Tablettitietokoneiden piirilevyjen valmistus ohuille, akkukäyttöisille laitteille

Emolevy koordinoi yleensä sovellusprosessoria eli SoC:ia, muistia, tallennustilaa, näyttöä ja kosketusliitäntöjä, latausta ja virranhallintaa, Wi-Fi/Bluetoothia ja tuotekohtaisia ​​antureita. Kamerat, kaiuttimet, mikrofonit ja painikkeet voidaan kytkeä suoraan tai joustavien kokoonpanojen kautta. Matkapuhelinverkkoa on vain malleissa, jotka sitä vaativat.

Tablettien elektroniikkalaitteiden paksuus rajoittaa niiden käyttöä ennen monia muita päätöksiä. Emolevyn on toimittava rinnakkain suuren akun, näyttöpinon, kameroiden, kaiuttimien, antennien ja rakenneosien kanssa, joten komponenttien korkeus, liittimien suunta ja taipuisan ulostulon suunta voivat olla yhtä tärkeitä kuin piirilevyn pinta-ala. Tuotantovalmiissa suunnittelussa tulisi tunnistaa kotelon ja akun suoja-alueet, sallittu piirilevyn paksuus, jäykisteiden paikat ja mahdolliset alueet, joissa mekaaninen paine voisi siirtyä BGA- tai liittimien juotosliitoksiin.

Myös arkkitehtuuri vaihtelee suuresti. Joissakin tableteissa käytetään kompaktia emolevyä ja useita joustavia piirejä; toiset taas integroivat useita toimintoja yhdelle jäykälle tai jäykästi joustavalle kokoonpanolle. Valmistussisällön tulisi siksi kuvata julkaistua osiota sen sijaan, että se vihjaisi universaalista monilevyarkkitehtuurista. Tarjouspyyntöjen tarkastelun aikana toimittaja tarvitsee mekaaniset piirustukset ja joustavien piirien liitostiedot riittävän ajoissa, jotta se voi arvioida kokoonpanojärjestyksen, paneloinnin ja testausmahdollisuudet sen sijaan, että rajoitukset löydettäisiin vasta piirilevyn työkalujen valmistuksen jälkeen.

Näyttö- ja kosketusjärjestelmä tekee tabletin piirilevyjen asettelusta mekaanisesti riippuvaisen. Liittimen sijainti, liitäntäsuunta, taipuisan taivutusvaran ja kotelon pinoamisasennon voivat olla yhtä tärkeitä kuin sähköinen verkkoluettelo. Sähköisesti oikeanlainen emolevy voi silti epäonnistua integroinnissa, jos näyttö tai kosketuslevy ei asetu paikalleen ilman rasitusta.

Näyttö- ja kosketusreitit yhdistävät suuren pinnitiheyden mekaanisesti herkkiin liitäntöihin. Isäntä-näyttöliitäntä, kosketusohjainliitäntä ja paneelin joustava järjestely voivat käyttää erilaisia ​​signalointistandardeja tuotteesta riippuen, mutta kaikki perustuvat hallittuun liittimen geometriaan ja puhtaaseen reititykseen. Hienojakoiset FPC-liittimet ovat erityisen herkkiä pastan määrälle, samantasoisuudelle ja uudelleensulatustarkastukselle, koska pieni sijoitteluvirhe voi aiheuttaa ajoittaisen vian, joka ilmenee vasta toistuvan joustavan osan asettamisen jälkeen.

Jos suunnittelussa käytetään joustavuutta tai jäykkyyttä ja joustavuutta , valmistuspaketin tulee määritellä kerrosrakenne, jäykisteet, peitelevyt, taivutusalueet ja liittimen geometria. Valmistuksen katselmuksessa voidaan käsitellä sovellettavia joustavien piirilevyjen tai jäykkien ja joustavien piirilevyjen vaatimuksia olettamatta, että nämä rakenteet ovat pakollisia jokaiselle tabletille.

