Κατασκευή PCB Tablet Σχεδίασης για Tablets Pen Non-Display

Η πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος (PCB) λαμβάνει σήματα από τον ψηφιοποιητή/δομή ανίχνευσης, επεξεργάζεται δεδομένα που σχετίζονται με τη θέση της πένας και την πίεση, διαχειρίζεται κουμπιά ή εισόδους ελέγχου και επικοινωνεί με τον κεντρικό υπολογιστή. Ανάλογα με το προϊόν, τα ηλεκτρονικά μπορούν να συγκεντρωθούν σε μία πλακέτα ή να χωριστούν μεταξύ μιας κύριας πλακέτας ελεγκτή και κατανεμημένων δομών ανίχνευσης/διασύνδεσης.

Σε αυτό το άρθρο, μια ταμπλέτα σχεδίασης σημαίνει μια συσκευή εισόδου χωρίς οθόνη που στέλνει πληροφορίες θέσης και πίεσης σε έναν κεντρικό υπολογιστή. Η δουλειά της πλακέτας τυπωμένου κυκλώματος (PCB) είναι επομένως να λαμβάνει τα σήματα της γραφίδας/ψηφιοποιητή, να τα επεξεργάζεται, να διαχειρίζεται κουμπιά ή δείκτες όπου υπάρχουν και να επικοινωνεί με τον υπολογιστή. Η υλοποίηση ανίχνευσης μπορεί να διαφέρει ανάλογα με τον κατασκευαστή, επομένως η συζήτηση για την κατασκευή θα πρέπει να παραμένει ουδέτερη ως προς την αρχιτεκτονική, εκτός εάν το σχέδιο που κυκλοφόρησε ο πελάτης προσδιορίζει μια συγκεκριμένη τεχνολογία.

Η φυσική σχέση μεταξύ της δομής του αισθητήρα και της πλακέτας τυπωμένου κυκλώματος (PCB) είναι κρίσιμη. Ένα πλέγμα αισθητήρα μπορεί να είναι ένα ξεχωριστό στρώμα, εύκαμπτο πλέγμα, μεμβράνη ή ενσωματωμένο συγκρότημα ανάλογα με το προϊόν, και η τοποθέτηση του συνδέσμου του, η γείωση και η μηχανική καταγραφή μπορούν να επηρεάσουν την ακρίβεια. Για την αναθεώρηση του RFQ, ο προμηθευτής χρειάζεται αρκετές μηχανικές πληροφορίες για να κατανοήσει πώς ευθυγραμμίζονται η περιοχή ανίχνευσης, η πλακέτα ελεγκτή και το περίβλημα. Ένα ηλεκτρικά σωστό PCBA μπορεί να αποτύχει στην ενσωμάτωση του προϊόντος εάν αυτή η γεωμετρία αλλάξει.

Τα δισκία τύπου πένας απαιτούν επαναλαμβανόμενη ανίχνευση σε μεγάλη ενεργή περιοχή. Η ακριβής ηλεκτρομαγνητική, χωρητική ή άλλη μέθοδος ανίχνευσης είναι ιδιοκτησία της πλατφόρμας προϊόντος, αλλά οι επιπτώσεις στην κατασκευή των PCB είναι σε γενικές γραμμές συνεπείς: οι διαδρομές αναφοράς χαμηλού θορύβου , η ελεγχόμενη γείωση , οι σταθερές τιμές των εξαρτημάτων και η ακριβής τοποθέτηση των συνδέσμων έχουν σημασία.

Η ακριβής είσοδος της πένας εξαρτάται από την αναλογία σήματος προς θόρυβο σε ολόκληρη την αλυσίδα ανίχνευσης. Το μπροστινό μέρος μπορεί να περιλαμβάνει στάδια διέγερσης, πολυπλεξίας, φιλτραρίσματος, ενίσχυσης ή μετατροπής ανάλογα με την ιδιόκτητη μέθοδο ανίχνευσης, ακολουθούμενη από έναν ελεγκτή που ανακατασκευάζει τη θέση και τις παραμέτρους της πένας. Το περιεχόμενο της κατασκευής θα πρέπει να εξετάζει αυτές τις λειτουργίες χωρίς να προσποιείται ότι κάθε tablet χρησιμοποιεί το ίδιο πηνίο, ηλεκτρόδιο ή τοπολογία ADC.

