Особенности разработки электроники в условиях санкций

Только-только спал глобальный локдаун, породивший дефицит полупроводников, и показалось, что жизнь возвращается в привычное русло, как началась спецоперация, а последовавшие за ней санкции, снова перевернули все с ног на голову: перестали работать привычные способы доставки комплектующих, ушли практически ВСЕ дистрибьюторы электронных компонентов и даже с оплатой заказов возникли затруднения. По прошествии трех месяцев удалось разрешить практически все проблемы. Если подумываете о том, чтобы разработать какой-либо хардварный продукт, то в статье можете найти несколько полезных советов о том, как это сделать в условиях санкций.

На данный момент наибольшие затруднения возникают у крупных производителей электроники и именно в вопросе оптовой закупки электронных компонентов для крупно-серийного производства, поскольку электронные компоненты в больших объемах и по разумной цене возможно приобрести либо напрямую у производителя (например NXP, STMicroelectronics, Texas Instruments, Microchip, Analog Devices, Wurth), либо у дистрибьютора "первого круга", закупающего компоненты у производителей (Avnet, Arrow, Mouser и пр.). На данный момент бОльшая часть (если не все) производителей и дистрибьюторов из западных юрисдикций перестала поставлять компоненты в Россию.

Теперь нельзя просто взять и позвонить в Московский офис Avnet и закупить, например, 10 000 штук процессоров IMX6ULL.

И вариантов решения, видимо, всего два:

• ввозить окольными путями (через компании-посредники из других стран). Этот вариант точно увеличивает сроки поставки, которые и без санкций достигали 52 недель на некоторые позиции (процессоры, микросхемы). Дефицит полупроводников никуда не делся. Также этот вариант точно увеличивает себестоимость выпускаемой продукции. Как минимум на расходы связанные с лишним логистическим плечом.
• искать замену проблемным позициям, что, в некоторых случаях, может означать практически полную разработку устройства по новой и запуск его в серийное производство. Например, в случае переезда на новый процессор. Этот вариант точно требует затрат времени и ресурсов на разработку. Повезет, если проблема не в процессоре, а в какой-нибудь микросхеме, для замены которой потребуется лишь пере развести печатную плату, практически ничего не меняя в коде. И все равно, вам нужно где-то разместить крупный заказ на новую микросхему/процессор.

С такими же проблемами может столкнуться и мелкий производитель электроники, которому нужны не 10 000 процессоров IMX6ULL, а всего 100 штук. Но 100 штук можно наскрести по сусекам. Пусть и в три дорого, но можно.

С пассивкой (резисторы, конденсаторы), конечно же, ситуация проще.

Если вы только начинаете разработку своего устройства, то у вас есть возможность обойти многие проблемы, с которыми сейчас столкнулись производители электроники. Итак, по порядку:

1. Подбор компонентной базы.

Начав проектировать устройство подбирайте комплектующие следующим образом:

• В первую очередь выбирайте компоненты от Китайских производителей. Например, вместо популярных STM32 стоит предпочесть GD32 от Китайской GigaDevice, являющиеся полными клонами STM32. Вполне реально найти Китайские аналоги многих интерфейсных микросхем, АЦП.
• Если не удалось найти Китайского производителя, то выбирайте компоненты западных производителей, но только те компоненты, которые широко доступны ни Китайских стоках. Хороший маркер удачно выбранной микросхемы, - это ее наличие в больших количествах на aliexpress.ru и lcsc.com. Не стоить воротить нос от aliexpress'а. Очень даже выручает, особенно, на этапе прототипирования первых образцов устройств.
• Компоненты западных производителей у прочих дистрибьюторов из Китая, которых великое множество. Для этого полезно зарегистрироваться в Китайском аналоге whatsapp - WeChat. Здорово ускоряет коммуникацию с менеджерами интернет-магазинов из Китая. Ответ на почту можно прождать сутки, - в WeChat же, отвечают моментально.

2. Планирование складских запасов.

Если у вас уже есть понимание, что тот или иной компонент, точно будет применяться вами в разрабатываемом устройстве, и разрабатываемое устройство с той или иной степенью вероятности найдет своего потребителя, то стоит их закупить при удобном случае (хорошая цена, более-менее подходящий для вас объем).

Например, нашим основным продуктом является базовая станция LoRaWAN, в которых применяются микросхемы SX1301 и SX1257 от западного производителя Semtech. Приобретали мы их у Avnet, который с месяц назад закрыл свой Московский офис, работавший на все страны СНГ. В розницу эти микросхемы приобретать нерентабельно - цена на базовую станцию вырастет кратно. На запрос в Semtech насчет возможности закупить их напрямую у Semtech ожидаемо получен следующий ответ:

Единственное, что позволяет нам еще производить базовые станции - это складские запасы, которые позволят продержаться год-другой (при текущих объемах продаж).

3. Локализация производства.

Очень часто можно слышать тезис о том, что нет смысла запускать собственное производство в России, когда можно изготавливать в Китае за три копейки. Из моей практики, этот тезис верен только в случае крупных объемах производимой продукции. Если же вам нужно изготовить мелкую партию, то вы заплатите за нее как за чугунный мост, что вы ее закажете здесь в России, что в Китае. В итоге, получается парадоксальная ситуация, что крупным производителям одинаково (плюс-минус) дешево изготавливать продукцию, что у подрядчика в Китае, что запускать собственное производство. Мелкому производителю же, одинаково дорого производить, что у подрядчика в Китае, что запускать свое производство (расходы на оборудование). Как мы запускали свою мелкосерийку можно почитать тут. В комментариях можно найти доводы в пользу покупки более дешевого SMD установщика с ручным трафаретным принтером.

