Leitfaden zu PCBs und IoT

Gehe zu: Was ist IoT | IoT-gesteuerte PCB-Anwendungen | Die IoT-Gelegenheit für Flex- und HDI-Leiterplatten | PCB-Designanforderungen für das Internet der Dinge | Die Zukunft des PCB-Designs für das IoT | Werden Sie mit MCL zum Branchenführer

Mit Spitznamen wie „die vierte industrielle Revolution“ oder „die Infrastruktur der Informationsgesellschaft“ hat sich das Internet der Dinge, kurz IoT, zur bedeutendsten Bewegung seit der Geburt der Dotcom entwickelt. Die Auswirkungen des IoT sind tief in den Rahmen der Technologie und des täglichen Lebens eingewoben.

Was viele Verbraucher möglicherweise nicht erkennen, ist, dass Leiterplatten des Internets der Dinge an vorderster Front der IoT-Infiltration in die Alltagstechnologie stehen und dass das IoT ebenfalls eine wesentliche Rolle bei einem Wandel in der Entwicklung und Herstellung von Leiterplatten spielt. Da die Nachfrage nach mehr IoT-Geräten steigt, wird es für PCB-Designer immer wichtiger, die Verbindungen zwischen IoT und Flex- und HDI-Leiterplatten zu verstehen.

Was ist IoT?

Das Internet der Dinge ist der Übergang zwischen der physischen und der digitalen Welt, der durch die Schaffung von anderen Geräten als PCs hervorgebracht wurde, die sich mit IP-Netzwerken verbinden. Smartphones sind vielleicht das prominenteste Beispiel für IoT, aber in jüngerer Zeit beweisen die Entwicklung von Apps zur Steuerung von Haushaltsgeräten und Versorgungsunternehmen oder die Einführung tragbarer Technologien und Fahrzeuge mit Datenzugriff, dass das Potenzial des IoT grenzenlos ist.

Unterhaltungselektronik mag die erste Innovation sein, die einem in den Sinn kommt, aber die Fertigungs-, Transport- und Gesundheitsbranche übertreffen sogar Privatautos und Elektronik in ihrer Beherrschung der IoT-Revolution. Daher benötigen diese Großindustrien ein innovatives PCB-Design, das Flexibilität und Hochgeschwindigkeitskonnektivität bietet, um Prozesse auf globaler Ebene zu rationalisieren.

IoT-gesteuerte PCB-Anwendungen

Leiterplatten stehen im Mittelpunkt, damit elektronische Geräte IoT-Funktionen bieten können, die in Smart-Home-Anwendungen oder mobilen Bildschirmen in Armaturenbrettern von Autos zu finden sind, aber das IoT beeinflusst auch das Design und die Anwendungen von Leiterplatten, um der steigenden Nachfrage nach neuen Methoden zur Nutzung des Internets gerecht zu werden, darunter:P>

• Sensoren und Kameras in Autos und Haushaltsgeräten, um ein höheres Maß an Effizienz, Komfort und Sicherheit zu bieten.
• Fitness-Tracker, deren Daten aus der Ferne analysiert werden können.
• Farbtonverändernde Glühbirnen, die benutzerdefinierte Stimmungen für verschiedene Räume schaffen, die von Tablets oder sogar kleineren Smart-Geräten verwaltet werden können.
• Grid-Layouts in Einkaufszentren oder Vergnügungsparks, die Verbraucherwege überwachen, um Einzelhändlern und Kunden maßgeschneiderte Verkaufsmöglichkeiten zu bieten.

PCBs machen nahezu jede neue Idee möglich, sei es die Überwachung der Ankunftszeiten und des Wartungsbedarfs von Zügen, um zuverlässige Transportpläne zu erstellen, oder die Verfolgung des Verkehrs in Echtzeit über Satellit für eine optimierte persönliche GPS-Navigation durch Auto-Dashboards. Bei medizinischen Geräten und Wearables wäre das IoT ohne die Änderungen im PCB-Formdesign, das Flexibilität für jede Form oder hohe Dichte bietet, um kleine Räume mit Hochleistungsfähigkeiten zu füllen, bei weitem nicht so realisierbar wie heute und auch nicht in der Zukunft es ist so viel versprechend.

