Développement des PCB - Vous ne connaissez peut-être pas les tendances futures !

Sur PCB Development, l'ère de l'Internet des objets est arrivée, et elle prend en charge pratiquement toutes les facettes du monde numérique. Attends a décrit l'IoT comme "la quatrième révolution industrielle" et "la plus grande chose depuis l'explosion du .com".

Et si les récents rapports de Gartner comptent pour quelque chose, la planète Terre comptera au moins 20 milliards d'appareils connectés à Internet en cours de développement de PCB d'ici 2020.

Les développeurs développent des plates-formes connectées intelligemment pour des innovations telles que les appareils portables, la domotique, les systèmes de surveillance médicale, les voitures intelligentes et les villes futuristes en exploitant la technologie.

L'IoT présente une vision optimiste de la connectivité entre les composants physiques et numériques en tant que dernier né de la technologie. Cet article parlera en détail du développement et de l'avenir de l'Internet des objets. Voulez-vous en savoir plus ?

IdO :favoriser de nouvelles approches pour le développement de PCB

L'une des principales tendances actuelles dans le développement de PCB est l'utilisation de plus en plus répandue de cartes d'interconnexion flexibles et haute densité (fabrication de cartes de circuits imprimés. LES méthodes de routage de PCB conventionnelles ne peuvent pas atteindre cet objectif. Avec HDI). La plupart des appareils IoT sont destinés à être utilisés en mouvement, et l'utilisation de circuits imprimés flexibles simplifie le câblage tout en offrant une résistance supplémentaire dans des conditions difficiles.

De plus, à mesure que la surface de la carte diminue et que la densité de routage augmente, les développeurs se tournent vers la fabrication de PCB rigides. Ici, les conditions s'appliquent aux techniques HDI multicouches, unilatérales, à noyau métallique, telles que les vias aveugles et enterrés pour économiser un espace précieux. Les conceptions HDI permettent également de réduire la consommation d'énergie et d'améliorer les performances, ce qui les rend idéales pour les appareils IdO.

Figure 2 – Circuit imprimé flexible

La combinaison des approches flex et HDI pour les conceptions de circuits imprimés permet aux entreprises de créer de minuscules appareils mobiles moins en proie à des facteurs tels que le stress thermique et la perte de signal sans compromettre les performances. Les appareils IoT peuvent désormais être plus petits, plus légers et plus rapides que jamais.

Fabriquer des PCB pour l'IoT :qu'est-ce qui est différent ?

Bien que l'Internet des objets n'ait pas nécessité une réinvention complète dans le développement des PCB, il a apporté de nouvelles considérations à la table de conception.

En raison des différentes approches de conception, le processus de disposition, de fabrication et d'assemblage d'un circuit imprimé basé sur l'IoT diffère considérablement de celui d'une carte traditionnelle.

Pour commencer, les PCB IoT se composent généralement d'assemblages de circuits flexibles ou rigides, contrairement à la nature sensiblement plus grande et plate des cartes traditionnelles.

La fabrication d'assemblages flexibles nécessite des calculs approfondis et très précis des rapports de courbure, des itérations du cycle de vie, de l'épaisseur des traces de signal, des couches de circuits rigides et flexibles, du poids du cuivre, du placement des raidisseurs et de la chaleur générée par les composants.

De plus, le développement de PCB pour l'IoT nécessite que les concepteurs assurent des adhérences solides entre les couches sur les côtés rigides et flexibles et aient une solide compréhension des composants remarquablement petits comme les boîtiers 0201 et 00105.

Figure 3 – cartes de circuits flexibles et rigides qui sont connectées en permanence. Quand la conception Rigid-Flex HDI

Des outils et des accessoires spécialisés sont nécessaires pour imprimer correctement les PCB destinés aux appareils IoT. Par exemple, travailler avec un PCB rigide-flex signifie que le développeur a besoin d'un accessoire unique pour maintenir la carte parfaitement plate pour une impression efficace sur les différentes épaisseurs des parties de circuit rigide et flexible.

