Desde su invención a comienzos de siglo y su patente por Paul Eisler en 1943, las placas de circuito impreso han evolucionado y avanzado mucho más allá de sus funcionalidades originales.
Las PCB actuales son sistemas diminutos, multicapa y complejos que apenas se parecen a sus primeros antecesores. También se producen a un ritmo mucho más alto y eficiente que nunca gracias al sofisticado software de diseño y a los procesos de fabricación. Incluso hace 10 años, las microvías, la HDI y las FPGA solo se veían en los diseños más caros, pero ahora están fácilmente disponibles para diseñadores de todo el mundo.
Sin embargo, a medida que la tecnología y la demanda de los consumidores crecen y se desarrollan, también deben hacerlo las PCB. Como base de todos los dispositivos electrónicos, las PCB sienten una intensa presión para su desarrollo y crecimiento. Con los consumidores presionando por dispositivos más delgados y rápidos, y con las industrias buscando una funcionalidad mejorada, las PCB deben seguir desarrollándose en el futuro.
Pero ¿cómo será exactamente el futuro de las placas de circuito impreso?
Futuro de las PCB
Aunque las PCB modernas se producen a ritmos increíbles y con una complejidad asombrosa, siempre hay margen para el desarrollo. Ya sea en la forma de la propia PCB o en los accesorios conectados directamente a la placa, los consumidores siguen exigiendo PCB y funciones de PCB nuevas y diferentes.
También hay mucho margen de crecimiento en el propio proceso de fabricación, ya que el aumento de la complejidad de las PCB introduce nuevos desafíos para las empresas manufactureras. Por eso la mayoría de las predicciones sobre el futuro de las placas de circuito impreso se centran especialmente en las siguientes áreas.
1. Cámaras de placa PCB
Las cámaras de placa, también llamadas cámaras PCB, son cámaras que se montan directamente sobre una placa de circuito. Estas cámaras PCB constan de una lente, un diafragma y un sensor de imagen, y están diseñadas para tomar tanto fotografías digitales como videos. En conjunto, las cámaras tienen aproximadamente el tamaño de una moneda de veinticinco centavos y pueden montarse en placas PCB de cualquier tamaño. Esto significa que estas cámaras son lo suficientemente pequeñas como para incorporarse en casi cualquier dispositivo electrónico.
Desde su introducción, las cámaras de placa se han desarrollado rápidamente, siendo la captura de fotos y videos y la durabilidad las principales áreas de mejora. Ahora, estas pequeñas cámaras pueden tomar imágenes y videos de alta resolución con facilidad. En los próximos años, se espera que las cámaras de placa se desarrollen aún más, creando potentes soluciones tanto para la industria como para la electrónica de consumo.
Debido a su tamaño, las cámaras de placa tienen varias aplicaciones en una variedad de industrias. Estas incluyen:
•Electrónica de consumoLas cámaras de placa han encontrado una gran utilidad en la electrónica de consumo, especialmente en los dispositivos móviles de mano. Hoy en día, los teléfonos inteligentes, las tabletas, las computadoras portátiles y otros pequeños dispositivos electrónicos de mano utilizan comúnmente cámaras de placa. Las empresas de electrónica de consumo están impulsando constantemente el desarrollo de cámaras más pequeñas y potentes.
•Instrumentos médicosEn particular, las pequeñas cámaras de placa han encontrado un nicho en la industria médica para procedimientos no invasivos y mínimamente invasivos. Actualmente se utilizan cámaras del tamaño de una píldora que pueden ser ingeridas por los pacientes, de modo que los médicos puedan obtener videos e imágenes exhaustivos desde el interior del tracto digestivo sin cirugía invasiva. Además, las cámaras portátiles están ganando terreno durante las cirugías como herramienta didáctica.
•Tecnología de vigilancia: Debido a que las cámaras PCB son tan pequeñas, es fácil ocultarlas dentro de objetos, lo que las convierte en una excelente opción para usos de vigilancia. Muchos consumidores, empresas de seguridad y organizaciones utilizan estas pequeñas cámaras para monitorear sus hogares y negocios en busca de intrusos. A medida que la tecnología mejora, sus aplicaciones de vigilancia continúan creciendo.