Ψηφιακά ρολόγια, μετατροπείς DC/DC , διεπαφές USB και προαιρετικά ασύρματα ραδιόφωνα μπορούν να εισάγουν θόρυβο στο περιβάλλον ανίχνευσης. Η διάταξη που θα κυκλοφορήσει μπορεί να χρησιμοποιεί διατάξεις διαχωρισμού τοποθέτησης, στρατηγικής γείωσης, φιλτραρίσματος και θωράκισης για τη διαχείριση αυτής της αλληλεπίδρασης. Η κατασκευή θα πρέπει να διατηρεί αυτά τα χαρακτηριστικά αντί να τα απλοποιεί χωρίς έγκριση μηχανικού.

Ο έλεγχος θορύβου ξεκινά με τη διάταξη αλλά συνεχίζεται κατά τη συναρμολόγηση. Η γεωμετρία επιστροφής γείωσης, τα χαρακτηριστικά θωράκισης, η απόσταση από τους ρυθμιστές μεταγωγής και τα ψηφιακά ρολόγια, οι ανοχές των εξαρτημάτων και η ακεραιότητα του συνδέσμου επηρεάζουν όλα την επαναληψιμότητα. Εάν το προϊόν περιλαμβάνει ενεργό ασύρματο κύκλωμα ραδιοσυχνοτήτων ή φόρτισης, το σχέδιο NPI θα πρέπει να περιλαμβάνει ελέγχους για παρεμβολές κατά τη λειτουργία της πένας. Αυτό είναι πιο χρήσιμο από τη γενική γλώσσα «έλεγχος EMI», επειδή συνδέει μια εργοστασιακή μεταβλητή με την απόδοση που παρατηρεί πραγματικά ο χρήστης: σταθερότητα δρομέα και συνέπεια εισόδου.

Ένα ενσύρματο tablet σχεδίασης μπορεί να τροφοδοτείται και να συνδέεται μέσω USB. Οι ασύρματες εκδόσεις μπορούν να προσθέσουν Bluetooth , μπαταρία, κύκλωμα φόρτισης και έλεγχο κατάστασης τροφοδοσίας. Αυτές είναι προαιρετικές επιλογές αρχιτεκτονικής και τα άρθρα θα πρέπει να χρησιμοποιούν τη φράση «όπου ισχύει» αντί να υπονοούν ότι κάθε tablet σχεδίασης περιλαμβάνει ασύρματο υλικό.

Οι ενσύρματες και ασύρματες εκδόσεις μπορούν να μοιράζονται μια αρχιτεκτονική ανίχνευσης πυρήνα, ενώ έχουν πολύ διαφορετικές απαιτήσεις ισχύος και BOM. Ένα μοντέλο μόνο με USB μπορεί να αντλεί ενέργεια από τον κεντρικό υπολογιστή και να μην χρειάζεται υποσύστημα μπαταρίας. Ένα μοντέλο Bluetooth μπορεί να προσθέσει μπαταρία, φορτιστή, ρυθμιστή και ραδιόφωνο. Η οικογένεια Intuos της Wacom είναι ένα παράδειγμα αυτής της παραλλαγής, γι' αυτό και το άρθρο θα πρέπει να χρησιμοποιεί τη φράση «όπου είναι εφαρμόσιμο» αντί να υπονοεί ότι το Bluetooth και οι μπαταρίες είναι καθολικές λειτουργίες tablet σχεδίασης.

Το αποτύπωμα της υποδοχής USB, η γείωση του κελύφους, η προστασία ESD και το διάκενο του περιβλήματος χρήζουν μηχανικής αναθεώρησης, επειδή το φορτίο του καλωδίου μεταφέρεται απευθείας στην πλακέτα. Για τα ασύρματα μοντέλα, οι αποστάσεις κεραίας και η πολικότητα της υποδοχής της μπαταρίας θα πρέπει να περιλαμβάνονται στο DFM.

Από την άποψη της παραγωγής, οι δοκιμές επικοινωνίας θα πρέπει να περιλαμβάνουν απαρίθμηση ή βασική μεταφορά δεδομένων για την ενσύρματη διεπαφή και ελέγχους σύζευξης/επικοινωνίας για ασύρματες παραλλαγές όταν ο πελάτης παρέχει τη διαδικασία. Οι λειτουργίες φόρτισης και προστασίας μπαταρίας θα πρέπει να δοκιμάζονται μόνο στο σχετικό SKU. Η διατήρηση αυτών των κλάδων δοκιμών συνδεδεμένων με την παραλλαγή BOM αποτρέπει μια συνηθισμένη αποτυχία πολλαπλών SKU: φόρτωση του σωστού υλικού με λάθος προφίλ δοκιμής παραγωγής.

