Leiterplattenfertigung für Augmented-Reality-Headsets mit optischer Durchsichtfunktion für tragbare AR-Geräte

Die Leiterplatte eines Augmented-Reality-Headsets speichert digitale Informationen, während der Nutzer seine reale Umgebung weiterhin direkt durch transparente Optik wahrnimmt. Dieses Designziel erfordert eine besonders leichte, wärmeisolierte und flache Elektronik, die sich um die Schläfen oder die Stirn herum verteilt. Je nach Produkt kann das Headset Micro-OLED- oder Micro-LED-Displays, Wellenleiter, nach außen gerichtete Kameras, IMUs, Eye-Tracking, WLAN/Bluetooth, Mikrofone und eine Verbindung zu einem Smartphone, einem Compute Puck oder einem PC nutzen.

Highleap Electronics fertigt kundenspezifische Mainboards, Displayplatinen, Kameraflex-Leiterplatten und Starrflex-Baugruppen für AR-Headsets. Der Fertigungsschwerpunkt unterscheidet sich von dem vollständig geschlossenen VR-Headset: Optische AR-Systeme profitieren häufig von verteilter Signalverarbeitung, extrem kleinen Leiterplattenflächen und flexiblen Verbindungen. Optische Ausrichtung, Augensicherheit, Wellenleiterkalibrierung und die vollständige AR-Produktzertifizierung verbleiben beim fertigen System des OEM.

AR-Headset-Produkttypen und verteilte Elektronik

AR-Produkte reichen von leichten Betrachtern bis hin zu autarken Headsets für räumliches Rechnen. Das Platinenlayout sollte sich nach der optischen Architektur und dem physischen Standort der Recheneinheit richten.

• Kabelgebundener AR-Viewer: Empfängt gerenderte Inhalte und Energie von einem Telefon oder einer externen Recheneinheit, wodurch die lokale Wärmeentwicklung und die Batteriegröße reduziert werden.
• Kabellose AR-Smartbrille: Nutzt On-Glass-Prozessoren oder Co-Prozessoren sowie Wi-Fi/Bluetooth zur Kommunikation mit einem Telefon oder Computerhost.
• Enterprise-AR-Headset: Ergänzt um Kameras, Sprachsteuerung, Barcode-/Inspektionsfunktionen und robuste Montagemöglichkeiten für Arbeitsabläufe im Außendienst oder in der Fabrik.
• Binokulares Wellenleiter-AR-Headset: Erfordert synchronisierte linke/rechte Anzeigeeinheiten und eine präzisere optische/mechanische Steuerung.
• AR-Headset mit Blickverfolgung: Fügt NIR-Beleuchtung, Augenkameras und Hardware zur Blickverarbeitung in der Nähe der Optik hinzu.
• AR-Headset mit integrierter Kartendarstellung: Nutzt mehr Kameras, IMU und lokale Verarbeitung für räumliche Anker, Handverfolgung oder Umgebungsverständnis.

Warum ist verteilte Datenverarbeitung für das Leiterplattendesign wichtig?

Durch die Verlagerung von Rechenprozessen auf ein Smartphone oder einen externen Host lassen sich die Platinenfläche und die Wärmeentwicklung reduzieren, allerdings erhöht sich dadurch die Abhängigkeit von drahtlosen Hochgeschwindigkeits- oder Kabelverbindungen. Die korrekte Partitionierung sollte festgelegt werden, bevor die Flexibilität, der Akku und das Wärmemanagement freigegeben werden.

Integration von Wellenleitern, Mikrodisplays und optischen Modulen auf Leiterplatten

Die Displayeinheit und der optische Kombinator sind in der Regel die mechanisch empfindlichsten Bauteile eines AR-Headsets. Die Abmessungen der Leiterplatte und der flexiblen Leitungen sollten sich auf die optischen Bezugspunkte und nicht nur auf das Gehäuse beziehen.

• Mikrodisplay-Schnittstelle: Highleap kann montieren Anzeigeplatine Schnittstellen für vom Kunden ausgewählte Micro-OLED-, MicroLED- oder andere Display-Engines.
• Flexibilität gegenüber der Optik: Dünne Schläfen- und Augenbrauenpartien können verwendet werden Flexible Leiterplatte in Smart Glasses Prozesse zur Kompaktheit der Verbindungen.
• Starr-flexibel: Rigid-Flex-Leiterplatte kann kleine starre Komponenteninseln mit gebogenen Verbindungen um den Rahmen herum integrieren.
• Optische Ausrichtung: Die Toleranzen für Steckverbinder, Versteifungen und Montagebohrungen sollten an die Wellenleiter-/Display-Baugruppe angepasst werden.
• Thermische Steuerung des Displays: Lokale Erwärmung in der Nähe eines Wellenleiters kann den Komfort und die optische Stabilität beeinträchtigen; Stromdichte und Wärmeausbreitung sollten frühzeitig überprüft werden.

