Desenvolvimento de PCB – Você pode não saber sobre as tendências futuras!

No desenvolvimento de PCBs, a era da Internet das Coisas chegou e está tomando conta de praticamente todas as facetas do mundo digital. Expects descreveram a IoT como “a quarta Revolução Industrial” e “a maior coisa desde a explosão do .com”.

E se relatórios recentes do Gartner contam para alguma coisa, o planeta Terra terá pelo menos 20 bilhões de dispositivos habilitados para internet no desenvolvimento de PCB até 2020.

Os desenvolvedores desenvolvem plataformas conectadas de forma inteligente para inovações como dispositivos vestíveis, automação residencial, sistemas de monitoramento médico, carros inteligentes e cidades futuristas, aproveitando a tecnologia.

A IoT apresenta uma visão otimista da conectividade entre componentes físicos e digitais como a mais nova tecnologia do bloco. Este artigo falará detalhadamente sobre o desenvolvimento e o futuro da Internet das Coisas. Você quer saber mais sobre isso?

IoT:impulsionando novas abordagens para o desenvolvimento de PCB

Uma das principais tendências atuais no desenvolvimento de PCBs é o uso cada vez mais predominante de flex e interconexão de alta densidade (fabricação de placas de circuito. OS métodos convencionais de roteamento de PCBs não conseguem isso. Com placas HDI). A maioria dos dispositivos de IoT deve ser usada em movimento, e o uso de PCBs flexíveis simplifica a fiação enquanto fornece resistência extra em condições adversas.

Além disso, à medida que a área de superfície da placa diminui e a densidade de roteamento aumenta, os desenvolvedores se voltam para a fabricação de PCBs rígidos. Aqui, as condições se aplicam a técnicas multicamadas, de um lado, metalcore, HDI como vias cegas e enterradas para economizar espaço valioso. Os designs de HDI também estão facilitando o menor consumo de energia e melhor desempenho, tornando-os excelentes para dispositivos IoT.

Figura 2 – PCB flexível

A combinação de abordagens flex e HDI para projetos de PCB permite que as empresas criem pequenos dispositivos móveis menos afetados por fatores como estresse térmico e perda de sinal sem comprometer o desempenho. Os dispositivos IoT agora podem ser menores, mais leves e mais rápidos do que nunca.

Fabricando PCBs para IoT:o que é diferente?

Embora a Internet das Coisas não tenha exigido uma reinvenção completa no desenvolvimento de PCBs, ela trouxe novas considerações para a mesa de projeto.

Devido às várias abordagens de design, o layout, a fabricação e o processo de montagem de uma PCB baseada em IoT diferem significativamente de uma placa tradicional.

Para começar, os PCBs IoT normalmente consistem em conjuntos de circuitos rígidos ou flexíveis, ao contrário da natureza substancialmente maior e plana das placas tradicionais.

A fabricação com montagens flexíveis exige cálculos extensos e altamente precisos de taxas de curvatura, iterações de ciclo de vida, espessura de traço de sinal, camadas de circuito rígido e flexível, peso de cobre, colocação de reforço e o calor gerado pelos componentes.

Além disso, o desenvolvimento de PCBs para IoT exige que os projetistas garantam adesões robustas entre as camadas nos lados rígido e flexível e tenham uma compreensão sólida de componentes notavelmente pequenos, como os pacotes 0201 e 00105.

Figura 3 - placas de circuito flexíveis e rígidas que são conectadas permanentemente. Quando projeto HDI rígido-flexível

Ferramentas e acessórios especializados são necessários para a impressão adequada de PCBs destinados a dispositivos IoT. Por exemplo, trabalhar com um PCB rígido e flexível significa que o desenvolvedor precisa de um acessório exclusivo para manter a placa totalmente plana para uma impressão eficaz nas diferentes espessuras das partes do circuito rígido e flexível.

Ferramentas e acessórios especializados são necessários para a impressão adequada de PCBs destinados a dispositivos IoT. Por exemplo, trabalhar com um PCB flexível rígido significa que o desenvolvedor precisa de um acessório exclusivo para manter a placa totalmente plana para uma impressão eficaz nas diferentes espessuras das partes do circuito rígido e flexível.

Portanto, muitas startups de IoT e novos designers fazem parceria com empresas especializadas em EMS para o desenvolvimento de PCB precisa garantir lançamentos de produtos bem-sucedidos e oportunos.

Desenvolvimento de PCB – IoT e o futuro do design de PCB

A Internet das Coisas oferece à indústria de PCB muitos empreendimentos futuros e, embora os desenvolvedores de placas de circuito já estejam fazendo um bom progresso com a tecnologia, muito mais ainda está por vir. Aqui estão algumas maneiras únicas pelas quais a IoT está influenciando o presente e o futuro do desenvolvimento de PCBs.

