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Sviluppo dei PCBInternet delle coseÈ qui che occupa quasi ogni aspetto del mondo digitale. Expects ha descritto l’IoT come la “quarta rivoluzione industriale” e “la cosa più grande dagli anni ’90”. Com è esploso. “Il
Se il recente rapporto di Gartner è utile, entro il 2010 ci saranno almeno 20 miliardi di dispositivi connessi sul pianeta.circuiti stampati.sviluppo nel 2020.
Sfruttando questa tecnologia, gli sviluppatori stanno fornendo una piattaforma di connettività intelligente per innovazioni come dispositivi indossabili, sistemi di automazione domestica e di monitoraggio medico, veicoli intelligenti e città del futuro.
Come ultima tecnologia, l’IoT ha mostrato una visione favorevole della connettività tra componenti fisici e digitali. In questo articolo parleremo in dettaglio dello sviluppo e del futuro dell’Internet of Things. Vuoi saperne di più?
Internet delle cose: un nuovo modo per promuovere lo sviluppo dei PCB
Una delle principali tendenze dello sviluppo dei PCB oggi è la crescente popolarità delle interconnessioni flessibili e ad alta densità (fabbricazione di schede). I metodi di cablaggio PCB tradizionali non sono in grado di realizzare questo. InsiemeIndice di sviluppo umano(Il tavolo. La maggior parte dei dispositivi IoT viene utilizzata in movimento.L’uso di schede di circuiti stampati flessibili semplifica il cablaggioAllo stesso tempo, fornisce una resistenza aggiuntiva alle condizioni difficili.
Inoltre, con la riduzione della superficie della scheda e l’aumento della densità del cablaggio, gli sviluppatori hanno iniziato a passare alla produzione di PCB rigidi. Qui, le condizioni si applicano a più strati, unilaterali, nuclei metallici,Indice di sviluppo umanoTecniche come fori ciechi e pozzetti sotterranei consentono di risparmiare spazio prezioso.Indice di sviluppo umanoIl design promuove anche un minor consumo energetico e migliori prestazioni, rendendolo ideale per i dispositivi IoT.
Figura 2 – PCB flessibili
IntegrazioneI metodi Flex e HDI per PCBLa progettazione consente all’azienda di realizzare dispositivi mobili miniaturizzati che sono meno influenzati da fattori come lo stress termico e la perdita di segnale, senza compromettere le prestazioni. I dispositivi IoT possono ora essere più piccoli, più leggeri e più veloci che mai.
Fabbricazione di PCB per l’IoT: qual è la differenza?
Anche se l’Internet delle cose non richiedeUna completa innovazione dei PCBLo sviluppo ha portato nuove considerazioni alla tavola di progettazione.
A causa delle diverse modalità di progettazionelayoutIl processo di fabbricazione e assemblaggio dei PCB basati su Internet of Things è molto diverso dal processo di fabbricazione e assemblaggio dei circuiti tradizionali.
Innanzitutto IoT.I PCB sono generalmente costituiti da componenti di circuiti rigidi o flessibili.Contrariamente alle caratteristiche più grandi e piatte delle schede tradizionali.
La fabbricazione con componenti flessibili richiede calcoli estesi e altamente precisi del tasso di flessione, delle iterazioni del ciclo di vita, dello spessore della linea del segnale, dello strato di circuito rigido e flessibile, del peso del rame, della posizione della piastra di rinforzo e del calore generato dai componenti.
Inoltre, lo sviluppoI PCB IoT richiedono progettistiGarantire un forte legame tra gli strati su superfici rigide e flessibili e una conoscenza approfondita di elementi molto piccoli come i pacchetti 0201 e 00105.
Figura 3 – schede flessibili e rigide collegate in modo permanente. Quando la progettazione di HDI rigida e flessibile
Strumenti e dispositivi speciali sono necessari per la corretta stampa delle schede di circuito stampato dei dispositivi IoT. Ad esempio, l’usoappena incollato in combinazione con la scheda di circuito stampatoCiò significa che gli sviluppatori hanno bisogno di un accessorio speciale per mantenere la scheda completamente piatta per stampare in modo efficiente su diversi spessori di parti di circuiti rigide e flessibili.
Non sorprende quindi che molte start-up IoT e nuovi designer stiano lavorando con aziende EMS specializzate.Sviluppo PCBÈ necessario garantire un lancio di prodotto rapido e di successo.
Il futuro dell’Internet delle cose e della progettazione dei PCB
L’IoT offre innumerevoli prospettive per l’industria dei PCB, sebbenecircuiti elettriciGli sviluppatori stanno già facendo buoni progressi su questa tecnologia e altri progressi sono ancora avanti. Di seguito sono riportati alcuni modi impressionanti in cui l’IoT influenza lo stato attuale e il futuro dello sviluppo dei PCB.
1) Riduzione del layout
L’emergere di complessi dispositivi IoT segna la fine dei giorni in cui gli sviluppatori avevano spazio sufficiente per posare tracce, componenti e fori. La tendenza dell’IoT richiede ai produttori di offrire il maggior numero di funzionalità possibile per dispositivi piccoli che possono essere indossati, messi in tasca o persino ingoiati.
