PCB-productie voor augmented reality-headsets met optische doorzichtigheid voor AR-wearables.

Een printplaat (PCB) van een augmented reality-headset ondersteunt digitale informatie, terwijl de gebruiker de echte omgeving rechtstreeks blijft zien door transparante optiek. Dit ontwerpdoel zorgt ervoor dat de elektronica licht van gewicht, warmtearm en dun is, en dat de behuizing rond de slapen of het voorhoofd is gedistribueerd. Afhankelijk van het product kan de headset gebruikmaken van micro-OLED- of microLED-displays, waveguides, naar buiten gerichte camera's, IMU's, oogtracking, wifi/bluetooth, microfoons en een hostverbinding met een telefoon, computerpuck of pc.

Highleap Electronics produceert op maat gemaakte moederborden, displayboards, flexibele cameracircuits en rigid-flex-assemblages voor AR-headsets. De productie is anders dan bij een volledig gesloten VR-headset: optische AR profiteert vaak van gedistribueerde verwerking, extreem kleine printplaatoppervlakken en flexibele interconnecties. Optische uitlijning, oogveiligheid, kalibratie van de golfgeleider en volledige AR-productcertificering blijven de verantwoordelijkheid van de OEM voor het voltooide systeem.

Producttypen AR-headsets en gedistribueerde elektronica

AR-producten variëren van lichtgewicht kijkers tot zelfstandige headsets voor ruimtelijke computerberekeningen. De lay-out van de printplaat moet worden gekozen op basis van de optische architectuur en de fysieke locatie van de computer.

• AR-viewer met kabelverbinding: Ontvangt gerenderde content en stroom van een telefoon of externe computer, waardoor de lokale warmteontwikkeling en de benodigde batterijcapaciteit worden verminderd.
• Draadloze AR-smartbrillen: Maakt gebruik van geïntegreerde processors of co-processors in combinatie met Wi-Fi/Bluetooth om te communiceren met een telefoon of computer.
• AR-headset voor zakelijk gebruik: Voegt camera's, spraakbesturing, barcode-/inspectiefuncties en een robuuste montagebeugel toe voor werkzaamheden in het veld of in de fabriek.
• Binoculaire AR-headset met golfgeleider: Vereist gesynchroniseerde linker/rechter displaymotoren en een nauwkeurigere optische/mechanische aansturing.
• AR-headset met oogtracking: Voegt NIR-verlichting, oogcamera's en hardware voor blikverwerking toe nabij de optiek.
• AR-headset met ingebouwde kaartfunctionaliteit: Maakt gebruik van meer camera's, IMU en lokale verwerking voor ruimtelijke ankers, handvolging of omgevingsanalyse.

Waarom is gedistribueerde verwerking belangrijk voor PCB-ontwerp?

Door een deel van de rekenkracht naar een telefoon of externe host te verplaatsen, kan het printplaatoppervlak en de warmteontwikkeling op de processor worden verminderd, maar dit verhoogt de afhankelijkheid van snelle draadloze of bekabelde verbindingen. De juiste verdeling moet worden vastgelegd voordat het ontwerp voor flexkabels, batterij en koeling wordt vrijgegeven.

Integratie van golfgeleider, microdisplay en optische engine-printplaat

De beeldschermmodule en de optische combiner zijn doorgaans de mechanisch meest gevoelige onderdelen van een AR-headset. De afmetingen van de printplaat en de flexibele kabel moeten gebaseerd zijn op de optische referentiepunten en niet alleen op het cosmetische frame.

• Microdisplay-interface: Highleap kan monteren display-PCB Interfaces voor door de klant geselecteerde micro-OLED-, microLED- of andere display-engines.
• Flexibiliteit naar de optiek: Dunne contouren bij de slapen en wenkbrauwen kunnen gebruikt worden Flexibele printplaat in slimme brillen processen om interconnecties compact te houden.
• Stijf-flexibel: Stijve flexibele printplaat Kleine, stijve componenteilanden kunnen met gebogen verbindingsstukken rondom het frame worden geïntegreerd.
• Optische uitlijning: De toleranties van de connector, versteviging en montagegaten moeten worden afgestemd op de golfgeleider/display-assemblage.
• Thermische regeling van het display: Lokale opwarming in de buurt van een golfgeleider kan het comfort en de optische stabiliteit beïnvloeden; de stroomdichtheid en warmteverspreiding moeten daarom vroegtijdig worden gecontroleerd.

