Κατασκευή PCB οθόνης τοποθετημένης σε κεφαλή για βιομηχανικές οθόνες υψηλής αντοχής και συστήματα φορετών οθονών

Μια πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος οθόνης τοποθετημένη στο κεφάλι είναι ο ηλεκτρονικός πυρήνας πίσω από μονοφθάλμιες βιομηχανικές οθόνες, φορητές συσκευές υποβοηθούμενης πραγματικότητας, οθόνες τοποθετημένες σε κράνος και συμπαγείς οθόνες κοντινής εστίασης. Η πλακέτα μπορεί να συνδυάζει μικροοθόνη, επεξεργαστή εφαρμογών, μνήμη, κάμερα, Wi-Fi/Bluetooth, IMU, μικρόφωνα, ηχείο, USB-C και λειτουργίες μπαταρίας, ενώ δρομολογεί σήματα μέσω βραχίονα boom, μονάδας ναού ή κεφαλόδεσμου. Σε αντίθεση με έναν ελεγκτή οθόνης επιτραπέζιου υπολογιστή, τα ηλεκτρονικά της HMD πρέπει να είναι αρκετά ελαφριά για την κεφαλή, μηχανικά ισορροπημένα και ικανά να αντέχουν σε συνεχή κίνηση.

Η Highleap Electronics κατασκευάζει μητρικές πλακέτες HMD, πλακέτες διασύνδεσης οθόνης, κυκλώματα flex κάμερας και σχετικά PCBA σχεδιασμένα από τους πελάτες. Η κατασκευή εστιάζει σε συνδέσεις οθόνης/κάμερας υψηλής ταχύτητας, συμπαγή κατασκευή HDI ή άκαμπτη-εύκαμπτη, συνύπαρξη RF, θερμικό έλεγχο και επαναλήψιμες οπτικές/μηχανικές διεπαφές. Η τελική γεωμετρία του eye-box, η οπτική ασφάλεια, η άνεση του χρήστη και η συμμόρφωση σε επίπεδο προϊόντος παραμένουν στο πλαίσιο του πλήρους προγράμματος ακουστικών του OEM.

Κατηγορίες προϊόντων οθόνης τοποθετημένων σε κεφαλή και διαμέριση πλακέτας τυπωμένου κυκλώματος

Οι οθόνες που τοποθετούνται στο κεφάλι καλύπτουν διάφορες αρχιτεκτονικές και η καθεμία οδηγεί ένα διαφορετικό διαμέρισμα πλακέτας. Τα ηλεκτρονικά θα πρέπει να ορίζονται από το οπτικό σύστημα και την περίπτωση χρήσης και όχι μόνο από το περίβλημα.

• Μονοφθάλμια βιομηχανική HMD: Χρησιμοποιεί μια μικρή οθόνη κοντινής όρασης τοποθετημένη στη μία πλευρά του οπτικού πεδίου του χρήστη για οδηγίες εργασίας, απομακρυσμένη βοήθεια ή δεδομένα επιθεώρησης.
• Φορητή οθόνη με κιάλια: Χρησιμοποιεί δύο οπτικά κανάλια ή μια ευρύτερη ενιαία οπτική μονάδα και συνήθως απαιτεί μεγαλύτερο εύρος ζώνης οθόνης και αυστηρότερο συγχρονισμό.
• Ακουστικά υποβοηθούμενης πραγματικότητας: Παρουσιάζει πληροφορίες χωρίς να αντικαθιστά πλήρως την εικόνα του χρήστη για το πραγματικό περιβάλλον. Τα ανθεκτικά βιομηχανικά προϊόντα μπορούν να συνδυάζουν κάμερα, φωνητικό έλεγχο και οπτικά συστήματα αναγνώσιμα σε εξωτερικούς χώρους.
• Μονάδα οθόνης τοποθετημένη σε κράνος: Τοποθετεί ηλεκτρονικά συστήματα οθόνης σε κράνος ασφαλείας ή τακτικό κράνος και συχνά χρησιμοποιεί ξεχωριστή μητρική πλακέτα, εύκαμπτες και οπτικές πλακέτες.
• Συνδεδεμένος θεατής: Μεταφέρει το μεγαλύτερο μέρος του υπολογιστή σε τηλέφωνο, υπολογιστή ή εξωτερική μονάδα, επιτρέποντας στην πλακέτα που φοριέται στο κεφάλι να εστιάζει στην οθόνη, τους αισθητήρες, τις θύρες USB/υψηλής ταχύτητας I/O και τη μετατροπή ενέργειας.
• Αυτόνομος φορετός υπολογιστής: Ενσωματώνει επεξεργαστή, μνήμη, αποθηκευτικό χώρο, ασύρματη σύνδεση και μπαταρία στην κεφαλή, αυξάνοντας την θερμική και την πυκνότητα ισχύος.