Σε αντίθεση με μια γενική πλακέτα ελεγκτή, μια ταμπλέτα σχεδίασης βρίσκεται δίπλα σε μια μεγάλη δομή ανίχνευσης. Η σχέση μεταξύ των συνδέσεων ανίχνευσης, των επιπέδων αναφοράς, των θορυβωδών κυκλωμάτων μεταγωγής και του μετάλλου του περιβλήματος μπορεί να επηρεάσει την απόδοση. Μια ανασκόπηση DFM θα πρέπει επομένως να διακρίνει τις πραγματικές αλλαγές κατασκευής από τις αλλαγές διάταξης που μπορούν να αλλάξουν τη συμπεριφορά του σήματος.

Η ακρίβεια ανίχνευσης μπορεί να επηρεαστεί από φαινομενικά μικρές αλλαγές στη διάταξη. Οι χύσεις χαλκού, οι ραφές εδάφους, η εγγύτητα των ιχνών και οι διαδρομές επιστροφής των συνδέσμων ενδέχεται να μεταβάλλουν την παρασιτική σύζευξη ή την ανάκτηση θορύβου γύρω από το μπροστινό μέρος της ανίχνευσης. Επομένως, οι επεξεργασίες DFM θα πρέπει να είναι συντηρητικές σε αυτές τις περιοχές και οποιαδήποτε ζητούμενη τροποποίηση χαλκού θα πρέπει να επιστρέφεται στον κάτοχο του σχεδίου αντί να «καθαρίζεται» αυτόματα από τον κατασκευαστή.

Μια ομάδα DFM του εργοστασίου μπορεί να πραγματοποιήσει μια ανασκόπηση DFM για την απόσταση, τα τρυπάνια, τη μάσκα συγκόλλησης, την τοποθέτηση πάνελ, την προσβασιμότητα των συνδετήρων και τους περιορισμούς συναρμολόγησης, ενώ παράλληλα επιστρέφει ηλεκτρικά σημαντικές ερωτήσεις στον πελάτη αντί να μαντεύει για να ανιχνεύσει την πρόθεση σχεδιασμού.

Τα μηχανικά υλικά έχουν επίσης σημασία επειδή το πεδίο ανίχνευσης εκτείνεται σε όλη τη στοίβα προϊόντων. Ο κατασκευαστής της πλακέτας τυπωμένου κυκλώματος (PCB) δεν ελέγχει την επικάλυψη, το περίβλημα ή τη γεωμετρία της πένας, αλλά θα πρέπει να σέβεται τα καθορισμένα όρια και τα σημεία αναφοράς τοποθέτησης. Κατά τη διάρκεια του NPI, συνδυάστε τους ηλεκτρικούς ελέγχους με την επιθεώρηση διαστάσεων γύρω από τις θέσεις τοποθέτησης της πλακέτας αισθητήρων και των συνδέσμων, ώστε τα προβλήματα βαθμονόμησης να μην αποδίδονται λανθασμένα στο υλικολογισμικό όταν η βασική αιτία είναι η μηχανική λανθασμένη καταχώρηση.

Οι πλακέτες ελεγκτών tablet σχεδίασης είναι συχνά συμπαγείς, αλλά δεν υπάρχει κανένας αριθμός στρώσεων ή υλικό που να είναι εγγενές στην κατηγορία προϊόντων. Η στρώση ακολουθεί την πυκνότητα δρομολόγησης, τις ανάγκες γείωσης, την τοποθέτηση των συνδέσμων και τους στόχους EMI.

Μια συμπαγής πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος (PCB) για ελεγκτή σχεδίασης-ταμπλέτας μπορεί να είναι μια απλή πλακέτα πολλαπλών στρώσεων ή ένα πιο πυκνό σχέδιο που χρησιμοποιεί λεπτότερα χαρακτηριστικά. Δεν υπάρχει καθολική στοίβαξη. Η κατασκευή θα πρέπει να βασίζεται στις απαιτήσεις για το ίχνος/χώρο που απελευθερώνεται, το τρυπάνι, την αντίσταση και το πάχος, με ειδικές διαδικασίες να προστίθενται μόνο όταν τις χρειάζεται η διάταξη. Αυτό αποτρέπει την υπερβολική μηχανική κατασκευή μιας συσκευής εισόδου που είναι ευαίσθητη στο κόστος απλώς και μόνο επειδή η λέξη-κλειδί περιέχει τη λέξη-κλειδί «ακρίβεια».

