PCB 개발 – 미래 동향에 대해 모를 수도 있습니다!

PCB 개발에서 사물 인터넷 시대가 도래했으며 디지털 세계의 거의 모든 측면을 장악하고 있습니다. 기대치는 IoT를 "4차 산업 혁명"이자 ".com의 폭발 이후 가장 큰 일"이라고 설명했습니다.

그리고 Gartner의 최근 보고서가 무엇이든 중요하다면 지구는 2020년까지 PCB 개발에 최소 200억 개의 인터넷 지원 장치를 갖게 될 것입니다.

개발자는 이 기술을 활용하여 웨어러블 기기, 홈 자동화, 의료 모니터링 시스템, 지능형 자동차, 미래 도시와 같은 혁신을 위해 지능적으로 연결된 플랫폼을 개발합니다.

IoT는 블록의 최신 기술 키드로서 물리적 구성 요소와 디지털 구성 요소 간의 연결에 대한 낙관적인 견해를 제시합니다. 이 기사에서는 사물 인터넷의 발전과 미래에 대해 자세히 설명합니다. 그것에 대해 더 알고 싶으십니까?

IoT:PCB 개발에 대한 새로운 접근 방식 추진

오늘날 PCB 개발의 주요 트렌드 중 하나는 플렉스 및 고밀도 인터커넥트(회로 기판 제작. 기존 PCB 라우팅 방법으로는 달성할 수 없습니다. HDI를 사용) 기판의 사용이 점점 더 보편화되고 있다는 것입니다. 대부분의 IoT 기기는 움직이는 동안 사용하도록 되어 있으며, 플렉스 PCB를 사용하면 배선이 간소화되는 동시에 열악한 조건에서도 추가적인 저항을 얻을 수 있습니다.

또한 기판 표면적이 감소하고 라우팅 밀도가 증가함에 따라 개발자는 견고한 PCB 제조로 눈을 돌립니다. 여기에서 조건은 소중한 공간을 절약하기 위해 블라인드 및 매립 비아와 같은 다층, 단면, 메탈코어, HDI 기술에 적용됩니다. HDI 디자인은 또한 전력 소비를 낮추고 성능을 향상시켜 IoT 기기에 적합합니다.

그림 2 – 유연한 PCB

PCB 설계에 대한 플렉스 및 HDI 접근 방식을 결합하면 기업이 성능 저하 없이 열 스트레스 및 신호 손실과 같은 요인의 영향을 덜 받는 소형 모바일 장치를 만들 수 있습니다. 이제 IoT 장치는 그 어느 때보다 더 작고, 가벼우며, 더 빨라질 수 있습니다.

IoT용 PCB 제작:무엇이 다른가요?

사물 인터넷이 PCB 개발의 완전한 재창조를 필요로 하지는 않았지만 설계 테이블에 새로운 고려 사항을 가져왔습니다.

다양한 설계 접근 방식으로 인해 IoT 기반 PCB의 레이아웃, 제조 및 조립 프로세스는 기존 기판의 레이아웃과 크게 다릅니다.

우선 IoT PCB는 일반적으로 기존 기판의 훨씬 크고 평평한 특성과 달리 리지드-플렉스 또는 플렉스 회로 어셈블리로 구성됩니다.

플렉스 어셈블리로 제작하려면 굽힘 비율, 수명 주기 반복, 신호 트레이스 두께, 리지드 및 플렉스 회로 레이어, 구리 중량, 보강재 배치, 구성 요소에서 생성되는 열에 대한 광범위하고 매우 정확한 계산이 필요합니다.

또한 IoT용 PCB를 개발하려면 설계자가 단단한 면과 유연한 면 모두에서 레이어 간의 강력한 접착을 보장하고 0201 및 00105 패키지와 같은 매우 작은 구성 요소에 대해 확실히 이해해야 합니다.

그림 3 – 영구적으로 연결된 플렉스 및 리지드 회로 기판. Rigid-Flex HDI 설계 시

IoT 장치용 PCB의 적절한 인쇄를 위해서는 특수 도구 및 고정 장치가 필요합니다. 예를 들어, 리지드-플렉스 PCB로 작업한다는 것은 개발자가 리지드 및 플렉스 회로 부분의 다양한 두께에 효과적인 인쇄를 위해 기판을 완전히 평평하게 유지하기 위한 고유한 액세서리가 필요하다는 것을 의미합니다.