Γιατί πρέπει ο κύριος επεξεργαστής και η οπτική μονάδα να είναι ξεχωριστά σε ορισμένες μονάδες HMD;

Ο διαχωρισμός της υπολογιστικής ισχύος από την οπτική μηχανή μπορεί να βελτιώσει την κατανομή βάρους και τη δυνατότητα συντήρησης. Μια μικρή εύκαμπτη πλακέτα ή πλακέτα οθόνης μπορεί να παραμείνει ευθυγραμμισμένη με τα οπτικά, ενώ ο θερμότερος επεξεργαστής και η μπαταρία βρίσκονται σε σημείο όπου υπάρχει περισσότερος χώρος για ψύξη.

Δρομολόγηση σήματος μικροοθόνης, κάμερας και υψηλής ταχύτητας

Ένα HMD μπορεί να μεταφέρει πολλαπλές διεπαφές που είναι ευαίσθητες σε απώλειες, ασύμμετρες συνδέσεις και μεταβάσεις συνδέσμων. Η απελευθερωμένη στοίβα και η διασύνδεση θα πρέπει να αντιμετωπίζονται ως μέρος του καναλιού οθόνης/κάμερας και όχι ως μια γενική πολυστρωματική πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος (PCB).

• Διεπαφή μικροοθόνης: Οι μηχανές απεικόνισης OLED, LCoS ή άλλες μηχανές προβολής ενδέχεται να χρησιμοποιούν MIPI, RGB, LVDS ή ιδιόκτητες διεπαφές. Η Highleap μπορεί να συναρμολογήσει τη διεπαφή χρησιμοποιώντας οθόνη PCB ελέγχους παραγωγής.
• Διαδρομή κάμερας: Τα HMD τηλεβοήθειας ή επιθεώρησης συχνά περιλαμβάνουν κάμερα υψηλής ανάλυσης. Η μονάδα κάμερας μπορεί να συνδεθεί μέσω κάμερα FPC ή έναν ειδικό πίνακα.
• Δρομολόγηση υψηλής ταχύτητας: Η οθόνη, η κάμερα, τα κανάλια USB και μνήμης θα πρέπει να ακολουθούν PCB υψηλής ταχύτητας και απαιτήσεις ελεγχόμενης σύνθετης αντίστασης.
• USB-C: Οι συνδεδεμένοι θεατές ή οι θύρες υπηρεσιών ενδέχεται να χρησιμοποιούν Υποδοχές USB-C για λειτουργίες τροφοδοσίας, δεδομένων ή εμφάνισης εναλλακτικής λειτουργίας.
• Μεταβάσεις συνδέσμων: Οι σύνδεσμοι πλακέτας-προς-πλακέτα και οι σύνδεσμοι FPC θα πρέπει να διατηρούν τα επίπεδα αναφοράς και να αποφεύγουν τα μεγάλα αποκόμματα σε ευαίσθητους συνδέσμους.

Τι καθορίζει εάν ένα HMD χρειάζεται HDI;

Το βήμα του πακέτου του επεξεργαστή, ο αριθμός λωρίδων κάμερας/οθόνης, το πλάτος της πλακέτας και η πυκνότητα των υποδοχών είναι οι κύριοι παράγοντες. Ένας συμπαγής επεξεργαστής BGA με αρκετές διεπαφές υψηλής ταχύτητας μπορεί να δικαιολογήσει τη χρήση microvia ακόμα και αν το συνολικό σετ μικροφώνου-ακουστικών είναι φυσικά μεγάλο.

IMU, παρακολούθηση κεφαλής και σύντηξη αισθητήρων

Οι συσκευές που τοποθετούνται στο κεφάλι χρησιμοποιούν συνήθως επιταχυνσιόμετρα και γυροσκόπια για προσανατολισμό, συμπεριφορά αφύπνισης/ύπνου ή σταθεροποίηση κίνησης. Τα πιο προηγμένα προϊόντα προσθέτουν μαγνητόμετρα, βαρόμετρα, αισθητήρες εγγύτητας ή κάμερες για χωρική παρακολούθηση. Όπου τα ακουστικά βασίζονται σε εξωτερική παρακολούθηση, τα ηλεκτρονικά των σταθμών βάσης παρακολούθησης VR χρειάζονται τη δική τους αξιολόγηση των αναφορών χρονισμού, των οπτικών ή υπερύθρων εξαρτημάτων και των διεπαφών συγχρονισμού.

