Fitness Tracker NYÁK-tervezés és NYÁK-gyártási útmutató

Egy fitneszkövető NYÁK-nak egy vékony, viselhető házban kell egyesítenie az érzékelőket, a Bluetooth NYÁK- kapcsolatot, a kijelző- vagy jelzőfelületet, a haptikus érzékelőket és az akkumulátor-kezelő NYÁK-ot . A mérnöki kihívás nem egyetlen alrendszer létrehozása; az, hogy mindegyiket együtt működtesse, miközben megőrzi az érzékelők minőségét, a vezeték nélküli teljesítményt és a többnapos akkumulátor-üzemidőt. Ugyanennek a NYÁK-nak esetleg támogatnia kell az optikai PPG-t, az IMU-t, a flash memóriát, a töltést és a rezgőmotort anélkül, hogy ezek a terhelések zavarnák az érzékeny mérési útvonalat.

A viselhető gyártás mechanikai és környezeti korlátokat is jelent. A NYÁK lehet vékony, hajlékony vagy merev-hajlékony NYÁK ; az alkatrészek nagyon közel helyezkedhetnek el a házhoz; az izzadság és a páratartalom elérheti a tökéletlen tömítéseket; és a terméket ismételten töltik és koptatják. Egy sikeres prototípushoz ezért gyártási tervre van szükség az érzékelők beállításához, az antenna távol tartásához, a finom pitch SMT-hez, a bevonatoláshoz vagy tömítéshez, valamint a funkcionális teszthez.

A Highleap Electronics képes ügyfél által tervezett fitneszkövető NYÁK-ok és NYÁK-szerelvények gyártására , alkatrészek beszerzésére, finomhangolt csomagok és rugalmas szerelvények összeszerelésére a specifikáció szerint, valamint ügyfél által meghatározott programozás és funkcionális tesztelés elvégzésére. A végső biometrikus pontosság, algoritmusok és orvosi vagy wellness állítások kívül esnek a szokásos NYÁK-gyártáson.

Öt mérnöki prioritás határozza meg a fitneszkövető NYÁK-ját

Ez az architektúra elsősorban abban különbözik az intelligens gyűrűktől , hogy egy csuklópántos nyomkövető általában nagyobb sík felülettel rendelkezik, és tartalmazhat kijelzőt is. Ez a plusz terület praktikusabbá teszi a hagyományos merev vagy vékony, többrétegű NYÁK-okat, de a kijelzőcsatlakozók, az érintőfelületek és a haptikus terhelések saját útvonaltervezési és tápellátási kihívásokat jelentenek. A megfelelő konstrukciót a ház és a tokozás sűrűsége alapján kell kiválasztani, ahelyett, hogy feltételeznénk, hogy minden viselhető eszközhöz merev, rugalmas vagy HDI szükséges.

A gyártócsomagnak azt is meg kell határoznia, hogy mely funkciók modulok és melyek chipszintűek. Egy előre hitelesített BLE modul leegyszerűsítheti az RF elrendezést a hely rovására; egy NYÁK-antennával ellátott BLE SoC helyet takaríthat meg, de szigorúbb referencia-elrendezést és illesztési vezérlést igényel. Ugyanez a kompromisszum vonatkozik az integrált optikai érzékelő modulokra a különálló LED-ekkel és fotodiódákkal szemben.

PPG érzékelő NYÁK elrendezése és optikai integráció

A fényvisszaverő PPG-t széles körben használják csuklóra helyezhető eszközökben. A LED-ek megvilágítják a szöveteket, és a fotodetektor érzékeli a modulált visszavert jelet. Az integrált viselhető optikai érzékelők tartalmazhatnak LED-meghajtókat, analóg előlapot és ADC-t, de ezek továbbra is a fizikai optikától függenek. A NYÁK-lap határozza meg az alkatrész pozícióját; a burkolat határozza meg a bőrrel való érintkezést, az optikai szigetelést és a fény útját.

