Мини-воздушный насос ODM SiP-модуль Вакуумный компрессионный светильник для кемпинга Быстрая зарядка и конструкция интегрированной структуры
Резюме продукта
Многофункциональный мини-воздушный насос под ключ ODM с интеграцией модуля SiP. Сочетает в себе вакуумный компрессионный насос, походный фонарь и быструю зарядку USB-C в одном карманном устройстве благодаря совместному проектированию схемной структуры — идеально подходит для использования на открытом воздухе, в путешествиях и дома.
Атрибуты продукта
Мини воздушный насос ODM производство
,Вакуумный кемпинговый фонарь SiP модуля
,Быстрая зарядка Интегрированная конструкция
Основные свойства
Торговая недвижимость
Описание продукта
Мини-воздушный насос ODM: когда насос, фонарь и внешний аккумулятор используют одну печатную плату — благодаря интеграции SiP и совместному проектированию схемы и конструкции
У рынка товаров для активного отдыха есть проблема. Туристам, путешественникам и домохозяйствам, экономящим место, нужны три отдельных устройства: воздушный насос для матрасов и надувных кругов, вакуумный упаковщик для компрессионных мешков и фонарь для освещения кемпинга. Это три устройства, три аккумулятора, которые нужно заряжать, и три предмета, борющихся за место в рюкзаке. Решение кажется очевидным — объединить все три в одно устройство. Но инженерная реальность объединения привода бесколлекторного двигателя постоянного тока (для насоса), драйвера мощных светодиодов COB (для фонаря), системы управления аккумулятором с двунаправленной зарядкой USB-C PD и механизма вакуумной упаковки в одном карманном корпусе чрезвычайно сложна. Только печатная плата обычно требует 35-45 см² площади платы на 2-3 отдельных печатных платах, соединенных жгутами проводов — невозможно уместить в устройстве размером с небольшой фонарик. Наше решение: пользовательский модуль SiP (System-in-Package), который интегрирует шесть функций ИС в один корпус BGA размером 12*12 мм, сокращая общую площадь печатной платы на 50%. В сочетании с совместным проектированием схемы и конструкции, которое рассматривает воздушный канал, световод светодиода и печатную плату как единую интегрированную механическую систему, результатом является трехфункциональное устройство в форм-факторе однофункционального продукта.
Модуль SiP: шесть микросхем, один корпус
| Функция | Дискретная реализация | Реализация SiP |
|---|---|---|
| Драйвер бесколлекторного двигателя постоянного тока | Дискретная 3-фазная микросхема драйвера затвора (QFN 4*4 мм) + 6* N-канальных MOSFET (по 3*3 мм) + усилитель измерения тока (SOT23-5). Общая площадь печатной платы: примерно 85 мм² для секции привода двигателя. | Интегрированный драйвер двигателя со встроенными MOSFET (пиковая мощность 3 А на фазу) и интегрированным измерением тока. Часть подложки SiP — никаких дискретных MOSFET. Функция привода двигателя занимает примерно 18 мм² площади подложки корпуса SiP. |
| Драйвер светодиодов COB | Выделенная микросхема драйвера повышающего преобразователя светодиодов (SOT23-6) + индуктор (4*4 мм) + диод Шоттки (SOD-323) + 2* MLCC. Итого: около 60 мм² для секции драйвера светодиодов. | Драйвер светодиодов с постоянным током, интегрированный в SiP с внутренним повышающим преобразователем 2 МГц, устраняющий внешний индуктор и диод. ШИМ-диммирование управляется MCU SiP через внутреннюю шину. Функция драйвера светодиодов занимает примерно 12 мм². |
| Управление аккумулятором | Автономная микросхема зарядного устройства (QFN 3*3 мм) + микросхема измерителя заряда (DSBGA 1.6*1.6 мм) + микросхема защиты (SOT23-6) + двойной MOSFET (SOT23-6). Итого: около 50 мм². | Интегрированная BMS с линейным зарядным устройством, измерителем заряда по методу подсчета кулонов и защитой — все на SiP. Один внешний резистор измерения тока 1% вне корпуса. Функция BMS занимает примерно 14 мм². |
| Контроллер USB-C PD | Автономный контроллер PD (QFN 2.5*2.5 мм) + микросхемы защиты CC/SBU + MOSFET VBUS. Итого: около 40 мм². | Контроллер PD 3.0, интегрированный с физическим уровнем (PHY пина CC) внутри SiP. Только внешние компоненты: 2* MOSFET пути VBUS (корпус с общим стоком). Функция PD занимает примерно 8 мм². |
