10 erros comuns cometidos no desenvolvimento de produtos

John Teel Blocked Desbloquear Seguir Seguindo 7 de janeiro

Existem alguns erros que eu frequentemente vejo quando se trata do desenvolvimento de produtos de hardware eletrônico. Alguns desses erros estão no design da eletrônica, alguns estão no design do gabinete e alguns dos erros são de natureza mais geral.

Neste artigo, compartilharei com você 10 dos erros mais comuns. Esta lista inclui erros técnicos e erros não técnicos / gerais, por isso existe algo para todos, independentemente do seu nível técnico.

Este artigo foi originalmente publicado no PredictableDesigns.com. Faça o download da sua folha de dicas gratuita 15 etapas para desenvolver seu novo produto de hardware eletrônico .

Ponte de Minnesota que desmoronou durante o tráfego da hora do rush devido a uma falha de projeto.

NOTA: Este é um artigo longo e muito detalhado, então aqui está um download gratuito em PDF para fácil leitura e referência futura.

Não projetando para fabricação

As pessoas tendem a sempre subestimar a complexidade do desenvolvimento de um novo produto físico e subestimam a complexidade de fabricá-lo ainda mais.

Para muitos produtos, leva-se quase o mesmo tempo, às vezes até mais, para que a manufatura comece a funcionar, como acontece no desenvolvimento do produto. A configuração de fabricação também pode custar tanto ou mais do que todos os seus custos de desenvolvimento.

É essencial que a manufaturabilidade seja uma consideração primordial durante todo o processo de design do produto. Esse processo é chamado de Design-For-Manufacturing (DFM).

Nada retardará seu caminho para o mercado mais do que projetar um produto que não pode ser fabricado com eficiência.

Para simplificar a fabricação, implemente o projeto para práticas de fabricação o mais cedo possível.

A velha maneira de pensar era que os engenheiros desenvolviam um produto e depois passavam para um fabricante (ou o departamento de fabricação para grandes empresas) que, então, descobrir como realmente fazer isso. Houve pouca ou nenhuma interação entre engenharia e manufatura.

Mas essa é uma maneira horrível de desenvolver produtos, e é por isso que as empresas de sucesso abandonaram esse processo.

É muito melhor desenvolver um produto com a fabricação em mente desde o início. Por exemplo, uma simples alteração de projeto pode ter um impacto enorme em tornar o produto mais fácil e rápido de fabricar.

Projeto Incorreto de Circuitos Sem Fio

Se o produto tiver alguma funcionalidade sem fio, o layout do PCB para qualquer parte de radiofrequência (RF) é super crítico. Infelizmente, isso é feito errado com mais frequência do que certo, então observe este com muita atenção.

Por exemplo, para máxima transferência de potência entre o transceptor (transmissor / receptor) e a antena, sua impedância deve ser correspondida. Isso significa que duas coisas são necessárias.

A primeira é uma linha de transmissão adequada conectando a antena e o transceptor.

Esta linha de transmissão é fabricada no PCB especificamente para transportar microondas (ondas de rádio de alta frequência). Existem dois tipos comuns de linhas de transmissão usadas em projetos de PCB: uma microtira e uma guia de onda coplanar.

Uma microtira é uma tira condutora separada por uma camada dielétrica de um plano de terra abaixo dela. Um guia de onda coplanar é semelhante a uma microfita, exceto que também adiciona outro plano de terra ao lado da tira condutora na mesma camada. Dos dois estilos, o guia de onda coplanar é o mais utilizado.

Na maioria dos casos, a linha de transmissão precisa ser projetada com uma impedância de 50 ohms para a máxima transferência de potência com a antena.

Não confunda essa especificação de impedância com a resistência simples da linha. A impedância de 50 ohm refere-se à impedância complexa da linha de transmissão para os planos de terra circundantes.

Eu sugiro que você use uma ferramenta gratuita chamada AppCad da Broadcom para calcular as dimensões da linha de transmissão adequada.

