帶有顯示功能的穿戴式裝置,是推動元宇宙應用發展的重要元素。藉由模擬工具的幫助,設備開發者可以更快地改良穿戴式裝置的光學設計,進而讓穿戴式裝置更小巧、更符合使用者的期望。
攸關產品可靠度 軟板結構設計不容輕忽
(承前文)為了使產品更符合人因需求,穿戴式裝置中普遍使用柔性電路板(FPC)與剛性電路板混搭的策略,以便讓設計人員在設計產品時,能有更多彈性。但與完全採用剛性電路板相比,混搭了柔性電路板的設計會使電路板的成本增加,要變更設計也相對困難,同時在量產時的製程也更加複雜。因此,設計人員在導入這種軟硬混合電路板時,必須在設計階段做更周延的模擬分析。
Ansys資深工程師張學哲(圖3)分析,軟硬混合電路板在設計時,必須注意負載型態、最大應力的大小與出現位置等設計重點。針對這些設計重點,Ansys的Sherlock與Mechanical這兩款模擬工具,可以提供完整的模擬與分析能力。
軟板的負載型態可分成靜態或動態。靜態是指軟板在安裝後會一直維持在靜止狀態,不會被反覆彎折,動態則是指軟板在產品使用的過程中會一直反覆彎折。這兩種負載狀態對軟板的結構強度要求有很大的差異,因此其內部線路所使用的銅材料,在製程上也有所不同。以穿戴式裝置而言,大多數應用是靜態負載,所以可以選擇較為便宜的電沉積(ED)銅做為跡線。
確定負載型態後,設計人員必須進一步分析最大應力的數值與最大應力的出現位置,避免軟板出現過小的彎曲半徑,同時也要讓焊點盡可能遠離彎折處,以避免故障產生。
AR/VR裝置開發千頭萬緒 模擬工具走向平台化
為提供使用者更沉浸的元宇宙體驗,將栩栩如生的影像顯示使用者眼前,一直是每家頭戴裝置業者努力的方向,許多重要的技術突破也都發生在這個領域。例如MicroLED顯示、基於二維光柵的擴瞳技術,以及眼球追蹤技術等。
但這些新技術也為頭戴式裝置開發者帶來新的挑戰。除了元件設計變得更複雜之外,設計人員往往還需要考慮這些採用新技術的元件能否被製造出來,以及如何降低生產成本。畢竟,帶有顯示功能的頭戴裝置要打破目前局限在企業市場的格局,走進大眾市場,成本是一個無法迴避的問題。
因此,在開發這類應用產品時,設計人員必須仰賴各種模擬工具的輔助,方能快速驗證自己的設計概念是否具有可行性,進而展開後續的設計最佳化。而且,由於這些模擬工具所應對的物理問題往往互相耦合,使得這些工具之間必須要有即時資料交換的能力,方能解決設計人員所面臨的問題。這也使得AR/VR裝置研發所使用的工具,必然朝平台化的方向發展。
自從購併Zemax以來,Ansys在光學模擬上,不僅工具組合更加完整,不同工具的銜接與協作,也因為該公司大力擁抱平台化趨勢的緣故,而變得更加直覺、流暢。這也讓Ansys在頭戴式顯示裝置領域,獲得許多大廠研發團隊採用,進一步鞏固其在光學模擬領域的領導地位。