.

CM địa phương của bạn

Đừng quên các CM (nhà sản xuất theo hợp đồng) tại địa phương. Trong nhiều trường hợp, họ có thể cung cấp cho bạn dịch vụ tốt hơn: thời gian quay vòng nhanh hơn, giao tiếp tốt, phản hồi thường xuyên. Hãy tìm kiếm và hỏi xung quanh, không phải lúc nào cũng dễ tìm thấy họ.

Tôi thấy rằng đối với nhu cầu của mình, một CM địa phương hoạt động tốt nhất, vì vậy đây là những gì tôi sử dụng ngay bây giờ.

OSHPark

PCB màu tím từ OSHPark rất nổi tiếng trong thế giới người có sở thích/nhà chế tạo. Giá cả đơn giản, chi phí thấp và thời gian quay vòng hợp lý có nghĩa là dịch vụ này đã trở nên rất phổ biến.

Tuy nhiên, điều mà một số người không nhận ra là các bo mạch từ OSHPark có chất lượng tuyệt vời và thông số kỹ thuật khá tốt, đặc biệt là trên sản phẩm 4 lớp của họ. Và nếu bạn cần bo mạch để tạo mẫu nội bộ, lớp hoàn thiện ENIG giúp việc hàn SMT dễ dàng hơn nhiều.

Dưới đây là một ví dụ về nguyên mẫu nhanh sử dụng bảng mạch từ OSHPark:

Và đây là một nguyên mẫu thiết bị khác. Cả hai đều được lắp ráp bằng cách sử dụng bo mạch từ OSHPark, khuôn in (stencil) từ OSH Stencils và đặt linh kiện thủ công, hàn hồi lưu bằng trạm khò nhiệt. Cả hai đều hàn tốt, không có vấn đề gì:

Khuôn in OSH (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.

Tôi đã sử dụng cả stencil polyamide và thép không gỉ của họ và tất cả đều có chất lượng hàng đầu. Thời gian quay vòng của họ rất ấn tượng, ngay cả khi đặt hàng từ khắp nơi trên thế giới, stencil đã đến trong vòng một tuần hoặc lâu hơn, luôn nhanh hơn bất kỳ PCB nào tôi có thể đặt hàng.

Với mức giá thấp của chúng, tôi đã ngừng sử dụng ống tiêm kem hàn ngay cả đối với các nguyên mẫu một lần: bất cứ khi nào tôi đặt hàng PCB, tôi cũng đặt hàng một khuôn tô (stencil).

OSH Stencils không liên quan đến OSHPark, mặc dù tên gọi cho thấy nguồn gốc chung.

AISLER

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

Ví dụ về các bo mạch từ AISLER với stencil thép không gỉ từ OSH Stencils:

Seeed

Seeed Studio cung cấp dịch vụ Fusion PCB với mức giá cạnh tranh, đặc biệt là đối với các bo mạch 2 lớp với lớp hoàn thiện HASL và HASL Lead Free. Nếu việc chờ đợi bo mạch vận chuyển từ Trung Quốc lâu hơn một chút không phải là vấn đề, thì đây là một dịch vụ đáng cân nhắc. Họ cũng cung cấp giấy nến (stencils) và thậm chí cả dịch vụ lắp ráp PCB.

Các nguồn PCB khác

Ở châu Âu, có Eurocircuits, trước đây khá đắt đỏ, nhưng gần đây đã trở nên cạnh tranh hơn.

Đối với số lượng lớn hơn, tôi khuyên bạn nên thông qua CM (Nhà sản xuất theo hợp đồng) của mình và sử dụng bất cứ thứ gì họ đề xuất và cảm thấy thoải mái.

CAD (Điện tử)

Để thiết kế thiết bị điện tử, người ta cần một phần mềm CAD. May mắn thay, sự lựa chọn ở đây khá dễ dàng. Nếu bạn (hoặc nhà thiết kế của bạn) có kinh nghiệm với một hệ thống CAD cụ thể và bạn có giấy phép cho hệ thống đó — hãy sử dụng nó. Trong bất kỳ trường hợp nào khác — bạn nên chọn KiCAD.

