Hallo zusammen,
bin Mechatronik-Student und habe für eine Bachelorarbeit die Aufgabe die
Kosten einer Platine zu minimieren, die später mal in Serie gefertigt
werden soll. (Es geht um einen Laderegler, Platinengröße ist 80x100 und
es sind einige SMD-Mosfets, Widerstände, uC usw. drauf)
Die Parameter an denen ich nun spielen kann sind z.B:
-Anzahl der Thermischen vias
-Dicke der Kupferschicht
-Alukernplatine ja/nein?
-Kühlkörper ja/nein oder reicht die Platine zur Kühlung
-u.v.m
Also ein Beispiel: Ich kann sagen wir 2 Mosfets parallell statt einem
nehmen und brauche dafür keinen Kühlkörper da die Verlustleistung
geringer is, muss aber 2 Mosfets kaufen.
Man könnte 10 Thermische Vias einbauen (muss aber jedes Loch bezahlen)
oder von mir aus eine Alukernplatine nehmen, die dann aber auch wieder
teurer ist.Ich hoffe Ihr versteht worauf ich hinauswill...
Hier nun das "Optimum" im Hinblick auf die Kosten zu finden ist meine
Aufgabe.
Um nun die Kosten einer bestimmten Platinen-Version vorrauszusagen,
könnte ich natürlich eine der vielen Online-Kalkulatoren der
Platinenhersteller nutzen. Das führt mich nicht wirklich zum Ziel, da
ich halt immer irgendein Gesamtpreis ausgespuckt bekomme und ich nicht
weiß wie sich dieser zusammensetzt.
Nun meine Frage: Gibt es von irgendeinem Platinenhersteller ein
"Kostenkatalog" an den man rankommen könnte? Quasi die "Logik" hinter
den Online-Kalkulatoren. Wäre genial wenn es einen Katalog gäbe, wo ich
herauslesen kann:
-0,1 Cent / Thermisches Via
-1 Cent für Bestückung eines Bauteils
...usw.
Dann könnte ich mir quasi eine "Formel" basteln um die Kosten für eine
Platine zu berrechnen (Ich befürchte dass das unendlich kompliziert
wird...)
Wer kann hier weiterhelfen?
Vielen Dank schonmal, Gruß Der Mechatronik-Student
Hier gibt es was in der Art wie du suchst, aber eher auf verschiedene
MAterialien bezogen. Es sind einige Hochtemperatur-Materialien dabei,
was ein wenig in deine Richtung geht (ab Punkt 4):
http://www.contag.de/leiterplatten.php?leiterplatten_technologien_materialien.html
Ansonsten sind andere Sachen für den Preis der Platine entscheidend:
* Standard-Abstände oder Feinleiter: Je nach Hersteller ist 120-200um
die Grenze der Leiterbahnbreite oder der Abstände unter der es spürbar
teurer wird.
* Vias: Die können entweder komplett durchgebohrt sein und alle Layer
verbinden (Though): Standart und billig.
Spezial und ca. 30% Aufpreis pro Version:
- Sackloch das nur einige Layer verbindet.
- Buried Via das nur einige Layer in der Mitte der Platine verbindet
ohne dass die beiden äußeren Layer (TOP und BOT) daran beteiligt sind.
* Die Anzahl der Vias ist weitgehend egal für den Preis.
* Dicke der Kupferschicht: Ändert bei Massenproduktion ein wenig was im
Preis. Bei kleinen Stückzahlen kostet es viel Aufpreis von den 35um
Standard-Dicke abzuweichen.
* Alu-Kern: Hab mal einen Anbieter gesehen wo das kaum Aufpreis gekostet
hat. Das ist sehr vom Hersteller und dessen Preismodell abhängig.
> -1 Cent für Bestückung eines Bauteils
Kommt hin bei mittleren Stückzahlen (z.B: 1000 Platinen) und wenn du in
Europa bestücken lässt.
In Asien bei Massenproduktion ist der Preis niedriger.
> Hier nun das "Optimum" im Hinblick auf die Kosten zu finden ist meine> Aufgabe.
Das ist eigentlich die Aufgabe jeden Elektronikentwicklers.
Der eine kann es besser, der andere weniger gut.
Preise schwanken, von Hersteller zu Hersteller beispielsweise je nach
dessen Maschinen und damit Fertigungsmöglichkeiten.
Was beim eienn teuer ist, kann für den anderen normal sein.