IoT 장치용 PCB의 적절한 인쇄를 위해서는 특수 도구 및 고정 장치가 필요합니다. 예를 들어, 리지드 플렉스 PCB로 작업한다는 것은 리지드 및 플렉스 회로 부분의 다양한 두께에 효과적인 인쇄를 위해 기판을 완전히 평평하게 유지하기 위해 개발자에게 고유한 액세서리가 필요하다는 것을 의미합니다.

따라서 많은 IoT 스타트업과 신진 디자이너는 PCB 개발을 위해 전문 EMS 회사와 파트너 관계를 맺습니다. 제품을 적시에 성공적으로 출시해야 합니다.

PCB 개발 – IoT와 PCB 설계의 미래

사물 인터넷은 PCB 산업에 미래의 많은 노력을 제공하며 회로 기판 개발자는 이미 이 기술로 상당한 발전을 이루고 있지만 아직 더 많은 것이 오지 않았습니다. 다음은 IoT가 PCB 개발의 현재와 미래에 영향을 미치는 몇 가지 독특한 방식입니다.

1. 레이아웃 축소

정교한 IoT 장치의 출현은 개발자가 트랙, 구성 요소 및 비아를 배치할 수 있는 충분한 공간 이상을 갖게 되었던 시대의 종말을 의미했습니다. IoT 트렌드에 따라 제조업체는 착용하거나 주머니에 넣거나 섭취할 수 있는 작은 가제트에 가능한 한 많은 기능을 부여해야 합니다.

그림 4 – Smartwatch PCB

예를 들어, 현재의 스마트워치 작물을 생각해 보십시오. 일반적인 손목시계만큼 크기는 하지만 Samsung Gear S3 및 Apple Watch와 같은 기기에는 LED 디스플레이, 내부 메모리, SoC 컨트롤러, Bluetooth 칩 및 다양한 센서와 같은 하드웨어가 들어 있습니다.

고객은 일상적인 소형 장치에서 점점 더 많은 것을 기대하며, 미래의 PCB 설계자는 스마트워치보다 더 작은 장치를 사용하게 될 것입니다. Rigid-Flex 및 HDI PCB의 일반적인 사용으로 인해 평균 회로 기판은 향후 몇 년 동안 거의 수용되지 않을 것입니다.

2. 더 나은 포장 기술

스루홀 및 표면 실장 패킹 형식은 수년 동안 완전히 실용적이었을 수 있지만 장치가 계속 축소됨에 따라 개발자는 새로운 기술을 탐색할 필요를 찾고 있습니다. 그 중 하나가 MCM(Multi-Chip Module)으로, 설계자가 단일 다이에 여러 IC를 연결하여 폼 팩터를 얇게 유지할 수 있습니다.

그림 5 – 다중 칩 모듈

또 다른 모델인 SiP(System-in-Package)는 디지털, 아날로그 및 RF 시스템을 단일 다기능 칩에 통합합니다. 동시에 3차원 집적 회로(3D-IC)를 사용하면 여러 실리콘 다이를 함께 적층하여 설치 공간을 줄이고 전력 소비를 줄일 수 있습니다.

이러한 패키징 모델 사용의 임박한 폭발은 인쇄된 기판에 엄청난 복잡성을 추가하여 잠재적으로 차세대 PCB 또는 소위 통합 구성 요소 기판(ICB)으로 안내하여 제조업체에 훨씬 더 높은 수준을 제공하도록 설정되어 있습니다. 표면적 비율당 가격

3. PCB 개발 —포괄적인 디자인

PCB 개발자는 보드를 설계하고 적합성 검사를 위해 기계 팀에 전달하고 최종 피팅을 위해 포장 그룹에 전달하는 데 익숙합니다.

그러나 IoT 세계에서는 더 작은 폼 팩터와 더 민감한 구성 요소로 인해 모든 이해 관계자가 설계 프로세스 초기부터 동일한 페이지에 있어야 하는 것이 중요합니다.

