Fremstilling af hovedmonterede display-PCB'er til industrielle HMD'er og bærbare displaysystemer

Et hovedmonteret display-PCB er den elektroniske kerne bag monokulære industrielle displays, wearables med assisteret virkelighed, displays monteret på hjelm og kompakte nærsynsskærme. Printkortet kan kombinere et mikrodisplay, en applikationsprocessor, hukommelse, kamera, Wi-Fi/Bluetooth, IMU, mikrofoner, højttaler, USB-C og batterifunktioner, mens signaler sendes gennem en mikrofonarm, et tindingemodul eller et pandebånd. I modsætning til en stationær displaycontroller skal HMD-elektronikken være let nok til hovedet, mekanisk afbalanceret og i stand til at overleve kontinuerlig bevægelse.

Highleap Electronics fremstiller kundedesignede HMD-bundkort, displayinterfacekort, kameraflexkredsløb og relaterede printkort (PCBA'er). Produktionsfokus er på højhastigheds display-/kameraforbindelser, kompakt HDI- eller rigid-flex-konstruktion, RF-koeksistens, termisk styring og repeterbare optiske/mekaniske grænseflader. Den endelige øjekassegeometri, optisk sikkerhed, brugerkomfort og overholdelse af produktstandarder forbliver under OEM'ens komplette headsetprogram.

Produktklasser for hovedmonterede displays og PCB-partitionering

Head-mounted displays dækker flere arkitekturer, og hver enkelt driver en forskellig boardpartition. Elektronikken bør defineres af det optiske system og use case snarere end udelukkende af kabinettet.

• Monokulær industriel HMD: Bruger en lille skærm tæt på øjet, der er placeret i den ene side af brugerens synsfelt, til arbejdsinstruktioner, fjernassistance eller inspektionsdata.
• Bærbar kikkertskærm: Bruger to optiske kanaler eller et bredere enkelt optisk modul og kræver typisk mere skærmbåndbredde og strammere synkronisering.
• Assisteret reality-headset: Præsenterer information uden fuldt ud at erstatte brugerens syn på det virkelige miljø; robuste industriprodukter kan kombinere kamera, stemmestyring og udendørslæsbar optik.
• Hjelmmonteret displaymodul: Monteres displayelektronik på en sikkerhedshjelm eller taktisk hjelm og bruger ofte separat bundkort, flex- og optiske kort.
• Tethered-fremviser: Flytter det meste af computeren til en telefon, pc eller ekstern pakke, så det hovedbårne bundkort kan fokusere på skærm, sensorer, USB/højhastigheds-I/O og strømkonvertering.
• Selvstændig bærbar computer: Integrerer processor, hukommelse, lagerplads, trådløs teknologi og batteri i hovedet, hvilket øger termisk og effekttætheden.

Hvorfor skal hovedprocessoren og det optiske modul være adskilt i nogle HMD'er?

Adskillelse af beregningsevnen fra den optiske motor kan forbedre vægtfordelingen og brugervenligheden. Et lille flex- eller skærmkort kan forblive justeret med optikken, mens den varmere processor og batteriet placeres, hvor der er mere plads til køling.

Mikrodisplay, kamera og højhastighedssignalrouting

En HMD kan bære flere grænseflader, der er følsomme over for tab, skævhed og overgange mellem stik. Den frigjorte stack-up og forbindelse bør behandles som en del af display-/kamerakanalen snarere end et generisk flerlags-PCB.

• Mikrodisplay-grænseflade: OLED, LCoS eller andre displaymotorer kan bruge MIPI, RGB, LVDS eller proprietære grænseflader. Highleap kan sammensætte grænsefladen ved hjælp af skærmprintplade produktionskontroller.
• Kamerasti: Fjernassistance- eller inspektions-HMD'er inkluderer ofte et kamera med høj opløsning. Kameramodulet kan oprette forbindelse via kamera FPC eller et dedikeret bord.
• Højhastighedsrute: Skærm-, kamera-, USB- og hukommelseskanaler skal følge højhastigheds PCB og krav til kontrolleret impedans.
• USB-C: Forbundne seere eller serviceporte kan bruge USB-C stik til strøm-, data- eller alternative displayfunktioner.
• Stikovergange: Board-to-board- og FPC-stik bør bevare referenceplaner og undgå lange stubbe på følsomme links.

Hvad afgør, om en HMD har brug for HDI?

Processorpakkeafstand, antal kamera-/skærmbaner, boardbredde og stiktæthed er de vigtigste faktorer. En kompakt BGA-processor med flere højhastighedsgrænseflader kan retfærdiggøre microvias, selvom det samlede headset er fysisk stort.

IMU, hovedsporing og sensorfusion

Hovedmonterede enheder bruger almindeligvis accelerometre og gyroskoper til orientering, søvn-/vågen adfærd eller bevægelsesstabilisering. Mere avancerede produkter tilføjer magnetometre, barometre, nærhedssensorer eller kameraer til rumlig sporing. Hvor headsettet er afhængig af ekstern sporing, kræver VR-sporingselektronik på basestationer deres egen gennemgang af timingreferencer, optiske eller IR-komponenter og synkroniseringsgrænseflader.