Εάν ο σχεδιασμός περιλαμβάνει πακέτα λεπτού βήματος, μικρότερα via ή δρομολόγηση USB ελεγχόμενης σύνθετης αντίστασης, η οδός κατασκευής θα πρέπει να επιλεγεί από αυτές τις απαιτήσεις. Μια πολυστρωματική ή HDI διαδικασία μπορεί να είναι κατάλληλη σε ορισμένα προϊόντα, αλλά δεν πρέπει ποτέ να παρουσιάζεται ως υποχρεωτική απλώς για κάλυψη SEO.

Η επαναληψιμότητα είναι πιο σημαντική από την εξωτική κατασκευή. Το πάχος του διηλεκτρικού συστήματος, η γεωμετρία του χαλκού, η καταγραφή της μάσκας συγκόλλησης και οι διαστάσεις των άκρων του συνδετήρα θα πρέπει να παραμένουν σταθερές από παρτίδα σε παρτίδα όταν επηρεάζουν την ανίχνευση ή τη μηχανική διεπαφή. Εάν η πλακέτα συνδέεται με μια μεγάλη μεμβράνη ή πλέγμα αισθητήρα, ο προμηθευτής θα πρέπει επίσης να επαληθεύσει τη μέθοδο του πάνελ και του αποπίνακα, ώστε η τάση ή η στρέβλωση των άκρων της πλακέτας να μην αλλάζουν την τελική ευθυγράμμιση.

Το φινίρισμα της επιφάνειας, η καταγραφή της μάσκας συγκόλλησης και η τελική ανοχή περιγράμματος θα πρέπει να επιλέγονται για τις πραγματικές απαιτήσεις του συνδέσμου και της διεπαφής αισθητήρα, όχι για την εμφάνιση. Εάν μια άκρη πλακέτας, ένα σημείο στήριξης ή ένας σύνδεσμος αισθητήρα ορίζει την αναφορά θέσης για την ενεργή περιοχή, ο έλεγχος διαστάσεών του αξίζει την ίδια προσοχή με την ηλεκτρική συνέχεια, επειδή η γεωμετρική μετατόπιση μπορεί να γίνει πρόβλημα βαθμονόμησης ή εφαρμογής στο περίβλημα.

Το PCBA μπορεί να περιλαμβάνει έναν ελεγκτή, συσκευές τροφοδοσίας, εξαρτήματα διεπαφής USB, προαιρετικά ασύρματα εξαρτήματα, LED και κυκλώματα κουμπιών/κωδικοποιητή. Τα επαναλαμβανόμενα χειριστήρια και οι μικρές υποδοχές καθιστούν σημαντική την πειθαρχία στον προσανατολισμό και την τοποθέτηση.

Το μείγμα συναρμολόγησης μπορεί να περιλαμβάνει έναν μικροελεγκτή, ολοκληρωμένα κυκλώματα ανίχνευσης, παθητικά εξαρτήματα, υποδοχή USB, κουμπιά, LED και προαιρετικές συσκευές ραδιοσυχνοτήτων/τροφοδοσίας. Οι επαναλαμβανόμενες θέσεις κουμπιών ή LED αυξάνουν την αξία της επιθεώρησης του πρώτου τεμαχίου, επειδή ένα σφάλμα πολικότητας ή προσανατολισμού μπορεί να αντιγραφεί σε ολόκληρη την παρτίδα. Οι υποδοχές USB χρειάζονται επίσης επαρκή μηχανική υποστήριξη και επιθεώρηση, επειδή τα φορτία εισαγωγής από τον χρήστη μεταφέρονται απευθείας στην πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος.

Το πεδίο εφαρμογής της κατασκευής μπορεί να παρέχει συναρμολόγηση SMT με ελέγχους πρώτου τεμαχίου και AOI για ορατές συνθήκες τοποθέτησης/συγκόλλησης . Όπου υπάρχουν συσκευασίες με τερματισμό στο κάτω μέρος, μπορούν να προστεθούν στοχευμένες ακτίνες Χ με βάση τον κίνδυνο της συσκευασίας και του έργου.

Ο έλεγχος της διεργασίας θα πρέπει να διακρίνει την αισθητική επανεπεξεργασία από την επανεπεξεργασία στη διαδρομή ανίχνευσης. Η υπερβολική θέρμανση, η αντικατάσταση εξαρτημάτων ή η επισκευή συνδετήρων κοντά σε ευαίσθητα αναλογικά κυκλώματα μπορούν να αλλάξουν την απόδοση ακόμη και αν αποκατασταθεί η συνέχεια. Μια ελεγχόμενη πολιτική επανεπεξεργασίας και μια δειγματοληπτική λειτουργική επαλήθευση μετά την επισκευή είναι επομένως πιο αξιόπιστες από μια γενική υπόσχεση ότι κάθε συναρμολογημένη πλακέτα είναι επισκευάσιμη.