기능, 형태 및 비즈니스 요구 사항을 조화시키려면 PCB 제조 및 피팅 계산을 동시에 수행해야 합니다.

그림 6 – KiCad를 사용한 PCB 가상 프로토타이핑

IoT가 빠르게 확산됨에 따라 PCB 설계자는 회로의 세부 사항을 다루기 전에 보드 크기, 제품의 전체 무게, 의도한 인클로저 내 보드의 적합성과 같은 매개변수를 평가하기 위해 훨씬 더 많은 가상 프로토타이핑을 수행해야 합니다.

PCB 제조업체는 더 이상 제품 개발 주기의 또 다른 임시 직원이 아니라 설계 프로세스의 모든 측면에 초점을 맞추는 전문가가 될 것입니다.

4. PCB 개발 —표준화

기존 PCB의 설계를 관리하는 표준이 이미 존재하지만 사물 인터넷은 업계를 훨씬 더 균일한 미래로 이끌고 있습니다. IoT용으로 제작된 PCB는 최고 수준의 효율성과 안정성을 유지해야 합니다.

따라서 설계자는 탁월한 결과를 얻기 위해 회로를 재구성하는 대신 현장에서 이미 시뮬레이션되고 성공적인 것으로 입증된 블록을 재사용할 가능성이 높습니다.

저장 및 재사용은 보드 개발의 표준이 될 것이며 모듈 설계는 기존의 회로도 프로세스를 대체할 것입니다.

5. 기계 설계자와의 협업

가상 프로토타이핑 및 제품 계획 외에도 IoT용 PCB를 개발하려면 회로 기판 설계자와 기계 엔지니어 간의 보다 긴밀한 협력이 필요합니다.

미래의 제품 설계 프로세스는 기계 및 회로 변경 및 수정이 실시간으로 발생하는 접근 방식을 선호하여 오래된 조립 라인 모델을 버릴 가능성이 높습니다.

그림 7 – 전기-기계 통합

설계자는 더 이상 기본 간섭 검사를 위해 기판 개요 및 구성 요소 모델을 공유하기 위해 한 소프트웨어 형식에서 다음 소프트웨어 형식으로 파일을 변환할 필요가 없습니다.

대신 기계 및 전자 엔지니어는 원활한 실시간 공동 작업을 위해 데이터를 더 가깝게 통합하는 ECAD 및 MCAD 도구의 사용을 수용할 것입니다.

물론, 이러한 임박한 결과는 MCAD 소프트웨어는 고사하고 설계 유틸리티가 함께 잘 작동하지 않는 ECAD 업계의 대부분의 플레이어에게 심각한 우려를 불러일으킵니다.

미래의 IoT 설계를 위한 최고의 도구는 엔지니어와 디자이너가 같은 페이지를 보게 될 것입니다.

6. PCB 개발 –신규 자료

IoT의 현대 세계에서 회로는 작아야 합니다. WellPCB는 국내 및 국제 시장에서 DC 모터 컨트롤러를 제공합니다. 유연하고 모바일이 있습니다. 결과적으로 사각형 모양의 PCB 제조에 ​​FR4를 사용하는 것은 점차적으로 유연한 강성 구리, 플라스틱, 심지어 메쉬와 같은 새로운 재료의 기반을 마련하고 있습니다.

그림 8 – Rigid-Flex 구리

앞으로 FR4 디자이너는 대체 재료로 작업하는 방법을 알고 있는 전문가와 협력해야 합니다.

Holst Center 및 Wearable Technologies와 같은 연구 회사는 현재 무선 자율 센서 및 유연한 회로에 대한 컨설팅 및 테스트 서비스를 찾고 있는 IoT 개발자에게 최고의 선택입니다.

7. 무선 연결에 대한 강조

그림 9 – 무선 송신기 모듈

무선 모듈과 RF 회로는 IoT 제품에 주변 환경과 통신하고 데이터를 수집하여 온라인 및 오프라인 서버로 보낼 수 있는 중요한 기능을 제공합니다.

오늘날 시장은 IoT 친화적인 모듈과 RF 구성 요소로 가득 차 있으며, 모두 가능한 한 많은 기능을 포함하면서 설치 공간을 작게 유지합니다.

