Fabricarea PCB-urilor pentru căști de realitate augmentată pentru dispozitive purtabile AR transparente optice

PCB-ul unei căști de realitate augmentată susține informații digitale, în timp ce utilizatorul continuă să vadă mediul real direct prin optică transparentă. Acest obiectiv de design împinge electronica către o greutate redusă, o căldură redusă și un ambalaj subțire distribuit în jurul tâmplelor sau al frunții. În funcție de produs, casca poate utiliza motoare de afișare micro-OLED sau microLED, ghiduri de undă, camere orientate spre exterior, IMU-uri, urmărire a ochilor, Wi-Fi/Bluetooth, microfoane și o legătură gazdă cu un telefon, un computer sau un PC.

Highleap Electronics produce plăci de bază pentru căști AR, plăci de afișare, circuite flexibile pentru camere și ansambluri rigid-flex, proiectate special pentru clienți. Accentul pus pe producție este diferit față de o cască VR complet închisă: AR-ul transparent optic beneficiază adesea de procesare distribuită, suprafețe PCB extrem de mici și interconexiuni flexibile. Alinierea optică, siguranța ochilor, calibrarea ghidului de undă și certificarea completă a produsului AR rămân în sistemul finit al producătorului de echipamente originale (OEM).

Tipuri de produse pentru căști AR și electronică distribuită

Produsele AR variază de la vizoare ușoare la căști autonome pentru calcul spațial. Configurația plăcii de bază ar trebui aleasă în funcție de arhitectura optică și de locul în care se află fizic calculatorul.

• Vizualizator AR conectat: Primește conținut randat și energie de la un telefon sau o unitate de calcul externă, reducând căldura locală și dimensiunea bateriei.
• Ochelari inteligenți AR wireless: Folosește procesoare sau coprocesoare on-glass plus Wi-Fi/Bluetooth pentru a comunica cu un telefon sau o gazdă de calcul.
• Căști AR pentru întreprinderi: Adaugă camere video, control vocal, funcții de coduri de bare/inspecție și montare robustă pentru fluxuri de lucru pe teren sau în fabrică.
• Căști AR cu ghid de undă binocular: Necesită motoare de afișare sincronizate stânga/dreapta și un control optic/mecanic mai strict.
• Căști AR cu urmărire a ochilor: Adaugă iluminare NIR, camere oculare și hardware de procesare a privirii în apropierea opticii.
• Căști AR cu cartografiere integrată: Folosește mai multe camere, IMU și procesare locală pentru ancore spațiale, urmărirea mâinilor sau înțelegerea mediului.

De ce este importantă procesarea distribuită pentru proiectarea PCB-urilor?

Mutarea unei părți din calculatorul de calcul pe un telefon sau pe o gazdă externă poate reduce suprafața plăcii de bază și căldura de pe dispozitiv, dar crește dependența de interfețele wireless sau tether de mare viteză. Partiția corectă ar trebui blocată înainte de lansarea designului flexibil, al bateriei și al temperaturii.

Integrare PCB cu ghid de undă, microafișaj și motor optic

Motorul de afișare și combinatorul optic sunt de obicei cele mai sensibile componente mecanice ale unei căști AR. Dimensiunile PCB-ului și ale componentelor flexibile ar trebui să se refere la datele optice, nu doar la cadrul estetic.

• Interfață microdisplay: Highleap poate asambla PCB de afișare interfețe pentru motoare de afișare micro-OLED, microLED sau alte tipuri de ecrane selectate de client.
• Flexibilitate la optică: Frezarea subțire a tâmplelor și a sprâncenelor poate fi utilizată PCB flexibil în ochelari inteligenți procese pentru a menține interconexiunile compacte.
• Rigid-flex: PCB rigid-flex poate integra insule mici de componente rigide cu interconexiuni curbate în jurul cadrului.
• Aliniere optică: Toleranțele pentru conectori, rigidizări și găuri de montare trebuie legate de ansamblul ghid de undă/afișaj.
• Control termic al afișajului: Încălzirea locală în apropierea unui ghid de undă poate modifica confortul și stabilitatea optică; densitatea curentului și răspândirea căldurii ar trebui revizuite din timp.

Ar trebui tratată o placă de afișare AR ca un PCB normal pentru un controler de afișare?

Nu. Funcția electrică poate fi similară, dar optica de tip „near-eye” face ca grosimea plăcii, poziția conectorului, îndoirea flexibilă și amplasarea termică să fie mult mai importante decât la un controler de panou convențional.

Camere, IMU și hardware de percepție pentru urmărirea AR

Sistemele de realitate augmentată (AR) pot utiliza camere pentru cartografierea mediului, urmărirea mâinilor, recunoașterea obiectelor sau localizarea vizual-inerțială. Produsele de vizualizare ușoare pot utiliza mai puțini senzori, în timp ce designurile AR spațiale pot suporta mai multe camere simultan.

• Module cameră: Modulele orientate spre exterior ar trebui să utilizeze dispozitive controlate fabricarea PCB-urilor pentru camere și procese conector/flex.
• FPC-ul camerei: FPC-ul camerei poate muta senzorii în locații ale cadrului pe care PCB-ul principal nu le poate atinge.
• IMU: Axele accelerometrului/giroscopului ar trebui să corespundă sistemului de coordonate optice și datelor de referință mecanice ale căștii.
• Sincronizare: Marcajele temporale ale camerei și IMU ar trebui să rămână deterministe dacă stiva de urmărire OEM depinde de fuziunea vizual-inerțială.
• Detecție de adâncime sau proximitate: Modulele opționale ToF sau de adâncime adaugă emițătoare, constrângeri de temporizare și termice care ar trebui documentate separat.

