Výroba desek plošných spojů pro náhlavní displeje a nositelné zobrazovací systémy

Deska plošných spojů pro displej montovaný na hlavu je elektronickým jádrem monokulárních průmyslových displejů, nositelných zařízení s asistovanou realitou, displejů montovaných na helmu a kompaktních přístrojů pro sledování blízko očí. Deska může kombinovat mikrodisplej, aplikační procesor, paměť, kameru, Wi-Fi/Bluetooth, IMU, mikrofony, reproduktor, USB-C a funkce baterie a zároveň směrovat signály přes rameno, spánkový modul nebo hlavový most. Na rozdíl od stolního řadiče displeje musí být elektronika HMD dostatečně lehká pro hlavu, mechanicky vyvážená a schopná odolat nepřetržitému pohybu.

Společnost Highleap Electronics vyrábí základní desky HMD, desky rozhraní displejů, flexibilní obvody pro kamery a související desky plošných spojů navržené zákazníky. Výroba se zaměřuje na vysokorychlostní propojení displej/kamera, kompaktní konstrukci HDI nebo rigid-flex, koexistenci rádiových vln, tepelnou regulaci a opakovatelná optická/mechanická rozhraní. Finální geometrie očního boxu, optická bezpečnost, uživatelský komfort a shoda na úrovni produktu zůstávají součástí kompletního programu headsetů výrobce originálního vybavení (OEM).

Třídy produktů pro náhlavní displeje a rozdělení desek plošných spojů

Náhlavní displeje pokrývají několik architektur a každá z nich řídí jiný oddíl desky. Elektronika by měla být definována optickým systémem a případem použití, nikoli pouze krytem.

• Monokulární průmyslový HMD: Používá malou obrazovku blízko očí, umístěnou na jedné straně zorného pole uživatele, pro pracovní pokyny, vzdálenou pomoc nebo inspekční data.
• Nositelný displej s dalekohledem: Používá dva optické kanály nebo širší jeden optický modul a obvykle vyžaduje větší šířku pásma displeje a přesnější synchronizaci.
• Sluchátka s asistovanou realitou: Poskytuje informace, aniž by plně nahrazoval pohled uživatele na skutečné prostředí; robustní průmyslové produkty mohou kombinovat kameru, hlasové ovládání a optiku čitelnou i venku.
• Zobrazovací modul montovaný na helmu: Upevňuje elektroniku displeje na ochrannou nebo taktickou helmu a často používá samostatné základní desky, flexibilní a optické desky.
• Prohlížeč s připojeným prohlížečem: Přesouvá většinu výpočetní kapacity do telefonu, počítače nebo externího zdroje, což umožňuje headsetu soustředit se na displej, senzory, USB/vysokorychlostní I/O a převod energie.
• Samostatný nositelný počítač: Integruje procesor, paměť, úložiště, bezdrátové připojení a baterii na hlavě, čímž zvyšuje tepelnou a výkonovou hustotu.

Proč by měl být hlavní procesor a optický modul v některých headsetech oddělený?

Oddělení výpočetního od optického enginu může zlepšit rozložení hmotnosti a údržbu. Malá flexibilní deska nebo deska displeje může zůstat zarovnaná s optikou, zatímco teplejší procesor a baterie se nacházejí tam, kde je více prostoru pro chlazení.

Mikrodisplej, kamera a vysokorychlostní směrování signálu

HMD může nést více rozhraní, která jsou citlivá na ztráty, zkreslení a přechody konektorů. Uvolněné propojení a propojení by mělo být považováno za součást kanálu displeje/kamery, nikoli za obecnou vícevrstvou desku plošných spojů.

• Rozhraní mikrodispleje: OLED, LCoS nebo jiné zobrazovací enginy mohou používat MIPI, RGB, LVDS nebo proprietární rozhraní. Highleap může rozhraní sestavit pomocí PCB displeje výrobní kontroly.
• Cesta kamery: HMD pro vzdálenou pomoc nebo kontrolu často obsahují kameru s vysokým rozlišením. Modul kamery se může připojit přes FPC kamery nebo specializovanou desku.
• Vysokorychlostní směrování: Kanály displeje, kamery, USB a paměti by měly být dodržovány vysokorychlostní PCB a požadavky na řízenou impedanci.
• USB-C: Prohlížeče s tetheringem nebo servisní porty mohou používat USB-C konektory pro funkce zobrazení napájení, dat nebo alternativního režimu.
• Přechody konektorů: Konektory mezi deskami a FPC by měly zachovat referenční roviny a vyhnout se dlouhým pahýlům na citlivých spojích.

Co určuje, zda HMD potřebuje HDI?

Hlavními faktory jsou rozteč pouzdra procesoru, počet linek kamery/zobrazovacího kanálu, šířka desky a hustota konektorů. Kompaktní procesor BGA s několika vysokorychlostními rozhraními může ospravedlnit použití mikroprůchodek, i když je celková headset fyzicky velký.

IMU, sledování hlavy a fúze senzorů

Zařízení montovaná na hlavu běžně používají akcelerometry a gyroskopy pro orientaci, chování při bdění/spánku nebo stabilizaci pohybu. Pokročilejší produkty přidávají magnetometry, barometry, senzory přiblížení nebo kamery pro prostorové sledování.

