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. Tam, kde se headset spoléhá na externí sledování, elektronika základní stanice pro sledování VR potřebuje vlastní kontrolu časových referencí, optických nebo infračervených komponent a synchronizačních rozhraní.

• 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.