Calcul de mare viteză, memorie și conectivitate wireless

Chiar și sistemele AR ușoare pot combina afișaje de mare viteză, camere și conexiuni wireless. Prin urmare, pachetul de procesor și stack-up-ul ar trebui planificate atât în ​​funcție de lățimea de bandă, cât și de bugetul termic strict al unei carcase asemănătoare ochelarilor.

• Procesor/accelerator: Procesoarele AR cu pas fin pot necesita Fabricarea PCB-urilor HDI cu microviauri și via-in-pad.
• Memorie: LPDDR și stocarea ar trebui să utilizeze design PCB de mare viteză reguli și substituții controlate ale dispozitivelor.
• Wifi: Vizualizatoarele wireless pot transporta cadre redate cu lățime de bandă mare sau date de la senzori, așa că comportamentul antenei și al temperaturii ar trebui verificate în condiții de trafic real.
• Bluetooth: Accesoriile și dispozitivele de intrare pot utiliza o eliberare PCB Bluetooth arhitectură.
• USB-C: Dispozitivele AR conectate pot utiliza Conectori USB-C pentru energie, date de mare viteză sau transport de afișare.

Restricții legate de baterie, termice și echilibru în căștile AR

Căștile AR au puțin spațiu pentru suprafețe fierbinți sau module grele în apropierea nasului și a tâmplelor. Densitatea de putere a PCB-ului are un efect direct asupra confortului.

• Baterie distribuită: Celulele pot fi împărțite pe tâmple sau mutate într-un pachet posterior/extern, modificând cerințele de cablu și protecție.
• Supravegherea bateriei: Încărcarea și protecția pot urma PCB pentru gestionarea bateriei practici pentru pachetul selectat.
• Coprocesoare de consum redus de energie: Păstrarea sarcinilor de senzori și urmărire a ochilor pe dispozitive cu consum redus de energie poate reduce ciclul de funcționare al procesorului principal.
• Cale termică: Căldura procesorului, a plăcii de circuit integrate (PMIC) și a afișajului trebuie distribuită în zonele cadrului, departe de piele, folosind Tehnici de gestionare termică a PCB-urilor și structura carcasei eliberată.
• Comportament în standby: Detectarea prezenței și stările de repaus ale afișajului ar trebui incluse în testele actuale, deoarece se așteaptă adesea ca ochelarii să rămână pregătiți fără a rula sarcina completă de calcul.

Controlul de la prototip la producție pentru electronică AR distribuită

Căștile AR încep adesea ca kituri de dezvoltare cu plăci separate și apoi se consolidează în componente electronice personalizate mai mici. Lansarea pentru producție ar trebui să controleze tranziția, astfel încât ipotezele optice, RF și termice să nu se piardă atunci când aspectul este miniaturizat.

• Dezvoltare către placă personalizată: Interfețele procesorului, memoriei și afișajului ar trebui să respecte cerințele electrice validate pe platforma de referință.
• Consolidare flexibilă: Mutarea ansamblurilor de cabluri în variante rigid-flex poate reduce numărul de conectori, dar zonele de îndoire și tranzițiile de impedanță ar trebui revalidate.
• Pachete cu pas fin: Versiunile miniaturizate pot introduce piese WLCSP/0201 și componentele corespunzătoare Componentă SMD 0201 controale de asamblare.
• Revalidare termică: Un PCB mai mic poate concentra căldura chiar și atunci când siliciul este neschimbat.
• Gestionarea variantelor: Variantele monoculare/binoculare, cu urmărire a privirii și radio regional ar trebui să utilizeze mapări controlate de BOM și firmware.

Ansamblu căști AR, subansambluri optice și inspecție

Electronica AR poate fi distribuită pe mai multe plăci mici și componente flexibile. Controlul asamblării ar trebui să se concentreze pe geometria conectorului, tensiunea flexibilă și trasabilitatea modulelor înainte de îmbinarea componentelor optice finale.

• SMT cu pas fin: Highleap poate oferi Asamblare PCB pentru procesoare, memorie, PMIC-uri, camere și dispozitive wireless.
• Aprovizionare controlată: Motoarele de afișare, camerele, procesoarele și radiourile ar trebui să urmeze exemplul. aprovizionarea componentelor controale.
• AOI: AOI în PCBA poate verifica îmbinările vizibile și conectorii FPC înainte de închiderea cadrului.
• Raze X: Pachetele BGA/LGA pot fi inspectate cu Inspecția cu raze X în funcție de riscul ambalajului și al planului de calitate.
• Manipularea modulului optic: Călătorul ar trebui să definească ce componente optice sunt instalate după reflow și ce restricții de curățare se aplică.

Test funcțional și date RFQ pentru producția de PCB-uri pentru căști de realitate augmentată

FCT la nivel de placă ar trebui să testeze interfețele electronice, păstrând în același timp calibrarea optică și spațială finală ca etape separate la nivel de produs.

• Afişa: Verificați modelul imaginii, canalul stâng/dreapta, dacă este cazul, și controlul luminozității.
• Camere/IMU: Verificați enumerarea modulelor, captura de imagine de bază și răspunsul la orientare.
• Wireless/tether: Confirmați funcționarea prin Wi-Fi/Bluetooth sau USB-C pentru datele și alimentarea cu energie electrică pentru arhitectura lansată.
• Urmărirea ochilor: Dacă este inclusă, verificați iluminarea NIR și captura camerei în modul de testare definit de client.
• Punct de control curent/termic: Exersați sarcina de lucru AR definită și starea de consum redus de energie.
• FCT: Highleap poate implementa testarea funcțională cu trasabilitate serială.