Jos käytetään jäykkää ja joustavaa liitosta tai erillistä joustavaa liitosta, taivutussäde, kuparin syiden suunta, jäykisteen paksuus ja siirtymäalueen suunnittelu kuuluvat valmistuspakettiin. Kokoonpanijan on myös otettava huomioon käsittelymenetelmä, joka estää taipuisan rypistymisen SMT:n ja lopullisen integroinnin aikana. Toimittajan kaupallinen arvo ei siis ole pelkästään se, että "osaa valmistaa taipuisaa piirilevyä", vaan kyse on siitä, koordinoidaanko jäykän ja joustavan piirilevyn sekä kokoonpanon prosessit varsinaisen taittogeometrian ja lopullisen koteloinnin ympärille.

Tabletin virransyöttöarkkitehtuurin on tuettava prosessoria ja näyttöä samalla, kun se hallitsee latausta, akun suojausliitäntöjä ja tuotteen määrittelemiä virransäästötiloja. Piirilevyjen valmistuksen tehtävänä on säilyttää virtareitit, kuparigeometria piirilevyjen kautta ja komponenttien jalanjäljet, jotka toteuttavat kyseisen virransyöttösuunnittelun.

Akkukäyttöiset tabletit vaativat kurinalaisen tehopuun. Lataustulon, akun suojauksen, polttoaineenkulutuksen mittauksen, järjestelmäkiskojen ja suuren kuormituksen prosessori-/näyttöalueiden on toimittava yhdessä, mutta niiden yksityiskohtainen toteutus vaihtelee alustasta riippuen. Piirilevyn tulisi ylläpitää lyhyitä suurvirtasilmukoita, asianmukaista tunnistusreititystä ja erottaa kohinaiset kytkentäsolmut ja herkät analogiset/RF-piirit. Komponenttien korvaamista lataus- tai suojauspiireissä ei pitäisi hyväksyä pelkästään siksi, että jännite ja kotelo näyttävät samankaltaisilta.

USB-C:tä voidaan käyttää lataamiseen ja datan siirtoon , mutta pelkkä liitin ei määritä virransyöttöä tai videotukea. Nämä toiminnot riippuvat porttiohjaimista, virransyöttöreitistä ja järjestelmäarkkitehtuurista. Tästä syystä tuotantotestien tulisi varmistaa vain asiakkaan määrittämät tilat sen sijaan, että oletettaisiin "täysimittainen USB-C" -toteutus.

Valmistuksen näkökulmasta akku- ja latausliittimet on tarkastettava sekä mekaanisesti että sähköisesti. Napaisuus, kiinnitys, liitoskorkeus ja lähellä olevat kuparit vaikuttavat kaikki integrointiriskiin. NPI:tä varten on määriteltävä, miten tehdas varmistaa latauksen havaitsemisen, virtatien jatkuvuuden ja asiaankuuluvat virtakiskot väittämättä kuitenkaan koko akkupaketin tai tuoteturvallisuussertifioinnin validoimista. Tämä luo selkeän testausrajan, jonka hankinta voi hinnoitella ja suunnittelu hyväksyä.

Wi-Fi ja Bluetooth ovat yleisiä tabletin toimintoja, kun taas matkapuhelinverkkoyhteys on mallikohtainen. RF-yhteensopivissa malleissa voi olla lähetin-vastaanottimia, etuosan komponentteja, SIM/eSIM-tuki ja antenniliitäntöjä, mutta näitä ei pitäisi koskaan sisällyttää pelkästään Wi-Fi-yhteydellä varustettuun tablettiin.

