Nel campo della robotica intelligente, l'elaborazione in tempo reale di dati di sensori da più fonti (come lidar, telecamere, unità di misurazione inerziale, ecc.) è fondamentale per garantire la percezione dell'ambiente in tempo reale,processo decisionaleCome portatore di hardware,PCBA robot intelligente(assemblaggio di circuiti stampati) richiede l'ottimizzazione a livello di sistema per ottenere percorsi di trasmissione dei dati efficienti e miglioramenti rivoluzionari della velocità di elaborazione.Questo articolo esplora gli approcci tecnici chiave nella fabbricazione di schede di circuiti robotizzati da tre dimensioni: architettura di progettazione, processi di produzione e garanzia dell'integrità del segnale.

I. Ottimizzazione architettonica dei percorsi di trasmissione dei dati

Selezione del bus e del protocollo ad alta velocità

Per soddisfare i requisiti di larghezza di banda elevata dei dati dei sensori, il PCBA dovrebbe integrare bus seriali ad alta velocità (ad esempio PCIe, Gigabit Ethernet, MIPI CSI-2).Realizzare la solidificazione hardware dei core IP del protocollo di bus attraverso Hardware Description Language (HDL) può ridurre il sovraccarico software nell'elaborazione dello stack di protocolliPer gli scenari di fusione multi-sensore, si raccomanda il Time Division Multiplexing (TDM) o meccanismi di pianificazione della priorità per garantire la priorità di trasmissione dei dati critici (ad es.segnali di rilevamento degli ostacoli).

Progettazione del flusso di dati a strati

Dividiamo il PCBA in tre strati: livello di rilevamento, livello di elaborazione e livello di esecuzione:

• Strato di rilevamento: integrare moduli di preelaborazione ADC (Analog-to-Digital Converters) e FPGA ad alta precisione tramite posizionamento con tecnologia di montaggio superficiale (SMT) per ottenere il filtraggio e la compressione preliminari dei dati grezzi.
• Strato di elaborazione: distribuire processori multi-core (ad esempio, serie ARM Cortex-A) o chip di accelerazione dell'IA dedicati (ad esempio, NPU) per migliorare la velocità di inferenza di apprendimento profondo attraverso unità di calcolo matrice accelerate da hardware.
• Strato di esecuzione: utilizzare bus SPI/I2C ad alta velocità per collegare i circuiti di azionamento e garantire una risposta a livello di millisecondi per i comandi di controllo.

Integrazione 3D e ottimizzazione del routing del segnale

Nella fabbricazione di schede di circuiti robotici, utilizzare la tecnologia High-Density Interconnect (HDI) per le connessioni microvia tra strati per abbreviare i percorsi di trasmissione del segnale.Interfacce di memoria DDR), utilizzare un percorso serpentino di uguale lunghezza con isolamento sul piano di riferimento per controllare lo scorrimento del segnale inferiore a 50ps.

II. Miglioramento della precisione e dell'efficienza del posizionamento SMT

Selezione dei componenti e ottimizzazione del layout

• Dati di priorità ai dispositivi di confezionamento ad alta densità come il WLCSP (Wafer-Level Chip Scale Package) e il BGA per ridurre le lunghezze del conduttore del segnale.
• Prima del posizionamento SMT, ottimizzare il layout dei componenti utilizzando un software di simulazione termica (ad es.FloTHERM) per evitare aree concentrate ad alta densità di calore e prevenire il guasto delle giunture di saldatura a causa dell'espansione termica.

Posizionamento ad alta velocità e controllo della qualità

• Utilizzare macchine di posizionamento ad alta precisione (precisione ± 25 μm) per posizionamento automatizzato di componenti di dimensioni 0201, riducendo al minimo l'intervento manuale.
• Durante la saldatura a reflusso, utilizzare un forno a reflusso a dieci zone con un preciso controllo della curva di temperatura (temperatura di picco ± 2 °C) per evitare interruzioni del segnale causate da difetti di saldatura.

Prova in linea e screening dei difetti

• Impiegare attrezzature AOI (Automated Optical Inspection) e AXI (X-ray Inspection) per effettuare uno screening al 100% per i difetti quali i vuoti delle giunzioni di saldatura e i ponti.
• Verificare la connettività dei bus ad alta velocità tramite test di scansione dei confini (JTAG) per garantire l'affidabilità del livello fisico dei percorsi di trasmissione dei dati.