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.

Về mặt thực tế, các bo mạch 4-8 lớp với nhiều cặp vi sai được khớp chiều dài trở kháng có kiểm soát không phải là vấn đề với KiCAD.

CAD (Cơ khí)

Bối cảnh CAD thiết kế cơ khí thay đổi rất chậm, nhưng những năm gần đây đã mang lại những thay đổi thú vị. Cụ thể, không còn cần thiết phải trả hơn 5000 đô la cho mỗi người dùng. Những người mới tham gia thú vị là:

Autodesk Fusion 360

Một gói CAD/CAM rất hoàn chỉnh. Đa nền tảng (Mac/Windows), đây là một lợi thế lớn. Gắn liền với đám mây, nhưng hoạt động có hoặc không có kết nối internet. Giá cả rất dễ tiếp cận ở mức 300 đô la/năm, và ngoài ra phần mềm được cung cấp miễn phí cho những người có sở thích, người chế tạo, nhà giáo dục và quan trọng nhất là — các công ty khởi nghiệp trẻ.

Có thể sử dụng cho in 3D, đúc phun và gia công CNC, vẫn thiếu khả năng gia công kim loại tấm (công ty cho biết họ đang làm việc về vấn đề này).

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.

Có thể sử dụng cho in 3D, ép phun, gia công CNC và thiết kế kim loại tấm.

Mua linh kiện

Các nguồn thông thường

Các nhà phân phối lớn nổi tiếng cho số lượng linh kiện nhỏ là:

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

Điều quan trọng là phải kiểm tra xem nhà phân phối có hoạt động trong khu vực bạn đang ở hay không. Việc xử lý linh kiện qua hải quan có thể làm hỏng ngày làm việc của bạn, bằng cách gây ra sự chậm trễ, chi phí bổ sung và rất nhiều công việc phát sinh. Đối với các công ty ở Châu Âu, Farnell và RS là những lựa chọn an toàn nhất, vì họ vận chuyển từ trong EU. Ở Mỹ, bạn có thể sẽ muốn sử dụng Mouser hoặc Digi-Key.

Khi kiểm tra tính khả dụng, bạn nên kiểm tra tất cả các nhà phân phối lớn, họ không phải lúc nào cũng dự trữ cùng một loại linh kiện. Octopart có thể giúp kiểm tra tất cả bọn họ (xem thêm bên dưới).

Các nhà phân phối nhỏ hơn

Có những nhà phân phối nhỏ hơn, ít được biết đến hơn, thường có thể cung cấp giá tốt hơn, đặc biệt là đối với các linh kiện thụ động. Một ví dụ điển hình là TME, đặt tại Ba Lan, đây là một nguồn tuyệt vời nếu bạn ở EU.

Mua trực tiếp

Một số nhà sản xuất bán trực tiếp — ví dụ, Texas Instruments cung cấp chip của họ với giá cạnh tranh bắt đầu từ số lượng 500. Rất đáng để tìm hiểu (PartsBox có thể giúp tự động chọn nhà cung cấp).

Một ví dụ thú vị khác về bán hàng trực tiếp là Wuerth Elektronik. Họ sản xuất nhiều loại linh kiện thụ động và cơ điện tử với chất lượng tuyệt vời và chủ yếu bán trực tiếp. Bạn làm việc với đại diện bán hàng địa phương, sử dụng danh mục in và nhận chào giá/báo giá cho các linh kiện mà bạn quan tâm. Lợi thế ở đây là bạn nhận được tài liệu tuyệt vời (cộng với các mô hình CAD 3D) và chất lượng tốt với mức giá khá hợp lý.