• Προσανατολισμός IMU: Οι άξονες των αισθητήρων θα πρέπει να συνδέονται με το οπτικό και μηχανικό σύστημα συντεταγμένων, ώστε το υλικολογισμικό να ερμηνεύει σωστά την κίνηση της κεφαλής.
• Διαδρομή δεδομένων χαμηλής καθυστέρησης: Τα δεδομένα κίνησης θα πρέπει να φτάνουν στον επεξεργαστή χωρίς να αποφευχθούν οι συγκρούσεις στο δίαυλο ή ο θόρυβος του ρολογιού.
• Συγχρονισμός κάμερας/IMU: Η οπτική αδρανειακή παρακολούθηση εξαρτάται από τον ντετερμινιστικό χρονισμό μεταξύ των καρέ εικόνας και των δειγμάτων κίνησης.
• Ακεραιότητα PCB σύντηξης αισθητήρα: Η δρομολόγηση αισθητήρων και επεξεργαστών υψηλής ταχύτητας μπορεί να εξεταστεί χρησιμοποιώντας τις αρχές στο επαλήθευση PCB σύντηξης αισθητήρα υψηλής ταχύτητας ανάλογα με την περίπτωση.
• Μαγνητικό περιβάλλον: Εάν χρησιμοποιείται μαγνητόμετρο, στο περιβάλλον βαθμονόμησης θα πρέπει να περιλαμβάνονται μαγνήτες ηχείων, απτικοί ενεργοποιητές και μεταλλικές βάσεις.

Ασύρματη συνδεσιμότητα, υλικό ήχου και φωνητικού ελέγχου

Οι βιομηχανικές συσκευές υψηλής τεχνολογίας συνδυάζουν συχνά Wi-Fi και Bluetooth με μικρόφωνα και ηχείο. Τα υποσυστήματα ραδιοφώνου και ακουστικής πρέπει να συνυπάρχουν με τα ρολόγια οθόνης και τον θόρυβο εναλλαγής επεξεργαστή σε ένα πολύ μικρό περίβλημα.

• Wi-Fi: Η ροή βίντεο και η απομακρυσμένη συνεργασία μπορούν να δημιουργήσουν διαρκές φορτίο ραδιοσυχνοτήτων και επεξεργαστή, επομένως η τοποθέτηση της κεραίας και η θερμική κατάσταση θα πρέπει να επικυρώνονται μαζί.
• Bluetooth: Τα αξεσουάρ και οι σύνδεσμοι ήχου μπορούν να χρησιμοποιήσουν ένα Πλακέτα Bluetooth αρχιτεκτονική με ελεγχόμενες απομονώσεις.
• Διάταξη RF: Οι τροφοδοσίες κεραίας, η αντιστοίχιση και η θωράκιση μπορούν να ακολουθήσουν ασύρματη και RF λύση κατασκευαστικές πρακτικές.
• Συστοιχία μικροφώνων: Τα προϊόντα φωνητικού ελέγχου ενδέχεται να χρησιμοποιούν πολλά ψηφιακά μικρόφωνα. Η θέση της θύρας και οι ακουστικές μεμβράνες πρέπει να διατηρούνται κατά τη συναρμολόγηση του περιβλήματος.
• Έξοδος ηχείου: Η διαδρομή του ενισχυτή και του ηχείου θα πρέπει να τοποθετείται μακριά από ευαίσθητες περιοχές RF/IMU, όπου είναι δυνατόν.

Σχεδιασμός HDI, Άκαμπτης Ευκαμψίας και Θερμικής Σχεδίασης για Ηλεκτρονικά που Φοριούνται στο Κεφαλάρι

Το βάρος και το πάχος του περιβλήματος καθιστούν την αρχιτεκτονική PCB κεντρική στην άνεση HMD. Μια συμβατική άκαμπτη πλακέτα μπορεί να λειτουργήσει για μια στιβαρή μονοφθάλμια μονάδα, ενώ τα συμπαγή ή καμπύλα σχέδια συχνά επωφελούνται από το HDI και τις εύκαμπτες διασυνδέσεις.

