Разработка печатных плат – вы можете не знать о будущих тенденциях!

Что касается разработки печатных плат, эпоха Интернета вещей уже наступила, и он захватывает практически все аспекты цифрового мира. Ожидается, что Интернет вещей станет «четвертой промышленной революцией» и «самым большим событием после взрыва .com».

И если недавние отчеты Gartner что-то значат, к 2020 году на планете Земля будет не менее 20 миллиардов устройств с выходом в Интернет, разрабатываемых для печатных плат.

Разработчики разрабатывают интеллектуально связанные платформы для инноваций, таких как носимые устройства, домашняя автоматизация, системы медицинского мониторинга, интеллектуальные автомобили и футуристические города, используя эти технологии.

IoT представляет собой оптимистичный взгляд на связь между физическими и цифровыми компонентами как новейшее технологическое детище в этом районе. В этой статье будет подробно рассказано о развитии и будущем Интернета вещей. Хотите узнать об этом больше?

IoT:новые подходы к разработке печатных плат

Одной из главных тенденций сегодняшнего дня в разработке печатных плат является все более широкое использование гибких и высокоплотных межсоединений (изготовление печатных плат. Традиционные методы разводки печатных плат не могут этого достичь. С HDI). Большинство устройств IoT предназначены для использования во время движения, а использование гибких печатных плат упрощает проводку и обеспечивает дополнительную устойчивость к суровым условиям.

Кроме того, по мере уменьшения площади поверхности платы и увеличения плотности разводки разработчики обращаются к изготовлению жестких печатных плат. Здесь условия применяются к многослойным, односторонним, металлическим сердечникам, технологиям HDI, таким как глухие и заглубленные переходные отверстия для экономии ценного пространства. Дизайн HDI также способствует снижению энергопотребления и повышению производительности, что делает их идеальными для устройств Интернета вещей.

Рисунок 2. Гибкая печатная плата

Сочетание гибких и HDI-подходов к проектированию печатных плат позволяет компаниям создавать крошечные мобильные устройства, менее подверженные таким факторам, как тепловое напряжение и потеря сигнала, без ущерба для производительности. Устройства IoT теперь могут быть меньше, легче и быстрее, чем когда-либо.

Производство печатных плат для Интернета вещей:в чем отличия?

Хотя Интернет вещей не потребовал полного переосмысления разработки печатных плат, он внес новые соображения в таблицу проектирования.

Из-за различных подходов к проектированию процесс компоновки, изготовления и сборки печатной платы на основе Интернета вещей значительно отличается от традиционной платы.

Во-первых, печатные платы для Интернета вещей обычно состоят из гибко-жестких или гибких печатных плат, в отличие от традиционных плат, которые имеют значительно больший размер и плоскую форму.

Изготовление гибких сборок требует обширных и очень точных расчетов коэффициентов изгиба, итераций жизненного цикла, толщины сигнальной дорожки, жестких и гибких слоев схемы, веса меди, размещения ребер жесткости и тепла, выделяемого компонентами.

Кроме того, при разработке печатных плат для IoT требуется, чтобы разработчики обеспечивали надежное сцепление между слоями как на жестких, так и на гибких сторонах, а также хорошо разбирались в удивительно крошечных компонентах, таких как корпуса 0201 и 00105.

Рисунок 3 — гибкая и жесткая печатные платы, которые постоянно соединены. Когда Rigid-Flex HDI Design

Для правильной печати печатных плат, предназначенных для устройств IoT, необходимы специальные инструменты и приспособления. Например, работа с гибко-жесткими печатными платами означает, что разработчику требуется уникальный аксессуар, чтобы плата оставалась абсолютно плоской для эффективной печати на жестких и гибких участках платы различной толщины.

Для правильной печати печатных плат, предназначенных для устройств IoT, необходимы специальные инструменты и приспособления. Например, работа с гибко-жесткой печатной платой означает, что разработчику нужен уникальный аксессуар, чтобы плата оставалась абсолютно плоской для эффективной печати на жесткой и гибкой частях платы разной толщины.

Поэтому многие IoT-стартапы и новые разработчики сотрудничают со специализированными компаниями EMS для разработки печатных плат. необходимо обеспечить успешный и своевременный запуск продукта.

Разработка печатных плат — Интернет вещей и будущее проектирования печатных плат

Интернет вещей предлагает индустрии печатных плат много будущих возможностей, и хотя разработчики печатных плат уже добились значительных успехов в этой технологии, многое еще впереди. Вот несколько уникальных способов, которыми Интернет вещей влияет на настоящее и будущее разработки печатных плат.

1. Уменьшение макетов

Появление сложных IoT-устройств положило конец временам, когда у разработчиков было более чем достаточно места для прокладки дорожек, компонентов и переходных отверстий. Тенденции Интернета вещей требуют, чтобы производители предоставляли как можно больше функций небольшим гаджетам, которые можно носить, носить в кармане или даже глотать.