Khối lượng lớn hơn

Nếu bạn bắt đầu mua số lượng lớn hơn nhưng chưa có bộ phận mua hàng và hậu cần riêng, đôi khi có những lựa chọn thú vị. Bước đầu tiên thường là mua trực tiếp dựa trên báo giá riêng lẻ. Sau đó, bạn có thể bắt đầu làm việc với các nhà phân phối như Arrow hoặc Verical, những người chuyên về số lượng lớn hơn. Tuy nhiên, trong thực tế, tôi thấy rằng không phải lúc nào cũng đáng công sức bỏ ra.

Nhìn chung, các đợt sản xuất đầu tiên của bạn sẽ không vượt quá 1.000 chiếc. Ở những khối lượng này, bạn không nên quá lo lắng về việc tối ưu hóa chi phí linh kiện: nó có thể đáng giá đối với một số chip đắt tiền, và có thể dễ dàng đối với một số linh kiện thụ động, nhưng tôi sẽ không dành quá nhiều thời gian cho nó. Tính sẵn có là một vấn đề lớn hơn chi phí, và có nhiều vấn đề lớn hơn cần giải quyết.

Cơ khí & In 3D

Hầu hết các công ty khởi nghiệp phần cứng thiết kế các thiết bị hoàn chỉnh, không chỉ là các bo mạch điện tử, và những người sáng lập thường có ít kinh nghiệm về thiết kế cơ khí.

Việc có một máy in 3D FDM (Mô hình hóa lắng đọng nóng chảy) tại chỗ để tạo mẫu nhanh là điều hợp lý. Nhưng FDM có độ chính xác thấp, bạn không thể tạo ra bề mặt nhẵn hợp lý và bạn cần phải lo lắng về các cấu trúc hỗ trợ. Các dịch vụ in 3D thương mại sẽ cung cấp in SLS (Thiêu kết laser chọn lọc) hoặc SLA (Stereolithography), đòi hỏi đầu tư lớn vào thiết bị đắt tiền, nhưng tạo ra kết quả tốt hơn nhiều. Các thiết kế của bạn sẽ được in với chất lượng nhất quán, tốn ít thời gian nhất từ phía bạn và bạn sẽ không phải lo lắng về những thứ như cấu trúc hỗ trợ.

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.

Chất lượng bản in SLS của họ rất tốt: mặc dù bề mặt sẽ không hoàn toàn nhẵn, nhưng rất khó để nhìn thấy dấu vết của in 3D.

Cận cảnh một nguyên mẫu được in tại Shapeways bằng SLS (họ gọi nó là nhựa bền & dẻo):

Materialise (một công ty dịch vụ sản xuất)

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.

Về chất lượng, nó rất tương đương với những gì Shapeways cung cấp.

ProtoLabs

Ý tưởng đằng sau ProtoLabs không chỉ là cung cấp dịch vụ tạo mẫu mà còn là sự chuyển đổi nhẹ nhàng sang sản xuất khối lượng thấp. Giá cả cho các dịch vụ CNC của họ không hấp dẫn lắm, nhưng dịch vụ đúc phun nhanh của họ khá thú vị.

Họ đã phát triển một quy trình với khuôn nhôm, giá cả phải chăng và sản xuất nhanh chóng. Nhược điểm là tuổi thọ của chúng: chúng chỉ tốt cho tối đa 10.000 linh kiện. Nhìn chung, đây không phải là vấn đề đối với một công ty khởi nghiệp phần cứng: rất có thể bạn sẽ sửa đổi thiết kế của mình trước khi đạt đến 10.000 linh kiện, và nếu bạn dự đoán sản xuất khối lượng lớn, bạn luôn có thể chuyển sang khuôn thép.

Dịch vụ đúc phun nhanh của họ thực sự tốt, nhưng nó có những nhược điểm so với việc làm việc với một công ty làm khuôn địa phương. Bạn sẽ cần tải lên thiết kế của mình, thiết kế này phải sẵn sàng để đúc phun. Thiết kế các bộ phận để đúc phun không dễ dàng và đòi hỏi kiến thức và kinh nghiệm đáng kể. Và trong khi ProtoLabs sẽ chỉ ra những sai sót lớn trong thiết kế của bạn và cung cấp một số hướng dẫn, rủi ro cuối cùng vẫn thuộc về bạn: tại một thời điểm nào đó, bạn sẽ phải nhấp vào "Đặt hàng" và trả vài nghìn Euro/Đô la cho lần chạy đầu tiên. Nếu có vấn đề đáng kể, bạn phải quay lại vạch xuất phát.