1. Layouts de diminuição

O advento de dispositivos sofisticados de IoT marcou o fim dos dias em que os desenvolvedores tinham espaço mais do que suficiente para estabelecer faixas, componentes e vias. As tendências da IoT determinam que os fabricantes forneçam o máximo de funcionalidade possível a pequenos gadgets para serem usados, guardados no bolso ou até mesmo ingeridos.

Figura 4 – PCB do Smartwatch

Veja, por exemplo, a safra atual de smartwatches. Apesar de ser tão grande quanto um relógio de pulso médio, dispositivos como o Samsung Gear S3 e o Apple Watch embalam hardware como telas de LED, memória interna, controladores SoC, chips Bluetooth e muitos sensores.

Os clientes esperam cada vez mais de seus pequenos dispositivos do dia-a-dia, e os futuros designers de PCB terão dispositivos ainda menores para trabalhar do que os smartwatches. Indo pelo uso geral de placas de circuito impresso rígido-flex e HDI, a placa de circuito média dificilmente será aceitável nos próximos anos.

2. Melhores tecnologias de embalagem

Os formatos de embalagem de montagem em superfície e furos podem ter sido bastante práticos ao longo dos anos, mas à medida que os gadgets continuam encolhendo, os desenvolvedores estão descobrindo a necessidade de explorar tecnologias mais novas. Um deles é o Multi-Chip Modules (MCM), que permite que os projetistas conectem vários ICs em uma única matriz, mantendo os fatores de forma finos.

Figura 5 – Módulo multi-chip

Outro modelo, System-in-Package (SiP), integra sistemas digitais, analógicos e RF em um único chip multifuncional. Ao mesmo tempo, os circuitos integrados tridimensionais (3D-ICs) permitem o empilhamento de várias matrizes de silício juntas para um espaço menor e consumo de energia reduzido.

A explosão iminente no uso desses modelos de embalagem deve adicionar imensa complexidade às placas impressas, potencialmente inaugurando uma nova geração de PCBs, ou placas de componentes integrados (ICBs), como serão chamadas, que oferecem aos fabricantes uma relação preço por área de superfície.

3. Desenvolvimento de PCB —Designs abrangentes

Os desenvolvedores de PCB estão acostumados a projetar uma placa e entregá-la à equipe mecânica para uma verificação de ajuste e ao grupo de embalagem para o ajuste final.

No mundo da IoT, no entanto, os fatores de forma menores e os componentes mais sensíveis tornam crucial que todas as partes interessadas estejam na mesma página desde o início do processo de design.

A fabricação de PCB e os cálculos de montagem devem ser feitos simultaneamente para harmonizar a função, a forma e as necessidades do negócio.

Figura 6 – Prototipagem virtual de PCB com KiCad

Com a IoT ganhando terreno rapidamente, os projetistas de PCBs devem esperar fazer muito mais prototipagem virtual para avaliar parâmetros como tamanho da placa, o peso geral do produto e o ajuste da placa dentro do gabinete pretendido, antes de abordar os detalhes do circuito.

Os fabricantes de PCB não serão mais apenas mais um conjunto temporário de mãos no ciclo de desenvolvimento de um produto, mas sim especialistas que se concentram em todos os aspectos do processo de design.

4. Desenvolvimento de PCB —Padronização

Embora os padrões que regem o design de PCBs tradicionais já existam, a Internet das Coisas está levando o setor a um futuro ainda mais uniforme. Os PCBs feitos para IoT precisarão manter os mais altos níveis de eficiência e confiabilidade.

Portanto, em vez de reconstruir seus circuitos para obter resultados extraordinários, os projetistas provavelmente optarão por reutilizar blocos que já foram simulados e comprovadamente bem-sucedidos em campo.

Economizar e reutilizar se tornará a norma no desenvolvimento de placas, e o design do módulo substituirá os processos esquemáticos tradicionais.

5. Colaboração com projetistas mecânicos

Além da prototipagem virtual e do planejamento de produtos, o desenvolvimento de PCBs para IoT requer uma cooperação mais firme entre designers de placas de circuito e engenheiros mecânicos.

Os futuros processos de design de produtos provavelmente abandonarão o antigo modelo de linha de montagem em favor de uma abordagem em que mudanças e modificações mecânicas e de circuito aconteçam em tempo real.

Figura 7 – Integração eletromecânica

Os projetistas não precisarão mais converter arquivos de um formato de software para outro para compartilhar contornos de placas e modelos de componentes para verificações básicas de interferência.

Em vez disso, os engenheiros mecânicos e eletrônicos adotarão o uso de ferramentas ECAD e MCAD que aproximam seus dados para uma colaboração contínua e em tempo real.

Obviamente, essa eventualidade iminente gera preocupações significativas para a maioria dos participantes do setor de ECAD, cujos utilitários de design não funcionam bem juntos, muito menos com o software MCAD.

As melhores ferramentas para o futuro design de IoT colocarão engenheiros e designers na mesma página.