Die IoT-Gelegenheit für Flex- und HDI-Leiterplatten

Vorbei sind die Zeiten, in denen die Form und Größe des Computers von der Struktur seiner notwendigen inneren Komponenten abhing. Jetzt dreht sich in der Branche alles darum, ein optimales IoT-Produkt zu schaffen, das unabhängig von seiner Form immer gleich funktioniert. Es ist von entscheidender Bedeutung, die internen Schaltkreise neu zu erfinden, um diese Änderung in der Methodik widerzuspiegeln.

Für die Funktionalität und Nachhaltigkeit neuer Formaspekte ist die gedruckte Elektronik wegweisend, um eine anspruchsvolle Fertigung zu ermöglichen. Flex-Leiterplatten und High-Density-Interconnect-Leiterplatten (HDI) bieten Gestaltungsfreiheit, erfüllen die hohen Leistungsanforderungen bei immer knapper werdenden Platzverhältnissen auf Leiterplatten, sind für raue Umgebungen und konstante Gerätebelastung geeignet und bieten eine hohe Kupferzugfestigkeit.

Flex-Leiterplatten und IoT-Vorteile

Durch die Einführung von flexiblen Leiterplatten werden die Designbeschränkungen, die Sie möglicherweise bei starreren, herkömmlichen Leiterplatten finden, drastisch reduziert. Eine flexible Leiterplattenstruktur ermöglicht nicht nur eine Revolutionierung der Formen und Formen, die unsere Elektronik annehmen kann, sondern dank der vorteilhaften Eigenschaften von flexiblen Leiterplatten können auch Kosten und Fehler reduziert werden. Einige der besten Eigenschaften von Flex-PCBs, die sie für IoT-orientierte Designs geeignet machen, sind:

• Kleinere Größe: Die Masse an starren Leiterplatten schränkt die Gestaltungsfreiheiten ein, benötigt aber tendenziell auch mehr Platz im Produkt. Durch die Belegung eines reduzierten Volumens ermöglichen Flex-PCBs, dass Komponenten wie Mikrofone, Satelliten und Batterien in einem kleinen Gehäuse Platz finden, ohne die Leistungsfähigkeit zu beeinträchtigen. Dünne Teile ermöglichen Flex-Leiterplatten auch, dichtere Schaltungen zu unterstützen.
• Geringeres Gewicht: Mit dem geringeren Platzbedarf geht auch eine Gewichtsersparnis von bis zu 95 Prozent einher. Die Option für leichte interne Komponenten macht IoT-Geräte viel vielseitiger für alle Arten von Anwendungen und Umgebungen, wie z. B. empfindliche chirurgische Geräte oder tragbare Hörgeräte.
• Größerer Widerstand: Flex-PCB-Materialien bieten ein verbessertes Maß an Haltbarkeit und erhöhen ihre Widerstandsfähigkeit gegen Belastungen durch Stöße oder Vibrationen. In industriellen Umgebungen, in denen der Einsatz von IoT-Leiterplatten zunimmt, können Flex-Leiterplatten härteren Bedingungen standhalten. In ähnlicher Weise können Flex-PCBs bei Geräten wie Fitness-Trackern Fehlern widerstehen, die durch regelmäßige Bewegung, Körperwärme oder Feuchtigkeit verursacht werden.
• Klarere Verkabelungswege: Flex-Leiterplatten vereinfachen die Verdrahtungsmethoden durch den Wegfall mechanischer Steckverbinder. Wenn man sich zum Beispiel vorstellt, wie die Komplexität der Mechanik unter der Motorhaube eines Autos für IoT-Funktionen verbessert werden kann, wird diese vereinfachte Verkabelung zu einem wertvollen Vorteil.

