Avance Tecnológico: Analizamos las Tendencias Tecnológicas que Están Revolucionando la Industria de PCB

Factores clave que dan forma al futuro de la industria del PCB:

• Las tecnologías avanzadas continúan impulsando nuevas oportunidades de crecimiento
• Los avances crecientes en electrónica de consumo impulsan la complejidad en los PCBs
• Continua miniaturización de dispositivos electrónicos
• Mantenimiento predictivo mejorado con el uso de IA
• Ampliación de la aplicación de PCBs en el sector automotriz

Los PCBs complejos pero diminutos y multicapa de hoy han recorrido un largo camino desde sus diseños y funcionalidades originales, inventados a principios de siglo y patentados por Paul Eisler en 1943. Desde entonces, procesos de fabricación más sofisticados y software de diseño también han permitido mayores eficiencias en la producción y reducción de costos. Por ejemplo, hace solo una década, HDI, FPGAs y microvías eran exclusivos de los diseños más caros, sin embargo, hoy son fácilmente accesibles en todo el mundo.

En el núcleo del juego de innovación electrónica, la industria del PCB debe mantenerse al ritmo del cambio, madurando y desarrollándose en respuesta a las tecnologías dependientes de PCB a medida que avanzan y cambia la demanda del consumidor. A medida que los consumidores exigen dispositivos más rápidos y delgados y tanto individuos como industrias buscan una funcionalidad refinada, los principales diseñadores de PCB están bajo una intensa presión para mantenerse al día. Solo un ejemplo es cómo las transmisiones de alta frecuencia requeridas para 5G ahora han hecho necesaria la utilización de PCBs de señal mixta complejos, que pueden ser muy difíciles de diseñar sin las herramientas de diseño de PCB adecuadas .

Echemos un vistazo más profundo a la tecnología y las tendencias que están revolucionando la industria del PCB.

Tendencias impulsando tendencias: IA, IoT y conectividad 5G

Se espera que el mercado global de IoT aumente de $399.41 mil millones en 2022 a $1057.55 mil millones para 2027.

La IA convergente, la conectividad 5G y el Internet de las Cosas (IoT) han sido un impulso para el cambio, alimentando el crecimiento y los avances en la fabricación de PCB.

Proporcionando acceso a velocidades de red de hasta 20 Gbps, se espera que el 5G funcione diez veces más rápido que las redes LTE actuales y 20 veces más rápido que el 4G con baja latencia (de un milisegundo, ofreciendo esencialmente tiempo real), y alta fiabilidad de hasta el 99.9999 por ciento. Esto afecta enormemente la operación de dispositivos IoT al permitir que gadgets de todo tipo, incluidos sensores y máquinas, se comuniquen y compartan datos más rápido que nunca, revolucionando cómo vivimos y, más especialmente, cómo trabajamos.

Donde el Wi-Fi se quedó corto en el pasado, el 5G hace posible las comunicaciones críticas en tiempo real, convirtiéndose en un diferenciador de fabricación y un requisito esencial para las fábricas inteligentes del futuro.

Sin embargo, a medida que los sistemas 5G se implementan en todo el mundo, sus capacidades de alta velocidad continúan representando un desafío en cuanto al diseño y fabricación de placas PCB. Para asegurar la integridad de la señal, por ejemplo, los diseñadores deben considerar factores como el ancho, la longitud de traza, el enrutamiento, la terminación y el blindaje. Otro problema, la interferencia electromagnética, puede reducirse mediante filtrado, blindaje, conexión a tierra y diseño de la disposición.

Para satisfacer las necesidades de las aplicaciones 5G y obtener una alta densidad de circuitos con baja pérdida de señal, en lugar del tradicional enfoque de grabado sustractivo, los fabricantes de PCB están utilizando la técnica de proceso semi-aditivo modificado (MSAP). En esta técnica, dondequiera que no esté presente el fotorresistente, se aplica una capa delgada de cobre al laminado. Empleando fotolitografía para lograr un grabado de alta precisión con poca pérdida de fuerza de señal, el cobre entre los conductores se elimina.

Miniaturización y Otros Avances Emergentes en Electrónica de Consumo

La omnipresencia de las PCB en nuestras vidas personales persiste a medida que los consumidores comienzan a incorporar cada vez más nuevas tecnologías en su vida diaria, ahora monitoreando y controlando tareas cotidianas comunes como encender las luces o ajustar el aire acondicionado a frescos 78 grados Fahrenheit mediante un simple comando de voz.