Des outils et des accessoires spécialisés sont nécessaires pour imprimer correctement les PCB destinés aux appareils IoT. Par exemple, travailler avec un PCB rigide-flex signifie que le développeur a besoin d'un accessoire unique pour maintenir la carte parfaitement plate pour une impression efficace sur les différentes épaisseurs des parties de circuit rigide et flexible.

Par conséquent, de nombreuses startups IoT et de nouveaux concepteurs s'associent à des sociétés EMS spécialisées pour leur développement de PCB doit assurer des lancements de produits réussis et opportuns.

Développement de PCB–IoT et l'avenir de la conception de PCB

L'Internet des objets offre à l'industrie des circuits imprimés de nombreux projets futurs, et bien que les développeurs de circuits imprimés fassent déjà de bons progrès avec cette technologie, il reste encore beaucoup à faire. Voici quelques façons uniques dont l'IoT influence le présent et l'avenir du développement des PCB.

1. Dispositions décroissantes

L'avènement des appareils IoT sophistiqués a marqué la fin de l'époque où les développeurs disposaient de suffisamment d'espace pour installer des pistes, des composants et des vias. Les tendances de l'IdO dictent aux fabricants d'offrir autant de fonctionnalités que possible aux petits gadgets à porter, à mettre dans la poche ou même à ingérer.

Figure 4 – Circuit imprimé de la montre intelligente

Prenons, par exemple, la récolte actuelle de montres intelligentes. Bien qu'ils soient aussi gros qu'une montre-bracelet moyenne, des appareils tels que le Samsung Gear S3 et l'Apple Watch pack matériel incluent des écrans LED, une mémoire interne, des contrôleurs SoC, des puces Bluetooth et de nombreux capteurs.

Les clients attendent de plus en plus de leurs petits appareils quotidiens, et les futurs concepteurs de circuits imprimés auront des gadgets encore plus petits avec lesquels travailler que les montres intelligentes. Si l'on se fie à l'utilisation généralisée des circuits imprimés rigides-flexibles et HDI, le circuit imprimé moyen sera difficilement acceptable dans les années à venir.

2. Meilleures technologies d'emballage

Les formats d'emballage traversants et à montage en surface ont peut-être été très pratiques au fil des ans, mais à mesure que les gadgets continuent de rétrécir, les développeurs trouvent le besoin d'explorer de nouvelles technologies. L'un d'eux est les modules multi-puces (MCM), qui permettent aux concepteurs de connecter plusieurs circuits intégrés sur une seule puce, en gardant les facteurs de forme minces.

Figure 5 – Module multipuce

Un autre modèle, System-in-Package (SiP), intègre des systèmes numériques, analogiques et RF dans une seule puce multifonctionnelle. Dans le même temps, les circuits intégrés tridimensionnels (3D-IC) permettent d'empiler plusieurs puces en silicium pour un encombrement réduit et une consommation d'énergie réduite.

L'explosion imminente de l'utilisation de ces modèles d'emballage devrait ajouter une immense complexité aux cartes imprimées, inaugurant potentiellement une nouvelle génération de PCB, ou cartes à composants intégrés (ICB) comme on les appellera, qui offrent aux fabricants un bien meilleur rapport prix par surface.

3. Développement de PCB —Conceptions globales

Les développeurs de circuits imprimés ont l'habitude de concevoir une carte et de la remettre à l'équipe mécanique pour un contrôle d'ajustement et au groupe d'emballage pour l'ajustement final.

Dans le monde de l'IoT, cependant, les facteurs de forme plus petits et les composants plus sensibles font qu'il est crucial que chaque partie prenante soit sur la même longueur d'onde dès le début du processus de conception.

Les calculs de fabrication et d'ajustement des PCB doivent être effectués simultanément pour harmoniser la fonction, la forme et les besoins de l'entreprise.

