PCB Flessibili e Internet delle Cose: Come si sta Evolvendo il Panorama della Progettazione di PCB
L'IoT è una nuova categoria di gadget ed elettrodomestici che rivoluzionano il mercato dei consumatori. Tuttavia, sviluppare quello smartwatch non è tanto facile quanto indossarlo. I progettisti di PCB devono superare gli ostacoli dello sviluppo di soluzioni hardware potenti dentro a questi prodotti tanto piccoli. Infatti queste PCB devono racchiudere alte prestazioni in uno spazio ridotto, preservando al contempo l'affidabilità e il budget del prodotto. Per fortuna, i recenti miglioramenti apportati a una categoria di PCB spesso trascurata hanno ribaltato la situazione. I circuiti stampati flessibili sono risultati essere la migliore tecnologia per i progetti relativi all'Internet of Things.
In qualità di progettista di PCB, so bene che questo mondo si è trasformato drasticamente negli ultimi due decenni. Non appena avevo finito gli studi nella metà degli anni '90, tutti i miei primi progetti riguardavano una delle due aree principali: computer e periferiche per computer. Sicuramente esistevano anche quegli strani stereo e le radiosveglie, ma il 90% delle volte lavoravo su una scheda madre desktop o qualcosa di simile. Il che significava che, solitamente, non dovevo impegnarmi così a fondo durante la progettazione. Il tutto stava su una scheda a due strati. Era un'epoca diversa. Fortunatamente, le cose sono cambiate parecchio.
La connessione con il cloud è indispensabile per l’IoT
Ma passiamo ai giorni nostri, e sto ancora progettando PCB. Ma non sono più i computer desktop i progetti più richiesti - si tratta invece dell'Internet delle cose (IoT). Con questa nuova tipologia di computer embedded si è aperta una nuova categoria di gadget e dispositivi, specialmente quelli denominati "smart home".
Caffettiere, bollitori, frigoriferi, luci, orologi e persino le automobili stanno diventando parte di questa tecnologia del XXI secolo. Grazie all'integrazione di funzioni come il controllo da cloud, l'accesso da remoto e persino il machine learning (il condizionatore si accende da solo quando tornate dal lavoro), si comincia davvero a percepire il futuro. Naturalmente, per noi progettisti di PCB e ingegneri elettrici, si traduce in molto più che qualche stupido trucchetto.
Internet of Things: Più Complicato di Quanto Credete
Per ovvie ragioni, costruire un PCB per un dispositivo IoT è una vera sfida. Lo spazio, ad esempio, è molto importante. La maggior parte dei prodotti dell'internet delle cose sono piccoli elettrodomestici, centraline o oggetti da indossare destinati al mercato dei consumatori, che vogliono dispositivi precisi e compatti. Inoltre, alcuni di questi dispositivi non sono nemmeno concepiti per l'hardware che devono montare. Si tratta piuttosto di estetica, il che significa spazi ridotti e irregolari per installarci l'hardware.
E poi c'è la questione delle prestazioni. Nessuno rimarrà entusiasta se il frigorifero ha bisogno di "caricare", e se ci vogliono un paio di secondi per far apparire YouTube sullo smartwatch. Sul PCB dovranno essere installati dei circuiti integrati e almeno un SoC, se non due. Per concludere, bisogna considerare l'affidabilità; i consumatori che acquistano questi gadget si aspetteranno che "funzionino da soli". Ciò significa che qualsiasi sia la vostra scelta progettuale, deve avere delle solide fondamenta. Non c'è spazio per gli errori (non c'è spazio, punto) come una volta. A questo punto vi starete chiedendo, come si stanno comportando i progettisti più furbi?
Gli smartwatch sono il dispositivo tipico dell'IoT. Hanno bisogno di prestazioni elevate in un contenitore minuscolo.
