Herstellung von Leiterplatten für elektronische Schwimmbrillen mit AR-Schwimmdisplays und Bewegungserfassung

Elektronische Schwimmbrillen vereinen Display, Bewegungssensoren, Akku, drahtlose Synchronisierung und mitunter Herzfrequenz- oder Kompassfunktionen in einem hydrodynamischen Gehäuse, das seitlich am Kopf des Schwimmers befestigt wird. Anders als bei einer Smartwatch kann die Elektronik in die Linse oder die Bügelstruktur integriert sein und muss auch während der Bewegung im Wasser lesbar bleiben. Das Gerät ist zudem wiederholt Poolchemikalien, Salzwasser, nassen Ladekontakten und Antibeschlagbeschichtungen ausgesetzt.

Die größte Herausforderung bei der Entwicklung von Leiterplatten/PCBAs besteht darin, ein ultrakompaktes optisches Modul mit zuverlässiger, wasserdichter Sensorik und einem komfortablen Tragekomfort zu kombinieren. Highleap Electronics fertigt kundenspezifische intelligente Schwimmbrillen und zugehörige tragbare Elektronik. Schwimmmetriken, optische Kalibrierung, Wasserdichtigkeitsprüfung und Angaben zur sportlichen Leistung unterliegen der Validierung des Endprodukts durch den OEM.

Elektronische Schwimmbrillen: Produkttypen und Leiterplattenarchitekturen

Elektronische Schwimmbrillen gibt es in verschiedenen Ausführungen: für das Training im Schwimmbad, mit AR/HUD, für Freiwasserschwimmen und mit biometrischer Technologie. Jede Produktklasse hat unterschiedliche Anforderungen an Display, Sensoren, Wasserdichtigkeit und Produktionsprüfung. Daher sollte das PCB-Gehäuse die geplante Konfiguration vor der endgültigen Festlegung von Layout und Bezugsquellen erkennen lassen.

• Schwimmbrille PCB: Nutzt IMU-basierte Runden-, Schlag- und Pausenerkennung sowie ein im Objektiv integriertes Display.
• AR/HUD-Schwimmbrille PCBA: Zeigt Tempo, Distanz oder Trainingsdaten in Echtzeit auf einem transparenten Display an.
• Elektronik für Freiwasserschwimmbrillen: Kann über eine digitale Kompassfunktion verfügen und sich mit einer Uhr synchronisieren, um auf GNSS basierende Entfernungsmessungen durchzuführen.
• Herzfrequenz-Schwimmbrille PCB: Fügt einen optischen Sensor in der Nähe der Schläfe hinzu oder ist mit einem separaten Herzfrequenzsensor verbunden.
• Triathlon-Schwimmbrille PCB: Priorisiert werden die Ausrichtung im Freiwasser, Trainingsmetriken, lange Laufzeiten und eine schnelle Synchronisation nach dem Schwimmen.
• Angrenzende Produkte: Intelligente Tauchermasken, Sportbrillen mit HUD, Schwimmuhren und optische Herzfrequenzmessgeräte teilen sich bestimmte Subsysteme, haben aber unterschiedliche Anforderungen an Druck und Gehäuse.

Worin unterscheiden sich AR-Schwimmbrillen und smarte Schwimmbrillen auf Leiterplattenebene?

Eine Leiterplatte für AR-Schwimmbrillen legt üblicherweise den Schwerpunkt auf das Nahfeld-Display, die optische Ausrichtung und den Grafikpfad, während eine umfassendere Leiterplatte für intelligente Schwimmbrillen möglicherweise Bewegungserkennung, Trainingsdaten, drahtlose Synchronisierung oder Herzfrequenzfunktionen priorisiert. Die endgültige Leiterplattenarchitektur sollte sich nach dem tatsächlichen Funktionsumfang richten und nicht davon ausgehen, dass beide Produkte identisch sind.

Integration von Nahfeld-Display, Wellenleiter und ultrakompaktem Tech-Pack

Das Anzeigesystem muss gut lesbare Informationen liefern, ohne die Sicht des Schwimmers zu behindern. Die Elektronik kann in einem kompakten Seitenmodul untergebracht sein, dessen Wellenleiter oder Kombinator in die Linse hineinragt.