Estas industrias son solo algunos ejemplos de cómo se pueden utilizar las cámaras de placa y de cómo las tendencias pueden continuar en el futuro. En la actualidad, la industria de las cámaras de placa se está orientando más hacia cámaras de placa personalizables que sean a la vez de alta calidad y duraderas. También se están desarrollando capacidades mejoradas para condiciones de día/noche y baja iluminación, a fin de ayudar a mejorar tanto las aplicaciones de imagen médica como de vigilancia.
2. Electrónica Impresa en 3D
La tecnología de impresión 3D es probablemente una de las innovaciones tecnológicas más emocionantes de los últimos años. Desde órganos impresos en 3D hasta armas de fuego y municiones, la impresión 3D ha logrado cosas increíbles en una variedad de industrias. La industria de las PCB no es diferente.
La impresión 3D ha demostrado ser fundamental para una de las grandes innovaciones en PCB de los últimos años: la PE 3D. La electrónica impresa en 3D, o PEs 3D, está posicionada para revolucionar la forma en que se diseñarán los sistemas eléctricos en el futuro. Estos sistemas crean circuitos 3D imprimiendo un sustrato capa por capa y luego añadiendo encima una tinta líquida que contiene funcionalidades electrónicas. Posteriormente se pueden añadir tecnologías de montaje en superficie para crear el sistema final. El resultado es un circuito que puede adoptar cualquier forma imaginable.
La PE 3D puede potencialmente ofrecer enormes beneficios técnicos y de fabricación tanto para las empresas de fabricación de circuitos como para sus clientes, especialmente en comparación con las PCB 2D tradicionales. Estas ventajas incluyen:
•Diseños novedososAl permitir que los circuitos se impriman sobre una forma existente, las técnicas de fabricación de PE 3D posibilitan que los circuitos adopten formas nuevas e increíbles que simplemente no eran posibles con la fabricación tradicional de PCB. Los PE 3D pueden moldearse para adaptarse a cualquier soporte de circuito y, al mismo tiempo, combinar funciones electrónicas, ópticas y mecánicas. Esto permite nuevas características y optimizaciones de producto. Los PE 3D no solo pueden moldearse, sino que también pueden escalarse para imprimir en componentes más grandes que cualquier cosa posible mediante métodos de fabricación de PCB 2D.
•Eficiencia mejoradaDado que la fabricación de PE 3D es un proceso aditivo que utiliza métodos digitales, es mucho más conservadora en el uso de materiales que la fabricación de PCB 2D. El sistema solo aplica la cantidad de material necesaria y nada más, lo que significa que los materiales se utilizan de manera más eficiente. Además, el aspecto digital del proceso de producción aumenta la precisión general al eliminar fuentes de error humano. Aunque los circuitos a veces seguirán fallando con este método, el aumento de la automatización reduce la probabilidad de fallos, mejorando la eficiencia general.
•Respetuoso con el medio ambienteDado que no existe una limitación real sobre el tipo de material de sustrato que puede utilizarse en la fabricación 3D PE, las casas de PCB pueden seleccionar cualquier material que deseen. Esto facilita mucho una producción respetuosa con el medio ambiente, ya que pueden elegir materiales reciclables y de bajo costo.
Gracias a estas ventajas, la producción de PE 3D ha avanzado rápidamente y se está orientando hacia la producción masiva de gran volumen. Aunque las aplicaciones de PE 3D son relativamente limitadas en la actualidad, restringiéndose principalmente a indicadores, antenas y sensores, se está llevando a cabo una cantidad significativa de investigación para ampliar las capacidades de fabricación de los PE 3D. Esto incluye el desarrollo de los tipos de superficies sobre las que se pueden imprimir, los tipos de SMD que se les pueden añadir y las herramientas de fabricación que se pueden utilizar para imprimirlos.
Muchos líderes de la industria esperan que la industria de PE 3D se expanda rápidamente a medida que las empresas manufactureras y las industrias de consumo descubran nuevos métodos y aplicaciones para la tecnología de PE 3D.