• Κεντρική πλακέτα HDI: Κατασκευή HDI PCB μπορεί να υποστηρίξει επεξεργαστές λεπτού βήματος, μνήμη και πυκνά πεδία συνδέσμων.
• Άκαμπτη ευκαμψία: Άκαμπτο-flex PCB μπορούν να δρομολογήσουν σήματα μέσω βραχιόνων ή συγκροτημάτων βραχίονα με λιγότερους συνδετήρες καλωδίων.
• Έξυπνα γυαλιά που εύκαμπτα: Οι λεπτοί οπτικοί κλάδοι μπορούν να χρησιμοποιήσουν την ίδια διαδικασία που εφαρμόζεται σε εύκαμπτο PCB σε έξυπνα γυαλιά.
• Θερμική διασπορά: Η θερμότητα του επεξεργαστή, του PMIC και του ραδιοφώνου θα πρέπει να απομακρύνεται από το δέρμα και τις οπτικές επιφάνειες χρησιμοποιώντας καθορισμένες διαδρομές χαλκού και περιβλήματος.
• Τοποθέτηση μπαταρίας: Η εξισορρόπηση των ακουστικών μπορεί να τοποθετήσει την μπαταρία στο πίσω μέρος ή σε μια εξωτερική συσκευασία, γεγονός που αλλάζει τις απαιτήσεις καλωδίου και κατανομής ισχύος.

Συναρμολόγηση, Προγραμματισμός και Επιθεώρηση για HMD PCBAs

Τα προϊόντα για κοντινή απόσταση από το μάτι συχνά καθίστανται δύσκολο να επανακατασκευαστούν μετά την εγκατάσταση οπτικών μονάδων και εύκαμπτων κυκλωμάτων. Η διαδικασία παραγωγής θα πρέπει να ολοκληρώνει τον προγραμματισμό και την επιθεώρηση σε επίπεδο πλακέτας πριν από την τελική οπτική ευθυγράμμιση.

• Συναρμολόγηση λεπτού βήματος: Το Highleap μπορεί να παρέχει Συναρμολόγηση PCB για επεξεργαστές, μνήμη, PMIC, κάμερες και συσκευές RF.
• Προμήθεια εξαρτημάτων: Οι μονάδες οθόνης, οι κάμερες, η μνήμη και τα ραδιόφωνα θα πρέπει να ακολουθούν ελεγχόμενες προμήθεια συστατικών κανόνες.
• AOI: AOI σε PCBA μπορεί να επιθεωρήσει τους συνδετήρες, τα μικρά παθητικά εξαρτήματα και τον προσανατολισμό της συσκευής πριν κλείσει η μηχανική στοίβα.
• Ακτινογραφία: Οι κρυφές αρθρώσεις BGA/LGA μπορούν να ελεγχθούν με Επιθεώρηση ακτίνων Χ όπου απαιτείται.
• Προγραμματισμός: Ο bootloader, η εικόνα λειτουργίας, τα δεδομένα βαθμονόμησης και η σειριακή ταυτότητα θα πρέπει να παραμείνουν συνδεδεμένα με την ακριβή αναθεώρηση PCB/BOM.

Λειτουργική δοκιμή και πακέτο RFQ για πλακέτα οθόνης τοποθετημένη στην κεφαλή

Η εργοστασιακή έγκριση θα πρέπει να διαχωρίζει την ηλεκτρονική λειτουργία από την τελική οπτική ευθυγράμμιση. Η πλακέτα μπορεί να επικυρωθεί για δεδομένα οθόνης, λήψη κάμερας, αισθητήρες, ραδιόφωνο και ρεύμα πριν τοποθετηθεί ολόκληρο το HMD στο οπτικό συγκρότημα.

• Μοτίβο εμφάνισης: Επαληθεύστε τη δημιουργία εικόνας, τον έλεγχο φωτεινότητας και τη σταθερότητα της διεπαφής.
• Φωτογραφική μηχανή: Επιβεβαιώστε τις λειτουργίες λήψης, αυτόματης εστίασης ή εγκεκριμένης δοκιμαστικής λειτουργίας.
• Μονάδα Μονάδας Μονάδας: Ελέγξτε την ταυτότητα του αισθητήρα και την απόκριση προσανατολισμού.
• Ασύρματο/ήχος: Επαληθεύστε τις διαδρομές Wi-Fi/Bluetooth και μικροφώνου/ηχείου, όπου περιλαμβάνονται.
• Δύναμη: Μετρήστε τις καθορισμένες ενεργές και χαμηλής ισχύος καταστάσεις ρεύματος.
• FCT: Το Highleap μπορεί να εφαρμόσει λειτουργικές δοκιμές με προγραμματισμένο υλικολογισμικό και ανιχνεύσιμα αποτελέσματα.

Τα σχετικά προγράμματα προϊόντων μπορούν να περιλαμβάνουν μονοφθάλμια βιομηχανικά PCBA HMD, πλακέτες οθόνης τοποθετημένες σε κράνος, ακουστικά υποβοηθούμενης πραγματικότητας, φορητές μονάδες κάμερας/οθόνης και εύκαμπτα συγκροτήματα έξυπνων γυαλιών, καθένα από τα οποία κυκλοφορεί με τη δική του οπτική και μηχανική διαμόρφωση.