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A topic from NCAB Group about integrated PCB Production

No 1 2020

Las redes 5G ya están aquí

–  ¿Qué efecto producirán en la sociedad, las empresas y el sector de las PCB?

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La transición a la nueva generación de comunicaciones móviles, 5G, ya ha comenzado en Asia y los Estados Unidos. Chris Shu, experto de Samsung, recomienda a todas las empresas que presten mucha atención a las nuevas oportunidades que pueden venir de la mano de esta revolución – y que abran su mente.

Chris Shu trabajó en el desarrollo empresarial y de producto en el sector de las comunicaciones móviles durante el cambio de milenio. Como consultor, ayudó a las empresas a moldear sus estrategias cuando estaban desplegando sus servicios 3G en Europa. Esto finalmente le llevó a trabajar en I+D con Sony Ericsson en China, a lo que siguieron otras labores de consultoría. En 2010, Chris Shu aceptó un puesto en Samsung, donde actualmente es Vicepresidente y Director de Estrategia de Productos. Es responsable de la gama baja y media de la empresa en todo el mundo, así como de todos los productos de telefonía móvil en China. Actualmente se está desplegando en todo el mundo la quinta generación de comunicaciones móviles, 5G, con un grupo de varios países a la vanguardia del desarrollo.

Chris Shu

«Las estimaciones oficiales del gobierno Chino predicen que en 2035, el 5G contribuirá a un crecimiento global el equivalente a 2 billones de dólares al año».

Chris Shu
Vice President, Head of Product Strategy, Samsung

«Antes del despliegue del 3G, o incluso con el 4G, el entusiasmo era enorme en Europa, pero no veo que hoy esté ocurriendo lo mismo. Hasta ahora, en Europa se han centrado más en la terminología técnica del 5G que en las posibilidades que ofrece en la práctica», dice Chris Shu.

En su lugar, son Asia y los Estados Unidos los que se están moviendo. Los servicios comerciales 5G empezaron a implantarse en Corea del Sur, China y los Estados Unidos en 2019, y está previsto lanzarlos en Japón en 2020. Todos los países de esta vanguardia tienen una característica en común, y es que sus gobiernos han hecho de la transición una prioridad. Sin embargo, varios países europeos se han dedicado a formular preguntas a determinados proveedores sobre cuestiones relativas a la seguridad nacional, mientras que los operadores se han desanimado por los elevados costes. Además, muchos usuarios finales se sienten satisfechos con lo que ya tienen.

«Pero las empresas y todo aquel que quiera liderar los avances tienen que empezar a centrarse en las nuevas posibilidades que abrirá esta tecnología y el potencial de nuevos negocios que generará el 5G. Las estimaciones oficiales del gobierno Chino predicen que en 2035, el 5G contribuirá al crecimiento global con el equivalente a 2 billones de dólares al año. Ha llegado el momento de empezar a desarrollar activamente y de forma creativa diversos escenarios para las empresas actuales o para ideas empresariales totalmente nuevas que este cambio tecnológico hará posibles», continúa.

Se calcula que en 2025 la base de usuarios de teléfonos móviles 5G alcanzará los 500 millones solamente en China, lo que equivale a un tercio de todos los usuarios. La cifra correspondiente ese mismo año en Europa es de 200 millones y en los Estados Unidos de 189 millones. Por supuesto, la crisis del coronavirus puede ralentizar inicialmente este desarrollo, pero no cabe duda de que el 5G será cada vez más predominante en los próximos cuatro años. Los proveedores de equipos de redes y las empresas que participan en la creación de las redes se beneficiarán cuando se despliegue toda la nueva tecnología. También se necesitarán más estaciones base 5G que cuando se desplegó el 4G y muchos lugares, como los centros comerciales y las estaciones de trenes tendrán sus propias redes internas.

El 5G implicará un cambio de paradigma

Lo que es más importante, la transición al 5G será más pronunciada o marcada en comparación con lo que ocurrió durante los cambios de generación anteriores. Estamos asistiendo a un cambio de paradigma desde el principio. Por primera vez en la historia, la comunicación móvil dejará de ser principalmente una comunicación entre personas. Será tanto o más de una comunicación entre personas y cosas, e incluso una comunicación entre cosas conectadas. La transición está aún en pañales, lo que significa que hay una gran cantidad de nuevas oportunidades empresariales que aprovechar.

«Si se puede decir que el 4G cambió nuestras vidas, el 5G puede cambiar toda la sociedad. Las empresas ahora deben pensar más allá, sin limitarse a las áreas de negocio, los modelos empresariales o los métodos de trabajo actuales».

