Tren Pengembangan PCB yang Membentuk Masa Depan IoT

Pengembangan PCB dan Era Internet of Things

Pada pengembangan PCB, era Internet of Things sudah tiba, dan ia mendominasi hampir setiap aspek dunia digital. Para ahli telah menggambarkan IoT sebagai “Revolusi Industri ke-4” dan “hal terbesar sejak ledakan .com.”

Dan jika laporan terbaru dari Gartner dapat dipercaya, Bumi akan memiliki setidaknya 20 miliar perangkat terhubung internet dalam pengembangan PCB pada tahun 2020.

Pengembang menciptakan platform terhubung secara cerdas untuk inovasi seperti perangkat wearable, otomatisasi rumah, sistem pemantauan medis, mobil pintar, dan kota masa depan dengan memanfaatkan teknologi ini.

IoT menyajikan pandangan optimis tentang konektivitas antara komponen fisik dan digital sebagai anak baru di blok. Artikel ini akan membahas pengembangan dan masa depan Internet of Things secara detail. Apakah Anda ingin mengetahui lebih lanjut?

IoT: Mendorong Pendekatan Baru dalam Pengembangan PCB

Salah satu tren teratas dalam pengembangan PCB saat ini adalah penggunaan yang semakin meluas dari fleksibel, dan papan sirkuit interkoneksi padat (HDI). Metode perutean PCB konvensional tidak dapat mencapai ini. Dengan papan HDI. Sebagian besar perangkat IoT dimaksudkan untuk digunakan saat Bergerak, dan penggunaan PCB fleksibel menyederhanakan kabel sambil memberikan resistensi tambahan terhadap kondisi yang sulit.

Selainnya, seiring dengan menurunnya luas permukaan papan dan meningkatnya kepadatan perutean, pengembang beralih ke pembuatan papan PCB kaku. Di sini, kondisi yang berlaku adalah teknik multilayer, satu sisi, metalcore, HDI seperti via buta dan via tertutup untuk menghemat ruang berharga. Desain HDI juga memfasilitasi konsumsi daya yang lebih rendah dan performa yang lebih baik, menjadikannya unggul untuk perangkat IoT.

Gambar 2 – PCB Fleksibel

Menggabungkan pendekatan fleksibel dan HDI dalam desain PCB memungkinkan perusahaan menciptakan perangkat mobile kecil yang kurang terganggu oleh faktor seperti stres termal dan kehilangan sinyal tanpa mengorbankan performa. Perangkat IoT sekarang dapat lebih kecil, lebih ringan, dan lebih cepat dari sebelumnya.

Pembuatan PCB untuk IoT: Apa yang Berbeda?

Meskipun Internet of Things tidak menuntut penemuan ulang sepenuhnya dalam pengembangan PCB, ia telah membawa pertimbangan baru ke meja desain.

Karena pendekatan desain yang berbeda, tata letak, pembuatan, dan proses rangkaian papan PCB berbasis IoT berbeda secara signifikan dari papan tradisional.

Untuk memulai, PCB IoT biasanya terdiri dari susunan sirkuit rigid-flex atau fleksibel, berlawanan dengan papan tradisional yang substantially lebih besar dan datar.

Pembuatan dengan susunan fleksibel memerlukan perhitungan yang luas dan sangat akurat dari ras lentur, iterasi siklus hidup, ketebal jejak sinyal, lapisan sirkuit kaku dan fleksibel, berat tembaga, penempatan stiffener, dan panas yang dihasilkan oleh komponen.

Selanjutnya, mengembangkan PCB untuk IoT memerlukan desainer untuk memastikan adhesi yang kuat antara lapisan di kedua sisi kaku dan fleksibel dan memiliki pemahaman yang kuat tentang komponen yang sangat kecil seperti paket 0201 dan 00105.

Gambar 3 – papan sirkuit fleksibel dan kaku yang terhubung secara permanen. Ketika Desain Rigid-Flex HDI

Alat dan pemegang khusus diperlukan untuk pencetakan yang tepat PCB yang dimaksudkan untuk perangkat IoT. Misalnya, bekerja dengan PCB rigid-flex berarti pengembang memerlukan aksesori unik untuk menjaga papan tetap datar untuk pencetakan yang efektif melalui ketebalan yang berbeda dari bagian sirkuit kaku dan fleksibel.