PCB Flessibili: Il Migliore Amico dei Progetti IoT
Permettetemi di condividere con voi un po' di esperienza personale. Le vecchie schede a due strano non sono più fattibili. Non sono abbastanza efficienti dentro a spazi così ristretti. Probabilmente starete pensando: "Forse è meglio usare delle schede multistrato ad alta densità?". Il che è tecnicamente corretto, ma la mia esperienza mi dice che ci sono più problemi che benefici. infatti i prodotti IoT (soprattutto gli indossabili) sono sempre in movimento, il che significa che questo tipo di schede si spezzano troppo facilmente. Non solo, possono essere installate in uno spazio piatto. Ma c’è una soluzione migliore, su cui tutti i produttori sembrano essere d’accordo. I PCB flessibili sono diventati di fatto lo standard nel contesto dell'IoT, diventando il tipo di PCB più importante attualmente. Realizzati con strati di poliammide, i PCB flessibili sono in grado di soddisfare le stesse specifiche dei circuiti stampati rigidi. Si adattano ad un sacco di contesti senza dover sacrificare l'affidabilità a lungo termine e hanno dimostrato di avere grande successo nelle applicazioni dell'IoT. Ma soprattutto, la loro natura flessibile permette loro di adattarsi facilmente alla geometria ridotta di molti prodotti dell'internet delle cose.
Mi è capitato più volte di poter sfruttare un po' di quello spazio che con le schede tradizionali avrei sprecato. Non ho nemmeno avuto bisogno di tanti connettori né di cavi a nastro, e sappiamo tutti quanto possano essere ingombranti e fastidiosi. Potenzialmente, potreste creare un unico progetto che sia in grado di adattarsi a diversi prodotti IoT con form factors diversi (cosa che il mio capo ha adorato). I PCB flessibili e l'internet delle cose - un abbinamento a regola d'arte.
Con così tante aziende grandi e piccole che cercano in qualche modo di inserirsi nel mercato dell'IoT, vi troverete sicuramente a lavorare su un progetto IoT nel prossimo futuro. Naturalmente, se siete come me, potreste temere di non essere in grado di progettare un PCB flessibile. Considerando le difficoltà già esistenti associate a un progetto IoT, perché complicarsi ulteriormente la vita? Ma, proprio come nel problema "l'uovo o la gallina", il mercato in espansione dell'IoT ha migliorato i PCB flessibili che si sono rivelati tanto necessari.
Circa 8 anni fa mi ricordo di aver visto alcuni prototipi di PCB flessibili durante l'incontro con un fornitore, ed erano effettivamente piuttosto semplici. Oggi, le moderne tecniche come SMT, microvias, substrati multistrato e i circuiti integrati BGA sono facilmente applicabili. Con una maggiore domanda in questo mercato, i produttori sono in grado di fornire queste soluzioni a costi inferiori. A parità di budget, vi sono molte più opzioni di design per i PCB flessibili. Infatti, a seguito di un'analisi costi-benefici, i PCB rigidi non sono più i più convenienti.
Sono diventate anche più resistenti e, di conseguenza, sono anche più affidabili. Tuttavia, sussiste ancora una complicazione, ovvero il processo di progettazione stesso. Il lavoro in ambiente CAD PCB è sostanzialmente lo stesso: tracciare le tracce, selezionare e posizionare i componenti, aggiungere ulteriori livelli. Inoltre, i migliori software di progettazione sono persino in grado di gestire progetti flessibili e vi daranno informazioni sulla scelta delle dimensioni e della geometria. Onestamente, se non siete ancora convinti, la diffusione dei PCB flessibili sarà così grande da costringervi a lavorarci su. E se li ritenete ancora troppo acerbi, fidatevi che matureranno in futuro.
Spero che siate entusiasti quanto lo sono io a lavorare con i PCB flessibili, lo dico come collega. Sia la tecnologia che gli strumenti di progettazione sono migliorati enormemente. Prima di tuffarvi nel mondo dell'IoT, vi consigliamo di valutare attentamente gli strumenti e le risorse a vostra disposizione.
I PCB flessibili si sono certamente evoluti, ma che dire dei vostri software di progettazione PCB? È in grado di gestire questo tipo di lavoro? Altium vi offre diverse soluzioni che si adattano alle vostre esigenze ottimizzando anche il vostro modo di lavorare.
Il nostro software professionale di progettazione PCB è pensato per semplificare la difficile progettazione di prodotti IoT di successo. Con il suo supporto ai progetti con PCB flessivi, infiniti strumenti di testing, e un’interfaccia intuitiva, Altium è un software affidabile con solide fondamenta per il vostro prossimo progetto IoT.