Chris Shu
Vice President, Head of Product Strategy, Samsung

«Si se puede decir que el 4G cambió nuestras vidas, el 5G puede cambiar toda la sociedad». Las empresas ahora deben pensar más allá, sin limitarse a las áreas de negocio, los modelos empresariales o los métodos de trabajo actuales», dice Chris Shu.

En pocas palabras, tres aspectos del 5G que contribuirán a esta transformación son una velocidad de transferencia de datos mucho mayor, nuevas posibilidades de control en tiempo real y la capacidad de que prácticamente todo esté conectado a Internet. 

«El 5G permite velocidades de muchos gigabits por segundo sin fibra. Esto cambia por completo lo que percibimos como Internet móvil rápida y cuenta con todos los requisitos para la creación de nuevas aplicaciones, como entretenimiento, realidad aumentada, realidad virtual, aprendizaje a distancia y, no menos importante, asistencia sanitaria», explica Chris Shu.

Corea del Sur nos muestra un ejemplo de cómo se puede revolucionar la experiencia de visualización. Por ejemplo, el operador SK Telecom ha lanzado un servicio en el que los espectadores controlan por sí mismos los ángulos de cámara cuando ven un partido de béisbol filmado con un gran número de cámaras 5G instaladas en el estadio. Otros avances por llegar son las reuniones virtuales usando realidad aumentada y visitas virtuales, por ejemplo a museos, con realidad virtual.

«En el sector de la asistencia sanitaria, son muchas las aplicaciones posibles. Por ejemplo, yo mismo estoy participando en un proyecto para desarrollar un escáner de ultrasonidos de mano, que puede usar uno mismo para realizar diagnósticos de forma remota. Incluso las operaciones quirúrgicas remotas pueden hacerse realidad».

Las oportunidades de control en tiempo real, a su vez, permiten que el sector de la fabricación esté mucho más automatizado con fábricas inteligentes. En cuanto al transporte público, esta tecnología allana el camino para introducir grandes mejoras, por ejemplo a través de autobuses sin conductor, pero también al permitir gestionar el tráfico para ver las necesidades reales en cada momento y adaptar el tráfico en consecuencia. Otra área es la agricultura, donde se pueden obtener mejores cosechas gracias a la recogida de datos y la capacidad de gestionar en tiempo real el riego, por ejemplo.

«Cuando todo esté conectado, se producirán cambios incluso en la sociedad, lo que puede ser un arma de doble filo. Por una parte, ofrece la posibilidad de hacer que la sociedad sea más segura y utilizar de forma más eficiente los recursos, por ejemplo, al responder a las emergencias. Si se produce un accidente de tráfico, todos los recursos necesarios se pueden dirigir al lugar automáticamente. Por otra parte, la privacidad personal puede verse afectada si se instala un gran número de cámaras y sensores en lugares públicos», dice Chris Shu.

La transición al 5G también conllevará oportunidades dado que escasearán los recursos necesarios. Como se ve en el ejemplo del servicio que SK Telecom ofrece en los partidos de béisbol, los operadores de telecomunicaciones pueden convertirse en prestadores de servicios de comunicación o, por ejemplo, crear redes sociales. Esta posibilidad de generar nuevas fuentes de ingresos puede ayudar a justificar las enormes inversiones que los operadores tendrían que hacer.

«Cuando todo esté conectado, se producirán cambios incluso en la comunidad, lo que puede ser un arma de doble filo. Se puede construir una sociedad más segura en la que los recursos se utilicen con más eficiencia, por ejemplo, al responder a emergencias, pero al mismo tiempo, la privacidad personal puede verse afectada si se instala un gran número de cámaras y sensores en lugares públicos».

Chris Shu
Vice President, Head of Product Strategy, Samsung

«Por supuesto, los proveedores de terminales, como Samsung y nuestros competidores chinos, tendrán mucho que ganar de la transición. Los buques insignia de los teléfonos 5G ya están zarpando, pero la gran diferencia se notará cuando lleguen al mercado los teléfonos de segmento medio y bajo, cosa que se ha postergado debido a la crisis del coronavirus. Muchos periféricos, como adaptadores, pasarelas, etc., también se tendrán que reemplazar. Además, ya no será necesario tener wifi en los hogares».

Muchos aspectos de la transición siguen sin estar claros; en lo relativo a los métodos de pago o a cómo se podrían diseñar las distintas aplicaciones, hay mucho campo para que quienes participan en este proceso muestren y apliquen su creatividad. Pueden crearse empresas enteras alrededor de las nuevas soluciones.

«A nivel básico, el 5G supone emplear un montón de sensores conectados que transmiten grandes cantidades de datos a una velocidad muy elevada, así como una plataforma que pueda gestionar todo esto y que admita aplicaciones para responder a todos los datos. Entretenimiento, hogares inteligentes, soluciones en la nube y gaming, en todas esas áreas se producirán cambios de plataforma y se harán enormes inversiones en las plataformas para optar a un papel dominante en el futuro», opina Chris Shu.