6. Desenvolvimento de PCB –Novos materiais

No mundo moderno da IoT, os circuitos devem ser pequenos; A WellPCB oferece controladores de motores DC nos mercados doméstico e internacional. Temos um flexível e móvel. Como resultado, o uso de FR4 para fabricação de PCB em formato quadrado está gradualmente abrindo caminho para novos materiais, como cobre rígido flexível, plástico e até malha.

Figura 8 – Cobre flexível rígido

No futuro, os projetistas do FR4 precisarão fazer parceria com especialistas que saibam trabalhar com materiais alternativos.

Atualmente, empresas de pesquisa como Holst Center e Wearable Technologies são as principais opções para desenvolvedores de IoT que procuram serviços de consultoria e teste para sensores autônomos sem fio e circuitos flexíveis.

7. Mais ênfase na conectividade sem fio

Figura 9 – Módulo transmissor sem fio

Módulos sem fio e circuitos de RF oferecem aos produtos IoT a capacidade crucial de se comunicar com o ambiente, coletar dados e enviá-los para servidores online e offline.

Hoje, o mercado está repleto de módulos e componentes de RF compatíveis com IoT, todos os quais mantêm suas pegadas pequenas e incluem o máximo de funcionalidade possível.

À medida que as necessidades de conectividade do mundo evoluem, no entanto, a tecnologia sem fio encontrará seu caminho em cada vez mais gadgets, e os projetistas de PCB terão que lidar com o desafio de encaixar módulos mais robustos e confiáveis ​​em placas muito menores.

Os protocolos que determinam intervalos, velocidade de transferência de dados e segurança provavelmente precisarão ser revisados ​​e atualizados para atender às necessidades emergentes.

Ainda mais empolgante é que, com a padronização se tornando a norma, é perfeitamente possível ter um protocolo sem fio primário governando o mundo da IoT do futuro.

8. Foco mais nítido no consumo de energia

Os futuros produtos de IoT provavelmente acabarão com portas de energia físicas e fontes de plug-in em favor de baterias e recursos de coleta de energia para promover a portabilidade, juntamente com a inteligência artificial.

O mercado de IoT anseia cada vez mais por dispositivos inteligentes que funcionem continuamente e com pouca ou nenhuma intervenção humana. Os projetistas de PCB precisarão, portanto, colocar mais ênfase na eficiência energética para ter sucesso no futuro.

Figura 10 – Orçamento de energia

Uma abordagem promissora para um melhor consumo de energia será um orçamento de energia para blocos funcionais individuais em PCBs em vez de considerar o produto como um todo. Dessa forma, os projetistas obterão a flexibilidade necessária para identificar e refinar componentes que consomem muita energia.

9. Desenvolvimento de PCB —PCBs para o corpo humano

O pool de eletrônicos de saúde e fitness se expande a cada ano, à medida que os desenvolvedores de IoT descobrem novas maneiras de melhorar a vida cotidiana. No entanto, o corpo humano apresenta alguns desafios únicos para os projetistas de PCBs.

Por exemplo, a natureza altamente com perdas de nossos corpos significa que qualquer dispositivo destinado a ser usado ou guardado no bolso precisa manter um sinal sólido para superar o ruído.

Além disso, como a umidade e os circuitos não se misturam, projetar wearables de IoT exige que os desenvolvedores considerem cuidadosamente os efeitos do suor e da água.

Figura 11 – O chip de monitoramento PsiKick de ultra-baixa potência (de phys.org)

Os engenheiros mecânicos estão desempenhando um papel significativo no desenvolvimento de embalagens resistentes à umidade. Ainda assim, à medida que mais usos para gadgets de IoT surgem, os projetistas de PCB precisarão fazer muito mais para garantir que os componentes sensíveis estejam bem protegidos.

10. Desenvolvimento de PCB —Uma visão mais firme da confiabilidade

Dispositivos IoT miniaturizados exigem muita precisão para serem fabricados. Embora a maioria dos projetistas se sinta à vontade para trocar componentes fritos em placas de circuito tradicionais, o mercado de IoT não tem tolerância a falhas.

Dispositivos sensíveis, como relógios de pulso e aparelhos auditivos, precisam funcionar o tempo todo.

À medida que a demanda por produtos de IoT continua aumentando, os designers de PCB devem garantir que suas placas funcionem perfeitamente fora da caixa.

Isso significa gastar muito tempo em programas de simulação como o PSpice, otimizando cuidadosamente seus protótipos para obter o melhor desempenho antes de embarcar na fabricação física.

Desenvolvimento de PCB – Conclusão

O design eletrônico está passando por grandes mudanças para acompanhar a IoT. Novas abordagens estão tomando o centro do palco, e os fabricantes de PCB estão gradualmente adotando o desenvolvimento de produtos como um todo e não apenas o design de placas de circuito.

À medida que a demanda por placas de circuito poderosas com componentes pequenos e leves se expande ainda mais, os projetistas e fabricantes com imaginação e experiência para aproveitar as oportunidades emergentes se beneficiarão profundamente.

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