Dans le domaine de la robotique intelligente, le traitement en temps réel des données des capteurs multi-sources (tels que le lidar, les caméras, les unités de mesure par inertie, etc.) est essentiel pour assurer une perception en temps réel de l'environnement,prise de décisionEn tant que porteuse du matériel,un robot intelligent PCBA(Assemblage de circuits imprimés) nécessite une optimisation au niveau du système pour atteindre des voies de transmission de données efficaces et des améliorations révolutionnaires de la vitesse de traitement.Cet article explore les approches techniques clés dans la fabrication de cartes de circuits imprimés robotisées à partir de trois dimensions: architecture de conception, processus de fabrication et assurance de l'intégrité du signal.

I. Optimisation architecturale des voies de transmission de données

Sélection de bus et de protocole à grande vitesse

Pour répondre aux exigences de bande passante élevée des données des capteurs, le PCBA devrait intégrer des bus série à grande vitesse (par exemple, PCIe, Gigabit Ethernet, MIPI CSI-2).Réaliser la solidification matérielle des cœurs IP de protocole de bus grâce au langage de description matérielle (HDL) peut réduire les frais généraux du logiciel dans le traitement de la pile de protocolePour les scénarios de fusion multi-capteurs, il est recommandé d'utiliser le multiplexage par division de temps (TDM) ou des mécanismes de planification prioritaire pour assurer la priorité de transmission des données critiques (par exemple,les signaux de détection d'obstacles).

Conception de flux de données en couches

Divisez PCBA en trois couches: couche de détection, couche de traitement et couche d'exécution:

• Couche de détection: Intégrer des modules de pré-traitement ADC (convertisseurs analogiques-numériques) et FPGA de haute précision via le placement de la technologie de montage de surface (SMT) pour obtenir un filtrage et une compression préliminaires des données brutes.
• Couche de traitement: déployer des processeurs multi-cœurs (par exemple, la série ARM Cortex-A) ou des puces d'accélération d'IA dédiées (par exemple, NPU) pour améliorer la vitesse d'inférence de l'apprentissage profond grâce à des unités de calcul matricielles accélérées par matériel.
• Couche d'exécution: Utiliser des bus SPI/I2C à grande vitesse pour connecter les circuits d'entraînement et assurer une réponse au niveau des millisecondes pour les commandes de commande.

Intégration 3D et optimisation du routage du signal

Dans la fabrication de cartes de circuits robotiques, utiliser la technologie High-Density Interconnect (HDI) pour les connexions microvia entre couches afin de raccourcir les chemins de transmission du signal.Interfaces de mémoire DDR), utilisez un routage serpentine de même longueur avec isolation du plan de référence pour contrôler l'écartement du signal inférieur à 50ps.

II. Amélioration de la précision et de l'efficacité du placement SMT

Sélection des composants et optimisation de la mise en page

• La priorité doit être donnée aux dispositifs d'emballage à haute densité tels que le WLCSP (Wafer-Level Chip Scale Package) et le BGA pour réduire les longueurs de conduction du signal.
• Avant le placement SMT, optimiser la disposition des composants à l'aide d'un logiciel de simulation thermique (par exemple,FloTHERM) pour éviter les zones à haute densité de chaleur concentrée et prévenir la défaillance des joints de soudure due à l'expansion thermique.

Placement à grande vitesse et contrôle qualité

• Utiliser des machines de placement de haute précision (précision ± 25 μm) pour le placement automatisé de composants de taille 0201, en minimisant l'intervention manuelle.
• Lors de la soudure par reflux, utiliser un four de reflux à dix zones avec un contrôle précis de la courbe de température (température de pointe ± 2 °C) pour éviter les interruptions du signal causées par des défauts de soudure.

Épreuves en ligne et dépistage des défauts

• Déployer des équipements AOI (inspection optique automatisée) et AXI (inspection aux rayons X) pour effectuer un dépistage à 100% des défauts tels que les trous des joints de soudure et les ponts.
• Vérifier la connectivité des bus à grande vitesse par le biais de tests d'analyse de bord (JTAG) afin d'assurer la fiabilité de la couche physique des chemins de transmission de données.

III. Innovations dans les procédés de fabrication pour les PCBA de robots intelligents

Composants intégrés et technologies d'emballage

Dans la fabrication de circuits imprimés pour robots, adopter des technologies de condensateurs/résistants embarqués pour réduire le nombre de composants montés en surface et améliorer l'utilisation de l'espace au niveau du circuit imprimé.Pour les modules de traitement de signaux à haute fréquence, réaliser un système intégré (SiP) de chaînes de signaux grâce à des puces RF intégrées (SIP) afin de réduire l'impact des paramètres parasites sur la qualité du signal.