Рисунок 4. Плата смарт-часов

Возьмем, к примеру, текущую линейку умных часов. Несмотря на то, что они такие же большие, как обычные наручные часы, такие устройства, как Samsung Gear S3 и Apple Watch , включают аппаратное обеспечение, такое как светодиодные дисплеи, внутреннюю память, контроллеры SoC, чипы Bluetooth и множество датчиков.

Клиенты ожидают от своих небольших повседневных устройств все большего и большего, а будущие разработчики печатных плат будут иметь для работы еще более крошечные гаджеты, чем умные часы. Судя по общему использованию гибко-жестких и HDI-печатных плат, средняя печатная плата вряд ли будет приемлемой в ближайшие годы.

2. Лучшие технологии упаковки

Упаковки для сквозного и поверхностного монтажа, возможно, были очень практичными на протяжении многих лет, но по мере того, как гаджеты продолжают уменьшаться, разработчики обнаруживают необходимость изучения новых технологий. Одним из них являются многочиповые модули (MCM), которые позволяют разработчикам подключать несколько ИС на одном кристалле, сохраняя при этом тонкие форм-факторы.

Рисунок 5. Многочиповый модуль

Другая модель, System-in-Package (SiP), объединяет цифровые, аналоговые и радиочастотные системы в единый многофункциональный чип. В то же время трехмерные интегральные схемы (3D-IC) позволяют объединять несколько кремниевых кристаллов вместе для уменьшения занимаемой площади и снижения энергопотребления.

Надвигающийся взрыв в использовании этих моделей корпусов сделает печатные платы невероятно сложными, что может привести к появлению нового поколения печатных плат или плат с интегрированными компонентами (ICB), как они будут называться, которые предлагают производителям гораздо более высокие отношение цены к площади поверхности.

3. Разработка печатных плат —Охватывающий дизайн

Разработчики печатных плат привыкли проектировать плату и передавать ее механикам для проверки соответствия и группе упаковки для окончательной сборки.

Однако в мире Интернета вещей меньшие форм-факторы и более чувствительные компоненты делают крайне важным, чтобы все заинтересованные лица были на одной странице с самого начала процесса проектирования.

Расчеты по изготовлению печатных плат и подгонке должны выполняться одновременно, чтобы согласовать функции, форму и потребности бизнеса.

Рисунок 6. Виртуальное прототипирование печатной платы с помощью KiCad

Поскольку IoT быстро завоевывает популярность, разработчики печатных плат должны рассчитывать на гораздо большее количество виртуальных прототипов для оценки таких параметров, как размер платы, общий вес продукта и соответствие платы предполагаемому корпусу, прежде чем приступить к деталям схемы.

Производители печатных плат больше не будут просто временными работниками в цикле разработки продукта, а скорее будут экспертами, занимающимися всеми аспектами процесса проектирования.

4. Разработка печатных плат —Стандартизация

Хотя стандарты, регулирующие проектирование традиционных печатных плат, уже существуют, Интернет вещей подталкивает отрасль к еще более единообразному будущему. Платы, созданные для Интернета вещей, должны будут поддерживать высочайший уровень эффективности и надежности.

Поэтому вместо того, чтобы переделывать свои схемы для достижения выдающихся результатов, разработчики, скорее всего, предпочтут повторно использовать блоки, которые уже были смоделированы и доказали свою эффективность в полевых условиях.

Сохранение и повторное использование станут нормой при разработке плат, а проектирование модулей заменит традиционные процессы создания схем.

5. Сотрудничество с конструкторами-механиками

Помимо виртуального прототипирования и планирования продукта, разработка печатных плат для Интернета вещей требует более тесного сотрудничества между разработчиками печатных плат и инженерами-механиками.

Будущие процессы проектирования продуктов, скорее всего, откажутся от устаревшей модели сборочного конвейера в пользу подхода, при котором механические и схемные изменения и модификации происходят в режиме реального времени.

Рисунок 7. Электромеханическая интеграция

Дизайнерам больше не нужно преобразовывать файлы из одного формата программного обеспечения в другой, чтобы обмениваться контурами плат и моделями компонентов для основных проверок пересечения.

Вместо этого инженеры-механики и электронщики будут использовать инструменты ECAD и MCAD, которые объединяют их данные для эффективной совместной работы в режиме реального времени.

Конечно, это надвигающееся событие вызывает серьезную озабоченность у большинства игроков в индустрии ECAD, чьи утилиты проектирования плохо работают вместе, не говоря уже о программном обеспечении MCAD.

Лучшие инструменты для будущего проектирования Интернета вещей помогут инженерам и дизайнерам найти общий язык.

6. Разработка печатных плат –Новые материалы

В современном мире IoT схемы должны быть небольшими; WellPCB предлагает контроллеры двигателей постоянного тока как на внутреннем, так и на международном рынках. У нас гибкий и мобильный. В результате использование FR4 для изготовления печатных плат квадратной формы постепенно прокладывает путь для новых материалов, таких как гибкая жесткая медь, пластик и даже сетка.