Figure 6 – Prototypage virtuel de PCB avec KiCad

Avec l'IoT qui gagne rapidement du terrain, les concepteurs de PCB doivent s'attendre à faire beaucoup plus de prototypage virtuel pour évaluer des paramètres tels que la taille de la carte, le poids total du produit et l'ajustement de la carte dans l'enceinte prévue, avant de s'attaquer aux détails du circuit.

Les fabricants de circuits imprimés ne seront plus simplement un autre interlocuteur temporaire dans le cycle de développement d'un produit, mais plutôt des experts qui se concentrent sur tous les aspects du processus de conception.

4. Développement de PCB —Normalisation

Bien que des normes régissant la conception des PCB traditionnels existent déjà, l'Internet des objets pousse l'industrie vers un avenir encore plus uniforme. Les PCB conçus pour l'IoT devront maintenir les plus hauts niveaux d'efficacité et de fiabilité.

Par conséquent, plutôt que de reconstruire leurs circuits pour obtenir des résultats extraordinaires, les concepteurs choisiront probablement de réutiliser des blocs qui ont déjà été simulés et éprouvés sur le terrain.

L'enregistrement et la réutilisation deviendront la norme dans le développement de cartes, et la conception de modules remplacera les processus schématiques traditionnels.

5. Collaboration avec des concepteurs mécaniques

Outre le prototypage virtuel et la planification des produits, le développement de circuits imprimés pour l'IdO nécessite une coopération plus étroite entre les concepteurs de circuits imprimés et les ingénieurs en mécanique.

Les futurs processus de conception de produits abandonneront probablement le modèle de chaîne de montage séculaire au profit d'une approche où les changements et les modifications mécaniques et de circuit se produisent en temps réel.

Figure 7 – Intégration électrique-mécanique

Les concepteurs n'auront plus besoin de convertir les fichiers d'un format logiciel à l'autre pour partager les contours de la carte et les modèles de composants pour les contrôles d'interférence de base.

Au lieu de cela, les ingénieurs en mécanique et en électronique adopteront l'utilisation des outils ECAD et MCAD qui rapprochent leurs données pour une collaboration transparente en temps réel.

Bien sûr, cette éventualité imminente soulève des inquiétudes importantes pour la plupart des acteurs de l'industrie ECAD, dont les utilitaires de conception ne fonctionnent pas bien ensemble, et encore moins avec les logiciels MCAD.

Les meilleurs outils pour la conception future de l'IoT mettront les ingénieurs et les concepteurs sur la même longueur d'onde.

6. Développement de PCB –Nouveaux matériaux

Dans le monde moderne de l'IdO, les circuits doivent être petits ; WellPCB propose des contrôleurs de moteur à courant continu sur les marchés nationaux et internationaux. Nous avons un flexible et mobile. En conséquence, l'utilisation du FR4 pour la fabrication de PCB de forme carrée ouvre progressivement la voie à de nouveaux matériaux comme le cuivre flex-rigide, le plastique et même le maillage.

Figure 8 – Cuivre rigide-flexible

Plus tard, les concepteurs de FR4 devront s'associer à des spécialistes qui savent comment travailler avec des matériaux alternatifs.

Les sociétés de recherche comme Holst Center et Wearable Technologies sont actuellement les meilleurs choix pour les développeurs IoT à la recherche de services de conseil et de test pour les capteurs autonomes sans fil et les circuits flexibles.

7. Plus d'accent sur la connectivité sans fil

Figure 9 – Module émetteur sans fil

Les modules sans fil et les circuits RF confèrent aux produits IoT la capacité cruciale de communiquer avec leur environnement, de collecter des données et de les envoyer à des serveurs en ligne et hors ligne.

Aujourd'hui, le marché regorge de modules et de composants RF compatibles avec l'IdO, qui conservent tous leur faible encombrement tout en incluant autant de fonctionnalités que possible.

Cependant, à mesure que les besoins mondiaux en matière de connectivité évoluent, la technologie sans fil trouvera sa place dans de plus en plus de gadgets, et les concepteurs de circuits imprimés devront relever le défi d'intégrer des modules plus robustes et plus fiables dans des cartes beaucoup plus petites.