Figura 4 – Orologio intelligente PCB
Prendiamo ad esempio gli attuali orologi intelligenti. Nonostante le dimensioni di un normale orologio, dispositivi come Samsung Gear S3 e Apple Watch integrano hardware come display a LED, memoria, controller SoC, chip Bluetooth e altro ancora.sensori.
Le aspettative dei clienti per i loro piccoli dispositivi quotidiani sono sempre più elevate e i progettisti di PCB del futuro avranno dispositivi più piccoli rispetto agli smartwatch. In base alla combinazione eScheda di circuito stampato HDINei prossimi anni, le normali schede saranno difficili da accettare.
Migliore tecnologia di imballaggio
I formati di packaging pass-through e superfici-montaggio potrebbero essere stati molto efficaci per anni, ma man mano che i dispositivi continuavano a ridursi, gli sviluppatori hanno scoperto la necessità di esplorare tecnologie più recenti. Uno di questi è il modulo multi-chip (MCM), che consente ai progettisti di collegare più IC su un singolo chip, mantenendo il fattore di forma sottile.
Figura 5 – Modulo multi-chip
Un’altra modalità è l’incapsulamento a livello di sistema (SiP), che integra i sistemi digitali, analogici e a radiofrequenza in un singolo chip multifunzione, mentre i circuiti integrati tridimensionali (3D-IC) consentono di impilare più chip di silicio insieme per ridurre l’ingombro e ridurre il consumo energetico.
L’uso di questi modelli di imballaggio sta per esplodere, che è destinato a darecircuiti stampati.Ciò ha il potenziale per portare una nuova generazione di PCB o ICB (integrated component board), che offrono ai produttori un rapporto prezzo/superficie più elevato.
3) Progettazione inclusiva
Gli sviluppatori di PCB sono abituati a progettare schede di circuito e consegnarle al team meccanico per l’ispezione dell’assemblaggio e poi al team di imballaggio per l’assemblaggio finale.
Tuttavia, nel mondo IoT, è fondamentale che fattori di forma più piccoli e componenti più sensibili mantengano la coerenza tra tutti gli stakeholder fin dall’inizio del processo di progettazione.
Per allineare perfettamente funzioni, forme e requisiti aziendali, i calcoli di fabbricazione e assemblaggio dei PCB devono essere eseguiti contemporaneamente.
Figura 6 – Prototipazione virtuale del PCB con KiCad
Con la rapida diffusione dell’IoT, i progettisti di PCB dovrebbero fare più prototipi virtuali per valutare parametri come le dimensioni della scheda, il peso totale del prodotto e l’adattamento della scheda all’interno della custodia prevista prima di elaborare i dettagli del circuito.
I produttori di PCB non saranno più semplici assistenti temporanei nel ciclo di sviluppo del prodotto, ma specialisti specializzati in tutti gli aspetti del processo di progettazione.
4) Standardizzazione
Sebbene esistano già standard che governano la progettazione dei PCB tradizionali, l’IoT sta spingendo il settore verso un futuro più unificato.I PCB realizzati per l’IoT richiederannoMantenere il massimo livello di efficienza e affidabilità.
Di conseguenza, i progettisti potrebbero scegliere di riutilizzare moduli che sono stati simulati e dimostrati di successo in questo campo, piuttosto che ricostruire i circuiti per ottenere risultati unici.
Il risparmio e il riutilizzo diventeranno la norma nello sviluppo delle schede madri e il design dei moduli sostituirà completamente il tradizionale flusso dello schema.
Collaborazione con i progettisti meccanici
Oltre ai prototipi virtuali e alla pianificazione dei prodotti, lo sviluppo di PCB per l’IoT richiede una collaborazione più stretta tra i progettisti di schede e gli ingegneri meccanici.
I futuri processi di progettazione dei prodotti potrebbero abbandonare i vecchi modelli di linee di assemblaggio a favore di modifiche e modifiche meccaniche e di circuiti in tempo reale.
Figura 7 – Integrazione meccatronica
I progettisti non dovranno più convertire i fileCondividi i contorni della scheda e i modelli dei componenti da un formato software all’altro per il controllo di base delle interferenze.
Invece, gli ingegneri meccanici ed elettronici avranno accesso agli strumenti ECAD e MCAD che avvicinano i loro dati, consentendo una collaborazione senza soluzione di continuità in tempo reale.
Naturalmente, questa imminente possibilità ha suscitato grande preoccupazione per la maggior parte dei partecipanti al settore ECAD, le cui utilità di progettazione non funzionano bene insieme, per non parlare del software MCAD.
I migliori strumenti per la progettazione IoT in futuro saranno quelli che tengono ingegneri e progettisti sulla stessa pagina.