Moet een AR-displaykaart op dezelfde manier worden behandeld als een normale displaycontroller-printplaat?

Nee. De elektrische werking is wellicht vergelijkbaar, maar door de optische eigenschappen vlakbij het oog zijn de dikte van de printplaat, de positie van de connectoren, de buigzaamheid van de flexkabel en de thermische locatie veel kritischer dan bij een conventionele paneelcontroller.

Camera's, IMU en perceptiehardware voor AR-tracking

AR-systemen kunnen camera's gebruiken voor omgevingsmapping, handvolging, objectherkenning of visueel-inertiële lokalisatie. Lichtgewicht kijkers kunnen minder sensoren gebruiken, terwijl ruimtelijke AR-ontwerpen meerdere camera's tegelijk kunnen ondersteunen.

• Cameramodules: Naar buiten gerichte modules moeten gebruikmaken van gecontroleerde PCB-productie voor camera's en connector-/flexprocessen.
• Camera FPC: Camera FPC Sensoren kunnen worden verplaatst naar frameposities die de hoofdprintplaat niet kan bereiken.
• IMU: De assen van de accelerometer/gyroscoop moeten overeenkomen met het optische coördinatensysteem en het mechanische referentiepunt van de headset.
• Synchronisatie: De tijdstempels van de camera en de IMU moeten deterministisch blijven als de OEM-trackingstack afhankelijk is van visueel-inertiële fusie.
• Diepte- of nabijheidsdetectie: Optionele ToF- of dieptemodules voegen emitters, timing- en thermische beperkingen toe die afzonderlijk gedocumenteerd moeten worden.

Snelle rekenkracht, geheugen en draadloze connectiviteit

Zelfs lichtgewicht AR-systemen kunnen snelle beeldschermen, camera's en draadloze verbindingen combineren. De componentenopbouw en het processorpakket moeten daarom worden gepland met oog op zowel de bandbreedte als het strikte thermische budget van een brilachtige behuizing.

• Processor/accelerator: AR-processors met fijne pixelafstand vereisen mogelijk HDI-PCB-productie met microvias en via-in-pad.
• Geheugen: LPDDR en opslag moeten gebruikmaken van high-speed PCB-ontwerp regels en gecontroleerde vervangingen van apparaten.
• Wi-Fi: Draadloze viewers kunnen frames of sensorgegevens met een hoge bandbreedte verwerken, dus het gedrag van de antenne en de warmteafvoer moeten onder reële omstandigheden worden gecontroleerd.
• Bluetooth: Accessoires en invoerapparaten kunnen gebruikmaken van een vrijgegeven versie. Bluetooth-printplaat architectuur.
• USB-C: Aan een kabel gekoppelde AR-apparaten kunnen gebruikmaken van USB-C-aansluitingen voor stroomvoorziening, snelle gegevensoverdracht of beeldoverdracht.

Batterij-, thermische en gewichtsbalansbeperkingen in AR-headsets

AR-headsets hebben weinig ruimte voor hete oppervlakken of zware modules in de buurt van de neus en slapen. De vermogensdichtheid van de printplaat heeft een directe invloed op het draagcomfort.

• Gedistribueerde batterij: Batterijcellen kunnen over de slapen verdeeld worden of naar een achterste/externe module verplaatst worden, wat de kabel- en beschermingsvereisten verandert.
• Batterijbewaking: Opladen en bescherming kunnen volgen. batterijbeheer PCB oefeningen voor het geselecteerde pakket.
• Energiezuinige coprocessors: Door sensor- en oogvolgtaken uit te voeren op energiezuinige apparaten, kan de belasting van de hoofdprocessor worden verminderd.
• Thermisch pad: De warmte van de processor, PMIC en het scherm moet naar de framegebieden worden afgevoerd, weg van de huid. Thermische beheertechnieken voor printplaten en de vrijgegeven behuizingsstructuur.
• Standby-gedrag: Aanwezigheidsdetectie en slaapstanden van het scherm moeten worden meegenomen in de huidige tests, omdat van brillen vaak wordt verwacht dat ze gebruiksklaar blijven zonder de volledige rekenkracht te leveren.