| MCU + пользовательский интерфейс | MCU (QFN 4*4 мм) + подавление дребезга кнопок + светодиодные индикаторы. Итого: около 30 мм². | Ядро ARM Cortex-M0 MCU, интегрированное в SiP в качестве центрального контроллера, взаимодействующее со всеми функциональными блоками через внутреннюю шину AMBA. Внешние компоненты: одна многофункциональная кнопка, один RGB-индикаторный светодиод. |
| Общая площадь печатной платы (только функциональная схема) | ~60 мм² против ~265 мм² — сокращение на 77% | |
Сам модуль SiP представляет собой корпус BGA размером 12*12 мм с 64 шариками с шагом 1,0 мм, изготовленный на 4-слойной органической подложке. Он содержит шесть голых кристаллов (драйвер BLDC, драйвер светодиодов, BMS, контроллер PD, MCU, повышающий преобразователь), соединенных проводными перемычками толщиной 25 мкм и следами на подложке. Корпус покрыт стандартным эпоксидным компаундом. Его установка на основную печатную плату требует только стандартного процесса оплавления SMT — без специальной обработки. Весь модуль SiP стоит примерно 2,80-3,50 доллара США при больших объемах (100 тыс. шт. и более), по сравнению с примерно 3,20-4,00 доллара США за эквивалентные дискретные компоненты — но реальная экономия заключается в площади печатной платы, сложности сборки и свободе проектирования, которую он создает.
Совместное проектирование схемы и конструкции: почему печатную плату и пластик необходимо проектировать вместе
| Проблема интеграции | Последовательный подход | Подход совместного проектирования |
|---|---|---|
| Маршрутизация воздушного канала | Механизм насоса (двигатель + крыльчатка) представляет собой предварительно выбранный модуль с фиксированным положением впускного и выпускного отверстий. Печатная плата проектируется вокруг этих фиксированных положений. Результат: печатная плата должна работать вокруг воздушного канала, создавая нерегулярные формы платы и пустую площадь. | Воздушный канал спроектирован как неотъемлемая часть внутренней структуры корпуса — отлит в корпусе в виде лабиринтного канала. Положения печатной платы и крыльчатки оптимизированы совместно: печатная плата расположена под воздушным каналом, а двигатель установлен непосредственно на печатной плате (без жгута проводов), а крыльчатка совмещена с впускным отверстием литого канала. Контур печатной платы и расположение компонентов определяются в той же среде САПР, что и внутренние элементы корпуса. |
| Световод светодиода и тепловой путь | Светодиод COB установлен на печатной плате лицевой стороной вверх. Отдельный пластиковый световод (из литьевого прозрачного поликарбоната) вставляется в корпус. Если световод не идеально совмещен со светодиодом, потери света составляют 20-30%, а диаграмма направленности неравномерна. Светодиод также выделяет 1,5-2 Вт тепла без выделенного теплового пути. | Светодиод установлен на небольшой печатной плате MCPCB с алюминиевым сердечником, которая термически связана с алюминиевой внутренней рамой устройства. Световод является неотъемлемой частью верхнего корпуса, изготовлен методом литья под давлением в виде единой детали (двухкомпонентное литье: прозрачный поликарбонат для световода, непрозрачный PC+ABS для корпуса). Положение MCPCB определяется относительно поверхности входного отверстия световода с допуском 0,3 мм — достижимо, поскольку оба элемента находятся в одной сборке САПР. Алюминиевая внутренняя рама служит радиатором светодиода и кронштейном для крепления двигателя. |
| Механизм вакуумной упаковки | Функция вакуумирования требует отдельного всасывающего порта с односторонним клапаном и уплотнением прокладки на сопле мешка для хранения. Если клапан и прокладка спроектированы командой по корпусам без участия печатной платы, положение всасывающего порта может конфликтовать с высокими компонентами печатной платы (электролитические конденсаторы, разъем USB-C, индуктор). | Всасывающий порт, односторонний силиконовый клапан и посадочное место прокладки спроектированы совместно с расположением компонентов печатной платы. Посадочное место клапана расположено в зоне запрета печатной платы между разъемом USB-C и аккумулятором — области, которая в противном случае осталась бы неиспользованной. Сила сжатия прокладки обеспечивается самим аккумулятором, прижимающимся к стенке корпуса при сборке — хитроумный механический трюк, который экономит отдельную пружину или зажимной механизм. |
