בתזמון מושלם עם צורך מסוים בשטח הגיעה אליי הצעת חסות של JLCPCB, שיצרה הזדמנות לנסות (והגיע הזמן, באמת!) הרכבה של רכיבים על PCB במפעל במקום הלחמה ידנית בבית. הנה ההתרשמות שלי מהתהליך ומהתוצאות.

רקע: למה עכשיו, למה לא קודם?

לפני כמעט תשע שנים, בסוף 2015, התחלתי לעבוד עם KiCAD ותכננתי את ה-PCB הראשון שלי. מאז ועד היום תכננתי עשרות רבות מאוד של מעגלים, גם לעצמי וגם ללקוחות, אבל את ההלחמה של רכיבים עליהם ביצעתי תמיד בעצמי, על שולחן העבודה בבית. היה לי ברור שיום אחד אצטרך להוסיף לארגז הכלים שלי הרכבה במפעל (PCBA, כשה-A זה Assembly), אבל איכשהו היום הזה אף פעם לא הגיע. עד עכשיו.

יש, אגב, סיבה להימנעות שלי מ-PCBA עד כה: שאלת הרכיבים. כשאני מתכנן מעגל חדש אני בוחר רכיבים לפי התכונות הרצויות, בחיפוש באתר כמו Digikey, ומזמין אותם אליי. לעומת זאת, אם אני רוצה שילחימו אותם במפעל, איך אביא אותם לשם? אני יכול או לשלוח אותם לשם בעצמי, או לבקש מהמפעל לקנות לפי רשימה שאתן להם, אבל בשני המקרים זו עבודה אקסטרה, טופסולוגיה ולעתים גם הוצאות משמעותיות, ולא הייתה לי מוטיבציה להיכנס לזה.

כאמור, לא מזמן פנו אליי מ-JLCPCB עם הצעת חסות, וגיליתי שהיא תספיק בשביל PCBA בסיסי ומשלוח. במקביל, הייתי צריך ליצור מעגלים פשוטים שאוכל לחלק ללקוחות בשביל לצרוב מיקרו-בקרים מסוימים בשטח בעצמם (דרך ממשק UPDI). הרכיב הלא-גנרי היחיד במעגלים האלה הוא שבב USB-to-UART שמיוצר ממילא בסין, אז אולי ניתן לדלג במקרה זה על העבודה הנוספת? נכנסתי לאתר והתחלתי לקרוא על תהליך ההזמנה. אכן, יש להם ממשק לחיפוש רכיבים (שילוב של LCSC, אם הבנתי נכון), וזה אומר שאם אתכנן את המעגל אך ורק עם רכיבים שאוכל למצוא בממשק הזה, אצטרך לשלוח להם רק רשימת רכיבים (BOM) פשוטה והם ישיגו אותם בקלות בעצמם לצורך ההרכבה, בלי שום פרוצדורות ומשלוחים נוספים מצדי!

דברים שצריך לעשות מראש

כיוון שזהות הרכיבים קריטית לתכנון המעגל כבר מההתחלה, צריך לבדוק מראש מה זמין בדף החלקים ב-JLCPCB. לא בדקתי עדיין, אבל אני מניח שלספקי PCBA אחרים יש מאגרים ומנועי חיפוש משלהם. השיטה הזו מגבילה אותי בכך שאם אסתמך על הרכיבים שלהם אהיה חייב, ככל הנראה, להזמין גם את המעגלים אצלם – מגבלה שלא קיימת כמובן אם אני מזמין רכיבים אליי ומלחים לבד.

נכון לכתיבת שורות אלה, יכולות החיפוש ובעיקר סינון הרכיבים באתר גרועות למדי, והיו רכיבים שידעתי בוודאות שקיימים אך נאלצתי לכתוב את שמם המלא (שמצאתי ב-Digikey…) בשורת החיפוש כדי להגיע אליהם, כי הסינון הלא-תקין גרם להם להיעלם. הדבר הבא שחשוב מאוד לשים לב אליו הוא ההפרדה בין Basic parts ל-Extended parts. ההבדל הוא שהבסיסיים – מן הסתם, הרכיבים הכי גנריים ונפוצים – כבר נמצאים במפעל ומוכנים להשמה. ה-Extended, לעומת זאת, נמצאים במקום אחר, והאתר גובה תשלום נוסף עבור הטיפול בכל רכיב כזה, אז קיראו בתשומת לב את האותיות הקטנות. מיקרו-בקרים, לדוגמה, הם כולם Extended.