• Orientace IMU: Osy senzorů by měly být propojeny s optickým a mechanickým souřadnicovým systémem, aby firmware správně interpretoval pohyb hlavy.
• Datová cesta s nízkou latencí: Data o pohybu by se měla dostat k procesoru bez zbytečných konfliktů na sběrnici nebo šumu hodin.
• Synchronizace kamery/IMU: Vizuálně-inerciální sledování závisí na deterministickém načasování mezi obrazovými snímky a vzorky pohybu.
• Integrita senzorové fúze PCB: Směrování vysokorychlostních senzorů a procesorů lze zkontrolovat pomocí principů uvedených v ověření vysokorychlostní fúze senzorů a plošných spojů případně.
• Magnetické prostředí: Pokud se používá magnetometr, měly by být součástí kalibračního prostředí magnety reproduktorů, haptické aktuátory a kovové držáky.

Bezdrátové připojení, hardware pro ovládání zvuku a hlasu

Průmyslové headsety často kombinují Wi-Fi a Bluetooth s mikrofony a reproduktorem. Rádiový a akustický subsystém musí koexistovat s hodinami displeje a šumem přepínání procesoru ve velmi malém krytu.

• Wi-Fi: Streamování videa a vzdálená spolupráce mohou vytvářet trvalé zatížení rádiového a procesorového systému, proto by umístění antény a tepelný stav měly být ověřovány společně.
• Bluetooth: Příslušenství a audio propojení mohou používat uvolněný PCB Bluetooth architektura s kontrolovanými zákazy vstupu.
• Rozložení rádiového signálu: Mohou následovat anténní napájení, přizpůsobení a stínění bezdrátové a RF řešení výrobní postupy.
• Pole mikrofonů: Produkty s hlasovým ovládáním mohou používat několik digitálních mikrofonů; umístění portů a akustické membrány musí být zachovány při montáži krytu.
• Výstup reproduktoru: Zesilovač a reproduktorová cesta by měly být pokud možno umístěny mimo citlivé oblasti RF/IMU.

HDI, Rigid-Flex a tepelná konstrukce pro elektroniku nošenou na hlavě

Hmotnost a tloušťka krytu dělají architekturu desek plošných spojů klíčovou pro pohodlí HMD. Pro robustní monokulární jednotku může být vhodná konvenční pevná deska, zatímco kompaktní nebo zakřivené konstrukce často těží z HDI a flexibilních propojení.

• Základní deska HDI: Výroba HDI PCB může podporovat procesory s jemnou roztečí, paměť a hustá pole konektorů.
• Tuhý-flexibilní: Pevná ohebná deska plošných spojů může směrovat signály přes spánková ramena nebo sestavy výložníků s menším počtem kabelových konektorů.
• Flexibilita chytrých brýlí: Tenké optické větve mohou používat stejnou procesní disciplínu, jaká se používá pro flexibilní deska plošných spojů v chytrých brýlích.
• Tepelné rozložení: Teplo z procesorů, integrovaných obvodů pro mikrokontroléry a rádiových zařízení by mělo být odváděno od povrchu kůže a optických povrchů pomocí definovaných měděných vodičů a drah krytu.
• Umístění baterie: Vyvážení náhlavní soupravy může umístit baterii do zadní části nebo do externího zdroje, což mění požadavky na kabel a napájení.

Montáž, programování a kontrola pro HMD PCB

Výrobky pro blízkou oku se po instalaci optických modulů a flexibilních obvodů často obtížně přepracovávají. Výrobní proces by měl před konečným optickým nastavením zahrnovat programování a kontrolu na úrovni desky.

• Montáž s jemným roztečem: Highleap může poskytnout Sestava DPS pro procesory, paměti, PMIC, kamery a RF zařízení.
• Zdroj komponent: Zobrazovací moduly, kamery, paměť a rádia by měly dodržovat kontrolované postupy získávání komponent pravidla.
• AOI: AOI v deskách plošných spojů (PCBA) dokáže zkontrolovat konektory, malé pasivní součástky a orientaci zařízení před uzavřením mechanického zásobníku.
• Rentgen: Skryté spoje BGA/LGA lze zkontrolovat pomocí Rentgenová kontrola kde je to požadováno.
• Programování: Bootloader, operační obraz, kalibrační data a sériová identita by měly zůstat vázány na přesnou revizi desky plošných spojů/kusovníku.

Funkční test a balíček RFQ pro desku plošných spojů s displejem montovaným na hlavu

Přijetí výrobcem by mělo oddělit elektronickou funkci od konečného optického nastavení. Deska může být validována z hlediska zobrazovaných dat, snímání kamerou, senzorů, rádia a proudu předtím, než je kompletní HMD osazeno do optické sestavy.

• Vzor zobrazení: Ověřte generování obrazu, ovládání jasu a stabilitu rozhraní.
• Kamera: Potvrďte snímání, automatické zaostřování nebo schválené funkce testovacího režimu.
• IMU: Zkontrolujte identitu senzoru a jeho orientaci.
• Bezdrátové/audio: Ověřte trasy pro Wi-Fi/Bluetooth a mikrofon/reproduktor, pokud jsou zahrnuty.
• Výkon: Měření definovaných činných a nízkopříkonových proudových stavů.
• FCT: Highleap může implementovat zákaznicky definované funkční testování s naprogramovaným firmwarem a sledovatelnými výsledky.

Související produktové programy mohou zahrnovat monokulární průmyslové desky plošných spojů pro HMD, zobrazovací desky montované na helmu, headsety s asistovanou realitou, nositelné moduly kamer/displejů a flexibilní sestavy chytrých brýlí, přičemž každý z nich je vydán s vlastní optickou a mechanickou konfigurací.