PCB rigide-flex et assemblage 3D

Pour les zones à espace restreint telles que les joints de robot, concevoir des PCB rigides-flexibles pour permettre des connexions tridimensionnelles entre les capteurs et le PCBA via des traces flexibles.utiliser la soudure par ondes sélective pour assurer la fiabilité de la soudure dans les régions rigides-flex.

Conception de gestion thermique et fiabilité

• Appliquer des matériaux d'interface thermique (TIM) à la surface du PCBA et lier étanchement les dissipateurs de chaleur aux appareils d'alimentation par placement SMT pour réduire la résistance thermique.
• Effectuer des tests HALT (Highly Accelerated Life Test) et HASS (Highly Accelerated Stress Screening) pour vérifier la stabilité du PCBA dans des conditions extrêmes telles que les vibrations, les chocs et les cycles de température.

IV. Validation au niveau du système et réglage des performances

Épreuves de matériel en boucle (HIL)

Simuler les flux de données des capteurs via des systèmes de simulation en temps réel afin de valider les capacités de traitement des données du PCBA dans des scénarios simultanés multi-tâches.Utiliser des analyseurs logiques pour capturer les signaux de bus et analyser le débit des données et les mesures de latence.

Optimisation du firmware et du pilote

Optimiser les mécanismes de réponse à l'interruption pour les pilotes de périphériques dans les systèmes d'exploitation de robots (par exemple, ROS).Réaliser la parallélisation du transfert de données et du calcul du processeur via la technologie DMA (Direct Memory Access) pour améliorer l'efficacité globale du système.

Conception itérative et prototypage rapide

Utiliser des outils EDA (par exemple, Altium Designer) pour l'itération en boucle fermée de la conception-simulation-fabrication afin de raccourcir les cycles de prototypage PCBA.Valider la stabilité du processus de fabrication grâce à une production d'essai à faible volume afin de fournir un support de données pour la production de masse.

Conclusion

L'optimisation de la vitesse de transmission et de traitement des données pour les robots intelligents PCBA nécessite une intégration approfondie de la conception du matériel, des processus de fabrication et de la validation du système.raffinement des procédés, et l'assurance de la fiabilité, les capacités de réponse en temps réel des robots dans des environnements complexes peuvent être considérablement améliorées.Le PCBA va encore dépasser les limites physiques, dotant les robots intelligents de capacités de perception et de prise de décision plus fortes.

Note: En raison des différences d'équipement, de matériaux et de processus de production, le contenu est uniquement à titre de référence.Les produits de la catégorie 1 ne sont pas soumis à l'obligation de fournir des produits de la catégorie 1 ou de fournir des produits de la catégorie 1 ou de fournir des produits de la catégorie 2 ou de fournir des produits de la catégorie 1 ou de fournir des produits de la catégorie 2 ou de fournir des produits de la catégorie 1 ou de fournir des produits de la catégorie 2 ou de fournir des produits de la catégorie 1 ou de fournir des produits de la catégorie 2 ou de fournir des produits de la catégorie 1 ou de fournir des produits de la catégorie 1 ou de fournir des produits de la catégorie 1 ou de fournir des produits de la catégorie 1 ou de fournir des produits de la catégorie 1 ou de fournir des produits de la catégorie 1 ou de fournir des produits de la catégorie 1 ou de fournir des produits de la catégorie 1 ou de fournir des produits de la catégorie 1 ou de fournir des produits de la catégorie 1 ou de fournir des produits de la catégorie 1 ou de fournir des produits de la catégorie 1 ou de fournir des produits de la catégorie 1

Principaux termes utilisés dans l'industrie:

• PCBA: assemblage de circuits imprimés
• SMT: technologie de montage de surface
• PCIe: Interconnexion express des composants périphériques
• MIPI CSI-2: Interface du processeur de l'industrie mobile Interface série de la caméra 2
• HDL: langage de description du matériel
• Intellectuelle: propriété intellectuelle
• TDM: Multiplexage par division temporelle
• FPGA: Array de porte programmable par champ
• NPU: Unité de traitement neuronal
• SPI/I2C: Interface périphérique série/circuit intégré intermédiaire
• HDI: Interconnexion à haute densité
• WLCSP: Package de l'échelle de puce au niveau des plaquettes
• BGA: Array de grille à billes
• AOI: Inspection optique automatisée
• AXI: Inspection automatique par rayons X
• JTAG: Groupe d'action conjoint sur les essais
• SiP: Système intégré
• PCB rigide-flexible: carte de circuit imprimé rigide-flexible
• TIM: Matériau d'interface thermique
• HALT/HASS: Test de vie très accéléré/Screening de stress très accéléré
• HIL: matériel en boucle
• ROS: Système d'exploitation de robot
• DMA: Accès direct à la mémoire
• EDA: Automatisation électronique de la conception
• Chiplet: technologie de substrat de circuit intégré