Desde relojes inteligentes que monitorean todo, desde tus pasos hasta tu ingesta calórica, hasta dispositivos inteligentes que controlan las luces de tu sala de estar, la demanda de electrónica de consumo ha aumentado, impulsando avances tecnológicos en todo, desde consolas de juegos, teléfonos inteligentes y hogares inteligentes hasta dispositivos de Realidad Virtual (VR) y Realidad Aumentada (AR).

Para satisfacer la demanda impulsada por la tendencia hacia la miniaturización y habilitar funcionalidades como las tasas de corazón en reposo en un reloj inteligente, los fabricantes de PCB están mejorando la funcionalidad y capacidades a través de la utilización de materiales avanzados en placas de circuito como polímeros de cristal líquido, cobre revestido de resina y fibras de vidrio.

IA para un Mantenimiento Predictivo Mejorado

Aunque el aprovechamiento de la IA para un control de calidad y producción más estricto ha sido bastante prevalente en otros sectores desde hace algún tiempo, todavía es algo poco común en la fabricación de PCB. La IA puede ayudar a mejorar la salida y la calidad del producto, diseñando circuitos y fabricando de manera más rápida y consistente que los métodos tradicionales.

Sistemas Avanzados de Inspección Óptica Automatizada (AOI) basados en Inteligencia Artificial con ML pueden usarse para detectar defectos como componentes faltantes y uniones de soldadura rotas, reduciendo las falsas alarmas y los retrasos en la línea de producción al capturar imágenes 2D/3D y usar algoritmos de reconocimiento de patrones para comparar las imágenes capturadas contra un punto de referencia dado.

Al detectar fallas más rápidamente, un sistema AOI puede ayudar a mejorar las eficiencias de la línea de fabricación, alertar a los operadores sobre posibles problemas antes de que se conviertan en problemas reales, acelerar las reparaciones y, por lo tanto, reducir los costos de producción en general.

Asistidas por IA, las máquinas de soldar pueden ser altamente eficientes en soldar circuitos integrados de paso fino (ICs), un proceso crítico en la fabricación de pequeños componentes eléctricos donde se utiliza una boquilla de muy alta temperatura para soldar componentes eléctricos diminutos a la placa.

Los vastos volúmenes de datos recopilados por sistemas impulsados por IA durante las operaciones deben ser aprovechados al máximo, evaluados cuidadosamente para identificar áreas de mejora y producir PCBs de manera más efectiva y confiable. Para mejorar el mantenimiento predictivo en el proceso de fabricación de PCBs, se pueden utilizar sensores inteligentes para capturar datos importantes que luego se analizan para identificar áreas del proceso más propensas a errores, ayudando a reducir el tiempo de inactividad de la línea de ensamblaje y evitar posibles pérdidas.

Los vastos volúmenes de datos recopilados por sistemas impulsados por IA durante las operaciones deben ser aprovechados al máximo y evaluados cuidadosamente para identificar áreas de mejora, optimizar operaciones y producir PCBs de manera más efectiva y confiable.

Para mejorar el mantenimiento predictivo en el proceso de fabricación de PCBs, se pueden utilizar sensores inteligentes para capturar datos importantes que luego se analizan para identificar áreas del proceso más propensas a errores, ayudando a reducir el tiempo de inactividad de la línea de ensamblaje y evitar posibles pérdidas.

Ampliación de la aplicación de PCBs en el sector automotriz

Proyectado para crecer a una tasa compuesta anual del 7.7% entre 2023 y 2031, el tamaño del mercado global de PCBs automotrices se situó en $13.2 mil millones en 2022 y se espera que alcance los $25.6 mil millones para 2031.

Según informa Transparency Market Research, se anticipa que el creciente mercado de demanda de automóviles de próxima generación y la creciente adopción de la Movilidad 4.0 impulsarán el crecimiento de la industria de PCBs automotrices. El objetivo de la Movilidad 4.0 es desarrollar sistemas de transporte inteligentes, eficientes y sostenibles con el uso de tecnologías de vanguardia como el IoT y la IA mencionados anteriormente, así como vehículos autónomos.