Die flexiblen Materialien, die flexible Leiterplatten als Schaltungsverbinder verwenden, eröffnen eine Welt voller Möglichkeiten für mobile Geräte und bewegliche Teile und machen sie zu einem unglaublichen Werkzeug für eine Vielzahl von IoT-Bemühungen. Wenn sich für Sie und Ihr Unternehmen Neuheiten bei flexiblen Leiterplatten abzeichnen, wenden Sie sich unbedingt an MCL, um Antworten zu den besten flexiblen Leiterplattenmaterialien für Ihre Branche und Fertigungsangebote zu erhalten.

Um kleinere Räume unterzubringen, die durch Flex-Leiterplatten ermöglicht werden, bieten HDI-Leiterplatten die höchste Leiterplattendichte für eine optimale Schaltungsleistung.

High-Density-Interconnect-PCBs und IoT-Vorteile

Als Vorreiter für kleinteilige Designs, die wir heute in der Personalelektronik sehen, sind HDI-Leiterplatten (High Density Interconnect) ein unverzichtbares Werkzeug. Designer und Hersteller müssen die Vorteile dieser Boards, einschließlich ihrer Geschwindigkeit und Zuverlässigkeit, berücksichtigen, wenn sie sich dem Gesamtbild des IoT direkt stellen. Zu den optimalen Aspekten von HDI-Leiterplatten im Hinblick auf das IoT gehören:

• Reduzierte Größe und Gewicht. HDI-Leiterplatten sind für ihre dichte Bestückung bekannt. Sie zeichnen sich durch kleinere Leiterbahnbreiten und eine überlegene Verdrahtungsdichte aus, dank gestapelter Microvias und anderer Merkmale, die helfen, Platz auf der Platine zu sparen. Kleinere Boards bedeuten mehr Einsatzmöglichkeiten, wodurch sie sich ideal für den Einsatz mit den sich ständig ändernden Strategien des IoT eignen.
• Sauberere Streckenführung. HDI-Boards bieten vielseitige Routing-Optionen dank blinder oder vergrabener Vias und Microvias, die dichte Teile der Schaltung glätten. Darüber hinaus können Designer Durchgangslöcher durch Microvias ersetzen, was zusammen mit den kürzeren Abständen zwischen den Komponenten die Signalintegrität verbessert. Spitzenleistung auf kleinem Raum macht HDI-Leiterplatten entscheidend für die IoT-Optimierung.
• Verbesserte Kosteneffizienz. Eine höhere Energieeffizienz und ein geringerer Bedarf an Schichten führen zu einem Produkt, das sowohl in der Implementierung als auch in der Herstellung kostengünstiger ist. Die kleinere Größe ermöglicht auch die Verwendung von weniger Materialien, um eine funktionale Platte herzustellen.

Die häufigste Verwendung für HDI-Boards war der Vorteil ihrer Miniaturgröße und der Zuverlässigkeit, die sie für die Entwicklung intelligenter IoT-Geräte bieten. Die Dichte ihrer Schaltkreise kann dazu führen, dass Sie Ihre HDI-Leiterplatten nur einem äußerst erfahrenen Lieferanten anvertrauen möchten, da bei ihrer Herstellung besonders sorgfältig vorgegangen werden muss.

Was auch immer Sie für High-Density-Interconnect-Leiterplatten verwenden, Sie können mehr über die Schnellangebotsdienste von MCL erfahren, um die Leiterplatten zu finden, die Ihren Anforderungen entsprechen.

IoT-Potenzial der Kombination von Flex- und HDI-Methoden

Branchenführer konzentrieren sich auf die Kombination von Flex- und HDI-Strategien, um die effizientesten und ansprechendsten Designs zu erstellen. Zu den Vorteilen dieser Verfahren gehören eine hohe Kupferzugfestigkeit, die Erstellung einer Elektronik, die für raue Umgebungen geeignet ist, eine verbesserte Signalqualität und eine Verringerung der thermischen Belastung.