| Структурная целостность порта USB-C | Разъем USB-C припаян к краю печатной платы. Сила вставки/извлечения (номинал 10 000 циклов) приходится полностью на паяные соединения. В устройстве, которое может использоваться на открытом воздухе и падать, это распространенная точка отказа. | Разъем USB-C установлен сквозным методом с 4 анкерными штифтами + 2 контактными площадками экрана, окруженными формованным усиливающим ребром в корпусе, которое передает силу вставки непосредственно на корпус, а не на паяные соединения. Ребро является частью оснастки корпуса, спроектированной в той же сборке САПР, что и печатная плата. Коэффициент выживаемости при испытаниях на падение: >99,5% при высоте 1,5 м на бетон. |
Технические характеристики продукта
| Функция | Спецификация |
|---|---|
| Воздушный насос (надувание/сдувание) | Бесколлекторный двигатель постоянного тока, пиковое давление 4-6 кПа, расход воздуха 15-25 л/мин. В комплекте 3 насадки. Надувает один надувной матрас за 2-3 минуты. Уровень шума: <55 дБ на расстоянии 1 м (сравнимо с обычной беседой). Автоматическая остановка при достижении целевого давления (выбирается). |
| Вакуумная компрессия | Обратный поток воздуха через специальный всасывающий порт. Совместим со стандартными вакуумными мешками для хранения (тип с односторонним клапаном). Сжимает мешок с одеждой с 15 л до 4 л примерно за 60 секунд. Работа в одно касание с индикатором прогресса на светодиоде. |
| Кемпинговый фонарь | Основной свет COB LED мощностью 3 Вт (200-400 люмен) + вспомогательный боковой свет SMD. 3 режима: высокий (4 часа работы), средний (8 часов), низкий (20 часов). Бесступенчатое диммирование долгим нажатием. Режим SOS-мигания. Магнитное основание для установки без рук на металлические поверхности. Откидной крючок для подвешивания. |
| Внешний аккумулятор | USB-C PD 20 Вт двунаправленный (заряжает устройство и ваш телефон). Выход USB-A 5 В 2 А для экстренной зарядки телефона. Емкость 2600-5000 мАч. Заряжает типичный смартфон с 0 до 50% за 30 минут. |
| Аккумулятор | Один элемент Li-Ion 21700 (5000 мАч) или 18650 (2600 мАч) в зависимости от целевой стоимости. Сменная конструкция с крышкой аккумулятора с винтовым замком (инструменты не требуются). Аккумулятор можно извлечь для соответствия требованиям к ручной клади авиакомпаний (сертифицирован UN 38.3 как продукт со съемным аккумулятором). |
| Корпус | PC+ABS, защита от брызг IP54 (дождь, не погружение). Размеры: примерно 65*65*150 мм (цилиндр). Вес: ~350 г с аккумулятором. Силиконовое покрытие на зонах захвата для защиты от падения. Доступен в 4 стандартных цветах с индивидуальным подбором по Pantone. |
Преимущество SiP: больше, чем просто сокращение количества компонентов
Интеграция шести функций ИС в один модуль SiP делает больше, чем просто экономит площадь печатной платы. Это фундаментально меняет возможности продукта. На 77% меньшая площадь функциональной печатной платы означает, что тот же объем продукта может вместить более крупный аккумулятор (5000 мАч 21700 против 2600 мАч 18650 — на 92% больше емкости), или продукт может быть на 30% меньше при той же емкости. Внутренние соединения модуля SiP (проводные перемычки на подложке корпуса) короче и имеют меньшую паразитарную индуктивность, чем следы на печатной плате между дискретными ИС — это важно для привода двигателя, где меньшая индуктивность контура затвора означает меньшие колебания, меньшие электромагнитные помехи и возможность использования более быстрых фронтов переключения для повышения эффективности двигателя. SiP также упрощает цепочку поставок: вместо управления более чем 15 отдельными номерами деталей ИС от более чем 6 поставщиков, клиент управляет одним номером детали от одного поставщика. При объеме более 100 тыс. шт. в год стоимость модуля SiP (2,80-3,50 доллара США) уже конкурентоспособна с дискретными компонентами (3,20-4,00 доллара США) — и разрыв увеличивается с ростом объемов.