Los consumidores desean opciones de transporte efectivas y prácticas que puedan ser personalizadas, características ofrecidas por los automóviles de próxima generación. Además, para promover la sostenibilidad y la reducción de combustibles fósiles, los gobiernos están promoviendo la adopción de vehículos eléctricos e híbridos a través de incentivos y subsidios.

Impresión 3D de PCBs

En los últimos diez años, la tecnología de impresión 3D ha madurado de ser un medio para prototipos a una técnica que permite la producción en masa, ahora utilizada en muchas industrias, incluida la fabricación de PCBs. La impresión 3D utiliza la fabricación aditiva para construir objetos. Los sustratos pueden ser impresos capa por capa con tinta líquida, luego se añaden a partes que contienen funcionalidades eléctricas. El proceso se puede utilizar para hacer placas de PCB con características y capacidades únicas previamente imposibles mediante procesos convencionales.

A medida que la impresión 3D limita el error humano, reduce los residuos y elimina la necesidad de moldes, herramientas y equipos costosos, es una excelente manera de reducir costos, disminuir el consumo de energía y mejorar la eficiencia, al mismo tiempo que permite el diseño personalizado.

Otros beneficios adicionales incluyen:

• Prototipado y pruebas rápidas, permitiendo acelerar la producción de placas y habilitando la personalización y fabricación bajo demanda.
• En el diseño de placas PCB, la impresión 3D ofrece más espacio para la creatividad y flexibilidad, permitiendo formas y estructuras complejas y habilitando la incorporación de múltiples componentes y funciones en una única placa PCB.
• La impresión 3D ayuda a minimizar la huella ambiental de la producción de PCB, permitiendo el uso de materiales biodegradables o reciclables y reduciendo la cantidad de químicos peligrosos y sustancias en comparación con la fabricación convencional de PCB.

PCBs Biodegradables

Para ayudar a minimizar el impacto de las PCBs en nuestro planeta, los fabricantes deben trabajar en colaboración para promover métodos sostenibles, reducir los residuos electrónicos no degradables y minimizar las sustancias peligrosas en el ambiente.

La dependencia de la industria en el silicio ha impulsado a los fabricantes de PCB a encontrar alternativas más sostenibles, propiciando un aumento hacia PCBs orgánicas o biodegradables. Las PCBs biodegradables evitan el uso de materiales no biodegradables como químicos, metales y plásticos y, por lo tanto, pueden descomponerse naturalmente cuando se exponen a condiciones propicias como calor, humedad, luz o microorganismos.

No solo las PCBs biodegradables son más ecológicas, reduciendo el consumo de energía y recursos naturales mediante el uso de materiales renovables y reciclables, sino que también reducen costos mediante el uso de materiales más baratos y abundantes. Algunos de los componentes que pueden usarse en PCBs biodegradables y parcialmente biodegradables incluyen bio-compuestos libres de químicos hechos de fibras de celulosa natural extraídas de residuos agrícolas y coproductos como gluten de trigo, tallos de plátano o plumas de pollo.

Fuentes de Energía Renovable

La energía renovable producirá el 35% de la electricidad global para 2025: Informe del Mercado de Electricidad 2023 de la Agencia Internacional de Energía (IEA) Electricity Market Report 2023.

La tendencia hacia la sostenibilidad detrás del movimiento hacia PCBs biodegradables estimula un mayor crecimiento de la industria a medida que nuestra dependencia de los combustibles fósiles se hace cada vez mayor, impactando progresivamente nuestro ambiente y forzando la priorización de la investigación y desarrollo de fuentes de energía renovable. Esto ha resultado en un aumento de la demanda de PCBs utilizadas en fuentes de energía renovable como sistemas de control de turbinas eólicas, inversores solares y sistemas de almacenamiento de energía.

La necesidad de PCBs de mayor y mayor complejidad continuará expandiéndose. Lo que se considera tecnología de punta hoy, rápidamente se volverá común mañana. Para mantener el ritmo con las tendencias proyectadas, los fabricantes líderes deben prepararse y posicionarse para soportar estructuras más grandes y el uso de diferentes materiales. Esto puede llevar a requisitos de nuevos materiales primas, líneas de producción actualizadas, nuevas maquinarias y, por supuesto, alinearse con los socios adecuados.