Návrh a výroba nositelných monitorů kvality ovzduší s deskami plošných spojů (PCB)

Měří senzor vzduch – nebo zařízení?

Deska plošných spojů proto potřebuje strategii umístění senzorů, která je vázána na kryt. Senzor teploty/vlhkosti umístěný vedle spínacího regulátoru může hlásit spíše desku než místnost. Senzor plynu zabudovaný za těsněním může mít pomalou odezvu. Vstup částic namontovaný tam, kde textilie blokuje otvor, nemusí zaznamenávat stejnou koncentraci aerosolu jako okolí uživatele. Jedná se o chyby integrace produktu, ale výrobce desek plošných spojů musí vědět, které oblasti nelze během DFM potáhnout, zakrýt nebo s nimi pohybovat.

Nositelná elektronika pouze s plynem a s PM jsou různé konstrukce

„Monitor kvality ovzduší“ může popisovat několik architektur. Kompaktní nositelné zařízení pro měření VOC/plynů může používat jeden plynový senzor MEMS a kompenzaci teploty a vlhkosti. Ambicióznější monitor pracovních podmínek může přidat specifické elektrochemické senzory. Jednotka s PM může přidat modul optických částic s vlastní komorou a cestou proudění vzduchu. Tyto možnosti mění velikost krytu, spotřebu baterie, pořadí montáže a výrobní test.

Tato architektura by měla být zmrazena předtím, než bude dílna na výrobu desek plošných spojů požádána o „optimalizaci“ desky plošných spojů. Například přesunutí senzoru prostředí dovnitř za účelem zlepšení panelizace může ušetřit malé výrobní náklady a zároveň snížit průtok vzduchu nebo tepelnou odezvu. Správný proces DFM identifikuje takové chráněné zóny a nachází úspory jinde.

Profily napájení plynových senzorů mění konstrukci baterie

Některé technologie snímání plynů používají vyhřívané snímací prvky a profil měření může mít velmi odlišný odběr proudu od vzorkování teploty nebo tlaku. Současné komerční MEMS senzory plynu ilustrují tento rozsah: režimy s ultranízkou spotřebou energie v prostředí mohou být hluboko pod standardními režimy snímání plynů. Pro výrobce originálního vybavení to neznamená, že je vyžadován jeden konkrétní senzor, ale že pracovní cyklus senzoru patří do architektury napájení.

Nejhorší případ může nastat, když snímání, rádiový přenos a aktualizace displeje probíhají současně. ESR baterie, přechodová odezva regulátoru a lokální oddělení by měly být kontrolovány spíše vůči této události než vůči tabulce průměrného proudu. Na druhém konci je důležitý únik, protože nositelné zařízení může strávit většinu své životnosti v pohotovostním režimu.

Nepoužívejte nabíječku jako tepelné překvapení.

Nabíjení je často nejteplejším provozním stavem malého nositelného zařízení. Pokud zařízení během nabíjení pokračuje v měření, firmware může muset signalizovat stav měření nebo mechanická konstrukce může muset senzor izolovat. Deska plošných spojů (PCBA) může být elektricky správná, i když se data dočasně zkreslí. Toto chování by mělo být definováno před výrobním testem, aby továrna neodmítla dobré desky nebo nepřijala zavádějící hodnoty.

Rozvržení desky plošných spojů musí respektovat proudění vzduchu a teplo

Užitečná kontrola umístění začíná označením zdrojů tepla: integrovaný obvod nabíječky, spínací regulátory, procesor, rádiový PA, podsvícení displeje, připojení baterie a případný zahřívaný snímací prvek. Dále je třeba označit dráhu expozice senzoru a stranu výrobku směřující k tělu. Pokud se tyto mapy překrývají, musí konstrukční tým před finálním vydáním desky plošných spojů vyřešit systémový problém.

Dvouvrstvé i čtyřvrstvé desky mohou fungovat. Čtyřvrstvá konstrukce může usnadnit udržování souvislé zemnící roviny a kompaktního vedení napájení, když se na desce nachází BLE, úložiště a několik senzorů. Jednodušší dvouvrstvá deska může být ekonomická pro nízkohustotní svorkovnici. Rozhodnutí by se mělo řídit požadavky na vedení, rádiové frekvence a tepelné požadavky; „nositelný“ není specifikace pro více vrstev.

Deska plošných spojů senzorů vyžaduje kontrolu materiálu a čistoty

Snímače prostředí mohou interagovat se zbytky, rozpouštědly, parami nebo povlaky, které by pro běžný digitální integrovaný obvod byly irelevantní. Manipulace a čištění by měly dodržovat omezení vybraného dodavatele senzoru. Průchozí plynová cela, optický PM modul a malý LGA senzor vlhkosti mohou být součástí stejného produktu, ale každý z nich může vyžadovat jiný krok montáže.

