PCB开发——你可能不知道的未来趋势！

在 PCB 开发方面，物联网时代已经到来，它几乎占据了数字世界的方方面面。 Expects 将物联网描述为“第四次工业革命”和“自 .com 爆炸以来最大的事情”。

如果 Gartner 最近的报告算数的话，那么到 2020 年，地球将有至少 200 亿台互联网设备处于 PCB 开发阶段。

开发人员通过利用该技术为可穿戴设备、家庭自动化、医疗监控系统、智能汽车和未来城市等创新开发智能互联平台。

作为最新的技术小子，物联网对物理和数字组件之间的连接性提出了乐观的看法。本文将详细谈谈物联网的发展和未来。想了解更多吗？

物联网：推动 PCB 开发的新方法

当今 PCB 开发的主要趋势之一是越来越普遍地使用柔性和高密度互连（电路板制造。传统的 PCB 布线方法无法实现这一点。使用 HDI）板。大多数物联网设备都是在运动中使用的，使用柔性 PCB 简化了布线，同时提供了额外的抵抗恶劣条件的能力。

此外，随着电路板表面积的减小和布线密度的增加，开发人员转向刚性 PCB 的制造。在这里，这些条件适用于多层、单面、金属芯、HDI 技术，如盲孔和埋孔，以节省宝贵的空间。 HDI 设计还有助于降低功耗和提高性能，使其非常适合物联网设备。

图 2 – 柔性 PCB

将 flex 和 HDI 方法结合到 PCB 设计中，使公司能够在不影响性能的情况下创建不受热应力和信号损失等因素影响的微型移动设备。物联网设备现在可以比以往更小、更轻、更快。

为物联网制造 PCB：有什么不同？

尽管物联网并未要求对 PCB 开发进行彻底改造，但它为设计表带来了新的考虑。

由于不同的设计方法，基于物联网的 PCB 的布局、制造和组装过程与传统电路板有很大不同。

首先，物联网 PCB 通常由刚柔结合或柔性电路组件组成，这与传统电路板大得多且扁平的特性相反。

使用柔性组件进行制造需要对弯曲比、生命周期迭代、信号走线厚度、刚性和柔性电路层、铜重量、加强筋放置以及组件产生的热量进行广泛、高度准确的计算。

此外，为物联网开发 PCB 要求设计人员确保刚性和柔性侧的层之间具有牢固的粘附性，并对 0201 和 00105 封装等非常微小的组件有深入的了解。

图 3 – 永久连接的柔性和刚性电路板。当刚柔结合 HDI 设计时

要正确打印用于物联网设备的 PCB，需要专门的工具和固定装置。例如，使用刚柔结合 PCB 意味着开发人员需要一个独特的配件来保持电路板完全平整，以便在不同厚度的刚性和柔性电路部分上进行有效打印。

要正确打印用于物联网设备的 PCB，需要专门的工具和固定装置。例如，使用刚性-柔性 PCB 意味着开发人员需要一个独特的配件来保持电路板完全平整，以便在刚性和柔性电路部分的不同厚度上进行有效打印。

因此，许多物联网初创公司和新设计师与专业 EMS 公司合作进行 PCB 开发 需要确保成功和及时的产品发布。

PCB 开发——物联网和 PCB 设计的未来

物联网为 PCB 行业提供了许多未来的努力，尽管电路板开发人员已经在该技术方面取得了不错的进展，但还有更多的事情要做。以下是物联网影响 PCB 开发现在和未来的一些独特方式。

1.减少布局

复杂的物联网设备的出现标志着开发人员拥有足够空间来铺设轨道、组件和过孔的日子的终结。物联网趋势要求制造商为小设备提供尽可能多的功能，以便佩戴、装袋甚至摄取。

图 4 – 智能手表 PCB

以目前的智能手表为例。尽管三星 Gear S3 和 Apple Watch 等设备与普通手表一样大，但它包含 LED 显示屏、内部存储器、SoC 控制器、蓝牙芯片和许多传感器等硬件。

客户对小型日常设备的期望越来越高，未来的 PCB 设计师将拥有比智能手表更小的设备。由于刚性-柔性和 HDI PCB 的普遍使用，普通电路板在未来几年将难以接受。

2。更好的包装技术

多年来，通孔和表面贴装封装形式可能已经完全实用，但随着小工具的不断缩小，开发人员发现需要探索更新的技术。其中之一是多芯片模块 (MCM)，它使设计人员能够在单个芯片上连接多个 IC，从而保持纤薄的外形尺寸。

图 5 – 多芯片模块

另一种模型，系统级封装 (SiP)，将数字、模拟和射频系统集成到单个多功能芯片中。同时，3D 集成电路 (3D-IC) 允许将多个硅裸片堆叠在一起，从而减少占用空间并降低功耗。

这些封装模型的使用即将爆发，这将给印制板增加巨大的复杂性，可能会迎来新一代的 PCB，或所谓的集成组件板 (ICB)，它们为制造商提供了更高的性能单位面积价格比。