• Schnittstelle des Anzeigemoduls: Feinraster-FPC- und Mikrodisplay-Steckverbinder sollten an das optische Bezugssystem angepasst werden. Highleap kann die gleiche Fertigungsdisziplin anwenden, die auch für andere Steckverbinder gilt. Flexible Leiterplatte in Smart Glasses Architekturen.
• Flexibles Verbindungskabel: A flexible Leiterplatte kann Display-, Tasten- oder Sensorsignale durch den Brillenrahmen leiten und ist dabei platzsparender als Kabelbäume.
• Optische Ausrichtung: Die Befestigungslöcher der Leiterplatte, die Abmessungen der Versteifungen und die Positionierung des Displays müssen genau kontrolliert werden, da bereits eine kleine Verschiebung das virtuelle Bild verändern kann.
• Aktuelle Anzeige: Die Helligkeit sollte im Verhältnis zur Akkulaufzeit und der lokalen Erwärmung in einem geschlossenen Gehäuse abgewogen werden.
• Wasser-/Antibeschlagtrennung: Optische Beschichtungen und elektronische Klebstoffe sollten gleichzeitig gelöst werden, damit der Montageprozess die Linse oder die Beschlagversiegelung nicht beschädigt.

IMU, Kompass, Barometer und Schwimmbewegungssensor

Intelligente Schwimmbrillen können mithilfe von Bewegungssensoren Schwimmstil, Wenden und Ruhephasen erkennen. Varianten für Freiwasserschwimmen verfügen teilweise zusätzlich über ein Magnetometer zur Richtungsbestimmung, und einige kompakte Technologiepakete beinhalten auch einen barometrischen Sensor.

• IMU-Ausrichtung: Beschleunigungsmesser- und Gyroachsen sollten mit dem Brillenrahmen verbunden sein, damit die Software eine gleichmäßige Kopfbewegung erfasst. Stromsparende, tragbare IMUs eignen sich für diese Produktklasse, die genaue MPN wird jedoch weiterhin vom OEM festgelegt.
• Kompassposition: Halten Sie das Magnetometer von Batteriestrom, Lademagneten und ferromagnetischen Armbandteilen fern.
• Barometer/Drucksensor: Bei Verwendung für Bewegungs-/Umgebungsdaten, Drucksensor erfordert einen definierten Druck-/Entlüftungsweg und eine Reinigungsbegrenzung.
• Sensorfusion: Die Ausrichtung der Leiterplatte, die mechanische Passung und die Firmware-Kalibrierung müssen synchronisiert bleiben; Montage-Rotationsfehler können als Algorithmusfehler auftreten.
• Vibrationsfreie Montage: Die Sensorplatine sollte innerhalb des Rahmens mechanisch stabil sein, damit durch Linsenbiegung oder Riemenspannung keine inkonsistenten Bewegungsartefakte entstehen.

Muss das GPS-Gerät für offene Gewässer in der Schwimmbrille integriert sein?

Nicht unbedingt. Manche smarte Schwimmbrillen beziehen die per GPS ermittelte Distanz von einer gekoppelten Smartwatch, während die Brille selbst Anzeige, Herzfrequenz und Bewegungs-/Kompassdaten verarbeitet. Die Leiterplattenarchitektur sollte dem tatsächlichen Produktdesign des Originalherstellers entsprechen und nicht von einem integrierten GNSS ausgehen.

Optische Herzfrequenzmessung an der Schläfe oder am Kopf

Einige moderne Schwimmbrillen verwenden einen PPG-Sensor an der Schläfe, wo der mechanische Kontakt deutlich anders ist als bei der Messung am Handgelenk. Der Leiterplattenhersteller muss die Sensorhöhe, -ausrichtung und die Geometrie des Sichtfensters beibehalten, obwohl die Validierung des Algorithmus weiterhin beim OEM liegt.

• Optischer AFE und LEDs: Rauscharme PPG-Bauelemente verwenden häufig kompakte WLP-Gehäuse und dedizierte LED-Stromschienen.
• Sensorfenster: Linse, Lichtbarriere, Dichtung und Hautkontaktdruck bestimmen die optische Kopplung und die Umgebungslichtunterdrückung.
• Mechanische Toleranz: Überschüssiger Klebstoff oder Gehäusespalt können zu Übersprechen zwischen LED und Fotodiode führen.
• Rauschkopplung: Die Anzeige von Uhren, Funkaktivitäten und Schaltladegeräten sollte vom optischen analogen Frontend getrennt sein.
• Produktionstest: Die grundlegende Reaktion der LED/Fotodiode kann auf PCBA-Ebene überprüft werden, während die endgültige Genauigkeit der Herzfrequenzmessung einen vom OEM definierten Systemtest erfordert.

Wasserdichte Leiterplatte, beständig gegen Chlor-/Salzbelastung und Trockenladung

Schwimmbrillen sind einem härteren Nasszyklus ausgesetzt als die meisten anderen Fitness-Wearables: Die Elektronik wird während des Gebrauchs unter Wasser gehalten und anschließend nach dem Kontakt mit Chlor-, Salz- oder Reinigungswasser wieder aufgeladen.