Τα κουμπιά και τα περιστροφικά χειριστήρια, όταν υπάρχουν, προσθέτουν τον δικό τους μηχανικό κίνδυνο στοίβαξης. Το ύψος του διακόπτη, η ευθυγράμμιση του ενεργοποιητή και η ποιότητα του φιλέτου συγκόλλησης μπορούν να επηρεάσουν την αίσθηση μετά τη συναρμολόγηση του περιβλήματος. Η ανασκόπηση του πρώτου άρθρου θα πρέπει επομένως να συγκρίνει το ύψος και τη θέση των συναρμολογημένων εξαρτημάτων με το μηχανικό σχέδιο, ιδιαίτερα γύρω από τα χειριστήρια που χειρίζονται από τον χρήστη και τους συνδετήρες καλωδίων που δέχονται επαναλαμβανόμενο φορτίο κατά τη λειτουργία.

Μια πλακέτα μπορεί να περάσει τον οπτικό έλεγχο αλλά να αποτύχει ως συσκευή εισόδου. Η επικύρωση παραγωγής θα πρέπει να χρησιμοποιεί επικοινωνία με τον κεντρικό υπολογιστή και, όταν υπάρχουν διαθέσιμα εξαρτήματα πελατών , αντιπροσωπευτική ανίχνευση πένας, κουμπιά και ασύρματες λειτουργίες/λειτουργίες φόρτισης για τα ισχύοντα SKU.

Η λειτουργική δοκιμή θα πρέπει να αποδεικνύει την ηλεκτρική διαδρομή από την αλληλεπίδραση με την πένα έως τα δεδομένα του κεντρικού υπολογιστή, αλλά το εύρος της βαθμονόμησης εξαρτάται από την αρχιτεκτονική του προϊόντος. Το εργοστάσιο μπορεί να επαληθεύσει την ανιχνευμένη θέση, τα κουμπιά, την απόκριση στην πίεση ή την κάλυψη βασικών συντεταγμένων χρησιμοποιώντας εξαρτήματα/λογισμικό πελάτη. Η τελική βαθμονόμηση ακριβείας μπορεί να απαιτεί ένα μηχανικό σύστημα αναφοράς ή έναν ιδιόκτητο αλγόριθμο που ανήκει στην εταιρεία του προϊόντος. Αυτό το όριο θα πρέπει να καταγραφεί στο σχέδιο δοκιμής.

Η βαθμονόμηση μπορεί να εξαρτάται από ιδιόκτητο υλικολογισμικό, χάρτες αισθητήρων, χρυσά δείγματα ή λογισμικό που παρέχεται από τον κάτοχο του προϊόντος. Η παραγωγή μπορεί να εκτελέσει μια καθορισμένη διαδικασία, αλλά δεν θα πρέπει να ισχυρίζεται ότι εξάγει ένα συγκεκριμένο για τον κατασκευαστή μοντέλο βαθμονόμησης ανίχνευσης στυλό από γενικά δεδομένα PCB.

Μια χρήσιμη δοκιμή NPI αναζητά επίσης την επαναληψιμότητα, όχι μόνο μία επιτυχημένη κίνηση. Η δειγματοληψία σε όλη την ενεργή περιοχή, ο έλεγχος της λειτουργίας κοντά σε κουμπιά ή ραδιόφωνα και η σύγκριση των ενσύρματων με τις ασύρματες καταστάσεις μπορούν να αποκαλύψουν προβλήματα σύζευξης ή συναρμολόγησης. Όταν εντοπιστεί κάποια βλάβη, η διατήρηση της σειράς PCB/PCBA, της έκδοσης υλικολογισμικού και των δεδομένων δοκιμών βοηθά τη μηχανική να διαχωρίσει ένα πρόβλημα διεργασίας πλακέτας από ένα πρόβλημα στοίβας αισθητήρων ή αλγορίθμου.

Ένας προμηθευτής πλακέτας τυπωμένων κυκλωμάτων για tablet σχεδίασης θα πρέπει να κατανοήσει ότι ο κυρίαρχος κίνδυνος δεν είναι τα ηλεκτρονικά της οθόνης, αλλά η σταθερή κατασκευή της πλατφόρμας ανίχνευσης/ελέγχου και της διεπαφής κεντρικού υπολογιστή της. Ανασκόπηση της εμπειρίας με συμπαγή SMT, μηχανικούς συνδετήρων, διατάξεις χαμηλού θορύβου, ελεγχόμενα BOM και λειτουργικά εξαρτήματα.