Sollte eine AR-Displayplatine wie eine normale Display-Controller-Leiterplatte behandelt werden?

Nein. Die elektrische Funktion mag ähnlich sein, aber bei Nahfeldoptiken sind Platinendicke, Steckerposition, Biegefestigkeit und Wärmeleitfähigkeit viel kritischer als bei einem herkömmlichen Panel-Controller.

Kameras, IMU und Wahrnehmungshardware für AR-Tracking

AR-Systeme können Kameras zur Umgebungskartierung, Handverfolgung, Objekterkennung oder visuell-inertialen Lokalisierung nutzen. Leichtgewichtige Betrachterprodukte benötigen weniger Sensoren, während räumliche AR-Systeme mehrere Kameras gleichzeitig unterstützen können.

• Kameramodule: Nach außen gerichtete Module sollten kontrollierte Funktionen nutzen. Kamera-Leiterplattenfertigung und Steckverbinder-/Flexprozesse.
• Kamera-FPC: Kamera FPC Sensoren können an Rahmenpositionen verschoben werden, die von der Hauptplatine nicht erreicht werden können.
• IMU: Die Achsen des Beschleunigungsmessers/Gyroskops sollten mit dem optischen Koordinatensystem und den mechanischen Bezugspunkten des Headsets übereinstimmen.
• Synchronisation: Die Zeitstempel von Kamera und IMU sollten deterministisch bleiben, wenn der OEM-Tracking-Stack auf visuell-inertialer Fusion basiert.
• Tiefen- oder Näherungssensorik: Optionale ToF- oder Tiefenmodule fügen Emitter, Timing- und thermische Beschränkungen hinzu, die separat dokumentiert werden sollten.

Hochleistungsrechner, Speicher und drahtlose Konnektivität

Selbst leichte AR-Systeme können Hochgeschwindigkeitsdisplays, Kameras und drahtlose Verbindungen kombinieren. Der Systemaufbau und das Prozessorpaket sollten daher sowohl auf die Bandbreite als auch auf die strengen thermischen Vorgaben eines brillenähnlichen Gehäuses ausgelegt sein.

• Prozessor/Beschleuniger: Feinpixel-AR-Prozessoren benötigen möglicherweise Herstellung von HDI-Leiterplatten mit Mikrovias und Via-in-Pad.
• Erinnerung: LPDDR und Speicher sollten verwendet werden Hochgeschwindigkeits-PCB-Design Regeln und kontrollierte Geräteersatzmaßnahmen.
• Wi-Fi: Drahtlose Anzeigegeräte können gerenderte Frames oder Sensordaten mit hoher Bandbreite übertragen, daher sollten Antennen- und Wärmeverhalten unter realem Datenverkehr überprüft werden.
• Bluetooth: Zubehör und Eingabegeräte können eine freigegebene Bluetooth-Platine die Architektur.
• USB-C: Kabelgebundene AR-Geräte können verwenden USB-C-Anschlüsse zur Stromversorgung, für Hochgeschwindigkeitsdaten oder zur Bildübertragung.

Batterie-, Wärme- und Gewichtsbeschränkungen bei AR-Headsets

AR-Headsets bieten wenig Platz für heiße Oberflächen oder schwere Module im Bereich von Nase und Schläfen. Die Leistungsdichte der Leiterplatte hat einen direkten Einfluss auf den Tragekomfort.

• Verteilte Batterie: Die Zellen können auf die Schläfen verteilt oder in ein rückseitiges/externes Gehäuse verlegt werden, wodurch sich die Anforderungen an Kabel und Schutz ändern.
• Batterieüberwachung: Laden und Schutz können folgen Batteriemanagement-Platine Übungen für das ausgewählte Paket.
• Stromsparende Co-Prozessoren: Durch die Auslagerung von Sensor- und Blickverfolgungsaufgaben auf Geräte mit geringerem Stromverbrauch kann die Auslastung des Hauptprozessors reduziert werden.
• Thermischer Pfad: Die Wärme von Prozessor, PMIC und Display sollte in die Rahmenbereiche abgeführt werden, weg von der Haut. Techniken zum Wärmemanagement von Leiterplatten und die freigegebene Gehäusestruktur.
• Standby-Verhalten: Anwesenheitserkennung und Display-Ruhezustände sollten in die aktuellen Tests einbezogen werden, da von der Brille häufig erwartet wird, dass sie einsatzbereit bleibt, ohne die volle Rechenlast zu bewältigen.