Alat dan pemegang khusus diperlukan untuk pencetakan yang tepat PCB yang dimaksudkan untuk perangkat IoT. Misalnya, bekerja dengan PCB rigid-flex berarti pengembang memerlukan aksesori unik untuk menjaga papan tetap datar untuk pencetakan yang efektif melalui ketebalan yang berbeda dari bagian sirkuit kaku dan fleksibel.

Oleh karena itu, banyak startup IoT dan desainer baru bermitra dengan perusahaan EMS khusus untuk kebutuhan pengembangan PCB mereka untuk memastikan peluncuran produk yang sukses dan tepat waktu.

Pengembangan PCB—IoT dan Masa Depan Desain PCB

Internet of Things menawarkan banyak upaya masa depan bagi industri PCB, dan meskipun pengembang papan sirkuit sudah membuat kemajuan yang baik dengan teknologi ini, masih banyak lagi yang akan datang. Berikut adalah beberapa cara unik IoT mempengaruhi masa kini dan masa depan pengembangan PCB.

1. Tata Letak yang Menyusut

Munculnya perangkat IoT yang canggih menandai akhir dari hari-hal ketika pengembang memiliki lebih dari cukup ruang untuk menaruhkan jejak, komponen, dan via. Tren IoT menuntut produsen memberikan sebanyak mungkin fungsionalitas pada perangkat kecil yang dapat dikenakan, disimpan di saku, atau bahkan dikonsumsi.

Gambar 4 – Papan PCB Jam Tangan Pintar

Contohnya, koleksi jam tangan pintar saat ini. Meskipun berukuran sama dengan jam tangan rata-rata, perangkat seperti Samsung Gear S3 dan Apple Watch memuat hardware seperti layar LED, memori internal, kontroler SoC, chip Bluetooth, dan banyak sensor.

Pelanggan mengharapkan semakin banyak dari perangkat kecil sehari-hari mereka, dan desainer PCB di masa depan akan memiliki perangkat yang lebih kecil untuk dikerjakan daripada jam tangan pintar. Berdasarkan penggunaan umum PCB rigid-flex dan HDI, papan sirkuit rata-rata akan jarang dapat diterima dalam beberapa tahun ke depan.

2. Teknologi Pemakaian yang Lebih Baik

Format pemakaian through-hole dan surface-mount mungkin telah sangat praktis selama bertahun-tahun, tetapi seiring perangkat terus menyusut, pengembang menemukan kebutuhan untuk mengeksplorasi teknologi yang lebih baru. Salah satunya adalah Multi-Chip Modules (MCM), yang memungkinkan desainer untuk menghubungkan beberapa IC pada satu die, menjaga bentuk tipis.

Gambar 5 – Multi-chip Module

Model lain, System-in-Package (SiP), mengintegrasikan sistem digital, analog, dan RF menjadi satu chip multifungsi. Pada saat yang sama, sirkuit terpadu tiga dimensi (3D-IC) memungkinkan tumpukan beberapa die silikon untuk footprint yang lebih kecil dan konsumsi daya yang dikurangi.

Ledakan yang akan datang dalam penggunaan model pemakaian ini akan menambahkan kompleksitas yang besar pada papan cetak, potensialmente mengawali generasi baru PCB, atau papan komponen terpadu (ICB) seperti yang akan disebut, yang menawarkan produsen rasio harga per luas permukaan yang jauh lebih tinggi.

3. Pengembangan PCB—Desain yang Menyeluruh

Pengembang PCB terbiasa merancang papan dan menyerahkannya kepada tim mekanik untuk pemeriksaan pas dan grup pemakaian untuk pemasangan akhir.

Dalam dunia IoT, namun, bentuk yang lebih kecil dan komponen yang lebih sensitif membuat sangat penting bagi setiap pemangku kepentingan untuk berada pada halaman yang sama dari awal proses desain.

Perhitungan pembuatan dan pemasangan PCB harus dilakukan secara bersamaan untuk menyelaraskan fungsi, bentuk, dan kebutuhan bisnis.