Mit Alukern bist du aber bei den teuren gelandet, Thermals sind eher
kostenlos.
Den Rest kannst du über Bauteilpreise und Bestückungskosten ermitteln.
Auch da ist je nach Bezugsquelle machmal die eine Variante billiger und
ein anderes Mal die andere.
@asd
danke für die Infos und den Link (Ja das geht schon in die richtige
Richtung)
Was ich mir eben noch erhoffe, sind konkrete Zahlen mit denen ich
arbeiten kann.Anscheinend geht es bei diesem Projekt um jeden
"Zehntels-Cent"...
Ich werde es morgen mal telefonisch bei einigen Platinenherstellern
versuchen, aber vermutlich ist so eine konkrete Kalkulation auch
Betriebsgeheimnis...
Gruß
Mechatronik-Student schrieb:> ... die Kosten einer Platine zu minimieren...
Wie Du schon ganz richtig erkannt hast, hilft hier im Endeffekt das
Gespräch mit dem Platinenfertiger/Bestücker. Letztendlich kommt es
nämlich auf dessen Fertigkeiten/Fertigungslinien an, was kostet und was
nicht. Da Du noch gar keine Erfahrungen mit sowas hast, würde ich mit
zwei, drei unterschiedlichen Fertigern sprechen, um einen Überblick zu
bekommen.
Wir hier können wohl auch nur einen groben Überblick geben:
> ... die später mal in Serie gefertigt werden soll.
Erste Frage, die zu klären ist (bzw. erster Parameter): Wie groß ist die
Serie pro Jahr (100 1k 100k / Millionenstückzahlen)? Wie lange läuft
die Serie voraussichtlich (Marktbedarf, Bauteilverfügbarkeit, weitere
Rahmenbedingungen (Ersatzteillagerpflicht, neue Generationen etc.))?
> Platinengröße ist 80x100
Erste Variable, an der gedreht werden kann. Obwohl bei einer fertigen LP
das reine Basismaterial nur einen kleinen Bruchteil ausmacht... was
nicht da ist, kostet nichts.
Weiter: Rechteckige LPs können einen Kostenvorteil bringen. Speziell
können diese via V-Cut getrennt werden (sofern es die weiteren
Rahmenbedingungen zulassen); ansonsten muss gefräst werden (teurer).
> es sind einige SMD-Mosfets, Widerstände, uC usw. drauf
Schaltung ist durchoptimiert?
> -Anzahl der Thermischen vias
Solange Du nicht in den guten vierstelligen Bereich kommst, entstehen
dadurch bei den meisten Bestückern keine Mehrkosten. Wie gesagt: YMMV
(Your mileage may vary).
> -Dicke der Kupferschicht
35µ ist Standard, alles Andere ist teurer.
> -Alukernplatine ja/nein?
Alukern ist logischerweise deutlich teurer als eine
Wald-und-Wiesen-FR4-LP.
> -Kühlkörper ja/nein oder reicht die Platine zur Kühlung
Das können wir nun wirklich nicht wissen. Logisch kostet ein Kühlkörper
mehr als keiner. Die technische Erfordernis musst Du bestimmen
(Verlustleistungs-, thermische Berechnung).
> Also ein Beispiel: Ich kann sagen wir 2 Mosfets parallell statt einem> nehmen und brauche dafür keinen Kühlkörper da die Verlustleistung> geringer is, muss aber 2 Mosfets kaufen.
Wenn die Verlustleistung insgesamt dadurch tatsächlich geringer wird
(Ist das sicher?), warum nicht?
-> Verlustleistung berechnen (statisch + dynamisch)
-> Preisvergleich FET <-> Kühlkörper
> Man könnte 10 Thermische Vias einbauen (muss aber jedes Loch bezahlen)> oder von mir aus eine Alukernplatine nehmen, die dann aber auch wieder> teurer ist.Ich hoffe Ihr versteht worauf ich hinauswill...
Selbst wenn die Vias tatsächlich berechnet werden, so sind 10 Stück
immer noch um Größenordnungen vom Preisunterschied FR4 <-> Alukern in
80x100mm² entfernt.
> Um nun die Kosten einer bestimmten Platinen-Version vorrauszusagen,> könnte ich natürlich eine der vielen Online-Kalkulatoren der> Platinenhersteller nutzen. Das führt mich nicht wirklich zum Ziel, da> ich halt immer irgendein Gesamtpreis ausgespuckt bekomme und ich nicht> weiß wie sich dieser zusammensetzt.