• Wasserdichte Architektur: A wasserdichte PCB Der Ansatz kann Beschichtungen und geschützte Kontakte umfassen, die Gehäusedichtungen bleiben jedoch die primäre Wasserbarriere.
• Selektive Beschichtung: Schutzlack Optische Fenster, Druckanschlüsse oder Ladeschnittstellen sollten nicht abgedeckt werden, es sei denn, sie sind ausdrücklich für diesen Prozess vorgesehen.
• Ladekontakte: Das Produkt sollte vor dem Aufladen trockene Kontakte benötigen; die Kontaktmetallurgie und die Reinigungsanweisungen sollten Rückstände von Pools/Salzen berücksichtigen.
• Korrosionsschutz: Flussmittelrückstände und eingeschlossene ionische Verunreinigungen können die Korrosion bei wiederholten Nass-/Trockenzyklen beschleunigen.
• Batteriefach: Die Berücksichtigung der Zellschwellung, der Belüftungsrichtlinien und der mechanischen Fixierung sind produktbezogene Entscheidungen, die sich in der Sperrklausel widerspiegeln sollten.

Leiterplattenbestückung und Miniaturisierung für intelligente Schwimmbrillen

Das Elektronikpaket kann wesentlich kleiner sein als die Hauptplatine einer Uhr, daher werden beim Design häufig Bauteile mit feiner Rasterteilung, flexible Verbindungen und enge Bauteilhöhenbeschränkungen verwendet.

• HDI, wo erforderlich: HDI PCB Eine sequentielle Laminierung kann durch WLCSP/BGA-Escape oder das optische Pod-Volumen gerechtfertigt sein, aber nicht jede Schwimmbrillenplatine benötigt eine sequentielle Laminierung.
• Kleine passive Fähigkeiten: Bauteile nach 0201 können die HF-/Leistungsfläche reduzieren; die Auswirkungen auf die Montage werden in [Referenz einfügen] behandelt. 0201 SMD-Bauteil Herstellung.
• Flex-Baugruppe: Highleap kann unterstützen flexible Leiterplattenbestückung durch Verwendung von Trägern und Versteifungen, die die gekrümmte oder schmale Geometrie schützen.
• AOI: AOI in PCBA sollte geschehen, bevor die Elektronik in den Brillenrahmen eingebaut wird.
• Kontrollierte Beschaffung: Für Display, IMU, optischen Sensor, PMIC und HF-Komponenten sollten zugelassene MPNs verwendet werden.

Werksprüfung vor der endgültigen wasserdichten Versiegelung

Die elektrische Prüfung sollte abgeschlossen sein, bevor die abgedichtete optische Einheit endgültig integriert wird. Der OEM kann dann im Endproduktstadium Dichtheits-, Tauch- oder Umwelttests hinzufügen.

• Display: Bildmuster, Helligkeit und Schnittstellenkommunikation prüfen.
• Bewegungssensoren: Überprüfen Sie die Identität von IMU/Kompass/Barometer und die Achsenreaktion.
• Optischer Sensor: Prüfen Sie, ob die LED-Ansteuerung und die Fotodiode (falls vorhanden) reagieren.
• Bluetooth/Synchronisierung: Bestätigen Sie den genehmigten Produktionsverbindungsmodus.
• Stromversorgung: Messung des Ladezustands, des aktiven Stroms und des Tiefschlafs.
• FKT: Highleap kann kundenspezifische Aufgaben ausführen Funktionsprüfung mit Firmware und protokollierten Grenzwerten.

RFQ-Checkliste für die Leiterplattenfertigung elektronischer Schwimmbrillen

Senden Sie bitte die Dateien für Leiterplatte/Flex-Folie, Display/Optik, Sensoren (Herstellernummern), Akku/Ladekontakte, die mechanische Konstruktion der Brille, Anforderungen an Wasserdichtigkeit/Beschichtung, Firmware und Testverfahren. Falls das Produkt einen integrierten Herzfrequenzsensor verwendet, geben Sie bitte die Geometrie des optischen Fensters und des Hautkontakts an; bei Verwendung im offenen Wasser geben Sie bitte die Umgebungsbedingungen des Magnetometers an.

Highleap kann verwandte Konfigurationen wie intelligente Schwimmbrillen-Leiterplatten , AR-Schwimmbrillen-Leiterplatten , HUD-Schwimmbrillen-Elektronik , Freiwasser-Schwimmbrillen-Platinen , Herzfrequenz-Schwimmbrillen-Leiterplatten und Triathlon-Smart-Brillen-Leiterplattenbaugruppen herstellen , vorausgesetzt, die Display-, Sensor- und wasserdichten mechanischen Schnittstellen sind für jede Version definiert.