3. PCB开发 —包罗万象的设计

PCB 开发人员习惯于设计电路板并将其交给机械团队进行装配检查，然后交给包装组进行最终装配。

然而，在物联网的世界中，更小的外形尺寸和更敏感的组件使得每个利益相关者从设计过程开始就在同一页面上至关重要。

PCB 制造和装配计算必须同时进行，以协调功能、形式和业务需求。

图 6 - 使用 KiCad 进行 PCB 虚拟原型设计

随着物联网的迅速普及，PCB 设计人员应该期望在处理电路细节之前进行更多的虚拟原型设计，以评估电路板尺寸、产品总重量以及电路板在预期外壳内的适合性等参数。

PCB 制造商将不再只是产品开发周期中的另一只临时手，而是专注于设计过程各个方面的专家。

4. PCB开发 —标准化

尽管管理传统 PCB 设计的标准已经存在，但物联网正在推动该行业朝着更加统一的未来发展。为物联网制造的 PCB 需要保持最高水平的效率和可靠性。

因此，设计人员可能会选择重用已经在现场模拟并证明成功的模块，而不是重建他们的电路来获得非凡的结果。

保存和复用将成为板卡开发的常态，模块设计将取代传统的原理图流程。

5.与机械设计师合作

除了虚拟原型设计和产品规划之外，为物联网开发 PCB 还需要电路板设计师和机械工程师之间更紧密的合作。

未来的产品设计流程可能会抛弃古老的装配线模型，转而采用实时进行机械和电路更改和修改的方法。

图 7 - 机电一体化

设计人员将不再需要将文件从一种软件格式转换为另一种软件格式来共享电路板轮廓和组件模型以进行基本的干扰检查。

相反，机械和电子工程师将采用 ECAD 和 MCAD 工具，将他们的数据更紧密地结合在一起，以实现无缝、实时的协作。

当然，这种迫在眉睫的可能性引起了 ECAD 行业的大多数参与者的极大担忧，他们的设计实用程序不能很好地协同工作，更不用说与 MCAD 软件配合使用了。

未来物联网设计的最佳工具将使工程师和设计师意见一致。

6. PCB开发 –新材料

在物联网的现代世界中，电路必须很小； WellPCB 在国内和国际市场提供直流电机控制器。我们有一个灵活和移动。因此，在方形 PCB 制造中使用 FR4 正在逐渐为新材料铺平道路，例如刚硬铜、塑料甚至网状材料。

图 8 – 刚柔铜

今后，FR4 设计师将需要与知道如何使用替代材料的专家合作。

Holst Center 和 Wearable Technologies 等研究公司目前是物联网开发人员寻求无线自主传感器和柔性电路咨询和测试服务的首选。

7.更加强调无线连接

图 9 – 无线发射器模块

无线模块和射频电路为物联网产品提供了与周围环境通信、收集数据并将其发送到在线和离线服务器的关键能力。

如今，市场上充斥着物联网友好型模块和射频组件，所有这些都在保持其占地面积小的同时包含尽可能多的功能。

然而，随着世界连接需求的发展，无线技术将进入越来越多的小工具，PCB 设计人员将不得不应对将更强大、更可靠的模块安装到更小的电路板中的挑战。

规定范围、数据传输速度和安全性的协议可能需要修改和更新，以满足新出现的需求。

更令人兴奋的是，随着标准化成为常态，完全有可能让一种主要的无线协议统治未来的物联网世界。

8.更加关注功耗

未来的物联网产品可能会取消物理电源端口和插入式电源，取而代之的是电池和能量收集功能，以促进便携性以及人工智能。

物联网市场越来越渴望能够连续工作且几乎无需人工干预的智能设备。因此，PCB 设计人员需要更加重视能源效率才能在未来取得成功。

图 10 – 功率预算

一个有希望的改善功耗的方法是对 PCB 上的各个功能块进行功率预算，而不是将产品作为一个整体来考虑。这样，设计人员将获得急需的灵活性来识别和改进耗电组件。

9. PCB开发 —用于人体的多氯联苯

随着物联网开发人员发现改善日常生活的新方法，健康和健身电子产品库每年都在扩大。然而，人体对PCB设计人员提出了一些独特的挑战。

例如，我们身体的高损耗特性意味着任何打算佩戴或放在口袋里的设备都需要保持稳定的信号来克服噪音。

此外，由于水分和电路不会混合，设计物联网可穿戴设备需要开发人员仔细考虑汗水和水的影响。

图 11 – 超低功耗 PsiKick 监控芯片（来自 phys.org）

机械工程师在开发防潮包装方面发挥着重要作用。尽管如此，随着物联网小工具的更多用途不断涌现，PCB 设计人员将需要做更多工作以确保敏感组件得到很好的保护。

10. PCB开发 —更加坚定的可靠性

小型化的物联网设备需要非常高的精度来制造。虽然大多数设计人员通常习惯于更换传统电路板上的油炸通孔组件，但物联网市场无法容忍失败。

手表和助听器等敏感设备必须一直工作。

随着对物联网产品的需求不断增长，PCB 设计人员必须确保他们的电路板开箱即用。

这意味着要花费大量时间在 PSpice 等仿真程序上，在开始物理制造之前仔细优化其原型以获得最佳性能。

PCB开发-结论

电子设计正在经历广泛的变化以跟上物联网的步伐。新方法正在占据中心位置，PCB 制造商逐渐将产品开发视为一个整体，而不仅仅是电路板的设计。

随着对具有微型、轻量组件的强大电路板的需求进一步扩大，具有想象力和专业知识以利用新兴机会的设计师和制造商将受益匪浅。

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