Na, dann suche Dir doch einen Onlinerechner, der möglichst viel
unterstützt, und probiere verschiedene Varianten durch, indem Du immer
nur einen Parameter veränderst (FR4 <-> Alukern). Damit erhältst Du die
relativen Mehrkosten einer bestimmten Änderung.
> Nun meine Frage: Gibt es von irgendeinem Platinenhersteller ein> "Kostenkatalog" an den man rankommen könnte? Quasi die "Logik" hinter> den Online-Kalkulatoren. Wäre genial wenn es einen Katalog gäbe, wo ich> herauslesen kann:>> -0,1 Cent / Thermisches Via> -1 Cent für Bestückung eines Bauteils> ...usw.
Glaube kaum, dass Du an so etwas herankommst. Die LP-Macher wären schön
blöd, wenn sie ihre Kalkulation so weit offenlegen (Zumindest mir
gegenüber wird da immer ein rechtes Geheimnis draus gemacht). Mitunter
stecken da ja auch noch z. B. Abschreibungen für neue Montagelinien etc.
drin; hängt also unterm Strich auch ein wenig vom aktuellen Mondstand
ab.
> Dann könnte ich mir quasi eine "Formel" basteln um die Kosten für eine> Platine zu berrechnen
Tja, wenn das mal so einfach wäre... Dann wären wohl viele
Projektmanager und Projekteinkäufer arbeitslos, da diese sich täglich
mit solchen Dingen auseinandersetzen.
> (Ich befürchte dass das unendlich kompliziert wird...)
Unendlich ist ganz schön lang bzw. groß ;) Was spricht dagegen, zwei,
drei Firmen anzurufen und denen ein paar Tipps bzgl. kostenoptimalem
LP-Design aus den Fingern zu saugen?
Der einzige richtige Ansatz für dieses Optimierungsproblem ist das sog.
"Lineare optimieren".
Aber das ist Mathematik!
Das kann man zu Fuß machen, indem man in ein Mathebuch der 9. Klasse
schaut. Dort findet man, zumindest in Rheinland-Pfalz, alle wesentlichen
Grundbegriffe und elementare Lösungswege für zwei bis drei
Eingangsgrößen. Auch das Erstellen einer Zielfunktion kann dir ein guter
Neuntklässler erklären.
Im Bereich der Wirtschaftsmathematik werden diese Verfahren theoretische
erarbeitet und mit geeigneten mathematischen Methoden umgesetzt.
Die Anwendung geht bis zur Optimierung von Straßenbahnnetzen bis zur
Kostenminimierung bei Zulieferern der Autoindustrie und letztendlich bis
zur Optimierung der Erstellungskosten für Fahrzeuge.
Dein Platinenproblem ist dafür ein sehr schönes, sogar für Anfänger
geeignetes Problem.
W.
@Patrick
super, vielen Dank für diese Anhaltspunkte!!
Dass es nicht so einfach ist eine Platine "kostenoptimal" zu entwerfen
wird mir langsam klar...
Zu den Mosfets: Klar kann das hier im Forum niemand sagen ob ein
Kühlkörper nötig ist oder nicht. (War nur ein Beispiel)
Konkret geht es in meinem Fall darum, ob ich besser 1 großen Mosfet
nehme, oder ein paar kleine, die halt wieder mehr Platinenplatz
brauchen.
(Wenn 2 Mosfets parallel geschaltet sind, wird der Einschaltwiderstand
ja geringer und somit auch die Verlustleistung...)
Patrick schrieb:> Na, dann suche Dir doch einen Onlinerechner, der möglichst viel> unterstützt, und probiere verschiedene Varianten durch
Das hab ich auch schon probiert. Es ist halt die Frage wie sinnvoll das
ist. Der eine Hersteller verlangt bei einer Kupferschicht von 70um statt
35um einen Aufschlag von 20%, beim anderen kostet es das doppelte.
Vermutlich hast du recht und ich sollte mal im Gespräch mit einem
Platinenhersteller grundsätzliche Tipps holen da bei sowas einfach ZU
viele Faktoren dranhängen...
Gruß
Ich hoffe es ist mir erlaubt, eine Seitenfrage dazu zu stellen:
Ist kenne eigentlich nur die z.B. hier genannten Platinenhersteller wie
PCB-Pool weil ich fast immer Prototypen oder Kleinserien erstelle.