IoT erfordert die Fähigkeit, kleinere Geräte an verschiedene Anwendungen anzupassen, daher ist die Größenfreiheit sowohl von Flex- als auch von HDI-Leiterplatten von entscheidender Bedeutung. Denken Sie bei der Konfiguration der besten Leiterplatte für Ihr nächstes IoT-Design daran, die Anforderungen an das IoT-Leiterplattendesign aufzufrischen, um die beste Leistung zu gewährleisten.

PCB-Designanforderungen für das Internet der Dinge

IoT zwingt Designer dazu, Fragen zu stellen, denen sie sich noch nie zuvor stellen mussten. Anstatt darüber nachzudenken, wie Verbraucher mit Elektronik interagieren, wird es immer mehr zum Standard, zu bewerten, wie sie mit traditionell techniklosen Gegenständen interagieren. Auf diese Weise ändern sich die Ansätze für das PCB-Design, und mit der steigenden Nachfrage nach Haushaltsprodukten, die zu IoT-Geräten werden, ist die Bedeutung der Minimierung von Zuverlässigkeit und Montagefehlern wichtiger denn je.

Die Änderungen im IoT-PCB-Designprozess

Der Prozess der Erstellung IoT-optimierter Produkte beginnt mit der Bewertung neuer Formmöglichkeiten und geht von dort über in die Phasen der Auswahl von PCB-Materialien und -Layouts. Während des gesamten Produktdesignflusses müssen die Anforderungen für die Montage in ein fertiges Produkt berücksichtigt werden.

Einer der branchenweit erschütterndsten Aspekte des IoT ist der Übergang zwischen Mechanik und Elektronik, zwischen dem Produkt selbst und seiner PCB-Form. Die Zusammenarbeit zwischen PCB-Designern, mechanischen Designern und Elektroingenieuren während des gesamten Designprozesses wird zu einem viel relevanteren Thema, das sich von früheren Fließbandemulationsverfahren abhebt.

Tipps und Empfehlungen zum IoT-PCB-Design

Beim Entwerfen einer für das IoT idealen Leiterplatte finden Sie einige wichtige Designbereiche, denen Sie besondere Aufmerksamkeit schenken sollten. Hier sind einige dieser Bereiche zusammen mit Tipps, wie Sie Ihre Leiterplatte für die IoT-Nutzung so fehlerfrei wie möglich machen können:

• Größenanforderungen. Kleine Geräte werden immer kleiner. PCB-Designer haben bei der strategischen Platzierung von Leiterbahnen, Durchkontaktierungen und Komponenten keinen zusätzlichen Platz mehr im Platinenlayout. Erst durch HDI- und Starrflex-Boards wird die richtige Funktionalität und Flexibilität auf engstem Raum erst möglich. Und bei diesen kleineren Formularen ist es wichtiger denn je, sicherzustellen, dass alle IoT-Produktdesigner von Beginn der Designphase an auf derselben Seite sind.
• Produktanpassung. Zusätzlich zur Größe Ihrer Leiterplatte sollten Sie genügend virtuelles Prototyping durchführen, um sicherzustellen, dass Sie die Form Ihres Designs problemlos in die IoT-Form integrieren können, für die es vorgesehen ist. Schaltkreise im IoT müssen oft um nicht traditionelle Materialien herum passen, um die beste Funktionalität zu erzielen, und Sie entscheiden sich möglicherweise für eine Mesh- oder Kunststoffkomponente in Ihren Designs, die Sie nicht erwartet haben.
• Anpassung an den menschlichen Körper. Eine weitere Reihe von Eigenschaften, die gründliche Simulationstests zur Optimierung erfordern, ist die Mechanik, die durch die menschliche Körpertemperatur, Feuchtigkeit und ständige Bewegung beeinflusst werden kann. Dies gilt natürlich nur, wenn das beabsichtigte IoT-Endprodukt tragbar ist oder mit der menschlichen Haut in Kontakt kommt. Achten Sie genau auf thermische Effekte und streben Sie ein Design an, das bei Bedarf eine ausreichende Kühlung ermöglicht.
• Leistungsaufnahme. Das IoT erfordert, wo immer möglich, einen Fokus auf verlängerte Batterielebensdauer und Leistungsintegrität, da diese Geräte in ständiger Kommunikation mit ihren Netzwerken stehen. Der Energieverbrauch muss innerhalb der einzelnen Schaltungsblöcke auf Ihrer Leiterplatte innerhalb eines strengen Budgets gehalten werden, damit das Produkt als Ganzes in einem angemessenen Bereich des Stromverbrauchs bleibt. Der Schlüssel liegt darin, den Stromverbrauch genau zu planen und Ihre Pläne durch gründliche Tests der verschiedenen Aufgabenzyklen Ihrer Leiterplatte, einschließlich der Sende- und Standby-Energiezustände, nachzuverfolgen.

