Desarrollo de PCB:¡es posible que no conozca las tendencias futuras!

Sobre el desarrollo de PCB, la era de Internet de las cosas está aquí y se está apoderando de prácticamente todas las facetas del mundo digital. Expects ha descrito IoT como "la cuarta revolución industrial" y "lo más importante desde la explosión de .com".

Y si los informes recientes de Gartner cuentan para algo, el planeta Tierra tendrá al menos 20 mil millones de dispositivos habilitados para Internet en el desarrollo de PCB para 2020.

Los desarrolladores desarrollan plataformas conectadas inteligentemente para innovaciones como dispositivos portátiles, automatización del hogar, sistemas de monitoreo médico, automóviles inteligentes y ciudades futuristas aprovechando la tecnología.

IoT presenta una versión optimista de la conectividad entre componentes físicos y digitales como el niño tecnológico más nuevo del bloque. Este artículo hablará sobre el desarrollo y el futuro del Internet de las Cosas en detalle. ¿Quieres saber más al respecto?

IoT:impulsando nuevos enfoques para el desarrollo de PCB

Una de las principales tendencias actuales en el desarrollo de PCB es el uso cada vez más frecuente de placas de interconexión flexibles y de alta densidad (Fabricación de placas de circuito. Los métodos de enrutamiento de PCB convencionales no pueden lograr esto. Con HDI). La mayoría de los dispositivos IoT están diseñados para usarse mientras están en movimiento, y el uso de PCB flexibles simplifica el cableado mientras brinda resistencia adicional en condiciones adversas.

Además, a medida que disminuye el área de superficie de la placa y aumenta la densidad de enrutamiento, los desarrolladores recurren a la fabricación de PCB rígidos. Aquí, las condiciones se aplican a técnicas multicapa, de un solo lado, de núcleo metálico, HDI como vías ciegas y enterradas para ahorrar espacio valioso. Los diseños HDI también facilitan un menor consumo de energía y un mejor rendimiento, lo que los hace excelentes para dispositivos IoT.

Figura 2:PCB flexible

La combinación de enfoques flexibles y HDI para los diseños de PCB permite a las empresas crear pequeños dispositivos móviles menos afectados por factores como el estrés térmico y la pérdida de señal sin comprometer el rendimiento. Los dispositivos IoT ahora pueden ser más pequeños, livianos y rápidos que nunca.

Fabricación de PCB para IoT:¿Qué es diferente?

Aunque el Internet de las cosas no ha requerido una reinvención completa en el desarrollo de PCB, ha traído nuevas consideraciones a la mesa de diseño.

Debido a los diversos enfoques de diseño, el diseño, la fabricación y el proceso de ensamblaje de una PCB basada en IoT difieren significativamente de los de una placa tradicional.

Para empezar, las PCB de IoT generalmente consisten en ensamblajes de circuitos rígidos-flexibles o flexibles, a diferencia de la naturaleza plana y sustancialmente más grande de las placas tradicionales.

La fabricación con ensamblajes flexibles exige cálculos extensos y muy precisos de las relaciones de flexión, las iteraciones del ciclo de vida, el grosor de la traza de la señal, las capas de circuitos rígidos y flexibles, el peso del cobre, la ubicación del refuerzo y el calor generado por los componentes.

Además, el desarrollo de PCB para IoT requiere que los diseñadores aseguren adherencias sólidas entre las capas en los lados rígido y flexible, y que tengan un sólido conocimiento de los componentes notablemente pequeños, como los paquetes 0201 y 00105.

Figura 3: placas de circuito flexibles y rígidas que están conectadas de forma permanente. Cuando diseño HDI rígido-flexible

Se necesitan herramientas y accesorios especializados para la impresión adecuada de PCB destinados a dispositivos IoT. Por ejemplo, trabajar con una placa de circuito impreso rígido-flexible significa que el desarrollador necesita un accesorio único para mantener la placa completamente plana para una impresión eficaz sobre los diferentes grosores de las partes del circuito rígido y flexible.

Se necesitan herramientas y accesorios especializados para la impresión adecuada de PCB destinados a dispositivos IoT. Por ejemplo, trabajar con una PCB rígido-flexible significa que el desarrollador necesita un accesorio único para mantener la placa totalmente plana para una impresión eficaz sobre los diferentes grosores de las partes del circuito rígido y flexible.

Por lo tanto, muchas nuevas empresas de IoT y nuevos diseñadores se asocian con empresas especializadas en EMS para su desarrollo de PCB. necesidades para garantizar lanzamientos de productos exitosos y oportunos.

Desarrollo de PCB:IoT y el futuro del diseño de PCB

El Internet de las cosas ofrece a la industria de PCB muchos proyectos futuros y, aunque los desarrolladores de placas de circuitos ya están progresando con la tecnología, aún queda mucho por hacer. Aquí hay algunas formas únicas en que IoT está influyendo en el presente y el futuro del desarrollo de PCB.