3. Autocolocadores de PCB
La mayoría de las PCB actuales incluyen un autorouter en su diseño. Este componente de la PCB enruta las funciones electrónicas a lo largo de la placa para modelar las características del diseño de la PCB, lo que hace que el proceso de automatización sea mucho más sencillo.
Sin embargo, los autoruteadores son difíciles de crear y configurar, y requieren una gran cantidad de tiempo y mano de obra. Debido a esta dificultad, el tiempo ahorrado mediante la automatización se pierde en el proceso de configuración. Por esta razón, muchos fabricantes y diseñadores de PCB están considerando los autocolocadores como una alternativa. Los autocolocadores hacen que el proceso de automatización sea mucho más rápido al intentar integrar los sistemas CAD mecánicos y eléctricos, simplificando el proceso de fabricación. Hasta el día de hoy, las herramientas de colocación automática no han logrado ser aceptadas en la industria de fabricación de PCB en general. La razón radica principalmente en la diferencia entre las restricciones de los autocolocadores y las de los autoruteadores:
•AutoruteadoresLas restricciones de enrutamiento están dictadas principalmente por las características de la placa, las cuales pueden modelarse fácilmente dentro del entorno de diseño de PCB. Estas propiedades incluyen el número de capas, el espaciado entre pistas, las distancias de conexión y las direcciones de las capas.
•AutocolocadoresLas restricciones que dictan la colocación de los componentes pueden estar determinadas por consideraciones mecánicas. Estas incluyen la forma de la carcasa del producto, cuestiones ergonómicas como la posición de los botones, la disipación de calor y la optimización de pick-and-place.
Las restricciones que dictan el funcionamiento de los autocolocadores no necesariamente tienen que ver con el diseño de la placa, sino más bien con el diseño del producto. Esto puede suponer una sobrecarga significativa para los diseñadores, ya que deben tener en cuenta mucho más que el diseño de la PCB. Aunque los autocolocadores pueden acelerar sustancialmente los procesos de fabricación en comparación con los autoruteadores, esto dependerá principalmente de optimizar la gestión de restricciones del autocolocador. Aquí es donde debe entrar en juego la nueva tecnología.
La tecnología de diseño de PCB está en auge recientemente, y con ella la idea de sistemas CAD integrados. Dado que los auto-colocadores dependen tanto de los aspectos de diseño eléctricos como mecánicos, es necesario un sistema CAD eléctrico y mecánico integrado que aplique restricciones en ambos ámbitos para hacer que los auto-colocadores sean más eficientes.
Con la adopción de estas opciones de software de diseño, los autoplacers están convirtiéndose lentamente en la alternativa más eficaz a los autorouters. Se espera que este cambio de los autorouters a los autoplacers aporte beneficios reales al proceso de diseño de PCB.
4. Capacidades de alta velocidad
El mundo actual es increíblemente acelerado, lo que exige que las personas y la tecnología se muevan con la misma rapidez. A medida que pasan los años, esperamos que todo sea aún más rápido, incluidos los dispositivos electrónicos. Para que nuestros dispositivos puedan mantenerse al día con esta creciente demanda de velocidad, la tecnología de PCB tendrá que adaptarse en consecuencia.
Las PCB de alta velocidad son un tema particular para los diseñadores, principalmente porque la definición de una PCB de alta velocidad es relativamente imprecisa. La definición generalmente aceptada de una PCB de alta velocidad es aquella en la que la integridad de la señal se ve afectada por el diseño del circuito. Esto puede significar diferentes cosas:
•Señal digitalEn las señales digitales de PCB, la información está contenida en los pulsos digitales. Por lo tanto, los efectos sobre la integridad de la señal pueden manifestarse como señales digitales retrasadas o canceladas.
•Señal analógicaEn un circuito analógico de alta velocidad, la información reside en la forma de la señal. En estos casos, los problemas de integridad de la señal se manifestarán como formas de señal alteradas.