Die berechnen die Kosten ja eigentlich hauptsächlich nach Fläche,
Fräslänge und ob Doppel- oder Einseitig und einigen weiteren kriterien
die jedenfalls nicht erst aus dem Layout im Detail ermittelt werden
müssten.
Aber ab einer gewissen Stückzahl, wird es ja schon relevant sein, ob
z.B. die ganze Platte mit Kupfer gefüllt ist oder nicht. Oder andere
Faktoren.
Gibt es tatsächlich den konkreten Fall, das PCB-Hersteller (bzw. Firmen
mit eigener PCB-Herstellung) ab einer gewissen Stückzahl, die Anzahl der
Augen, die Vias, die Kupferfläche etc. im Layout ermitteln um die Kosten
genau zu berechnen?
Ich vermute, dass ab etwa Tausend oder mehr Platinen mit sagen wir 1qdm
dann tatsächlich Unterschiede zu den Pauschalen der oben erwähnten
Anbieter auftreten.
Aber kann das jemand aus eigener Kenntnis bestätigen, dass solche
detaillierten Kalkulationen tatsächlich erstellt werden?
Ich möchte als Nachtrag noch auf das Dokument
http://optimierung.mathematik.uni-kl.de/mamaeusch/projekte/wimstems/opt1.pdf
verweisen.
Hier erklärt der Autor eigentlich alles, was man vom einfachen Beispiel
bis zu komplexen Problemen machen muss. Der Autor selbst ist sehr
zugänglich und durchaus ansprechbar. Er ist sehr interessiert daran,
dass in Schulen und anderen Bildungseinrichtungen solide gearbeitet
werden kann und das "Ausprobieren" von scheinbaren Lösungen nicht als
der optimale Weg angesehen wird.
Ein gutes mathematisches Verständnis ist jedoch erforderlich.
Als Bachelorarbeit dürfte eine mathematische Lösung angemessen sein. Ein
bloßes Probieren, was für einen Leser der Arbeit keine Hilfe darstellt,
ist nicht Sinn und Zweck einer Abschlussarbeit.
Übrigens, ein PCB-Hersteller führt keine Optimierungen durch!
Er nennt lediglich die Preise für einzelne Leistungen.
W.
Wolfgang Schmidt schrieb:> Übrigens, ein PCB-Hersteller führt keine Optimierungen durch!
Natürlich, das ist täglich Brot, allerdings merkt der Kunde davon
nichts. Beispiel einfachster Art, damit es auch ein Mathematiker
verstehen kann: bei einem Auftrag über 1000 Stück, mache ich da 1000
Platten mit je einer LP oder 1 Platte mit 1000 LP drauf (wenn technisch
möglich), oder 50 x 20 oder was.
Man kann auch die Maschinenauslastung unter Berücksichtigung der
Liefertermine optimieren oder überhaupt die ganze Fertigung, und das
ganz praktisch und nicht nur in der Theorie. Das funktioniert übrigens
häufig sogar unter Einsatz primitiver biologischer Gehirne, auch wenn du
das wohl nicht als Optimierung gelten lässt.
Gruss Reinhard
Wurde hier schon oft gesagt, aber deine Arbeit wird vermutlich auf 2
Komponenten hinauslaufen:
1. Alternativen/Abhängigkeiten und Ausschlüsse aufdecken
2. Lineares Modell erstellen
Letzteres ist kein Hexenwerk, aber vermutlich erstmal merkwürdig für
dich. Man beschreibt hiermit leidlich ein Modell und lässt nachher einen
Solver das Problem lösen. Dummerweise ist das nicht ganz die Mathematik,
die ein Mechatroniker sonst verwendet. Das Modell wird vermutlich sehr
groß werden - aber das ist bei geeigneter Modellierung kein Hindernis um
eine Lösung zu bekommen.
Mechatronik-Student schrieb:> aber vermutlich ist so eine konkrete Kalkulation auch> Betriebsgeheimnis...
Natürlich ist sie das, eine korrekte Kalkulation ist schliesslich
Voraussetzung für wirtschaftlichen Erfolg. Das lernt man als
Mechatroniker vermutlich nicht, aber zu niedrige Preise zu verlangen ist
genauso tödlich wie zu hohe.
Voraussetzung ist dafür eine perfekte Kostenerfassung, z.B.