• IMU-orientering: Sensorakser bør være knyttet til det optiske og mekaniske koordinatsystem, så firmwaren fortolker hovedbevægelsen korrekt.
• Datasti med lav latenstid: Bevægelsesdata skal nå processoren uden undgåelig buskonflikt eller clockstøj.
• Kamera/IMU-synkronisering: Visuel-inertiel sporing afhænger af deterministisk timing mellem billedrammer og bevægelsesprøver.
• Sensor-fusion PCB-integritet: Højhastighedssensor- og processorrouting kan gennemgås ved hjælp af principperne i Verifikation af højhastigheds-sensorfusions-PCB hvor det er relevant.
• Magnetisk miljø: Hvis der anvendes et magnetometer, bør højttalermagneter, haptiske aktuatorer og metalbeslag inkluderes i kalibreringsmiljøet.

Trådløs forbindelse, lyd- og stemmestyringshardware

Industrielle HMD'er kombinerer ofte Wi-Fi og Bluetooth med mikrofoner og en højttaler. Radio- og akustiske delsystemer skal sameksistere med displayure og processorskiftstøj i et meget lille kabinet.

• Wi-Fi: Videostreaming og fjernsamarbejde kan skabe vedvarende radio- og processorbelastning, så antenneplacering og termisk tilstand bør valideres sammen.
• Bluetooth: Tilbehør og lydlinks kan bruge en frigivet Bluetooth PCB arkitektur med kontrollerede keep-outs.
• RF-layout: Antennetilførsel, matchning og afskærmning kan følge trådløs og RF-løsning fremstillingspraksis.
• Mikrofonopstilling: Stemmestyringsprodukter kan bruge flere digitale mikrofoner; portplacering og akustiske membraner skal bevares ved montering af kabinettet.
• Højttalerudgang: Forstærker- og højttalerkanalen bør placeres væk fra følsomme RF/IMU-områder, hvor det er muligt.

HDI, Rigid-Flex og Termisk Design til Hovedbåret Elektronik

Vægt og kabinettykkelse gør PCB-arkitekturen central for HMD-komfort. Et konventionelt stift printkort kan fungere til en robust monokulær enhed, mens kompakte eller buede designs ofte drager fordel af HDI og fleksible forbindelser.

• HDI bundkort: HDI PCB fremstilling kan understøtte fine-pitch-processorer, hukommelse og tætte stikfelter.
• Stiv-fleksibel: Rigid-flex PCB kan sende signaler gennem tindingearme eller bomsamlinger med færre kabelstik.
• Smart-briller fleksible: Tynde optiske grene kan bruge den samme procesdisciplin, der anvendes til flex-printkort i smarte briller.
• Termisk spredning: Processor-, PMIC- og radiovarme bør fjernes fra huden og de optiske overflader ved hjælp af definerede kobber- og kabinetveje.
• Batteriplacering: Headsetbalancen kan placere batteriet bagpå eller i en ekstern pakke, hvilket ændrer kravene til kabel- og strømfordeling.

Montering, programmering og inspektion af HMD PCBA'er

Nærøjeprodukter bliver ofte vanskelige at omarbejde efter installation af optiske moduler og fleksible kredsløb. Produktionsruten bør færdiggøre programmering og inspektion på printkortniveau før den endelige optiske justering.

• Fintgående samling: Highleap kan tilbyde PCB -samling til processorer, hukommelse, PMIC'er, kameraer og RF-enheder.
• Komponent sourcing: Displaymoduler, kameraer, hukommelse og radioer skal følge kontrollerede komponent sourcing regler.
• AOI: AOI i PCBA kan inspicere stik, små passive komponenter og enhedsorientering, før den mekaniske stak lukkes.
• Røntgen: Skjulte BGA/LGA-samlinger kan kontrolleres med Røntgeninspektion hvor det er nødvendigt.
• Programmering: Bootloader, driftsbillede, kalibreringsdata og seriel identitet skal forblive knyttet til den nøjagtige PCB/BOM-revision.

Funktionstest- og RFQ-pakke til et hovedmonteret display-PCB

Fabriksgodkendelse bør adskille elektronisk funktion fra den endelige optiske justering. Kortet kan valideres for displaydata, kameraoptagelse, sensorer, radio og strøm, før den komplette HMD monteres på den optiske samling.

• Visningsmønster: Bekræft billedgenerering, lysstyrkekontrol og grænsefladestabilitet.
• Kamera: Bekræft optagelse, autofokus eller godkendte testfunktioner.
• IMU: Kontroller sensoridentitet og orienteringsrespons.
• Trådløs/lyd: Bekræft Wi-Fi/Bluetooth og mikrofon-/højttalerstier, hvor disse er inkluderet.
• Magt: Mål definerede aktive og laveffektsstrømstilstande.
• FCT: Highleap kan implementere kundedefinerede funktionstest med programmeret firmware og sporbare resultater.

Relaterede produktprogrammer kan omfatte monokulære industrielle HMD-printkort (PCBA'er), hjelmmonterede displaykort, assisted reality-headset, bærbare kamera-/displaymoduler og fleksible smartglasses-enheder, der hver især udgives med sin egen optiske og mekaniske konfiguration.