Gambar 6 – Prototipe Virtual PCB dengan KiCad

Dengan IoT yang semakin meluas, desainer PCB harus berharap untuk melakukan banyak prototipe virtual untuk mengevaluasi parameter seperti ukuran papan, berat keseluruhan produk, dan pasnya papan dalam kotak pelindung yang dimaksudkan, sebelum mengeksplorasi detail sirkuit.

Pembuat PCB tidak akan lagi hanya satu set tangan sementara dalam siklus pengembangan produk, melainkan para ahli yang berfokus pada semua aspek proses desain.

4. Pengembangan PCB—Standarisasi

Meskipun standar yang mengatur desain PCB tradisional sudah ada, Internet of Things mendorong industri menuju masa depan yang lebih seragam. PCB yang dibuat untuk IoT akan perlu mempertahankan tingkat efisiensi dan keandalan tertinggi.

Oleh karena itu, daripada merkonstruksi ulang sirkuit mereka untuk mencapai hasil luar biasa, desainer kemungkinan besar akan memilih untuk menggunakan kembali blok yang sudah disimulasikan dan terbukti sukses di lapangan.

Menyimpan dan menggunakan kembali akan menjadi norma dalam pengembangan papan, dan desain modul akan mengganti proses skematika tradisional.

5. Kolaborasi dengan Desainer Mekanik

Selain prototipe virtual dan perencanaan produk, mengembangkan PCB untuk IoT memerlukan kerjasam yang lebih erat antara desainer papan sirkuit dan insinyur mekanik.

Proses desain produk di masa depan kemungkinan besar akan membuang model garis produksi kuno untuk mendukung pendekatan di mana perubahan dan modifikasi mekanik dan sirkuit terjadi secara real-time.

Gambar 7 – Integrasi Listrik-Mekanik

Desainer tidak lagi perlu mengonversi file dari satu format perangkat lunak ke format lain untuk berbagi garis papan dan model komponen untuk pemeriksaan interferensi dasar.

Sebaliknya, insinyur mekanik dan elektronik akan menerima penggunaan alat ECAD dan MCAD yang mendekatkan data mereka untuk kolaborasi yang lancar dan real-time.

Tentu saja, ketidakastian yang akan datang ini menimbulkan kekhawatiran signifikan bagi sebagian besar pemain di industri ECAD, utilitas desain mereka tidak bekerja sama dengan baik, apalagi dengan perangkat lunak MCAD.

Alat terbaik untuk desain IoT di masa depan akan membawa insinyur dan desainer ke halaman yang sama.

6. Pengembangan PCB—Material Baru

Dalam dunia IoT modern, sirkuit harus kecil; WellPCB menawarkan kontroler motor DC di pasar domestik dan internasional. Kami memiliki yang fleksibel dan mobile. Akibatnya, penggunaan FR4 untuk pembuatan PCB berbentuk persegi secara bertahap memberajakan jalan untuk bahan baru seperti tembaga fleksibel-kaku, plastik, dan bahkan jaring.

Gambar 8 – Tembaga Rigid-flex

Di masa depan, desainer FR4 akan perlu bermitra dengan spesialis yang tahu cara bekerja dengan bahan alternatif.

Perusahaan penelitian seperti Holst Centre dan Wearable Technologies saat ini adalah pilihan terbaik untuk pengembang IoT yang mencari layanan konsultasi dan pengujian untuk sensor nirkabel otonom dan sirkuit fleksibel.

7. Penekanan Lebih Besar pada Konektivitas Nirkabel

Gambar 9 – Modul Transmiter Nirkabel

Modul nirkabel dan sirkuit RF memberikan produk IoT kemampuan kunci untuk berkomunikasi dengan lingkungan sekitar, mengumpulkan data dan mengirimkannya ke server online dan offline.

Hari ini, pasar dipenuhi dengan modul dan komponen RF yang ramah IoT, semuanya menjaga jejak yang kecil sambil menyertakan sebanyak mungkin fungsionalitas.

Namun, seiring dengan berkembangnya kebutuhan konektivitas dunia, teknologi nirkabel akan menemukan jalan ke lebih dan lebih perangkat, dan desainer PCB akan harus menghadapi tantangan memasang modul yang lebih kuat dan andal pada papan yang jauh lebih kecil.

