PCBs flexibles y el Internet de las cosas: cómo el entorno del diseño de PCBs está cambiando rápidamente

La conexión a la nube es una característica clave del Internet de las cosas.

Como diseñador de PCBs, sé que mi campo de trabajo ha cambiado radicalmente en las últimas dos décadas. Recién salido de la escuela, a mediados de los años 90, todos mis primeros proyectos se centraron en cualquiera de las dos áreas principales: computadoras o periféricos de computadora. Claro que había una radio estéreo o de reloj, pero el 90% de las veces trabajaba en una placa madre de escritorio o algo parecido. Esto significó que, en el día promedio, mis esfuerzos de diseño tenían mucho espacio para trabajar. Todo en una tarjeta de dos capas, además. Era otra época. Afortunadamente, no fue así para siempre.

Avanzo rápidamente hasta el día de hoy, y aún estoy diseñando PCBs en el dominio de las computadoras. Las grandes cajas beige ya no son la regla del juego; en su lugar, todo se trata del Internet de las cosas (IoT). A través de estas computadoras integradas, se ha abierto toda una nueva categoría de gadgets y dispositivos, especialmente aquellos bajo el apodo de "vivienda inteligente". Cafeteras, hervidores de agua, refrigeradores, iluminación, relojes e incluso automóviles están recogiendo esta tecnología del siglo XXI. La integración de características como el control en la nube, el acceso remoto e incluso el aprendizaje a través de máquinas (su aire acondicionado se enciende mientras usted regresa del trabajo), realmente está empezando a sentirse como el futuro.Desde luego, para nosotros, los diseñadores de PCBs y los ingenieros eléctricos, significa mucho más que trucos de fiestas y tostadoras con lógica difusa.

Internet de las cosas: más complicado de lo que usted podría esperar

Por razones obvias, construir una PCB para un dispositivo de IoT es un verdadero desafío. El espacio, por ejemplo, es un valor superior. La mayoría de los productos IoT son pequeños electrodomésticos, controles o artículos portátiles dirigidos al mercado de consumo, al que le gustan las cosas limpias y compactas. Además, muchos de estos dispositivos no están diseñados pensando en el hardware. Por el contrario, se trata de la estética, es decir, de pequeños espacios de forma irregular para el hardware. Entonces, está la cuestión del rendimiento. Nadie va a estar encantado si su nevera se necesita "cargar", y si se necesita mucha energía para que ese reloj inteligente muestre YouTube. Su PCB probablemente estará repleta de CIs y al menos un SoC, si no dos. Por último, tenemos que tener en cuenta la fiabilidad; los consumidores que compran estos aparatos esperarán que "solo funcionen". Esto significa que cualquier elección de diseño que usted tome debe tener fundamentos sólidos. No hay lugar para el error (o cualquier otra cosa) como solía haber. Entonces, ahora que están todos asustados y preocupados, ¿qué hacen los diseñadores inteligentes?

Los relojes inteligentes son una aplicación típica del Internet de las cosas. Requieren mucho rendimiento en un paquete pequeño.

PCBs flexibles: el mejor amigo de un proyecto IoT

Permítame compartir con usted algunas experiencias personales. Las tarjetas simples de dos capas que rememoro son un gran no. No pueden hacer lo suficiente con factores de forma pequeños. Ahora, probablemente, esté pensando: "Bueno, ¿qué pasa con las tarjetas multicapa de alta densidad?"Claro, eso es técnicamente correcto, pero en mi experiencia, son más problemas de lo que valen. Con un montón de productos IoT (especialmente artículos de vestir) en movimiento, estas placas se rompen fácilmente. No solo eso, sino que necesitan un espacio plano para encajar. Hay una respuesta mejor y parece que todos los que hacen dispositivos de IoT piensan lo mismo. Las PCB flexibles se han convertido en el punto de partida en el espacio de IoT, elevando un tipo de PCB que antes era oscuro a una nueva prominencia. Fabricadas con capas de poliamidas las PCBs flexibles son capaces de cumplir con las mismas especificaciones que las tarjetas de circuito impreso rígidas. Son ampliamente adaptables sin sacrificar la fiabilidad a largo plazo y han demostrado tener éxito en las aplicaciones de IoT. Y lo que es más importante, su naturaleza flexible le permite encajar fácilmente en la geometría pequeña y poco convencional de muchos productos de IoT. En más de algunos proyectos, he podido aprovechar el espacio que hay detrás de los frontales y bases curvadas. Tampoco necesitaba tantos conectores y cables de cinta, y todos sabemos lo voluminosos que pueden ser. Posiblemente, usted podría incluso crear un diseño común que sea capaz de encajar dentro de varios productos de IOT de factor de forma variable (mi jefe amaba ese). PCBs flexibles e IoT: una combinación hecha en el cielo.

Hasta hace poco, las PCB flexibles desempeñaban papeles pequeños. Se muestra una aplicación común: conectar el motor de un disco duro a la placa madre.

Con tantas compañías grandes y pequeñas corriendo detrás de un pedazo del pastel del IoT, probablemente estará trabajando en un proyecto de IoT en un futuro cercano.Naturalmente, si usted es tan escéptico como yo, podría estar aprendiendo a diseñar una PCB flexible. Dados los desafíos existentes asociados a un proyecto de IoT, ¿por qué querría complicar las cosas aún más? Pero, al igual que el problema de la "gallina y el huevo", el mercado del IoT en expansión ha mejorado y se ha visto facilitado por las PCBs flexibles. Hace unos 8 años puedo recordar haber visto algún prototipo de PCBs flexibles mientras me reunía con un vendedor, y es cierto que eran muy simples. Hoy en día, las técnicas modernas como SMT, microvías, substratos multicapa y CIs BGA se aplican fácilmente. Gracias a una mejor economía de escala, los fabricantes pueden ofrecer estas características para abaratar costos. En el mismo presupuesto, la gama de opciones de diseño en PCBs flexibles se ha expandido dramáticamente. De hecho, en un análisis de costo-beneficio, las PCBs rígidas ya no son un éxito instantáneo. También se han hecho más fuertes, y como resultado poseen una mayor fiabilidad. Sin embargo, hay una cosa que no ha cambiado y es el proceso de diseño en sí. El flujo de trabajo en su entorno de PCB CAD será muy similar: trazado de pistas, selección y colocación de componentes, adición de capas adicionales. Además, muchos de los paquetes de diseño más recientes se han creado para trabajar con diseños flexibles y le proporcionarán información sobre la selección de dimensiones y geometría. Honestamente, incluso si usted no está totalmente convencido de las PCBs flexibles, el escenario del diseño de PCBs seguirá cambiando para hacer que ocurra el IoT. Si hoy no son lo suficientemente buenas, mañana serán geniales.

Como colega diseñador, espero que esté tan entusiasmado como yo que estoy trabajando con PCBs flexibles. Tanto la tecnología como las herramientas de diseño han mejorado mucho. Antes de sumergirse en el mundo del IoT, es una buena idea hacer balance de las herramientas y recursos a su disposición. Las PCBs flexibles ciertamente se han transformado, pero ¿qué hay de su paquete de diseño de PCBs? ¿Está equipado para hacer frente a lo último y a lo mejor? Altium ofrece múltiples soluciones que se adaptan a sus necesidades y optimizan el flujo de trabajo. Sus paquetes de diseño de PCBs profesionales están diseñados para hacer frente a los desafíos matizados de crear exitosos productos de IoT. Con soporte para el diseño de PCBs flexibles, herramientas de prueba completas y una interfaz intuitiva, el software de Altium es una base segura y confiable para su próximo proyecto del IoT.