• Zuverlässigkeitsstandards. Industrienormen für die Vertrauenswürdigkeit elektronischer Geräte entwickeln sich ständig weiter. Flexible Leiterplatten zum Beispiel haben verschiedene „Dos and Donts“, um sicherzustellen, dass sie zuverlässig genug sind, um inmitten sich ändernder Belastungen und Umgebungen nicht zu brechen. Verbraucher möchten sicherstellen, dass ihre Geräte betriebsbereit sind und über lange Zeiträume genau bleiben. Angesichts des Drucks, Produkte zu entwickeln, die unzähligen potenziellen Bedingungen standhalten müssen, greifen viele auf Simulationssoftware zurück, um ihre Designs zu testen.
• Drahtlose Konnektivität. Das Internet steht im Namen des IoT, und der Zugriff darauf ist eine Kernvoraussetzung für jede IoT-Leiterplatte. Das Sammeln und Senden von Umgebungsdaten erfordert die Installation der richtigen drahtlosen Module und HF-Schaltungskomponenten. Denken Sie bei der Auswahl der richtigen Teile daran, den Stromverbrauch, die Netzwerkreichweite und -geschwindigkeit sowie alle Sicherheitsanforderungen im Auge zu behalten.

Bei richtiger Kommunikation mit anderen Designern des Produkts und sorgfältigen Tests verbringen Sie möglicherweise viel Zeit in den Schützengräben, bevor Sie Ihr Design fertigstellen. Angesichts der hohen Anforderungen an das IoT und seine wesentlichen Funktionen werden Sie es jedoch nicht bereuen, die Haltbarkeit und Zuverlässigkeit Ihrer PCBs unter verschiedenen sich ändernden Umständen sicherzustellen.

Die Zukunft des PCB-Designs für das IoT

Es stellt sich die Frage, ob das PCB-Design für das IoT mit dem Wachstum und der Expansion der Branche individualisierter oder standardisierter wird. Während jedes IoT-Gerät seine einzigartigen Eigenschaften hat, gibt es gemeinsame Anforderungen, die möglicherweise auf einen höheren Trend hindeuten, viele der gleichen Designprotokolle immer wieder zu mischen und abzugleichen.

Das IoT bietet der Leiterplattenindustrie unzählige neue Herausforderungen und Bestrebungen, und im Moment sehen wir erst den Anfang davon, wie die beiden weiterhin interagieren, die Grenzen zwischen Elektrik und Mechanik verwischen und im Laufe der Zeit noch kleinere Hochleistungs-Minicomputer schaffen werden. Die Nachfrage wird voraussichtlich weiter steigen, und diese Geräte können uns in eine unbestimmte Zukunft voller Technologie und Innovation führen.

Mit MCL zum Branchenführer werden

Bei Millennium Circuits Limited bemühen wir uns, jedes Mal die beste Leiterplatte zu drucken und unseren Kunden dabei zu helfen, ihr Potenzial auszuschöpfen. Von der Erweiterung der IoT-Reichweite durch die Bereitstellung hochwertiger Flex-PCBs bis hin zur Bereitstellung höchster Leistung mit unseren HDI-Boards können Sie sich immer darauf verlassen, dass wir unser Bestes für Sie geben.

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