LED-fotodióda geometria

A távolságnak és az orientációnak meg kell felelnie az érzékelő gyártójának referencia útmutatásainak és az eredetiberendezés-gyártó (OEM) optikai tervének. Az érzékelőnek a könnyebb útvonaltervezés érdekében történő mozgatása megváltoztathatja a mérési útvonalat. A panel körvonalának és a mechanikai adatpontoknak ezért megismételhetővé kell tenniük az érzékelő elhelyezkedését a csukló felé néző ablakhoz képest.

Optikai leválasztás

A LED-ről a fotodiódára szivárgó közvetlen fény csökkentheti a hasznos jelet. A mechanikai akadályok, a sötét tömítések és az öntött alkatrészek gyakran többet tesznek, mint a NYÁK-réz. Az összeszerelési rajzon továbbra is meg kell jelölni az optikai zárópontokat, hogy a forrasztómaszk, a ragasztó, a bevonat vagy a közeli fényvisszaverő alkatrészek ne hatoljanak be a meghatározott üregbe.

Áram és föld

A LED-impulzusok áramtranzienseket hoznak létre, amelyek becsatolhatók az analóg előlapba vagy az MCU tápellátásába. A lokális leválasztási és visszatérési útvonalaknak követniük kell az érzékelő referenciatervét. Egy átlagos áramerősségnél stabilnak tűnő akkumulátorsín leeshet LED-impulzusok vagy rádióátvitel közben, ezért a prototípus tesztelésének a valódi aktív hullámformát kell rögzítenie.

Kerülje el, hogy egy wellness-érzékelőt megalapozatlan orvosi állítássá alakítson

A NYÁK-gyártás ellenőrizheti az érzékelők kommunikációját és az ügyfél által meghatározott optikai választ. Ez nem állapítja meg a klinikai pontosságot vagy a szabályozási státuszt. A cikknek és a gyári árajánlatnak egyértelművé kell tennie ezeket a határokat, különösen akkor, ha a nyomkövető SpO2-vel kapcsolatos optikai hullámhosszakat vagy pulzusszám-funkciókat tartalmaz.

Többnapos akkumulátor-üzemidőt biztosító energiaarchitektúra

Az akkumulátor élettartama egy idővel súlyozott működési profil eredménye. A nyomkövető idejének nagy részét alacsony energiafogyasztású alvás módban töltheti, majd periodikusan felébredhet, hogy mintát vegyen az érzékelőkből, pulzálja a PPG LED-eket, frissítse a kijelzőt, naplózza az adatokat és BLE-n keresztül továbbítson. A tervezésnek ezért optimalizálnia kell mind a nyugalmi áramot, mind az aktív impulzusok energiáját.

Szabályozó kiválasztása

Egy LDO egyszerű csendes sínt biztosíthat, amikor az akkumulátor és a terhelés feszültsége közel van egymáshoz. Egy buck vagy buck-boost konverter több felhasználható energiát tud kinyerni az akkumulátor lemerülésekor, de kapcsolási zajt és saját nyugalmi áramot okoz. A viselhető PMIC-ek kombinálhatják a töltést és a több sínt. A legjobb architektúra az akkumulátor feszültségtartományától, az érzékelő érzékenységétől és a kitöltési tényezőtől függ, nem pedig az LDO vagy a DC-DC közötti egyetemes preferenciától.

Gyártási áramteszt

Az alvóáram hasznos gyártási teszt, mivel a forrasztási hidak, a helytelen alkatrészértékek, a szivárgás vagy a firmware-konfiguráció drámaian megnövelheti azt. A lámpatestnek meg kell határoznia a firmware állapotát és a beállási időt. Az aktív áram határértékei az érzékelő vagy a BLE működése közben is mérhetők. Ezek a tesztek sokkal értelmesebbek, mint pusztán a panel bekapcsolásának ellenőrzése.

BLE antenna elrendezése, csuklóterhelés és rádiófrekvenciás antenna távoltartása

A csuklón viselhető eszköz a test, a kijelző, az akkumulátor és a ház közelében helyezkedik el. Ezek az anyagok befolyásolják az antennát. Ha a nyomkövető NYÁK-antennát használ, a körülötte lévő antenna távolsága és a referenciaföldelés az RF-kialakítás részét képezi. Egy flexibilis farok, fémkeret vagy akkumulátor-eltolás megváltoztathatja a hangolást akkor is, ha a rádió kapcsolási rajza ugyanaz marad.