En ambos casos, la integridad de la señal puede verse afectada negativamente por varios factores, tanto dentro como alrededor de la PCB. Estos incluyen el dieléctrico de la PCB, la longitud de las pistas, la proximidad a otras señales y al EMI, entre otros factores. Muchos diseñadores de alta velocidad saben cómo ajustar los diseños para mitigar estos problemas, pero constantemente se están desarrollando nuevos métodos, así como nuevas herramientas de software para gestionar diseños de alta velocidad.
Para obtener más información sobre las técnicas actuales de diseño de PCB de alta velocidad, visita nuestra página de recursos de diseño de PCB para leer nuestros artículos sobreconsejos de diseño de alta velocidady cómoreducir la influencia de EMI en diseños de alta velocidad.
A medida que la funcionalidad de alta velocidad siga siendo muy demandada en el futuro, las innovaciones en placas de circuito impreso centradas en diseños de alta velocidad continuarán siendo necesarias. Los expertos de la industria de PCB esperan que las innovaciones de alta velocidad sigan siendo una parte importante del futuro de las PCB.
5. Un enfoque en los PCB flexibles
La industria de PCB ya es una industria de rápido crecimiento, y algunos estudios estiman que el mercado crecerá de 63,5 mil millones de dólares en 2016 a 73,8 mil millones de dólares en 2021. Sin embargo, el segmento de más rápido crecimiento de la industria de PCB eslos PCB flexibles: se proyecta que crecerán hasta 15,2 mil millones de dólares para 2020 y 27 mil millones de dólares para 2022.
Entre la electrónica portátil, las pantallas flexibles y las aplicaciones médicas, la tecnología flexible está impulsando a la industria cada vez más hacia las PCB flexibles y flexo-rígidas. La tecnología de PCB flexibles ya está superando a las PCB rígidas en términos de crecimiento de ventas, lo que significa que el futuro se ve prometedor.
Entonces, ¿por qué las PCB flexibles son tan populares? Gracias a su flexibilidad, las PCB flexibles pueden soportar más esfuerzo y flexión que las PCB rígidas e incluso pueden doblarse para encajar en espacios 3D complicados, lo que las hace útiles para aplicaciones en las que la flexión es algo habitual. Además, suelen ser muy ligeras y delgadas, y aun así siguen siendo relativamente fáciles de fabricar en grandes cantidades.
Varias industrias están impulsando la tendencia hacia las PCB flexibles, entre ellas:
•Iluminación LEDLa iluminación LED es extremadamente popular como una alternativa brillante y de bajo consumo a las bombillas incandescentes tradicionales. En el caso de las tiras de iluminación LED, la flexibilidad a lo largo de la tira es clave para que los clientes puedan doblarla según sus necesidades. Los PCB flexibles aportan esta funcionalidad necesaria.
•Tecnología ponibleHoy en día, los dispositivos electrónicos portátiles son cada vez más populares, y se espera que el mercado global alcance los 30,6 mil millones de dólares para 2020. Estos dispositivos electrónicos suelen estar integrados en prendas de vestir y accesorios flexibles como calcetines inteligentes, cinturones y pulseras. Incluso algunos cascos deportivos ahora incorporan sensores, utilizando PCB, para monitorear impactos y velocidad. Las PCB flexibles son necesarias para estas aplicaciones, tanto por motivos de flexibilidad como para soportar golpes y vibraciones.
•Pantallas flexiblesLas pantallas flexibles han recibido atención durante años, pero aún son relativamente raras de encontrar y todavía no están en uso general debido a los altos costos de fabricación. Sin embargo, una vez que esos costos de producción disminuyan, se espera que los dispositivos flexibles sean lo próximo gran en la tecnología móvil. Capaces de soportar golpes y tensiones mejor que los diseños rígidos típicos, es probable que las pantallas flexibles den lugar a teléfonos inteligentes y tabletas flexibles. Esto probablemente requerirá que todo lo demás en el dispositivo también sea flexible, incluidas las PCB.