III. Innovazioni nei processi di produzione per PCBA robot intelligenti

Componenti incorporati e tecnologie di imballaggio

Nella fabbricazione di schede di circuiti robotizzate, adottare tecnologie di condensatori/resistori incorporati per ridurre il numero di componenti montati in superficie e migliorare l'utilizzo dello spazio a livello di scheda.per moduli di elaborazione del segnale ad alta frequenza, realizzare un sistema in pacchetto (SiP) di catene di segnale attraverso chip RF incorporati (SIP) per ridurre l'impatto dei parametri parassitari sulla qualità del segnale.

PCB rigidi-flessibili e assemblaggio 3D

Per le aree a spazio limitato come le giunture dei robot, progettare PCB rigidi-flessibili per consentire connessioni tridimensionali tra sensori e PCBA tramite tracce flessibili.utilizzare la saldatura a onde selettive per garantire l'affidabilità della saldatura nelle regioni rigide-flessibili.

Progettazione di gestione termica e affidabilità

• Applicare materiali di interfaccia termica (TIM) sulla superficie del PCBA e legare strettamente i dissipatori di calore ai dispositivi di alimentazione tramite posizionamento SMT per ridurre la resistenza termica.
• Eseguire HALT (Highly Accelerated Life Test) e HASS (Highly Accelerated Stress Screening) per verificare la stabilità del PCBA in condizioni estreme come vibrazioni, urti e cicli di temperatura.

IV. Validazione a livello di sistema e messa a punto delle prestazioni

Prova hardware-in-the-loop (HIL)

Simulazione dei flussi di dati dei sensori tramite sistemi di simulazione in tempo reale per convalidare le capacità di elaborazione dei dati del PCBA sotto scenari simultanei multi-task.Utilizzare analizzatori logici per catturare segnali di bus e analizzare i dati di throughput e le metriche di latenza.

Ottimizzazione del firmware e dei driver

Ottimizzare i meccanismi di risposta all'interruzione per i driver dei dispositivi nei sistemi operativi dei robot (ad esempio, ROS).Raggiungere la parallelizzazione del trasferimento dei dati e del calcolo della CPU tramite la tecnologia DMA (Direct Memory Access) per migliorare l'efficienza complessiva del sistema.

Progettazione iterativa e prototipazione rapida

Utilizzare strumenti EDA (ad esempio Altium Designer) per l'iterazione a circuito chiuso di progettazione-simulazione-fabbricazione per abbreviare i cicli di prototipazione PCBA.Convalidare la stabilità del processo di produzione attraverso una produzione sperimentale a basso volume per fornire supporto dati per la produzione di massa.

Conclusioni

L'ottimizzazione della velocità di trasmissione e di elaborazione dei dati per i robot intelligenti PCBA richiede una profonda integrazione della progettazione hardware, dei processi di produzione e della convalida del sistema.raffinazione dei processiIn futuro, con lo sviluppo della tecnologia Chiplet e dell'imballaggio 3D, i robot saranno in grado di fornire una risposta più rapida e più efficiente.Il PCBA romperà ulteriormente i limiti fisici, dotando i robot intelligenti di una maggiore capacità di percezione e di decisione.

Nota: A causa delle differenze di attrezzature, materiali e processi di produzione, il contenuto è solo a titolo di riferimento.https://www.turnkeypcb-assembly.com/

Termini utilizzati nel settore:

• PCBA: assemblaggio di circuiti stampati
• SMT: Tecnologia di montaggio superficiale
• PCIe: Interconnessione espressa dei componenti periferici
• MIPI CSI-2: Interfaccia del processore per l'industria mobile Interfaccia seriale della telecamera 2
• HDL: Linguaggio di descrizione hardware
• Core IP: Core della proprietà intellettuale
• TDM: Multiplexing in divisione temporale
• FPGA: Field-Programmable Gate Array
• NPU: unità di elaborazione neurale
• SPI/I2C: Interfaccia periferico seriale/circuito integrato interconnesso
• HDI: Interconnessione ad alta densità
• WLCSP: pacchetto di scala di chip a livello di wafer
• BGA: Array di griglie a sfere
• AOI: ispezione ottica automatizzata
• AXI: ispezione automatica a raggi X
• JTAG: Gruppo di azione congiunto per i test
• SiP: sistema in pacchetto
• PCB rigido-flessibile: circuito stampato rigido-flessibile
• TIM: Materiale di interfaccia termica
• HALT/HASS: Test di vita altamente accelerato/Screening di stress altamente accelerato
• HIL: Hardware in the Loop
• ROS: Sistema operativo robot
• DMA: Accesso diretto alla memoria
• EDA: Automazione elettronica del progetto
• Chiplet: Tecnologia del substrato del circuito integrato