Prototypen- und Seriensteuerung für verteilte AR-Elektronik

AR-Headsets beginnen oft als Entwicklungskits mit separaten Platinen und werden dann zu kleineren, kundenspezifischen Elektronikkomponenten zusammengeführt. Die Serienfertigung sollte diesen Übergang steuern, damit die optischen, HF- und thermischen Annahmen bei der Miniaturisierung des Layouts nicht verloren gehen.

• Entwicklung bis hin zur kundenspezifischen Leiterplatte: Prozessor-, Speicher- und Display-Schnittstellen sollten die auf der Referenzplattform validierten elektrischen Anforderungen beibehalten.
• Flex-Konsolidierung: Durch die Umstellung von Kabelbaugruppen auf starr-flexible Ausführungen können Steckverbinder reduziert werden, jedoch sollten Biegezonen und Impedanzübergänge erneut überprüft werden.
• Feinteilungspakete: Miniaturisierte Ausführungen können WLCSP/0201-Teile und entsprechende Komponenten enthalten. 0201 SMD-Bauteil Montagesteuerungen.
• Thermische Revalidierung: Eine kleinere Leiterplatte kann die Wärme auch dann konzentrieren, wenn das Silizium unverändert bleibt.
• Variantenmanagement: Monokulare/binokulare, Eye-Tracking- und regionale Funkvarianten sollten kontrollierte Stücklisten- und Firmware-Zuordnungen verwenden.

AR-Headset-Montage, optische Unterbaugruppen und Inspektion

Die AR-Elektronik kann auf mehrere kleine Platinen und flexible Anschlusskabel verteilt sein. Die Montagekontrolle sollte sich auf die Geometrie der Steckverbinder, die Biegebeanspruchung und die Rückverfolgbarkeit der Module konzentrieren, bevor die endgültige Optik verklebt wird.

• Feinraster-SMT: Highleap kann Folgendes bieten Leiterplattenmontage für Prozessoren, Speicher, PMICs, Kameras und drahtlose Geräte.
• Kontrollierte Beschaffung: Display-Engines, Kameras, Prozessoren und Funkgeräte sollten folgen Komponentenbeschaffung Kontrollen.
• AOI: AOI in PCBA Sichtbare Verbindungen und FPC-Steckverbinder können vor dem Schließen des Rahmens überprüft werden.
• Röntgenstrahl: BGA/LGA-Gehäuse können geprüft werden mit Röntgeninspektion gemäß dem Risikoprofil des Pakets und des Qualitätsplans.
• Handhabung des optischen Moduls: Der Reisende sollte festlegen, welche optischen Komponenten nach dem Reflow-Prozess eingebaut werden und welche Reinigungsbeschränkungen gelten.

Funktionstest- und Angebotsanfragedaten für die Leiterplattenfertigung von Augmented-Reality-Headsets

Die FCT-Prüfung auf Board-Ebene sollte die elektronischen Schnittstellen nachweisen, während die abschließende optische und räumliche Kalibrierung als separate Schritte auf Produktebene durchgeführt werden.

• Display: Überprüfen Sie das Bildmuster, gegebenenfalls den linken/rechten Kanal und die Helligkeitssteuerung.
• Kameras/IMU: Modulaufzählung, grundlegende Bildaufnahme und Orientierungsreaktion prüfen.
• Drahtlos/Kabelgebunden: Prüfen Sie, ob die veröffentlichte Architektur Wi-Fi/Bluetooth- oder USB-C-Daten- und Stromversorgung unterstützt.
• Blickverfolgung: Falls vorhanden, überprüfen Sie die NIR-Beleuchtung und die Kameraaufnahme im kundenspezifisch definierten Testmodus.
• Aktueller/thermischer Prüfpunkt: Testen Sie die definierte AR-Arbeitslast und den Energiesparmodus.
• FKT: Highleap kann implementieren Funktionsprüfung mit serieller Rückverfolgbarkeit.