关于对传统电路板设计的长期支持的问题

电器工程 生产 替代
2022-01-17 10:07:07

这个问题是从关于电气工程 StackExchange 聊天的讨论中总结出来的。
在此转载,希望能引起具有长期价值的讨论

任何有长(> 30 年)生命周期产品设计经验的人的问题:
您通常在设计时考虑到产品生命周期内关键部件可能过时/停产吗?


具体来说,如果不再为特定 IC 制造与引脚兼容的等效产品,那是如何计划的?并非每个半导体制造商都会通过包装进行终身购买通知,有些制造商只是折叠起来消失了。

这里的上下文是一个产品,我的客户有超过 10 万个 PCB 库存,超过 30 年部署了超过 200 万台设备电路板上使用的几个关键部件不再存在,几乎等效的都是 SMT。原板上的所有IC都是DIP和插座的。一些有问题的 IC 是过时的模拟连续时间信号处理部件,其余的是数字逻辑,因此很容易被等效的、ASIC 或 MCU 取代,具体取决于复杂性。

有一个维修工作流程(工业产品,20 到 30 年的可维修性保修),还有一个生产工作流程(重复订单,每年数千块板)。

重新设计电路板虽然是一个理想的建议,但在这种情况下不是一个选择,因为最终客户的采购部门会将基础 PCB 更改视为“新产品”,因此需要评估竞争供应商,并重新协商合同 - 这将触发新的招标流程,并可能为我的客户损失价值 10 倍数百万的年度业务给竞争对手。

目前客户现场设备维修均采用现场人工返工,设备不得带回车间。确实会更换电路板,但“新”更换电路板的 PCB 布局绝对必须与被更换电路板相同,因为最终客户不会接受任何更改。

正在考虑的一项建议是,虽然尚未得到最终客户采购团队的验证,但将DIP IC 替换为具有相同尺寸的带有引脚的小 PCB,插入主板上的 DIP 插座。这是为了减少现场工作的风险和时间。


那么,回到这个问题:在规划此类产品生命周期和相关挑战方面有哪些实际的 EE 经验?也欢迎“下一次”的好主意。

3个回答

处理 30 年过时的组件是一项艰巨的任务。除了最简单的产品之外,即使是 10 年也是惊人的。

简而言之,供应商和制造商在 30 年的跨度内都是不可靠的。如前所述,他们将在没有通知的情况下停止制造芯片,或者干脆不复存在。大约 6 年前,有一家制造商在他们的旧工厂之一发生火灾。他们没有重建并重新开始制造这些芯片,而是简单地淘汰了在那里制造的所有芯片。

尽管每个人都有最好的意图,但零件仍然无法使用。

如果不允许 PCB 重新旋转,那么唯一可靠的解决方案是储备 30 年的所有零件供应。这比听起来更复杂,因为某些部件的保质期有限。零件需要在温度和湿度受控的仓库中长期存放,即使这样,有些零件仍无法使用 30 年。将组件存储 30 年以上需要咨询制造商以确定理想的存储条件。需要存档有关如何正确存储和焊接零件的文档。例如,如果在组装之前需要烘烤,则需要保存这些说明。

如果允许重新设计,那么理想的解决方案是归档所有设计数据并编写额外的文档,以便每 4 到 10 年重新设计一次。在我看来,这是最好的解决方案(假设允许重新旋转)。它允许产品随着时间的推移而发展,以适应新技术和新的制造工艺。这要么降低产品成本,要么为新版本提供新特性和功能。

我没有做过任何需要 30 年产品寿命的产品,但我做过的产品是半导体制造设备,需要 10 年以上的支持。

至少在这些情况下,我们的客户足够清醒地意识到,有时轻微的重新设计是最具成本效益和最可靠的解决方案。

并非每个半导体制造商都会按包装进行终身购买通知

每个有信誉的半导体制造商都会根据每个零件号发出通知。如果有制造商不这样做,我不会从他们那里购买任何项目,更不用说有您严格支持要求的制造商了。

信誉良好的制造商不仅会通知零件/包装是否过时,还会通知产品中可能影响质量的任何变化(在 ISO 9000 意义上)。例如,它们会通知铅饰面是否从锡铅变为雾锡。他们会通知设备包装过程是否正在从一个工厂转移到另一个工厂。

一些制造商干脆折叠起来消失

这,或者当然是无能为力的。还有其他类似的风险。

大卫提到了一个案例,工厂火灾导致产品过时,恕不另行通知。在我知道的另一个最近的案例中,一家(大型且非常知名的)无晶圆半导体公司被迫淘汰了几条产品线,因为他们的代工供应商决定关闭一条较旧的(并且不再足够盈利的)生产线。至少在这种情况下,他们能够提前通知并允许终身购买……但他们的产品不是 0.05 美元的晶体管,它们是 20 到 200 美元的复杂 IC,所以你可以想象一些终身购买所需的投资。

其他风险——监管

另一件需要注意的事情是环境监管的推进。欧洲 RoHS 指令和类似法律可能不适用于您的产品,但它们会影响您的供应链。例如,RoHS 迫使很多成熟产品重新设计,减少了很多成熟部件的销量,这可能导致某些部件过时,因为某些部件变得无利可图。

RoHS 的新版本预计将在几年内推出。因此,随着市场根据新规则稳定下来,您可以期待新一轮的过时浪潮。

其他风险——改变的市场格局

如果您在 30 年前设计了一款产品,并且完全使用 2N2904 和 74LS04 等多源组件进行设计,那么您今天很可能仍然能够获得所有这些部件。

但过去多年的趋势是远离多源组件。制造商之间复制的新产品很少。并且与 30 年前具有相似复杂程度的部件——十六进制逻辑门、单个晶体管等。即使是像线性电源调节器这样的“简单”设备现在也足够复杂,没有人试图复制另一家公司的设计确切地。

如果您想在微处理器或可编程逻辑设备中进行设计,您只需要使用单一来源的组件,并且需要承担长期支持的所有风险。

此外,正如我上面的轶事所指出的,无晶圆半导体公司的崛起也增加了风险,因为这意味着您的芯片供应商可能实际上无法控制自己的制造资源。

战略

对我来说,听起来你的销售团队需要对这个客户变得更强硬(当然,工程师总是这么说)。

一种选择是告诉他们您可以按照他们的方式解决问题,但是为了保持这种水平的支持,在产品生命周期的剩余时间内,产品价格将每年增加 XX%。您可以终身购买这些过时的产品,但您需要为需求的工程评估、管理库存零件的技术人员等付费,并且您需要从这些产品中获得收入来支持这一点。

另一个是在重新招标过程中虚张声势——不可能有那么多竞争对手能够切实支持这些终身要求,而那些能够相应定价的竞争对手。最重要的是,您的团队在此特定应用程序和客户的详细要求方面拥有经验,在项目投标时为您提供优势。谁知道,您可能会以更高的销售价格退出重新招标的合同。

在汽车行业,过时是一种诅咒。大多数供应商不支持超过 10 年(对商业/工业世界来说可能听起来很疯狂)。我们有几种设计在小批量服务中使用超过 10 年。即使是一个小组件也可能引发重新设计,这将花费数百万美元来设计和验证。当技术过时,就更难了。例如:带有过时微控制器的陶瓷基板。

有像罗切斯特电子这样的公司处理旧零件,甚至有能力重新制造老旧的零件。Tekmos 也是其中之一(他们处理 Frescale 更多)。