Kövesse a rádió referencia elrendezését

RF NYÁK elrendezés: a BLE SoC illesztő hálózatának és betáplálási geometriájának a validált referenciához közel kell maradnia. Az antenna köré elhelyezett rézöntések, átvezető furatok és tesztpadok megváltoztathatják a parazita kapacitást és impedanciát. A DFM-nek a tervezés által vezéreltként kell azonosítania az RF zónát, így a gyárthatósági változtatások máshol történhetnek, kivéve, ha a mérnökök jóváhagyják azokat.

Testterhelés

Az RF teljesítményt az összeszerelt viselhető eszközön vagy egy megfelelő rögzítőelemen kell validálni, mivel a csukló megváltoztatja az antenna környezetét. A csupasz NYÁK-on végzett hatótávolság-teszt hasznos a hibakereséshez, de nem képviseli a végleges állapotot. A gyártási teszt kiszűrheti a hiányzó/elrontott RF alkatrészeket és megerősítheti a kommunikációt, míg a teljes antennahangolás a mérnöki validációhoz tartozik.

Együttműködés kijelzővel és érzékelőkkel

A gyors kijelzőélek és a kapcsolószabályozók zajt kelthetnek a rádió körül, míg a rádiókitörések érzékeny optikai vagy analóg áramkörökbe illeszkedhetnek. A fizikai elhelyezés, a referenciasíkok és az ütemezés csökkentheti az interakciót. A pontos csökkentés termékspecifikus; a gyártás feladata a kiadott elhelyezés és az illeszkedő alkatrészek megőrzése.

Vékony NYÁK, Flex, Rigid-Flex és amikor a HDI segít

A fitneszkövetők vékony, merev, többrétegű panelt használhatnak, ha az elektronika a központi házba illeszkedik. A rugalmas kialakítás a kijelzőt, az oldalsó gombokat, a töltőérintkezőket vagy a csuklóra néző érzékelőpanelt is csatlakoztathatja. A merev, rugalmas kialakítás csökkentheti a csatlakozókat és a vastagságot ott, ahol a mechanikai architektúra előnyös. Ezen technológiák egyikét sem szabad kizárólag azért feltételezni, mert a termék viselhető.

A HDI akkor válik hasznossá, ha a finom osztású BGA vagy a súlyos területi korlát miatt a szabványos átmenő furatok kivitelezhetetlenek. A mikrofuratok és a pad-ban lévő furatok javíthatják a szökési sűrűséget, de növelik a gyártás bonyolultságát. A tervezőcsapatnak összehasonlítania kell egy kicsit nagyobb tokozást vagy eltérő alkatrészelhelyezést, mielőtt pusztán a divat kedvéért a HDI mellett döntene.

A prototípusnak és a sorozatgyártású terméknek a lehető leghamarabb ugyanazt a tervezett konstrukciót kell használnia. Egy vastag, merev kiértékelő panel igazolhatja a firmware-t, de keveset árul el a gyártásra szánt viselhető eszköz antennájáról, optikai beállításáról vagy hajlítási feszültségéről. A gyártásra szánt DVT/pilot hardver elengedhetetlen a szerszámok és a megbízhatósági tesztelés véglegesítése előtt.

Fitneszkövető PCBA: BGA/QFN/LGA érzékelők, kijelző és haptikus vezérlés

A viselhető szerelvények gyakran használnak QFN vagy BGA MCU/SoC tokokat, kis LGA inerciális érzékelőket, optikai modulokat, FPC kijelzőcsatlakozókat és miniatűr passzív elemeket. Az összeszerelési kockázataik eltérőek. Az alsó csatlakozóval ellátott tokokhoz jó paszta-térfogat szabályozás szükséges, míg a rugalmas csatlakozókhoz igazítás és mechanikai alátámasztás. Az optikai érzékelőknek tiszta ablakokra és pontos tájolásra van szükségük.