חשוב מאוד לזכור, עבור כל רכיב שבוחרים, לרשום בצד את המספר שלו – מה שנקרא אצלם JLCPCB Part # : צירוף אותיות וספרות (למשל "C5187096") שמופיע גם בכתובת הדף של הרכיב. המידע הזה יזרז תהליכים בהמשך הדרך.

מכאן ממשיכים בתכנון המעגל וה-PCB כרגיל, וגם תהליך ההזמנה מתחיל בדיוק כמו הזמנה של PCB רגיל: מעלים את קובצי ה-Gerber ובוחרים פרמטרים עבור הלוחות. אבל מתחת לפרמטרים יש אופציה לבחירה ב-PCB Assembly (ראו בתמונה הבאה), ואם נסמן אותה ונמשיך בהזמנה, האתר יבקש מאיתנו בשלב הבא שני קבצים נוספים: קובץ BOM של הרכיבים, וקובץ CPL של המיקומים שלהם על הלוח. את ה-BOM אפשר להכין ידנית או בעזרת תוכנת העריכה, אבל בכל מקרה מומלץ להשתמש בתבנית ש-JLCPCB מספקים (קישור לקובץ XLS) כי את זה הם מכירים הכי טוב.

גם קובץ המיקומים מופק על ידי תוכנת העריכה. באתר JLCPCB יש דף עם הסברים כיצד לעשות זאת, וכיצד לשנות אותו קצת (ידנית) כדי שיתאים לפורמט הדרוש להם. הדף הזה ישן וכבר לא לגמרי תואם לממשק של גרסת KiCAD האחרונה, אבל ההבדלים לא קריטיים ואפשר להסתדר בקלות.

בדיקה סופית ומחירים

אחרי העלאת הקבצים חיכו לי שתי הפתעות. הראשונה הייתה נעימה – תצוגה אינטראקטיבית בתלת ממד של הלוח שלי עם כל הרכיבים עליו, וכן רשימת הרכיבים, שאפשר ללחוץ על פריטים בה ולאתר/להדגיש בתצוגה כל סוג רכיב בנפרד.

ההפתעה השנייה הייתה פחות נעימה: לפי התצוגה הזו, מחבר ה-USB C שבחרתי נמצא במקום לא נכון, שניים או שלושה מילימטרים מהחורים והפדים שאליהם הוא אמור להיות מולחם. פניתי מיד לצ'ט העזרה של האתר, הסברתי את הבעיה, והנציג הבטיח לי שמהנדסים אנושיים עוברים על הקבצים והם יתקנו כל מה שדרוש תיקון. ואכן, השלמתי את ההזמנה ותוך זמן קצר התבקשתי לאשר סופית את התכנון, ויכולתי לראות שהמחבר הוזז למקום הנכון.

העלות מתחלקת לייצור ה-PCB ה"ערום", לרכיבים, להרכבה, ולמשלוח. הייצור היה זול מאוד (דולרים ספורים ל-20 יחידות, לוח די קטן, 2 שכבות בלבד, עם הגימור הכי בסיסי ובלי דרישות מיוחדות). הרכיבים עלו סה"כ כ-16 דולר לכל ההזמנה, וההרכבה כ-32. כיוון שלאחרונה מדדתי כמה זמן לוקח לי להלחים רכיבים, ובהתחשב בתעריפים שלי, יכולתי לחשב בדיוק ולקבוע שההרכבה במפעל השתלמה במקרה זה בגדול (זאת אומרת, אפילו אם לא היה מדובר בחסות…) זה ממש לא אומר שבכל מקרה ובכל הנסיבות אפשר ועדיף PCBA, אבל כאן, כשהלוח והרכיבים פשוטים, זמינים וזולים, בהחלט כן. כל זה בעירבון מוגבל כמובן, עד שנדע מה איכות ההרכבה.

רוב העסק מומן כאמור על ידי JLCPCB, ונאלצתי להוציא מכיסי רק שני דולרים וחצי מטעמי "ככה זה". מרגע אישור ההזמנה, לפחות על פי המעקב באתר, ייצור ה-PCB הושלם תוך פחות מיממה. חצי יום לאחר מכן הושלמה גם הלחמת הרכיבים, וכל הלוחות המורכבים יצאו לדרך כעבור עוד יממה. תוך ארבעה ימים הם הגיעו לנתב"ג, אך חגים וסופי שבוע עיכבו אותם שם עוד קצת.