Protokol yang menentukan jangkauan, kecepatan transfer data, dan keamanan kemungkinan besar akan perlu direvisi dan diperbarui untuk memenuhi kebutuhan yang muncul.

Hal yang lebih menarik lagi adalah, dengan standarisasi menjadi norma, sepenuhnya mungkin untuk memiliki satu protokol nirkabel utama yang menguasai dunia IoT di masa depan.

8. Fokus yang Lebih Tajam pada Konsumsi Daya

Produk IoT di masa depan kemungkinan besar akan mengakhiri port daya fisik dan sumber daya colok untuk mendukung baterai dan kemampuan pemanen energi untuk mendorong portabilitas, bersama dengan kecerdasan buatan.

Pasar IoT semakin merindukan perangkat pintar yang bekerja terus-menerus dengan sedikit atau tanpa intervensi manusia. Oleh karena itu, desainer PCB akan perlu menekankan lebih pada efisiensi energi untuk sukses di masa depan.

Gambar 10 – Anggaran Daya

Pendekatan yang menjanjikan untuk konsumsi daya yang lebih baik adalah anggaran daya untuk blok fungsi individu pada PCB daripada mempertimbangkan produk secara keseluruhan. Dengan cara itu, desainer akan mendapatkan fleksibilitas yang sangat diperlukan untuk mengidentifikasi dan menyempurnakan komponen yang boros daya.

9. Pengembangan PCB—PCB untuk Tubuh Manusia

Kolam elektronik kesehatan dan kebugaran meluas setiap tahun seiring dengan pengembang IoT menemukan cara baru untuk membuat kehidupan sehari-hari lebih baik. Namun, tubuh manusia menantang beberapa tantangan unik bagi desainer PCB.

Misalnya, sifat yang sangat kehilangan dari tubuh kita berarti bahwa setiap perangkat yang dimaksudkan untuk dikenakan atau disimpan di saku perlu mempertahankan sinyal yang kuat untuk mengatasi derau.

Selanjutnya, karena kelembaban dan sirkuit tidak cocok, merancang wearable IoT memerlukan pengembang untuk mempertimbangkan efek keringat dan air dengan hati-hati.

Gambar 11 – Chip Pemantauan PsiKick Ultra-Rendah Daya (dari phys.org)

Insinyur mekanik memainkan peran signifikan dalam mengembangkan paket yang tahan kelembaban. Namun, semakin banyak penggunaan perangkat IoT muncul, desainer PCB akan perlu melakukan lebih banyak lagi untuk memastikan komponen sensitif terlindungi dengan baik.

10. Pengembangan PCB—Pendekatan yang Lebih Kokoh terhadap Keandalan

Perangkat IoT yang dikecilkan memerlukan presisi yang besar untuk diproduksi. Meskipun sebagian besar desainer biasanya nyaman menukar komponen through-hole yang terbakar pada papan sirkuit tradisional, pasar IoT tidak mentoleransi kegagalan.

Perangkat sensitif seperti jam tangan dan alat pendengar harus bekerja setiap saat.

Seiring dengan meningkatnya permintaan produk IoT, desainer PCB harus memastikan papan mereka bekerja sempurna langsung dari kotak.

Ini berarti menghabiskan banyak waktu dalam program simulasi seperti PSpice, mengoptimalkan prototipe mereka dengan hati-hati untuk performa terbaik sebelum memulai pembuatan fisik.

Kesimpulan Pengembangan PCB

Desain elektronik sedang melalui perubahan yang luas untuk mengikuti IoT. Pendekatan baru sedang menjadi pusat perhatian, dan pembuat PCB secara bertahap menerima pengembangan produk secara keseluruhan dan tidak hanya desain papan sirkuit.

Seiring dengan meningkatnya permintaan akan papan sirkuit canggih dengan komponen kecil dan ringan, desainer dan pabrikasi dengan imajinasi dan keahlian untuk memanfaatkan peluang yang muncul akan mendapat manfaat yang dalam.

Jadi, apakah Anda adalah pemain dalam permainan IoT? Apakah Anda ingin bermitra dengan perusahaan yang mengerti tentang pengembangan PCB untuk Internet of Things? Hubungi WELLPCB Limited dan mulailah hari ini.