Reflow és nedvességre érzékeny eszközök

Az alkatrészek kezelésének meg kell felelnie a gyártó nedvesség- és újraömlesztési előírásainak. A vékony lapok melegítés közben vetemedhetnek, különösen akkor, ha a réz eloszlása ​​egyenetlen. A panelsínek és a tartószerkezetek javíthatják a nyomtatás és az elhelyezés síkfelületét. Ha hajlított szakasz van beépítve, az összeszerelő panelhez ideiglenes merevítésre vagy hordozószerszámokra lehet szükség.

Vibrációs motor

A haptikus motor elektromosan egyszerű, de mechanikailag nagy hatású. Áramimpulzust vesz fel, és mágneses vagy rezgési interferenciát okozhat az érzékelőkkel. A panelnek és a burkolatnak el kell vezetnie a motoráramot az érzékeny referenciáktól, és feszültségmentesítenie kell a vezetékeket vagy csatlakozókat. A funkcionális tesztnek meg kell terhelnie a motort, mert egy rossz csatlakozás átmehet az összes digitális érzékelőteszten.

Kijelző csatlakozó

Az FPC orientációja gyakori gyártási kockázat. Az összeszerelési rajzoknak fel kell tüntetniük a kábel behelyezési oldalát, az egyes lábak és a retesz pozícióját. A nagysebességű kijelzőjeleknek meg kell tartaniuk a referencia útvonalukat a csatlakozó kilépésén keresztül, és a DFM nem adhat hozzá nagy tesztcsonkokat az időzítésre érzékeny sávokhoz.

Szemle

Az AOI képes látható forrasztások és polaritás szűrésére. Indokolt esetben röntgenvizsgálat használható BGA/QFN/LGA rejtett kötésekhez. Az optikai érzékelőablakok esetében külön szennyeződés-ellenőrzésre lehet szükség. Ezeket az ellenőrzési lépéseket a tényleges csomagolási kockázat alapján kell elvégezni, nem pedig minden egyes viselhető panelre külön felsorolni.

Hordható megbízhatóság: Izzadás, páratartalom, ütés és napi töltés

A fitneszkövetők agresszívabb környezetnek vannak kitéve, mint egy asztali érzékelőkártya. Az izzadság és a páralecsapódás elérheti az elektronikát, ha a tömítések elhasználódnak. Az egységet leejtik, csuklóval meghajlítják, hőmérsékleti ciklusoknak teszik ki, és ismételten töltik. A NYÁK-tervezés és -összeszerelés javíthatja a rugalmasságot, de a burkolat továbbra is az elsődleges környezeti akadály.

Konform bevonat

A bevonat megvédheti a kiválasztott áramköröket a nedvességtől vagy a szennyeződéstől, de szükség szerint el kell takarni a csatlakozóktól, töltőérintkezőktől, antennáktól, optikai érzékelőktől és tesztpontoktól. A bevonat vastagsága és kémiai összetétele befolyásolhatja az utólagos megmunkálást és az RF/optikai viselkedést. A bevonatot a terméktervezésnek kell meghatároznia, nem pedig automatikusan hozzáadni azért, mert a termék viselhető.

Csatlakozó és forrasztási kötés támogatása

A töltőérintkezőket, egyes modellek USB-csatlakozóit és a motorvezetékeket mechanikusan kell alátámasztani, hogy a mindennapi felhasználói erőt ne kizárólag finom forrasztási kötések viseljék. A rugalmas átmeneteknél kerülni kell az éles hajlításokat a merevítő éleknél. Ezen szerkezetek validálásához termékszintű ejtési és torziós vizsgálatok szükségesek.

Korrózió és maradványok

Az ionos maradványok nedvesség jelenlétében felgyorsíthatják a korróziót. A tisztítási követelményeknek ezért meg kell egyezniük a termék környezeti kockázatával, valamint az érzékelők és csatlakozók kompatibilitásával. A „nem tisztítható” fluxusmegjelölés nem jelenti automatikusan azt, hogy a szerelvény minden nedves, viselhető alkalmazáshoz alkalmas; az OEM-nek kell meghatároznia az elfogadható folyamatot.