מה בקופסה

לא הזכרתי קודם מספר גדול של אופציות מתקדמות להרכבה, שהוצעו בתשלום נוסף. אלה כללו, בין השאר, "אפייה" מקדימה של רכיבים, ניקוי של הלוחות משאריות פלאקס, ציפוי קונפורמי, פירוק הפאנל ללוחות נפרדים ועוד. אני בחרתי רק בפירוק הפאנל.

בתוך הקופסה הכחולה היו ספוגים ויריעת ניילון בועות סביב הלוחות, שגם הודבקו בסרט דביק כדי שלא יתפזרו. בתמונה הבאה מוצגת היריעה שפרשתי על הרצפה (את הלוחות מימין הפרדתי לפני כן). אני מוכרח לציין שברמה הרגשית, אחרי תשע שנות הלחמה ידנית ל-PCB, היה פה משהו מאכזב: זהו? המעגל מוכן? זה היה קצת כמו לקבל סט לגו ולגלות שהוא כבר מורכב בתוך האריזה. איפה הכיף? 🙂

אגב, השמועות מספרות שלעתים ב-PCBA הלקוח מקבל את עודפי הרכיבים שנשארו (האתר מזמין אקסטרה ליתר ביטחון, על חשבוננו). בקופסה שלי לא היה דבר מלבד הלוחות, אבל זה לא מוכיח כלום כי הרכיבים במקרה זה היו זולים ונפוצים במיוחד. אפרופו, מראש נאמר באתר שהזמנת הרכיבים היא להרכבה בלבד ואי אפשר לקבל אותם בנפרד.

בכל לוח היו שני חורים קטנים, בפינות נגדיות, שלא היו בתכנון המקורי שלי. מישהו ב-JLCPCB הוסיף אותם, מן הסתם כדי לקבע את הפאנל או את הלוחות הבודדים בזמן השמת הרכיבים. זה לא מפריע או משנה משהו, רק צריך לזכור שזה קורה, ואם יש לעניין חשיבות במקרה מסוים, אולי כדאי להתייעץ עם נציגי האתר ולמצוא פתרון שמקובל על כולם לפני שמשלמים.

הלוחות נראו טוב ועבדו ישר מהקופסה, מילולית: דגמתי בערך חצי מהם, בחנתי אותם מקרוב ויזואלית ופונקציונלית, וכולם היו נקיים, אסתטיים ותקינים ופעלו ללא דופי. הדבר היחיד שנראה לי קצת תמוה היה המרקם של הבדיל: כשמסתכלים מקרוב מאוד, הוא קצת גבשושי ולא-אחיד. התמונה הבאה היא צילום תקריב של הלחמות בקונקטור ה-USB. מדובר בבדיל נטול עופרת, והניחוש שלי הוא שפרופיל הטמפרטורה בהלחמה לא היה מדויק. אבל שוב, מבחינה פונקציונלית לא הייתה שום בעיה, שום נתק או קצר.

הקונקטור סיקרן אותי מבחינה נוספת: יש לו "רגליים" מכניות לייצוב, שאמורות להיות מולחמות לתוך חורים בלוח. כלומר, אף על פי שהוא מוגדר כרכיב SMT, יש לו אלמנט של THT. איך המפעל התמודד עם זה? בבדיקה מקרוב רואים שהרגליים האלה אכן מוחזקות בבדיל, והקונקטור מקובע ויציב:

סיכום

הזמנה של PCBA, לפחות אצל JLCPCB, דורשת יותר מעורבות אנושית מאשר הזמנה של PCB "רגיל" – גם מצד הלקוח וגם מצד המהנדסים של האתר. הלקוח צריך לבדוק בתשומת לב פרטים רבים ולהיות בקשר עם הנציגים, אפילו כשמדובר בלוח פשוט כמו זה שהצגתי כאן, כדי להבטיח שהתוצאה תהיה נכונה. לאחר מכן, הביצוע הוא מהיר וסבבה לגמרי. אני כבר השתכנעתי, ומתכנן את ההזמנה הבאה, שתהיה לצורך מסחרי.

מבחינת כסף, לעומת הלחמה ידנית, ה-PCBA הזה משתלם – אם כי חייבים לזכור את עניין זמינות הרכיבים, את הקושי היחסי למצוא אותם בחיפוש של JLCPCB, ואת המחויבות למפעל הספציפי. במקרים מסוימים, כגון לוחות עם רכיבים בודדים או הזמנה קטנה מאוד, ייתכן בהחלט שעבודת יד עדיין תהיה זולה יותר. אז לבדוק ולא לקחת שום דבר כמובן מאליו.