1. Diseños decrecientes

La llegada de dispositivos IoT sofisticados marcó el fin de los días en que los desarrolladores tenían espacio más que suficiente para establecer pistas, componentes y vías. Las tendencias de IoT dictan que los fabricantes brinden la mayor funcionalidad posible a los pequeños dispositivos para usar, guardar o incluso ingerir.

Figura 4:PCB del reloj inteligente

Tomemos, por ejemplo, la cosecha actual de relojes inteligentes. A pesar de ser tan grandes como un reloj de pulsera promedio, dispositivos como el Samsung Gear S3 y el Apple Watch empacan hardware como pantallas LED, memoria interna, controladores SoC, chips Bluetooth y muchos sensores.

Los clientes esperan cada vez más de sus pequeños dispositivos cotidianos, y los futuros diseñadores de PCB tendrán dispositivos aún más pequeños para trabajar que los relojes inteligentes. A juzgar por el uso generalizado de PCB rígido-flexibles y HDI, la placa de circuito promedio difícilmente será aceptable en los próximos años.

2. Mejores tecnologías de embalaje

Los formatos de empaque de montaje en superficie y de orificio pasante pueden haber sido completamente prácticos a lo largo de los años, pero a medida que los dispositivos continúan reduciéndose, los desarrolladores se encuentran con la necesidad de explorar nuevas tecnologías. Uno de estos son los módulos de chips múltiples (MCM), que permiten a los diseñadores conectar múltiples circuitos integrados en un solo troquel, manteniendo los factores de forma delgados.

Figura 5:Módulo multichip

Otro modelo, System-in-Package (SiP), integra sistemas digitales, analógicos y de RF en un solo chip multifuncional. Al mismo tiempo, los circuitos integrados tridimensionales (3D-IC) permiten apilar varios troqueles de silicio para lograr un espacio más pequeño y un consumo de energía reducido.

La explosión inminente en el uso de estos modelos de empaque está configurada para agregar una complejidad inmensa a las placas impresas, lo que podría marcar el comienzo de una nueva generación de PCB, o placas de componentes integrados (ICB), como se las llamará, que ofrecen a los fabricantes una mucho más alta. Relación precio por superficie.

3. Desarrollo de PCB —Diseños integrales

Los desarrolladores de PCB están acostumbrados a diseñar una placa y entregársela al equipo mecánico para que verifique el ajuste y al grupo de empaque para el ajuste final.

Sin embargo, en el mundo de IoT, los factores de forma más pequeños y los componentes más sensibles hacen que sea crucial que todas las partes interesadas estén en la misma página desde el comienzo del proceso de diseño.

Los cálculos de fabricación y ajuste de PCB deben realizarse simultáneamente para armonizar la función, la forma y las necesidades comerciales.

Figura 6:creación de prototipos virtuales de PCB con KiCad

Con IoT ganando terreno rápidamente, los diseñadores de PCB deben esperar hacer muchos más prototipos virtuales para evaluar parámetros como el tamaño de la placa, el peso total del producto y el ajuste de la placa dentro del gabinete previsto, antes de abordar los detalles del circuito.

Los fabricantes de PCB ya no serán solo otro par de manos temporales en el ciclo de desarrollo de un producto, sino expertos que se centrarán en todos los aspectos del proceso de diseño.

4. Desarrollo de PCB —Estandarización

Aunque ya existen estándares que rigen el diseño de PCB tradicionales, el Internet de las cosas está empujando a la industria hacia un futuro aún más uniforme. Los PCB fabricados para IoT deberán mantener los más altos niveles de eficiencia y confiabilidad.

Por lo tanto, en lugar de reconstruir sus circuitos para lograr resultados extraordinarios, los diseñadores probablemente optarán por reutilizar bloques que ya han sido simulados y probados con éxito en el campo.

Guardar y reutilizar se convertirá en la norma en el desarrollo de placas, y el diseño de módulos reemplazará los procesos esquemáticos tradicionales.

5. Colaboración con diseñadores mecánicos

Además de la creación de prototipos virtuales y la planificación de productos, el desarrollo de PCB para IoT requiere una cooperación más firme entre los diseñadores de placas de circuitos y los ingenieros mecánicos.

Es probable que los futuros procesos de diseño de productos desechen el antiguo modelo de línea de montaje a favor de un enfoque en el que los cambios y modificaciones mecánicos y de circuitos se produzcan en tiempo real.

Figura 7:Integración eléctrica-mecánica

Los diseñadores ya no necesitarán convertir archivos de un formato de software al siguiente para compartir esquemas de placas y modelos de componentes para comprobaciones básicas de interferencias.

En su lugar, los ingenieros mecánicos y electrónicos adoptarán el uso de herramientas ECAD y MCAD que acercan sus datos para una colaboración fluida en tiempo real.

Por supuesto, esta eventualidad inminente genera preocupaciones significativas para la mayoría de los actores de la industria de ECAD, cuyas utilidades de diseño no funcionan bien juntas, y mucho menos con el software MCAD.

Las mejores herramientas para el futuro diseño de IoT pondrán a los ingenieros y diseñadores en sintonía.