Les protocoles qui dictent les plages, la vitesse de transfert des données et la sécurité devront probablement être révisés et mis à jour pour répondre aux besoins émergents.

Ce qui est encore plus excitant, c'est que, la normalisation devenant la norme, il est tout à fait possible d'avoir un protocole sans fil principal régissant le monde de l'IoT du futur.

8. Accent mis sur la consommation d'énergie

Les futurs produits IoT supprimeront probablement les ports d'alimentation physiques et les sources de plug-in au profit des batteries et des capacités de récupération d'énergie pour promouvoir la portabilité, ainsi que l'intelligence artificielle.

Le marché de l'IoT aspire de plus en plus à des appareils intelligents qui fonctionnent en continu et avec peu ou pas d'intervention humaine. Les concepteurs de PCB devront donc mettre davantage l'accent sur l'efficacité énergétique pour réussir à l'avenir.

Figure 10 – Budget de puissance

Une approche prometteuse pour une meilleure consommation d'énergie consistera à établir un bilan énergétique pour les blocs fonctionnels individuels sur les PCB au lieu de considérer le produit dans son ensemble. De cette façon, les concepteurs bénéficieront de la flexibilité indispensable pour identifier et affiner les composants gourmands en énergie.

9. Développement de PCB —PCB pour le corps humain

Le pool d'électronique de santé et de fitness s'agrandit chaque année à mesure que les développeurs IoT découvrent de nouvelles façons d'améliorer la vie quotidienne. Cependant, le corps humain présente des défis uniques pour les concepteurs de PCB.

Par exemple, la nature hautement perteuse de notre corps signifie que tout appareil destiné à être porté ou mis dans sa poche doit maintenir un signal solide pour surmonter le bruit.

De plus, étant donné que l'humidité et les circuits ne font pas bon ménage, la conception de dispositifs portables IoT exige que les développeurs tiennent compte attentivement des effets de la sueur et de l'eau.

Figure 11 - La puce de surveillance PsiKick ultra-basse consommation (de phys.org)

Les ingénieurs mécaniciens jouent un rôle important dans le développement d'emballages résistants à l'humidité. Pourtant, à mesure que les gadgets IoT se multiplient, les concepteurs de circuits imprimés devront faire beaucoup plus pour s'assurer que les composants sensibles sont bien protégés.

10. Développement de PCB —Une vision plus ferme de la fiabilité

Les appareils IoT miniaturisés nécessitent une grande précision pour être fabriqués. Alors que la plupart des concepteurs sont généralement à l'aise pour échanger des composants frits traversants sur des cartes de circuits imprimés traditionnelles, le marché de l'IoT n'a aucune tolérance pour les pannes.

Les appareils sensibles comme les montres-bracelets et les appareils auditifs doivent fonctionner en permanence.

Alors que la demande de produits IoT ne cesse d'augmenter, les concepteurs de circuits imprimés doivent s'assurer que leurs cartes fonctionnent parfaitement dès la sortie de l'emballage.

Cela signifie passer beaucoup de temps dans des programmes de simulation comme PSpice, en optimisant soigneusement leurs prototypes pour obtenir les meilleures performances avant de se lancer dans la fabrication physique.

Développement PCB–Conclusion

La conception électronique subit des changements importants pour suivre l'IoT. De nouvelles approches occupent le devant de la scène et les fabricants de PCB adoptent progressivement le développement de produits dans son ensemble et pas seulement la conception de cartes de circuits imprimés.

Alors que la demande de circuits imprimés puissants avec des composants minuscules et légers augmente encore, les concepteurs et les fabricants avec l'imagination et l'expertise nécessaires pour tirer parti des opportunités émergentes en bénéficieront profondément.

Alors, êtes-vous un joueur du jeu IoT ? Souhaitez-vous vous associer à une entreprise qui connaît les tenants et les aboutissants du développement de circuits imprimés pour l'Internet des objets ? Contactez WELLPCB Limited et mettez-vous sur la bonne voie dès aujourd'hui.