Além de usar uma linha de transmissão de 50 ohms, também é necessário adicionar algum tipo de circuito de correspondência de LC como uma rede pi. Isso permite um ajuste fino da impedância da antena para uma melhor correspondência e máxima transferência de potência.

O layout adequado das linhas de transmissão de RF é crítico. O uso de um módulo é uma opção mais simples.

Uma das melhores maneiras de evitar essas complexidades, bem como reduzir o custo para obter seu produto certificado, é usar um módulo pré-certificado para qualquer função sem fio.

Para a maioria das funções sem fio, existem duas estratégias gerais de design: personalizar seu próprio circuito usando os microchips apropriados ou usar um módulo pré-certificado com funcionalidade comprovada.

Projetar seu próprio circuito RF sem fio é complexo. Na verdade, é provável que o tipo mais complexo de circuito seja projetado adequadamente. Honestamente, as chances são de que isso não seja feito corretamente. Você deve esperar várias iterações de protótipo para acertar.

A outra desvantagem de um design personalizado é adicionar pelo menos US $ 10.000 aos custos de certificação da FCC. O uso de um módulo pode reduzir um pouco sua margem de lucro, mas maximizar as margens nunca deve ser sua prioridade inicial.

Sim, você precisa entender com antecedência quais serão suas margens de lucro quando chegar à produção em grande escala. Mas quando começar pela primeira vez, sua prioridade deve reduzir seu custo para o mercado, não maximizando seus lucros. O lucro vem depois.

Esperando muito tempo para estimar o custo de fabricação

Este é um grande problema. Empresas de tecnologia de sucesso sempre sabem aproximadamente quanto um produto custará para fabricar bem antes de começarem o desenvolvimento completo. Caso contrário, como eles podem saber que o produto vale a pena desenvolver?

Se você não é uma empresa de tecnologia de bilhões de dólares, as chances são de que você primeiro terá seu produto totalmente projetado. Assim que tiver o protótipo final, e você está pronto para começar a fabricação, então você vai, finalmente, estimar o quanto o produto vai custar para a fabricação .

O que acontece, no entanto, se você descobrir que seu produto vai custar mais para fabricar do que o esperado? Você pode aumentar sua meta de preço de venda, mas isso obviamente tem consequências negativas.

Você também pode fazer algumas reformulações para reduzir o custo de fabricação. Mas não teria feito mais sentido apenas projetá-lo logo na primeira vez?

Por razões compreensíveis, muitas pessoas pensam que você tem que desenvolver um produto antes de calcular com precisão o custo de fabricação. Isso é absolutamente falso.

Com a experiência certa, é possível estimar com precisão o custo de fabricação de praticamente qualquer produto. Isso pode acontecer bem antes que qualquer layout de PCB ou modelagem 3D ocorra, e é exatamente o que faço como parte do meu serviço de relatório de hardware previsível .

Largura insuficiente para rastreamentos de PCB de alta corrente

Se um traçado do PCB tiver mais de 500mA fluindo através dele, a largura mínima permitida para um traço provavelmente não será suficiente.

A largura necessária do traçado do PCB depende de várias coisas, incluindo a espessura do traço (peso do cobre) e se o traço está em uma camada interna ou externa.

Para a mesma espessura, uma camada externa pode transportar mais corrente para a mesma largura do que um traço interno, porque os traços externos têm melhor fluxo de ar, permitindo uma melhor dissipação de calor.

Traços de PCB com mais de 500mA precisarão ser mais largos do que a largura mínima de traçado.

A espessura depende de quanto cobre está sendo usado para essa camada condutora. A maioria dos fabricantes de PCB permite que você escolha entre vários pesos de cobre a partir de 0,5 oz / sq. pés para cerca de 2,5 oz / sq. Se preferir, você pode converter o peso de cobre em uma medida de espessura, como mils.

Ao calcular a capacidade atual de transporte de um traçado de PCB, é necessário especificar o aumento de temperatura permitido para esse traçado.