6- Nuovi materiali
Nel mondo moderno dell’IoT, dove i circuiti devono essere piccoli, WellPCB offre controller del motore DC sia sul mercato nazionale che internazionale. Abbiamo unaflessibile.E muoversi. Il risultato èApplicazione di FR4 nella fabbricazione di PCB quadratiSta gradualmente aprendo la strada a nuovi materiali, come il rame, la plastica e persino le griglie appena incorporate.
Figura 8 – Il filo di rame appena grattato
In futuro, i progettisti FR4Occorre collaborare con esperti espertiCome utilizzare materiali alternativi?
Le società di ricerca come Holst Centre e Wearable Technologies sono attualmente la scelta preferita per gli sviluppatori IoT che cercano servizi di consulenza e test per sensori wireless autonomi e circuiti flessibili.
Maggiore attenzione alla connettività wireless
Figura 9 – Modulo trasmettitore wireless
I moduli wireless e i circuiti RF consentono ai prodotti IoT di comunicare con l’ambiente circostante, raccogliere dati e inviarli aIn linea.e il server offline.
Oggi, il mercato è pieno di moduli IoT e componenti RF che mantengono un ingombro ridotto e contengono il maggior numero di funzionalità possibile.
Tuttavia, poiché le esigenze di connettività in tutto il mondo cresceranno e la tecnologia wireless arriverà a un numero crescente di dispositivi, i progettisti di PCB dovranno affrontare la sfida di inserire moduli più potenti e affidabili in schede più piccole.
I protocolli che definiscono parametri quali portata, velocità di trasferimento dei dati e sicurezza potrebbero dover essere modificati e aggiornati per soddisfare le esigenze emergenti.
Ancora più emozionante è il fatto che con la standardizzazione diventa la norma, è perfettamente possibile che un importante protocollo wireless governi il mondo IoT del futuro.
Maggiore attenzione al consumo di energia
I futuri prodotti IoT potrebbero eliminare le porte di alimentazione fisiche e le fonti di alimentazione plug-in a favore di batterie e raccolta di energiacapacitàPromuove la portabilità insieme all’intelligenza artificiale.
Il mercato dell’IoT è sempre più ansioso di dispositivi intelligenti in grado di funzionare in modo continuo e praticamente senza intervento umano. Per avere successo in futuro, i progettisti di PCB devono prestare maggiore attenzione all’efficienza energetica.
Figura 10 – Budget per il consumo energetico
Un modo promettente per ridurre il consumo energetico è quello di creare un budget energetico per i singoli moduli funzionali del PCB, piuttosto che considerare il prodotto nel suo complesso. In questo modo, i progettisti ottengono la necessaria flessibilità per identificare e migliorare i componenti ad alta potenza.
bifenili policlorurati umani
Mentre gli sviluppatori IoT scoprono nuovi modi per migliorare la vita di tutti i giorni, la dimensione dell’elettronica per la salute e il fitness aumenta ogni anno. Tuttavia, il corpo umano presenta alcune sfide uniche per i progettisti di PCB.
Ad esempio, i nostri corpi sono estremamente dissipativi, il che significa che qualsiasi dispositivo da indossare o da mettere in tasca deve mantenere un segnale abbastanza forte da superare il rumore.
Inoltre, poiché l’umidità e i circuiti non si mescolano, la progettazione di dispositivi indossabili IoT richiede agli sviluppatori di considerare attentamente gli effetti del sudore e dell’acqua.
Figura 11 – chip di monitoraggio PsiKick a bassissima potenza (da phys.org)
Gli ingegneri meccanici hanno svolto un ruolo importante nello sviluppo di imballaggi resistenti all’umidità, ma con l’uso crescente di dispositivi IoT,I progettisti di PCB hanno bisognoFare di più per garantire che i componenti sensibili siano ben protetti.
Una visione più ferma dell’affidabilità
I dispositivi IoT miniaturizzati richiedono una precisione di produzione estremamente elevata. Mentre la maggior parte dei progettisti sono generalmente felici di sostituire i dispositivi perforati fritti sui dispositivi perforati tradizionali.circuiti elettriciIl mercato IoT non ha tolleranza per il fallimento.
I dispositivi sensibili come orologi e apparecchi acustici devono funzionare costantemente.
Con la continua crescita della domanda di prodotti IoT,Progettazione PCBÈ necessario assicurarsi che la loro scheda madre sia pronta per l’uso.
Ciò significa che prima di iniziare la produzione fisica, è necessario dedicare molto tempo a simulazioni come PSpice, ottimizzando attentamente il prototipo per ottenere prestazioni ottimali.
conclusione
Per tenere il passo con l’Internet of Things, il design elettronico sta attraversando un’ampia trasformazione. I nuovi approcci stanno prendendo un posto centrale e i produttori di PCB stanno adottando gradualmente l’intero sviluppo del prodotto, non solo la progettazione della scheda.
Poiché la domanda di potenti schede con componenti piccoli e leggeri si espande ulteriormente, i progettisti e i produttori che hanno l’immaginazione e l’esperienza per sfruttare le opportunità emergenti trarranno vantaggio.
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