•Instrumentación médicaHasta ahora, la innovación en dispositivos médicos se ha centrado principalmente en dos tendencias tecnológicas: la miniaturización y la flexibilidad. Las PCB flexibles permiten a los diseñadores de dispositivos médicos lograr ambas cosas, al posibilitar circuitos compactos sobre un sustrato flexible. Las PCB flexibles también son apreciadas por su fiabilidad y biocompatibilidad, ya que sus conexiones son consistentes y sus sustratos son compatibles para el contacto con tejidos humanos. Por estas razones, las PCB flexibles se han convertido en un pilar de muchos dispositivos médicos y se utilizan en instrumentos quirúrgicos, dispositivos médicos implantables, monitores y sensores.
Debido a su flexibilidad tanto literal como figurada, las PCB flexibles han encontrado diversos usos en toda la industria, lo que las convierte en un producto de alta demanda. Si esta tendencia continúa, se espera que las personas en la industria de las PCB vean un aumento en la demanda de muchos más diseños de PCB flexibles en un futuro cercano.
6. PCB biodegradables
Los residuos electrónicos, también conocidos como e-waste, son una de las mayores preocupaciones medioambientales de la era moderna. Este tipo de desecho incluye artículos electrónicos como computadoras, portátiles, televisores, teléfonos inteligentes y electrodomésticos, muchos de los cuales contienen partes que no son ni biodegradables ni respetuosas con el medio ambiente. Aunque el reciclaje de residuos electrónicos se ha vuelto popular en los últimos años, el e-waste sigue siendo un problema mientras la gente intenta encontrar formas de deshacerse de los aparatos electrónicos viejos.
Los PCB son una gran parte de este problema. Algunos materiales de PCB no se degradan muy bien y a menudo terminan en vertederos, contaminando el suelo circundante. Este problema se ve agravado por el hecho de que los productos químicos utilizados durante el proceso de fabricación de PCB suelen ser perjudiciales para el medio ambiente si no se eliminan adecuadamente.
Teniendo en cuenta la cantidad de aparatos electrónicos que el consumidor promedio utiliza a lo largo de una década, junto con la tendencia de la industria hacia productos eléctricos de corta duración, esto puede significar muchas placas de circuito impreso desechadas que causan daño al medio ambiente.
Se han propuesto muchas soluciones a este problema, desde el desecho masivo hasta los servicios organizados de recolección de residuos electrónicos. Algunos actores incluso apoyan la idea de extraer metales preciosos de los residuos electrónicos, como paladio, plata, oro, galio y tántalo, para reutilizarlos mediante fundición y refinación. Esto, a su vez, reduciría la presión sobre las empresas mineras para producir enormes cantidades de metal para la industria electrónica.
Cuando se trata específicamente de los PCB, algunos científicos proponen abordar el problema de la contaminación cambiando los procesos de fabricación de PCB. Esto significaría sustituir los sustratos tradicionales por alternativas más respetuosas con el medio ambiente. Los sustratos biodegradables se encuentran actualmente bajo un estrecho examen, al igual que las alternativas que no requieren productos químicos de grabado dañinos para finalizar el proceso de ensamblaje.
Ambos ayudarían a reducir el impacto ambiental de la industria electrónica en general y podrían contribuir potencialmente a reducir los costos de ensamblaje y fabricación.
Otros avances futuros en la industria de PCB
Las mejoras e innovaciones en la industria de PCB mencionadas anteriormente no existen de forma aislada. Muchas otras innovaciones potenciales se encuentran justo más allá del horizonte tecnológico.
Uno de estos avances es la idea de las PCB como componentes activos del sistema. En la actualidad, las PCB se utilizan como componentes de conexión en la electrónica, transmitiendo mensajes entre componentes activos para que el dispositivo en su conjunto pueda funcionar. Los ingenieros están trabajando actualmente para convertir las propias PCB en sistemas activos, reduciendo el número de componentes en la PCB mientras se mantiene la funcionalidad.
Otros avances se refieren a la interacción entre estas innovaciones. Por ejemplo, la fabricación de PE en 3D está ampliando los tipos de materiales que pueden utilizarse para los circuitos. Esto hace que el uso de materiales de sustrato flexibles y biodegradables sea más viable. Al utilizar combinaciones de estas ideas innovadoras, los diseñadores de PCB pueden lograr nuevos diseños increíbles que mantienen a la industria de PCB en constante avance.
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