그러나 세계의 연결 요구 사항이 발전함에 따라 무선 기술은 점점 더 많은 장치에 적용되고 PCB 설계자는 훨씬 더 작은 기판에 더 견고하고 안정적인 모듈을 장착해야 하는 과제를 해결해야 합니다.

범위, 데이터 전송 속도 및 보안을 결정하는 프로토콜은 새로운 요구 사항을 충족하기 위해 수정 및 업데이트해야 합니다.

더욱 흥미로운 것은 표준화가 표준이 되면서 미래의 IoT 세계를 지배하는 하나의 기본 무선 프로토콜을 갖는 것이 완전히 가능하다는 것입니다.

8. 전력 소비에 더욱 집중

미래의 IoT 제품은 인공 지능과 함께 휴대성을 촉진하기 위해 배터리 및 에너지 수확 기능을 선호하여 물리적 전원 포트와 플러그인 소스를 제거할 것입니다.

IoT 시장은 사람의 개입이 거의 또는 전혀 없이 지속적으로 작동하는 스마트 장치를 점점 더 갈망하고 있습니다. 따라서 PCB 설계자는 미래에 성공하기 위해 에너지 효율성에 더 중점을 둘 필요가 있습니다.

그림 10 – 전력 예산

더 나은 전력 소비를 위한 유망한 접근 방식은 제품 전체를 고려하는 대신 PCB의 개별 기능 블록에 대한 전력 예산이 될 것입니다. 그렇게 하면 설계자는 전력 소모가 많은 구성 요소를 식별하고 개선하는 데 필요한 유연성을 얻을 수 있습니다.

9. PCB 개발 —인체용 PCB

IoT 개발자가 일상 생활을 더 좋게 만드는 새로운 방법을 발견함에 따라 건강 및 피트니스 전자 제품 풀은 매년 확장됩니다. 그러나 인체는 PCB 설계자에게 몇 가지 고유한 문제를 제시합니다.

예를 들어 우리 몸은 손실이 매우 크기 때문에 착용하거나 주머니에 넣어야 하는 모든 기기는 잡음을 극복하기 위해 견고한 신호를 유지해야 합니다.

또한 습기와 회로가 섞이지 않기 때문에 IoT 웨어러블을 설계하려면 개발자가 땀과 물의 영향을 신중하게 고려해야 합니다.

그림 11 – 초저전력 PsiKick 모니터링 칩(phys.org에서 제공)

기계 엔지니어는 습기에 강한 패키지를 개발하는 데 중요한 역할을 합니다. 그러나 IoT 장치의 더 많은 용도가 발생함에 따라 PCB 설계자는 민감한 구성 요소를 잘 보호하기 위해 훨씬 더 많은 일을 해야 할 것입니다.

10. PCB 개발 —신뢰성 강화

소형화된 IoT 장치는 제작에 상당한 정밀도가 필요합니다. 대부분의 설계자는 일반적으로 기존 회로 기판에서 튀긴 스루홀 구성 요소를 쉽게 교체하지만 IoT 시장은 실패를 용납하지 않습니다.

손목시계나 보청기와 같은 민감한 장치는 항상 작동해야 합니다.

IoT 제품에 대한 수요가 계속 증가함에 따라 PCB 설계자는 보드가 기본적으로 완벽하게 작동하도록 해야 합니다.

이는 PSpice와 같은 시뮬레이션 프로그램에 많은 시간을 할애하고 물리적 제작에 착수하기 전에 최상의 성능을 위해 프로토타입을 신중하게 최적화한다는 것을 의미합니다.

PCB 개발–결론

전자 설계는 IoT에 발맞추기 위해 광범위한 변화를 겪고 있습니다. 새로운 접근 방식이 중심이 되고 있으며 PCB 제조업체는 회로 기판 설계뿐만 아니라 전체 제품 개발을 점진적으로 수용하고 있습니다.

작고 가벼운 구성 요소가 포함된 강력한 회로 기판에 대한 수요가 더욱 확대됨에 따라 새로운 기회를 활용할 수 있는 상상력과 전문 지식을 갖춘 설계자와 제작자가 큰 이점을 얻을 것입니다.

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