Рисунок 8. Жестко-гибкая медь

В будущем дизайнерам FR4 потребуется сотрудничать со специалистами, которые знают, как работать с альтернативными материалами.

Исследовательские фирмы, такие как Holst Center и Wearable Technologies, в настоящее время являются лучшим выбором для разработчиков Интернета вещей, которым нужны консультации и услуги по тестированию беспроводных автономных датчиков и гибких схем.

7. Больше внимания на беспроводное подключение

Рисунок 9. Модуль беспроводного передатчика

Беспроводные модули и РЧ-цепи дают продуктам Интернета вещей важнейшую возможность связываться с окружающей средой, собирать данные и отправлять их на онлайн- и офлайн-серверы.

Сегодня рынок заполнен совместимыми с IoT модулями и радиочастотными компонентами, каждый из которых занимает мало места, но при этом обладает максимально возможной функциональностью.

Однако по мере развития мировых потребностей в средствах связи беспроводные технологии будут находить применение во все большем количестве гаджетов, и разработчикам печатных плат придется сталкиваться с проблемой размещения более надежных и надежных модулей на гораздо более компактных платах.

Протоколы, определяющие диапазоны, скорость передачи данных и безопасность, скорее всего, потребуют пересмотра и обновления для удовлетворения новых потребностей.

Еще более захватывающим является то, что, когда стандартизация становится нормой, вполне возможно, что один основной беспроводной протокол будет управлять миром Интернета вещей будущего.

8. Больше внимания уделяйте энергопотреблению

Будущие продукты Интернета вещей, скорее всего, откажутся от физических портов питания и подключаемых источников питания в пользу аккумуляторов и возможностей сбора энергии для обеспечения портативности наряду с искусственным интеллектом.

Рынок IoT все больше и больше стремится к интеллектуальным устройствам, которые работают непрерывно и практически без вмешательства человека. Поэтому разработчикам печатных плат необходимо уделять больше внимания энергоэффективности, чтобы добиться успеха в будущем.

Рисунок 10. Бюджет мощности

Перспективным подходом к снижению энергопотребления будет бюджет мощности для отдельных функциональных блоков на печатных платах вместо рассмотрения продукта в целом. Таким образом, разработчики получат столь необходимую гибкость для определения и уточнения энергоемких компонентов.

9. Разработка печатных плат —ПХД для человеческого тела

Ассортимент электроники для здоровья и фитнеса расширяется с каждым годом, поскольку разработчики IoT открывают новые способы сделать повседневную жизнь лучше. Однако человеческое тело создает некоторые уникальные проблемы для разработчиков печатных плат.

Например, характер наших тел с большими потерями означает, что любое устройство, предназначенное для ношения или хранения в кармане, должно поддерживать устойчивый сигнал для преодоления шума.

Кроме того, поскольку влага и электрические схемы несовместимы, при разработке носимых устройств Интернета вещей разработчики должны тщательно учитывать воздействие пота и воды.

Рисунок 11. Микросхема мониторинга PsiKick со сверхнизким энергопотреблением (с сайта phys.org)

Инженеры-механики играют важную роль в разработке упаковки, устойчивой к влаге. Тем не менее, по мере того, как гаджеты Интернета вещей будут использоваться все чаще, разработчикам печатных плат придется делать гораздо больше, чтобы обеспечить надежную защиту чувствительных компонентов.

10. Разработка печатных плат —Более твердый взгляд на надежность

Миниатюрные устройства IoT требуют большой точности для изготовления. В то время как большинство разработчиков, как правило, спокойно заменяют прожаренные компоненты со сквозными отверстиями на традиционных печатных платах, рынок IoT не терпит отказов.

Чувствительные устройства, такие как наручные часы и слуховые аппараты, должны работать постоянно.

Поскольку спрос на продукты Интернета вещей продолжает расти, разработчики печатных плат должны обеспечить идеальную работу своих плат сразу после распаковки.

Это означает проводить много времени в программах моделирования, таких как PSpice, тщательно оптимизируя их прототипы для достижения наилучшей производительности, прежде чем приступать к физическому изготовлению.

Разработка печатной платы – Заключение

Электронный дизайн претерпевает значительные изменения, чтобы идти в ногу с IoT. Новые подходы выходят на первый план, и производители печатных плат постепенно переходят к разработке продуктов в целом, а не только к дизайну печатных плат.

По мере дальнейшего роста спроса на мощные печатные платы с крошечными и легкими компонентами дизайнеры и производители, обладающие воображением и опытом, чтобы воспользоваться открывающимися возможностями, получат огромную выгоду.

Итак, вы являетесь игроком в игре IoT? Хотели бы вы сотрудничать с компанией, которая знает все тонкости разработки печатных плат для Интернета вещей? Свяжитесь с WELLPCB Limited и встаньте на правильный путь уже сегодня.