Профиль клиента: для кого предназначен этот продукт
- Бренды товаров для активного отдыха и кемпинга: Известные бренды товаров для кемпинга, желающие добавить электронные SKU в свою линейку продуктов — без создания команды инженеров-электронщиков. Они предоставляют бренд, дистрибуцию (REI, Decathlon, специализированные магазины товаров для активного отдыха) и язык промышленного дизайна. Мы поставляем аппаратное обеспечение на базе SiP.
- Бренды товаров для путешествий: Бренды багажа и аксессуаров для путешествий, ищущие дифференцированный продукт, который сочетает вакуумную компрессию (для эффективности упаковки) с портативным питанием (для зарядки устройств на ходу) в одном устройстве, которое путешественники действительно будут носить с собой.
- Бренды товаров для организации дома: Бренды товаров для хранения и организации, расширяющие ассортимент за счет электрических продуктов для дома — вакуумные компрессионные мешки уже есть в их каталоге; насос, который делает их работу, является логичным следующим SKU.
- Стартапы в области аппаратного обеспечения на Kickstarter: Краудфандинговые создатели с убедительной концепцией многофункционального продукта, но без возможностей аппаратного инжиниринга. Мы предоставляем полный ODM-сервис от концептуальных рендеров до сертифицированного массового производства, позволяя им сосредоточиться на маркетинге кампании и построении сообщества.
Сроки разработки
- Этап 1 — Концепция и архитектура SiP (Недели 1-3): Спецификация функций, распиновка SiP и внутренние блок-схемы, концепция промышленного дизайна корпуса, целевая спецификация материалов. Результат: Документ с требованиями к продукту с указанием архитектуры SiP.
- Этап 2 — Проектирование SiP и компоновка печатной платы (Недели 4-7): Проектирование подложки SiP (4-слойная органическая, схема проводных перемычек, размещение кристаллов), компоновка основной печатной платы с посадочным местом модуля SiP, 3D-модель корпуса с интегрированным воздушным каналом, световодом и структурами портов.
- Этап 3 — Прототип и DVT (Недели 8-12): Инженерные образцы SiP (изготовление 2-3 недели), сборка печатной платы, прототип корпуса, напечатанный на 3D-принтере, функциональная валидация (расход воздуха насоса, светоотдача, зарядка, вакуумная упаковка), предварительное соответствие ЭМС. Сборка DVT из 50 единиц.
- Этап 4 — Оснастка и пилотная партия (Недели 13-16): Изготовление оснастки для корпуса (литьевая форма с двухкомпонентным световодом), пилотная партия из 200 единиц с использованием серийной оснастки, сертификационные испытания (CE, FCC, UN 38.3).
- Этап 5 — Массовое производство (Недели 17-20): Массовое производство модуля SiP (объем 100 тыс. шт. и более), поверхностный монтаж основной печатной платы с установкой SiP, литье корпуса под давлением, окончательная сборка, 100% функциональное тестирование на конце производственной линии (насос, свет, зарядка, вакуум), упаковка и отгрузка.
Отправьте нам концепцию вашего продукта: целевая розничная цена, основное назначение, желаемые функции и прогноз годового объема. Мы предоставим предложение по архитектуре SiP, блок-схему, предварительный анализ стоимости спецификации материалов, концептуальные рендеры корпуса и график разработки в течение 10 рабочих дней.
-
DGood ODM sleep tracker solution. The PPG sensor data, SpO2 tracking, and HRV analysis worked well in our testing, and the team supported customization for our wearable project.
-
ATheir ODM team provided strong support for our AI smart glasses project, especially with the optical camera module array, Bluetooth/WiFi integration, and battery optimization. The prototype quality was solid, and communication throughout development was efficient and professional.
-
SWe upgraded our robotic mower line with this ODM solution, and the GPS navigation plus vision obstacle avoidance performed impressively in field tests. Smart charging and the BMS battery management system made the product more reliable and user-friendly.
Свяжитесь с нашими экспертами и получите бесплатную консультацию!
Наша миссия заключается в том, чтобы предложить "высокое качество" и "хорошее обслуживание" и "быструю доставку", чтобы помочь нашим клиентам получить больше прибыли.