Geralmente, um aumento de 10C é uma opção segura, mas se você precisar espremer mais a largura do traço, poderá usar um aumento de temperatura permitido de 20C ou mais.

Embora os cálculos para largura de rastreio sejam bastante simples, geralmente recomendo usar uma calculadora de largura de traços .

Não obtendo uma revisão de design

Se você não conseguir uma revisão independente do projeto do seu produto antes de prototipá-lo, talvez esteja jogando dinheiro fora.

Não importa quão bom um engenheiro possa ser, ninguém é perfeito e todos os engenheiros cometem erros. Sim, isso inclui-me (chocante, eu sei)!

Obter protótipos personalizados feitos (seja o PCB de produtos eletrônicos ou o gabinete do produto) não é barato. Quanto mais iterações de protótipo você precisar, mais custará no total. Também levará mais tempo para desenvolver e levar o produto ao mercado.

Uma das melhores maneiras de reduzir o número de iterações de protótipo é obter uma segunda opinião, chamada de revisão de projeto. Empresas de tecnologia de sucesso sempre exigem que seus engenheiros realizem revisões de projeto para buscar feedback de tantos outros engenheiros quanto possível.

Infelizmente, muitos empreendedores, startups e pequenas empresas cometem o erro de ignorar completamente esse passo crítico. Tudo bem se você tiver as habilidades necessárias para revisar o design por conta própria. Mas se você tivesse essas habilidades, provavelmente teria feito o projeto sozinho.

Uso incorreto de capacitores de desacoplamento

Componentes críticos precisam de uma fonte de tensão limpa e estável. Os capacitores de desacoplamento são colocados no trilho da fonte de alimentação para ajudar nesse aspecto.

No entanto, para que os capacitores sejam desacoplados, eles devem estar o mais próximo possível do pino que requer a tensão estável.

A linha de energia proveniente da fonte de energia precisa ser roteada para que ela vá para o capacitor de desacoplamento antes de ir para o pino que precisa de uma tensão estável.

Além disso, é fundamental colocar o capacitor de saída para o regulador da fonte de alimentação o mais próximo possível do pino de saída do regulador.

Isso é necessário para otimizar a estabilidade (todos os reguladores usam um loop de feedback que pode oscilar se não estiver estabilizado corretamente). Também melhora a resposta transitória.

Gabinete do produto não é fabricável

Você gastou todo o tempo e dinheiro fazendo o design do gabinete do seu produto para parecer perfeito. É como uma obra de arte para você, e isso exigiu um monte de iterações de protótipos impressas em 3D para aperfeiçoar sua aparência e funcionalidade.

Você finalmente tem o protótipo perfeito! Agora você só precisa encontrar um fabricante para produzi-los em massa, e você está pronto para ir. Certo?

E se eu lhe disser que o design do seu gabinete é inútil e você precisa essencialmente refazer tudo? Isso seria horrível de ouvir, mas esta é uma ocorrência muito comum.

Impressão 3D é muito indulgente. Você pode projetar e imprimir qualquer coisa que sua mente imaginar. Mas a impressão 3D é apenas para produzir alguns protótipos. A moldagem por injeção de alta pressão é a tecnologia usada para produzir peças plásticas em alto volume.

Infelizmente, moldagem por injeção não é de todo perdoar. É uma tecnologia com muitas regras de design que devem ser seguidas de perto. Essas regras podem ser tão importantes e tão limitadas, que exigem um grande redesenho apenas para tornar um invólucro fabricável.

Ao projetar o gabinete do seu produto, considere os requisitos de moldagem por injeção desde o início.

Padrões incorretos de aterragem de PCB

Todas as ferramentas de software de projeto de PCB incluem bibliotecas de componentes eletrônicos comumente usados. Essas bibliotecas incluem o símbolo esquemático, bem como o padrão de aterrissagem do PCB. Tudo é bom, desde que você use os componentes dessas bibliotecas.

