Las ventajas y desventajas de los componentes cada vez más pequeños.
En 1957 El increíble hombre que se encoge, nuestro héroe Scott comienza a encogerse después de pasar a través de una niebla misteriosa. Él continúa encogiéndose inevitablemente, enfrentando desafíos nuevos y cada vez más graves a medida que avanza la película. No puede subir las escaleras, tiene que evitar al gato y tiene que luchar contra una araña con un alfiler como su única arma.
Los diseñadores de circuitos de hoy se encuentran en la misma situación, obligados a lidiar con componentes eléctricos inevitablemente reducidos. Se están reduciendo y presentando nuevos desafíos cada año, ya sea que los diseñadores quieran o no. Lo mejor que podemos hacer es tratar de comprender y mitigar los riesgos y aprovechar al máximo los beneficios.
Con eso en mente, aquí hay una descripción general de algunos de los principales beneficios y riesgos asociados con el uso de componentes más pequeños.
Un beneficio obvio de los componentes eléctricos más pequeños es que permiten placas de circuito más pequeñas. Ya sea que esto permita incluir una funcionalidad increíble en su reloj inteligente o audífonos inalámbricos, o habilite dispositivos que salvan vidas, como marcapasos implantables o desfibriladores, las placas de circuito más pequeñas están impulsando la innovación. Algunos incluso dicen que los circuitos tragables son el futuro de la medicina. Diseños de circuitos sorprendentes pueden caber en cualquier lugar en estos días.
A medida que los componentes se hacen más pequeños, se vuelven más difíciles de ensamblar de manera confiable. La cantidad de pasta de soldadura requerida para montar una resistencia de paquete 01005 es literalmente microscópica, y controlar eso puede ser difícil. Es más probable que los componentes más pequeños se desplacen con la máquina de recoger y colocar, que se quiten del tablero en el horno o que salgan del horno de reflujo desechados. Los avances en tecnologías están luchando constantemente para mantener el ritmo de los componentes que se reducen.
Otro gran beneficio de los componentes más pequeños es la densidad del circuito. Más circuitos pueden caber en una pulgada cuadrada de espacio PCB que nunca. Los teléfonos celulares, por ejemplo, en realidad no se han vuelto más pequeños en las últimas dos décadas, pero la cantidad de circuitos y la funcionalidad incorporada en ellos ha crecido de manera exponencial. La ergonomía a menudo dicta la forma y el tamaño de un producto, y una mayor densidad de componentes en la PCB solo proporciona más funcionalidad en el mismo espacio anterior.
Puede ser extremadamente difícil volver a trabajar los componentes cuando no son visibles para el ojo humano. Si alguna vez intentó encontrar un resistor 0201 que perdió en su banco o intentó medir su resistencia cuando encontró lo que podría Sé el que perdiste, sabes a lo que me refiero.
En estos días, ningún laboratorio de electrónica está completo sin un microscopio 3D o dos. A medida que los componentes de la tarifa se están reduciendo, esos no serán lujos por mucho tiempo, serán necesidades.
Con el aumento masivo de la electrónica alimentada por batería en la última década o dos, se desean cada vez más circuitos de menor potencia. Los componentes diminutos en pequeñas placas de circuito en productos como auriculares inalámbricos o sensores remotos pueden funcionar en microamperios, lo que brinda a algunos productos varios días de duración de la batería. Existe una fuerte correlación entre el tamaño físico de los componentes y las placas de circuito y la cantidad de energía que requieren para operar.
La otra cara de poder operar con una potencia más baja es que los componentes más pequeños no pueden disipar una potencia más alta. Si necesita diseñar un circuito que consuma mayor potencia, probablemente no se puedan usar componentes diminutos. Los componentes más pequeños están calificados para una potencia más baja, por lo que cuando se introducen inadvertidamente pequeños componentes a una potencia mayor de la que pueden manejar, las sobretensiones eléctricas, o incluso las descargas electrostáticas (ESD) se pueden destruir fácilmente.
| Paquete (imperial) | Clasificación de potencia (W) | Voltaje máximo de sobrecarga (V) | Masa (g / 1000 piezas) |
| 01005 | 1/32 | 30 | 0.04 |
| 0201 | 1/20 | 50 | 0.15 |
| 0402 | 1/10 | 100 | 0.8 |
| 0603 | 1/10 | 150 | 2.0 |
| 0805 | 1/8 | 200 | 4.0 |
| 1206 | 1/4 | 400 | 10 |
Los efectos de inductancia, resistencia y capacitancia parasitaria son a menudo una función de las geometrías físicas. Los elementos parásitos son elementos de circuito que no son deseados, pero son inherentes a los materiales que forman todos los conductores eléctricos. Los componentes más pequeños tienen efectos parásitos mucho más bajos. Debido a que el impacto de los efectos parasitarios es mucho peor en las frecuencias altas, los componentes más pequeños ofrecen beneficios significativos para aplicaciones de muy alta velocidad.
Desafortunadamente, cuando las partes se miniaturizan, las separaciones entre ellas y entre sus conductores también tienden a reducirse. Esto ha introducido nuevas preocupaciones sobre los problemas metalúrgicos. Los metales se comportan de manera extraña en los niveles microscópicos. Algunos metales, como la lata usada en muchos compuestos de soldadura sin plomo, experimentan un crecimiento masivo que puede causar cortocircuitos eléctricos.
Y no es solo teórico. En 2005, una planta nuclear en Connecticut se cerró debido a una falsa alarma causada por los bigotes de la placa de circuitos. A medida que los espacios se reducen, estos problemas tienen impactos mucho más grandes.
Los materiales que componen las placas y componentes de circuitos electrónicos son escasos en todo el mundo. La tierra tiene un suministro finito de ellos, pero la cantidad de productos electrónicos que produce la humanidad continúa creciendo cada año. Entonces, un gran beneficio de los componentes más pequeños es que consumen menos de esos materiales. Una resistencia 0402 tiene la misma masa que veinte resistencias 01005. Y los componentes más pequeños estarán más disponibles a medida que se hagan más populares, y a medida que los procesos de ensamblaje sean más capaces.
Los componentes se han estado reduciendo por más de 60 años, aunque la adopción del siguiente tamaño más pequeño en cada paso ha sido gradual. Los beneficios no superan los riesgos hasta que lo hacen, podría decir. Para los ingenieros, lo importante es comprender los beneficios y los riesgos.
Para una discusión más detallada de los componentes pequeños y los desafíos de ensamblaje que presentan, consulte esta presentación de SMTA.
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