Еще один аргумент в пользу локализации производства - это возросшая неопределенность с логистикой. На данный момент, к примеру, в Россию перестали возить DHL, UPS и Fedex. Неизвестно, как отразится на доставке из Китая новость о том, что Китай запретил полеты Боингов и Эйрбас из России. К тому же никуда не делась угроза локдаунов, связанных с коронавирусом.

В случае же собственного производства и наличия складских запасов, вы в любой момент можете изготовить необходимое количество продукции.

На всю жизнь наперед компонентами запастись проблематично. Компоненты на складе - это замороженные деньги. Много не закупишь. С целью бОльшей устойчивости к возможным проблемам с доступностью того или иного компонента мы решили перейти к модульной архитектуре разрабатываемой продукции. Например, вот так сейчас выглядит наша базовая станция:

• процессорный модуль в виде mini PCI express карты;
• радиомодуль, реализующий физику LoRa. Также в виде mini PCI epxres карточки;
• несущая плата, реализующая PoE-питание, плюс опциональный 3G-модем.

Идея состоит в том, что в случае, если на какой-либо из плат возникнет проблема с дефицитом компонентов, то потребуется разработка лишь одной этой платы. В данном случае, кандидат номер один на замену - процессорный модуль на базе процессора IMX6ULL, запасы которого исчерпаются через 6 месяцев. Сейчас разрабатываем модуль на базе другого (более доступного) процессора и если все пройдет гладко, то переход на новый процессор будет представлять собой использование PCI express карточки с другим процессором без каких-либо других изменений в базовой станции.

Другой плюс модульной архитектуры: одни и те же модули можно применять и в других ваших устройствах.

Также есть вероятность, что в процессе разработки всего устройства целиком, какой-либо отдельный модуль найдет своего покупателя сам по себе. Причем раньше, чем все устройство целиком. В нашем случае так получилось с процессорным модулем.

Рекомендуется подбирать альтернативы каждому компоненту в вашем устройстве (по крайней мере активным компонентам) еще на этапе проектирования устройства. У вас должен быть план Б на случай проблем с доступностью каждого применяемого вами компонента.

Из этих же соображений рекомендуется подбирать компоненты в наиболее распространенных корпусах:

• dc-dc преобразователи и ldo - в sot-23-5;
• кварцы - в 3215, 2016, 2520 и 3225;
• микросхемы SPI NOR памяти - в soic-8 и wson-8;
• микросхемы NAND-памяти - в tsop-54;
• микросхемы DDR3 - в BGA-96;
• микросхемы DDR2 - в BGA-84;
• биполярные и mosfet-транзисторы - в sot-23-3;

и т. д. Чтобы замена компонентов не требовала изменений в печатной плате;

Если есть возможность, то сразу закладывайте в плату поддержку аналогов. Например, вполне возможно получить плату, на которую возможно напаять микроконтроллер в корпусе LQFP-100 и LQFP-48:

Как упоминалось ранее, мы пока не нашли ответа на вопрос, где закупать большие партии. Не уверены даже, что есть ответ на этот вопрос. Наиболее вероятный ответ - открытие транзитной компании в Гонконге либо материковом Китае. Казахстан вызывает сомнения (почему, - см. ниже). Но это теоретические изыскания.

С малыми партиями все проще. Закупаемся на следующих ресурсах:

• aliexpress.com и alibaba.com;
• lcsc.com - сильно начал задирать цены последние 1-2 года;
• compel.ru - требуется юр. лицо. Многие компоненты неадекватно дорогие, но время от времени удается найти хорошие предложения на те или иные компоненты;
• terraelectronica.ru - хорошие цены на пассивку, но не могут гарантировать поставку в заводской упаковке (катушках и паллетах);

При оплате юр лицом особых проблем санкции не создали, если не считать, что помимо Р/С в Точка банке пришлось открыть счет в еще одном банке.

При оплате физ лицом пока работает схема с банковским счетом и мультивалютной картой, открытой в одном из банков Казахстана. По состоянию на 29-ое мая Казахстан прикрыл лавочку, но в Узбекистане открыть карту еще можно.

Несколько лет прекрасно (почти) работала связка DHL express + jlcpcb.com. DHL Express ушел в туман. С февраля по апрель пришлось заказывать в Резоните, пока не научились доставлять платы с jlcpcb.com. Есть два варианта:

• Магазин jlcpcb на aliexpress. Видео по ссылке. Костыльно, но работает. Доставка алиэкспрессом.
• "Мулы". Noname перевозчики из Китая, которых можно либо найти в WeChat, либо по рекомендации продавцов на alibaba.com, которые за $12/кг самолетом доставят за 7-14 дней груз в Москву, далее СДЭКом в Казань.

Попытка доставить печатные платы СДЭКом из Китая провалилась, поскольку сотрудники СДЭКа обнаружили в голой печатной плате средства шифрования:

Убежден, что наиболее доступным способом является Старт-1. Проверено на практике. Условия по конкурсам меняются в лучшую сторону. На текущий момент по Старт-1 можно получить 4 млн (было 2).

В сухом остатке, если вы только начали разработку или у вас еще небольшие объемы производства и продаж, если вам не нужно покупать комплектующие десятками тысяч штук, то все затруднения, созданные санкциями решаемы. А вот созданный санкциями вакуум на внутреннем рынке дает вам возможность занять его. Дерзайте.