Aparecerán nuevas soluciones y aplicaciones en muchas áreas. Con independencia del sector de la industria en el que operen, las empresas tienen mucho que ganar si se suben a tiempo al carro de la transición al 5G.

«No todo ocurrirá a la vez. Algunos escenarios son más fáciles de implementar que otros. En el segmento del entretenimiento veremos un cambio rápido y probablemente también en la agricultura, mientras que la transición hacia fábricas inteligentes ya ha comenzado. Otras cosas requerirán tiempo; por ejemplo, gran parte de la infraestructura de nuestra sociedad se tendrá que actualizar y modificar. También tendrá que producirse un cambio en la mentalidad de la gente, por ejemplo, si de verdad vamos a usar vehículos autoguiados. Si tuviera que aventurarme a adivinar cómo serán las cosas en el futuro, creo que se necesitarán probablemente diez años para implantar por completo estos cambios en la sociedad», concluye.

Funcionalidad crucial en la red 5G

EMBB – Enhanced Mobile Broadband (banda ancha móvil mejorada)
Permite velocidades de transmisión hasta 20 veces mayores que con el 4G. La experiencia será completamente diferente; por ejemplo, se podrá descargar una película en segundos.

EMTC – Enhanced Machine Type Communication (comunicación de tipo máquina mejorada)
Admite diez veces más conexiones que el 4G dentro de un área determinada, lo que permite que el Internet de las cosas tenga una enorme capacidad y muchas nuevas aplicaciones.

URLLC – Ultra-Reliable Low-Latency Communication (comunicación ultrafiable de baja latencia)
Ofrece tiempos de respuesta más o menos garantizados de 1 ms, la décima parte del retardo con el 4G, requisito indispensable para la cirugía remota, los vehículos sin conductor y otras áreas de aplicación avanzadas.

Ondas milimétricas
A diferencia de la generación anterior de comunicaciones móviles, el 5G emplea un espectro de frecuencias más altas, donde hay capacidad de sobra, lo que también permite mantener altas velocidades de transmisión incluso cuando el usuario se desplaza a gran velocidad.

Network Slicing (rebanado de la red)
Permite que la misma red física se divida en varias redes lógicas independientes. Por ejemplo, la red de la policía puede ser completamente independiente y segura, y seguir usando los mismos recursos que la red 5G abierta, con la misma velocidad, capacidad y mínimo retardo.

Edge computing (informática de borde)
En lugar de una ubicación de nube centralizada, la nube se disemina en diferentes ubicaciones lo más cerca posible de los dispositivos conectados, lo que acelera los procesos para diversas aplicaciones.

IA
La inteligencia artificial es otra enorme revolución en curso que se combinará con el 5G a muchos niveles. Por ejemplo, los asistentes de voz pueden ofrecer una experiencia fluida al usuario al cambiar entre distintos dispositivos conectados en el hogar.

Mayores exigencias sobre el material y tiempos de espera más largos

¿Cómo repercutirá la transición al 5G sobre la producción de PCB? Pedimos su opinión a Andy Liu, Director Gerente de NCAB en Asia.

Andy Liu opina que, para empezar, los materiales utilizados en las PCB tendrán que satisfacer nuevas exigencias. Las aplicaciones 5G requerirán rangos de frecuencias más altas. Dado que las señales pasan a través de la tarjeta durante su desplazamiento entre diferentes componentes, los materiales tienen que ser capaces de soportarlo.

«Dado que los productos electrónicos siempre estarán conectados, será de primordial importancia que las tarjetas puedan solventar la acumulación de calor. Con el 5G, veremos un uso creciente de las técnicas de disipación de calor».

Andy Liu
Managing Director, NCAB Group Asia

«Los materiales usados en una tarjeta normal puede admitir señales de 3 a 5 GHz, pero con la funcionalidad 5G plena estaríamos hablando de 25 GHz y más. Los materiales aptos para tales frecuencias altas son difíciles de fabricar, por lo que no hay muchos proveedores de materiales entre los que elegir y esto prolonga los tiempos de espera», explica.

Además, el 5G requiere un gran número de antenas y módulos de función de transmisión de señales en la misma tarjeta de circuitos. Esto exige una gran integridad de la señal y requiere que los conectores se inserten con la máxima precisión. Existe el riesgo de que diferentes señales interfieran entre sí, lo que muchos diseñadores de PCB resuelven mediante lo que se conoce como «back-drill».