Kusovník by měl rozlišovat přesná čísla dílů výrobce senzorů od pasivních položek komodit. Automatická substituce je riskantní v případech, kdy se může změnit chemie snímání, vnitřní ohřívač, membrána, doba odezvy nebo model kompenzace. Pokud je pro zajištění kontinuity dodávek potřeba alternativní senzor, správnou cestou je technické schválení a revalidace produktu – nikoli rozhodnutí o ekvivalenci pouze v rámci zadávání veřejných zakázek.

Mechanická integrace může dominovat konečnému výtěžku

Moduly PM, větrací membrány a filtrované otvory lze sestavit po SMT. Jejich zarovnání s tvarovanými vzduchovými cestami a těsněními může určit, zda jednotka reaguje správně. Zlatá mechanická jednotka a jasné fotografie montáže jsou během NPI často cennější než další stránka obecných poznámek k provedení.

Tovární screening vs. kalibrace prostředí

Pokud je vyžadována kalibrace výroby, měl by se jednat o pojmenovaný výrobní proces s referenčním médiem, podmínkami v komoře, rozhraním přípravku, limity, úložištěm kalibračních dat a pravidly pro přepracování. Bez tohoto balíčku by dodavatel neměl tiše zahrnout „úplnou kalibraci kvality ovzduší“ do obecné položky funkčního testu.

Rozhodnutí o prototypech, která jsou důležitá při velkém objemu

První prototyp by měl odpovědět na otázky, které ovlivňují základní výrobní postup: Reaguje senzor odlišně při rádiovém přenosu? O kolik se mění teplota při nabíjení? Zůstává větrací otvor krytu otevřený, když je zařízení opotřebované? Je dráha PM snadno kontaminována během montáže? Může testovací přípravek přistupovat k programovacím podložkám, aniž by blokoval vstup senzoru?

Pilotní sestavení pak promění tyto odpovědi v kontrolní mechanismy: schválený kusovník, pevná orientace senzoru, sekvence montáže, instrukce pro maskování, revize firmwaru, serializovaná kalibrační data, kde je to relevantní, a opakovatelný testovací cyklus. V hromadné výrobě je tato disciplinovaná základní úroveň důležitější než ušetřit pár korun na součástce, jejíž změna by zneplatnila model snímání.

Jak cenovou nabídku na desku plošných spojů pro nositelné ovzduší

Pro přesnou cenovou nabídku poskytněte soubory s deskami plošných spojů, výrobní výkres a schéma sestavení, kusovník, data o těžišti, poznámky k manipulaci se senzory, výkresy proudění vzduchu/mechanické výkresy, podrobnosti o anténě, specifikaci baterie, programovací balíček, pokyny k výrobním testům a množství. Jasně identifikujte, které senzory vyžadují kalibraci řízenou zákazníkem a které testy jsou jednoduché montážní obrazovky.

Společnost Highleap Electronics pak dokáže oddělit výrobu holých desek plošných spojů, zajištění součástek, SMT/osazování do otvorů v případě potřeby, programování a zákazníkem definované testování do realistického rozsahu výroby. Díky tomu je cenová nabídka užitečnější než cena založená pouze na rozměrech desky a počtu součástek.

Jak vyhodnotit dodavatele desek plošných spojů pro nositelný monitor kvality ovzduší

Nezačínejte s obecným kontrolním seznamem schopností. Zeptejte se, jak dodavatel ochrání cestu expozice senzoru během výroby, čištění, lakování a finální montáže. Zeptejte se, zda cenová nabídka odlišuje SMT plynový senzor od PM modulu nebo odvětrávaného environmentálního senzoru. Zeptejte se, jak jsou navrhované náhrady komponent eskalovány, pokud ovlivňují chemii snímání, chování ohřívače, membránu nebo kompenzaci firmwaru.

Užitečná kontrola dodavatele zahrnuje i hranice testů. Výrobce by měl být schopen říci, které kontroly jsou elektrické screeningy a které vyžadují kalibrační metody dodané zákazníkem. To je lepší znamení než široký slib „100% kalibrace“ bez referenčního plynu, stavu komory nebo limitů akceptace.

Pro Highleap je přechod přímočarý: jakmile jsou uvolněna architektura senzoru, Gerber, kusovník a omezení proudění vzduchu, může výrobní tým před zadáním materiálu zkontrolovat výrobu desek plošných spojů a riziko související s deskami plošných spojů. Toto přezkoumání by se mělo zaměřit na vyrobitelnost a opakovatelnost – nikoli na přepracování snímacího algoritmu zákazníka.