Controle van prototype tot productie voor gedistribueerde AR-elektronica

AR-headsets beginnen vaak als ontwikkelingskits met afzonderlijke printplaten en worden vervolgens samengevoegd tot kleinere, op maat gemaakte elektronica. De productieversie moet deze overgang in goede banen leiden, zodat optische, RF- en thermische eigenschappen behouden blijven wanneer de lay-out wordt geminiaturiseerd.

• Ontwikkelings-naar-maatwerk printplaat: De processor, het geheugen en de beeldscherminterfaces moeten voldoen aan de elektrische vereisten die op het referentieplatform zijn gevalideerd.
• Flex-consolidatie: Het overschakelen van kabelassemblages naar een stijf-flexibele uitvoering kan het aantal connectoren verminderen, maar buigzones en impedantieovergangen moeten opnieuw worden gecontroleerd.
• Pakketten met fijne spoed: Geminiaturiseerde versies kunnen WLCSP/0201-onderdelen en bijbehorende componenten bevatten. 0201 SMD-component assemblagecontrole.
• Thermische hervalidatie: Een kleinere printplaat kan warmte concentreren, zelfs als het silicium onveranderd blijft.
• Variantenbeheer: Monoculaire/binoculaire, oogvolg- en regionale radiovarianten moeten gebruikmaken van gecontroleerde BOM- en firmwaretoewijzingen.

Montage van de AR-headset, optische subassemblages en inspectie

AR-elektronica kan over meerdere kleine printplaten en flexibele kabeltjes verdeeld zijn. De assemblagecontrole moet zich richten op de geometrie van de connectoren, de buigspanning en de traceerbaarheid van de modules voordat de uiteindelijke optische componenten worden gemonteerd.

• Fijne pitch SMT: Highleap kan het volgende bieden PCB-montage voor processoren, geheugen, PMIC's, camera's en draadloze apparaten.
• Gecontroleerde inkoop: Beeldschermen, camera's, processors en radio's moeten de volgende richtlijnen volgen. componenten sourcing component controles.
• AOI: AOI in PCBA Kan zichtbare verbindingen en FPC-connectoren controleren voordat het frame wordt gesloten.
• X-ray: BGA/LGA-pakketten kunnen worden geïnspecteerd met X-ray inspectie afhankelijk van het pakket en het risico van het kwaliteitsplan.
• Bediening van de optische module: De reiziger moet aangeven welke optische componenten na het reflowproces worden geïnstalleerd en welke reinigingsvoorschriften gelden.

Functionele test- en offertegegevens voor de productie van printplaten voor augmented reality-headsets

FCT op printplaatniveau moet de elektronische interfaces testen, terwijl de uiteindelijke optische en ruimtelijke kalibratie als aparte stappen op productniveau worden uitgevoerd.

• Display: Controleer het beeldpatroon, het linker/rechterkanaal (indien van toepassing) en de helderheidsregeling.
• Camera's/IMU: Controleer de module-enumeratie, basisbeeldregistratie en oriëntatiereactie.
• Draadloos/via kabel: Controleer of de Wi-Fi/Bluetooth- of USB-C-data- en stroomvoorziening werkt voor de uitgebrachte architectuur.
• Oogvolging: Indien aanwezig, controleer dan de NIR-verlichting en de cameraopname in de door de klant gedefinieerde testmodus.
• Stroom-/thermisch controlepunt: Voer de gedefinieerde AR-werkbelasting en de energiebesparende modus uit.
• FCT: Highleap kan implementeren functioneel testen met seriële traceerbaarheid.