Online-Terminals an den Maschinen, um festzustellen und abzuspeichern,
wie lange Einrichtung und Bearbeitung für einen bestimmten Auftrag
brauchen, usw. usw.
An so etwas wird man dich niemals heranlassen, und ausserdem sind die
Daten in jedem Betrieb anders (sonst hätten alle Hersteller die exakt
gleichen Preise). Was das Bohren eines Lochs kostet, hängt von der
Maschinenausrüstung ab und auch von der Auslastung.
Dein Modell müsste also für jeden Betrieb erstellt werden (und wäre in
ein paar Monaten überholt), und dann müsstest du theoretisch daraus ein
Durchschnittsmodell errechen - aber das hilft dir nicht viel, weil das
in der Realität sowenig existiert wie Renate Mustermann mit ihren 1,3
Kindern oder so. Du kannst aber die LP nur bei einem konkretem
Hersteller einkaufen.
Gruss Reinhard
Wolfgang Schmidt schrieb:> Der einzige richtige Ansatz für dieses Optimierungsproblem ist das sog.> "Lineare optimieren".>> Aber das ist Mathematik!
Das klingt zwar toll. Ich kenne aber keinen Hersteller, der tatsächlich
alle möglichen Auslegungen und Kombinationen per mathematischem
Verfahren optimiert. Da ist viel Erfahrung und Bauchgefühl mit im Spiel.
Die Kosten der eigentlichen LP sind selten dominierend (wenn man nicht
gerade Pizzablechgröße braucht). Andere Faktoren tragen meist sehr viel
mehr bei. Gehäuse, Stecker und sonstige Mechanik sind ein gerne
übersehenes Groschengrab. Ebenso Handbestückung: wenn ich Kühlkörper
lese, rollen sich mir schon die Zehennägel.
Max
@Max G. (l0wside) Benutzerseite
>Das klingt zwar toll. Ich kenne aber keinen Hersteller, der tatsächlich>alle möglichen Auslegungen und Kombinationen per mathematischem>Verfahren optimiert. Da ist viel Erfahrung und Bauchgefühl mit im Spiel.
Sehe ich auch so.
>übersehenes Groschengrab. Ebenso Handbestückung: wenn ich Kühlkörper>lese, rollen sich mir schon die Zehennägel.
Warum? Wenn ich sowas lese, dann schon eher
"Anscheinend geht es bei diesem Projekt um jeden "Zehntels-Cent"..."
Klingt nach einem der krankhaften Projekte aus dem Automtiv-Brereich.
Also schreibe in deine Arbeit:
Die Kostenminimierung erfolgt nach Bauchgefühl.
Dann bist du mit Deckblatt nach drei Seiten fertig und auf Dauer
arbeitslos.
Mechatronik-Student schrieb:> Also ein Beispiel: Ich kann sagen wir 2 Mosfets parallell statt einem> nehmen und brauche dafür keinen Kühlkörper da die Verlustleistung> geringer is, muss aber 2 Mosfets kaufen.
Das is interessant...
Mechatronik-Student schrieb:> Um nun die Kosten einer bestimmten Platinen-Version vorrauszusagen,> könnte ich natürlich eine der vielen Online-Kalkulatoren der> Platinenhersteller nutzen. Das führt mich nicht wirklich zum Ziel, da> ich halt immer irgendein Gesamtpreis ausgespuckt bekomme und ich nicht> weiß wie sich dieser zusammensetzt.
Das wirst du unter Umständen nie direkt erfahren, weil der Hersteller
eine Mischkalkulation auf Basis seiner Anlagenkosten und Prozessabläufe
macht. Wenn du Stückzahlen hast, die eine konkrete Anfrage an der
LP-Hersteller rechtfertigen, quetsche ihn aus.
Wenn du Online-Kalkulatoren vom Hersteller zur Verfügung hast, wo deine
Platinenparameter detailiert eingehen, spricht doch nichts dagegen, dass
du mit den Eingabeparametern variierst und damit zumindest ein
empirisches Modell für die Kalkulationsbasis aufstellst.
Früher(TM) waren mal einseitige Platinen billiger als durchkontaktierte
doppelseitige. Da zog man lieber tausend Drahtbrücken. Diese alten
Platinen sind heute eine Ansammlung von kalten Lötstellen, viele alte
Geräte fallen genau wegen der damaligen Sparsamkeit aus.