«Es muy importante que el back drill se haga con la máxima precisión, de forma que la parte remanente del metalizado sea lo más corta posible. Este proceso exige normas incluso más estrictas al reducirse las tolerancias en dimensiones tan pequeñas».

Andy no cree que las tarjetas en general vayan a aumentar de tamaño, sino que se llenarán más densamente con componentes diminutos. Las enormes cantidades de datos transmitidos mediante el 5G también requerirán procesadores más potentes y esto significa que serán cada vez más frecuentes las tarjetas de alta densidad, compuestas por 10 a 20 capas. Esto a su vez impondrá más exigencias sobre el proceso de prensado. A medida que se reduzcan las dimensiones, hasta el punto de que ya no se puedan percibir las cosas a simple vista, será más habitual el uso de la tecnología LDI (Laser Direct Imaging o imágenes directas por láser), al igual que las AOI (Automatic Optical Inspections o inspecciones ópticas automáticas).

«Estamos hablando de taladros de tan solo 0,1 mm, lo que hace que sea imposible perforar con medios mecánicos. Por ello se utilizará cada vez más la tecnología de perforación por láser. La fabricación de PCB se automatizará más», afirma Andy Liu,

«y dado que los productos electrónicos siempre estarán conectados, será fundamental que las tarjetas puedan hacer frente a la acumulación de calor. Con el 5G, asistiremos a un uso creciente de las técnicas de disipación de calor», predice Andy Liu.

La tecnología 5G supondrá nuevos retos incluso para el diseño de las PCB. Los diseñadores tendrán que esforzarse para optimizar los stack up de la tarjeta y elegir correctamente el material y la disposición, a fin de evitar alteraciones de la señal.

«Habrá que diseñar las tarjetas de forma que se puedan incluir diferentes materiales o grosores de materiales en la misma tarjeta, y tener presente qué es lo que funcionará mejor en la producción de volumen. Además, será importante contratar una fábrica que esté familiarizada con los materiales implicados y preparada para ellos. Para evaluar sus conceptos se podrían necesitar más diseños de prototipos, así como pruebas exhaustivas, todo esto con objeto de acortar el tiempo hasta la comercialización y garantizar la calidad», afirma Andy Liu.

«La industria también está inmersa en un proceso de consolidación, en el que las fábricas pequeñas han sido expulsadas del mercado por los grandes actores. Este proceso se ha acelerado como resultado de la paralización de la producción a causa del coronavirus».

Andy Liu
Managing Director, NCAB Group Asia

Un problema derivado de la masiva inversión en curso en el 5G en China es la falta de capacidad para producir las PCB más avanzadas, lo que conlleva que los tiempos de espera durante la producción sean más prolongados.

El impacto de la tecnología 5G sobre la fabricación de PCB

  • Se precisarán materiales de mayor calidad que puedan soportar señales de alta frecuencia.
  • La integridad de la señal se torna incluso más importante, con muchas antenas en las tarjetas.
  • La necesidad de una precisión aún mayor está provocando un aumento de la automatización en la fabricación.
  • Las PCB con muchas capas y alta densidad serán cada vez más frecuentes.
  • Las tecnologías LDI y AOI son cada día más habituales.
  • Aumento del uso de técnicas de disipación para solventar la acumulación de calor en las aplicaciones 5G.
  • Mayor necesidad de que los diseñadores optimicen el stack up.
  • El diseño de prototipos y las pruebas exhaustivas serán importantes.
  • Escasez de capacidad de producción y tiempos de espera más prolongados debido a la transición.

«La situación se ha agravado aún más por los esfuerzos del gobierno Chino para estimular la economía tras la crisis del coronavirus, entre otras cosas acelerando la transición al 5G. Un grupo de grandes empresas vinculadas a este proceso están acaparando una gran parte de la capacidad de producción y esto prolonga aún más los largos tiempos de espera», dice Andy Liu.

«La industria también está inmersa en un proceso de consolidación, en el que las fábricas pequeñas han sido expulsadas del mercado por los grandes actores. Este proceso se ha acelerado como resultado de la paralización de la producción a causa del coronavirus», añade.

NCAB Group tiene un enorme poder de compra y cuenta con sólidas relaciones con las principales fábricas de PCB. Esto simplifica las cosas si lo comparamos con cualquiera que intente realizar pedidos pequeños por sí mismo. De hecho, muchas de las fábricas más grandes y avanzadas muestran una tendencia a dejar de trabajar para los clientes, actuales o nuevos, de menor tamaño.

«Esto nos confiere una cierta ventaja, pero no prevemos que los tiempos de espera mejoren el futuro, sino más bien al contrario. Por eso recomendamos a nuestros clientes que sean proactivos y hagan los pedidos lo antes posible», concluye Andy Liu.




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