Os problemas começam quando você usa componentes que não estão nas bibliotecas incluídas. Isso significa que o engenheiro deve desenhar manualmente o símbolo esquemático e o padrão de aterrissagem do PCB.

É muito fácil cometer erros ao desenhar um padrão de pouso. Por exemplo, se o espaçamento entre pinos for reduzido em uma fração de milímetro, será impossível soldar a peça na placa.

Um truque útil para evitar esse erro é imprimir o layout do PCB em uma escala de 1: 1. Em seguida, solicite amostras de todos os vários componentes (principalmente os microchips e conectores) e coloque-os manualmente no layout do PCB impresso. Isso permite que você verifique rapidamente se todos os padrões de pouso estão corretos.

PCB Design não é fabricável ou muito caro

Uma via é um orifício condutor em uma placa de circuito impresso que conecta sinais de diferentes camadas. O tipo mais comum de via é conhecido como through through porque passa por todas as camadas da placa. Isso significa que, mesmo que você queira apenas conectar um traço da camada um à camada dois, todas as outras camadas também terão isso por meio da passagem.

Isso pode agir para aumentar o tamanho de uma placa, já que as vias reduzem o espaço de roteamento em camadas sem usar a via.

Um cego via, por outro lado, conecta uma camada externa a uma camada interna, e uma via enterrada conecta duas camadas internas. No entanto, vias cegas e enterradas têm limitações muito estritas em quais camadas elas podem ser usadas para se conectar.

# 1 é uma passagem através da conexão de todas as camadas, # 2 é um cego via camadas de conexão 1 e 2, e # 3 é um soterramento através das camadas de conexão 2 e 3.

É muito fácil usar vias cegas / enterradas que não podem ser fabricadas (ou prototipadas). Para entender as limitações das vias ocultas e cegas, você deve entender como as camadas são empilhadas para fazer a PCB.

Para todos os detalhes técnicos sobre vias enterradas / cegas, veja este artigo no blog .

Esteja avisado que, mesmo que você os use corretamente, as vias cegas / enterradas aumentam drasticamente os custos das placas de protipo. Muitas vezes, seu uso dobrará o custo da sua placa, embora esse aumento de custo seja menos significativo quando você alcançar volumes de produção mais altos.

Em quase todos os casos, é melhor evitar o uso de vias enterradas e cegas, a menos que você absolutamente deva ter o menor projeto de PCB possível.

Layout incorreto do PCB dos reguladores de comutação

Um regulador de comutação converte uma tensão de alimentação para outra, temporariamente armazenando energia e, em seguida, liberando-a para a saída de maneira controlada. Os elementos de armazenamento usados são indutores e capacitores.

Em comparação com os reguladores lineares mais simples, os reguladores de comutação são extremamente eficientes e consomem muito pouca energia. No entanto, eles são muito mais complicados de usar corretamente.

A maior complexidade do uso de reguladores de comutação é projetar corretamente seu layout de PCB. Você não pode simplesmente distribuir aleatoriamente os componentes e conectá-los.

Existem regras de layout rigorosas que você deve seguir para alternar os reguladores . Felizmente, quase todas as folhas de dados para reguladores de comutação incluirão uma seção discutindo o layout adequado, além de dar um exemplo de como fazê-lo corretamente.

Conclusão

Esta lista pode ser facilmente expandida! Há quase um número infinito de erros esperando para ser feito 🙂 Mas, vamos começar com esses 10 e eu vou expandir daqui em algum momento no futuro.

Sua melhor aposta é sempre saber sobre quaisquer armadilhas potenciais bem antes de você chegar a elas. Desta forma, você pode evitá-las completamente, ou pelo menos estar melhor preparado quando elas ocorrerem.

Espero que este artigo ajude a eliminar esses possíveis erros, para que você possa colocar seu produto no mercado mais rapidamente.

Se você acha que houve algum erro comum que deixei de fora desta lista, por favor, compartilhe-os na seção de comentários abaixo. Aprender com os erros dos outros é uma das melhores maneiras de aprender.