6. Desarrollo de PCB –Nuevos materiales

En el mundo moderno de IoT, los circuitos deben ser pequeños; WellPCB ofrece controladores de motores de CC tanto en el mercado nacional como en el internacional. Tenemos un flexible y móvil. Como resultado, el uso de FR4 para la fabricación de PCB de forma cuadrada está pavimentando gradualmente el camino para nuevos materiales como el cobre flexible rígido, el plástico e incluso la malla.

Figura 8 – Cobre rígido-flexible

En el futuro, los diseñadores de FR4 deberán asociarse con especialistas que sepan cómo trabajar con materiales alternativos.

Empresas de investigación como Holst Center y Wearable Technologies son actualmente las mejores opciones para los desarrolladores de IoT que buscan servicios de consultoría y prueba para sensores autónomos inalámbricos y circuitos flexibles.

7. Más énfasis en la conectividad inalámbrica

Figura 9:Módulo transmisor inalámbrico

Los módulos inalámbricos y los circuitos de RF brindan a los productos IoT la capacidad crucial de comunicarse con su entorno, recopilar datos y enviarlos a servidores en línea y fuera de línea.

Hoy en día, el mercado está repleto de módulos compatibles con IoT y componentes de RF, todos los cuales ocupan poco espacio e incluyen la mayor funcionalidad posible.

Sin embargo, a medida que evolucionan las necesidades de conectividad del mundo, la tecnología inalámbrica encontrará su camino en más y más dispositivos, y los diseñadores de PCB tendrán que enfrentar el desafío de instalar módulos más robustos y confiables en placas mucho más pequeñas.

Es probable que los protocolos que dictan los rangos, la velocidad de transferencia de datos y la seguridad deban revisarse y actualizarse para satisfacer las necesidades emergentes.

Aún más emocionante es que, con la estandarización convirtiéndose en la norma, es completamente posible tener un protocolo inalámbrico principal que gobierne el mundo de IoT del futuro.

8. Mayor enfoque en el consumo de energía

Es probable que los futuros productos de IoT eliminen los puertos de alimentación físicos y las fuentes de conexión a favor de las baterías y las capacidades de recolección de energía para promover la portabilidad, junto con la inteligencia artificial.

El mercado de IoT anhela cada vez más dispositivos inteligentes que funcionen de forma continua y con poca o ninguna intervención humana. Por lo tanto, los diseñadores de PCB deberán poner más énfasis en la eficiencia energética para tener éxito en el futuro.

Figura 10:presupuesto de energía

Un enfoque prometedor hacia un mejor consumo de energía será un presupuesto de energía para bloques funcionales individuales en PCB en lugar de considerar el producto como un todo. De esa forma, los diseñadores obtendrán la flexibilidad que tanto necesitan para identificar y refinar los componentes que consumen mucha energía.

9. Desarrollo de PCB —PCB para el cuerpo humano

El grupo de productos electrónicos para la salud y el estado físico se expande cada año a medida que los desarrolladores de IoT descubren nuevas formas de mejorar la vida diaria. Sin embargo, el cuerpo humano presenta algunos desafíos únicos para los diseñadores de PCB.

Por ejemplo, la naturaleza con muchas pérdidas de nuestros cuerpos significa que cualquier dispositivo destinado a ser usado o guardado en el bolsillo debe mantener una señal sólida para superar el ruido.

Además, debido a que la humedad y los circuitos no se mezclan, el diseño de dispositivos portátiles de IoT requiere que los desarrolladores consideren cuidadosamente los efectos del sudor y el agua.

Figura 11:el chip de monitoreo PsiKick de energía ultrabaja (de phys.org)

Los ingenieros mecánicos están desempeñando un papel importante en el desarrollo de envases resistentes a la humedad. Aún así, a medida que surjan más usos para los dispositivos IoT, los diseñadores de PCB deberán hacer mucho más para garantizar que los componentes sensibles estén bien protegidos.

10. Desarrollo de PCB —Una versión más firme de la confiabilidad

Los dispositivos IoT miniaturizados requieren una gran precisión para fabricarse. Si bien la mayoría de los diseñadores generalmente se sienten cómodos intercambiando componentes de orificio pasante fritos en placas de circuitos tradicionales, el mercado de IoT no tolera las fallas.

Los dispositivos sensibles como los relojes de pulsera y los audífonos tienen que funcionar todo el tiempo.

A medida que la demanda de productos IoT continúa aumentando, los diseñadores de PCB deben asegurarse de que sus placas funcionen perfectamente desde el primer momento.

Eso significa pasar mucho tiempo en programas de simulación como PSpice, optimizando cuidadosamente sus prototipos para obtener el mejor rendimiento antes de embarcarse en la fabricación física.

Desarrollo de PCB:conclusión

El diseño electrónico está experimentando grandes cambios para mantenerse al día con IoT. Los nuevos enfoques están cobrando protagonismo y los fabricantes de PCB están adoptando gradualmente el desarrollo de productos como un todo y no solo el diseño de placas de circuitos.

A medida que la demanda de placas de circuito poderosas con componentes diminutos y livianos se expande aún más, los diseñadores y fabricantes con la imaginación y la experiencia para aprovechar las oportunidades emergentes se beneficiarán profundamente.

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