Công cụ trực tuyến

PartsBox (tất nhiên rồi!)

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.

Ngoài ra, có khả năng bạn sẽ muốn giữ các tài liệu khác cùng với các linh kiện của mình: các tệp như bảng dữ liệu PDF, ghi chú ứng dụng, mô hình CAD 3D và tương tự. Chắc chắn, người ta có thể duy trì một kho lưu trữ riêng trên máy chủ tệp hoặc trong Dropbox, nhưng sau đó người ta phải lo lắng về việc đặt tên tệp, cấu trúc thư mục và quản lý quyền truy cập của người dùng. PartsBox giải quyết tất cả những điều đó, là một nơi duy nhất lưu trữ cả thông tin kho linh kiện và các tài liệu liên quan.

Tương tự, hầu hết mọi người sử dụng bảng tính để quản lý BOM và tính toán chi phí. Có các cột cho mã linh kiện của nhà sản xuất, mã linh kiện của nhà phân phối (SKU), số lượng và giá cả. Ai đó tìm kiếm linh kiện, tìm giá của nhà phân phối cho một hoặc hai nhà cung cấp, chọn giá tốt nhất và nhập vào bảng tính.

Vấn đề lớn nhất với cách tiếp cận này là nó không thể mở rộng quy mô. Ngay cả trong một dự án nhỏ với 20-40 linh kiện, việc tìm giá và nhập vào bảng tính cũng tốn rất nhiều công sức.

Vấn đề khác là bảng tính được thiết kế cho dữ liệu dạng bảng đơn giản. Nhưng các ưu đãi của nhà phân phối thì không hề đơn giản! Các nhà cung cấp sử dụng các cấu trúc giảm giá theo số lượng khác nhau, không thể dễ dàng so sánh: một nhà cung cấp sẽ báo giá ở số lượng 100, 500 và 1000, và một nhà cung cấp khác ở mức 25, 250 và 500. Ngoài ra còn có các hạn chế như MOQ (Số lượng đặt hàng tối thiểu) và bội số đặt hàng.

PartsBox có thể so sánh và chọn các ưu đãi tốt nhất một cách nhanh chóng và dễ dàng, đồng thời cung cấp cho bạn giá BOM cho bất kỳ số lượng nào, cũng tính đến lượng hàng tồn kho tại địa phương của bạn.

Octopart

Khi bạn đang xem xét một linh kiện mới, Octopart là nơi để tìm hiểu về giá cả và tình trạng sẵn có. Chắc chắn, bạn có thể kiểm tra với nhà phân phối yêu thích của mình, nhưng Octopart cho phép bạn kiểm tra kho và giá cả với tất cả các nhà phân phối lớn, ngay lập tức, cũng như lo liệu việc chuyển đổi tiền tệ.

Máy tính

Để tính toán những thứ như độ rộng đường mạch cho trở kháng mong muốn, hoặc độ rộng/khoảng cách cặp vi sai, tôi thấy máy tính Mantaro khá hữu ích. Tôi đã đặt hàng các bo mạch có trở kháng được kiểm soát, và ít nhất là đối với các dải vi sai (differential microstrips), kết quả đo lường là chính xác.

Dưới đây là một ví dụ về các cặp vi sai được kiểm soát trở kháng được tính toán bằng máy tính Mantaro và được sản xuất tại MacroFab:

Stack Exchange

Hầu hết các câu hỏi được đặt ra trong trang Electrical Engineering Stack Exchange là từ những người mới bắt đầu, nhưng các chuyên gia cũng thường xuyên lui tới trang đó. Hãy đặt một câu hỏi hay và bạn có thể tìm thấy câu trả lời từ một người có nhiều năm kinh nghiệm.