Fitneszkövető NYÁK költségtényezői és prototípus-gyártás tervezés

A csupasz NYÁK-rendszer csak egy részét képezi a viselhető költségeknek. Az optikai érzékelők, a BLE SoC, a kijelző, az akkumulátor, a rugalmas konstrukció és a tesztelési munka dominálhat. A költségcsökkentésnek ezért a teljes összeszerelést és a hozamot kell figyelembe vennie, ahelyett, hogy a lehető legalacsonyabb rétegszámot erőltetné.

A prototípusgyártásnak igazolnia kell az optikai illesztést, a BLE teljesítményét a csuklón, az akkumulátor üzemidejét, a töltési hőt, az alvóáramot és a ház illeszkedését. A kísérleti gyártásnak rögzítenie kell a panelezést, a hajlítóformázást, a bevonatolást/maszkolást, a programozást és a tesztelő szerelvényeket. A tömeggyártás ezután a darabjegyzék folytonosságára, az alternatív jóváhagyásra, a nyomon követhetőségre és a folyamathozamra összpontosít.

A jóváhagyott alternatívák mérnöki felülvizsgálatot érdemelnek, mivel a látszólag egyenértékű viselhető alkatrészek megváltoztathatják a csomag magasságát, az energiafogyasztást, a rádiófrekvenciás viselkedést vagy az optikai választ. Egy kísérleti gyártás során bevezetett szabályozott alternatíva sokkal biztonságosabb, mint egy automatikus csere mennyiségi hiány esetén.

A tesztelési idő gyakran figyelmen kívül hagyott költségtényező. Egy olyan készülék, amely egyetlen automatizált sorozatban programozza a firmware-t, méri az alvóáramot, lekérdezi az érzékelőket, ellenőrzi a töltést és hitelesíti a BLE-t, gyorsan indokolhatja a fejlesztési költségeit az egyes egységek manuális teszteléséhez képest.

Hogyan válasszunk fitneszkövető NYÁK-szerelvény gyártót?

A gyártópartnernek jártasnak kell lennie a miniatűr érzékelők összeszerelésében, a rugalmas kezelésben és az alacsony fogyasztású/RF változásvezérlésben, de nem vállalhat felelősséget a biometrikus algoritmusokért vagy a késztermék állapotának pontosságáért. A legjobb beszállítói kapcsolat egyértelmű határokat tart fenn: a mérnöki munka határozza meg a mérést és az RF rendszert; a gyártás megőrzi a kiadott tervet, és az összeszerelést meghatározott tesztekkel ellenőrzi.

• Vékony, többrétegű, flexibilis vagy merev-flexibilis gyártás, amely illeszkedik a kiadott konstrukcióhoz.
• HDI/microvia képesség, amikor a finommarás valóban megköveteli.
• BGA/QFN/LGA és FPC csatlakozók összeszerelése kockázatnak megfelelő ellenőrzéssel.
• Optikai érzékelők, BLE SoC, PMIC és RF illesztő alkatrészek szabályozott beszerzése.
• Programozás, alvási áram mérése és ügyfél által meghatározott érzékelő/BLE funkcionális teszt.
• Prototípusokról ismételt gyártásra történő folyamatátvitel darabjegyzékkel és revízióvezérléssel.

Árajánlatkérő csomag

A Highleap Electronics át tudja tekinteni ezt a csomagot NYÁK-gyártás, alkatrész-beszerzés és NYÁK-árajánlatkérés céljából. A cél az, hogy a mennyiségek növekedésével megőrizzük az validált érzékelőgeometriát, az alacsony fogyasztású architektúrát, az RF elrendezést és az összeszerelési folyamatot – anélkül, hogy a gyártás bonyolultsága olyan mértékben növekedne, amire a terméknek nincs szüksége.

Gyakran ismételt kérdések

A gyártási követelményeket a kiadott tervdokumentációkkal, az alkatrészgyártók specifikációival és a végtermékre vonatkozó validálási vagy szabályozási követelményekkel kell megerősíteni.