Wi-Fi/Bluetooth ja valinnaiset matkapuhelintoiminnot ovat erittäin riippuvaisia ​​antennin sijoittelusta, kotelomateriaalista ja määräyksistä. Piirilevytoimittajan tulee säilyttää radiotaajuussuojaukset, referenssitason geometria, hallitut radiotaajuussyöttörakenteet ja suojausalueet täsmälleen sellaisenaan kuin ne on julkaistu. Jos käytetään moduuleja, hyväksyttyjä moduulivariantteja ja antenniliittimiä on hallittava; jos radiot integroidaan suoraan, radiotaajuuskomponenttiketjusta tulee entistä herkempi hankintalähteiden korvauksille ja kokoonpanovaihteluille.

Valmistuskatselmuksessa tulisi säilyttää suunnittelutiimin määrittelemät radiotaajuuskatkokset , maadoitus, suojakehyksen jalanjäljet ​​ja impedanssiherkät syöttörakenteet. Myös prosessorin, muistin ja näytön digitaalinen kohina tulisi ottaa huomioon sijoitus- ja paluureitin rajoissa.

Rinnakkaiselo on myös asettelu- ja integrointiongelma. Nopeat näyttö-, muisti- ja kytkentävirtapiirit voivat aiheuttaa kohinaa radioihin tai kosketustunnistukseen, kun taas matkapuhelinten lähetystoiminta voi kytkeytyä ääni- tai anturireitteihin. Tehdas-DFM ei voi korvata RF-validointia, mutta se voi merkitä luvattomat kuparimuutokset, suojakotelon ristiriidat, virheelliset komponenttiasettelut ja mekaaniset muutokset antennin lähellä ennen kuin nämä ongelmat pääsevät kammiotestaukseen.

Ohuet tuotteet usein ohjaavat komponenttien tiheyttä, mutta tiheys ei automaattisesti tarkoita tiettyä HDI-kerrosrakennetta. Mikroreikien tai peräkkäisen laminoinnin tarve riippuu kotelon jaosta, poistostrategiasta, piirilevyn pinta-alasta ja kerrossuunnittelusta.

HDI on yleinen erittäin tilarajoitteisissa mobiilielektroniikassa, mutta sitä tulisi silti käsitellä suunnitteluvalintana eikä luokkasääntönä. Kun tarvitaan mikroreikiä, läpivientiä padissa, ohuita viivoja tai useita peräkkäisiä laminointeja, toimittajan tulisi tarkistaa tarkka rakenne, kuvasuhteet, kuparitäyttö ja kohdistusstrategia. Tavoitteena on säilyttää pakotiheys luomatta läpivientirakennetta, jota on tarpeettoman vaikea valmistaa tai hyväksyttää.

Jos julkaistu malli vaatii HDI-tekniikkaa, valmistuksen tarkastus voi ratkaista sen HDI-piirilevyjen valmistuksen avulla. Jos perinteinen läpivienti-monikerrosrakenne täyttää reititys- ja paksuustavoitteet, se voi olla sopivin tuotantoreitti. Tuotekategoriaa ei tule käyttää levyn liioitteluun.

Valmiin piirilevyn paksuus, vääntymisriski, kuparin tasapaino ja kohdistus ovat erityisen tärkeitä, kun piirilevyn on sovittava rajoitetun z-korkeuden omaavia akkuja, suojia ja näyttörakenteita vasten.

Ohuet piirilevyt aiheuttavat lisäongelmia käsittelyn ja tasaisuuden suhteen. Paneelin tuki, työkalukiskot, kuparin tasapainotus ja reflow-kiinnikkeet voivat olla tarpeen taipumisen ja vääntymisen hallitsemiseksi kokoonpanon aikana. Hienojakoiset BGA- ja LGA-paketit pahentavat tätä ongelmaa, koska levyn muodonmuutos muuttaa juotosliitoksen romahtamista. Täydellisen tarjouksen tulisi siksi sisältää kaikki vapautuneen paksuuden edellyttämät erityiset panelointi-, kannatin- tai tarkastusvaiheet sen sijaan, että ohutta tablettipiirilevyä käsiteltäisiin tavallisena jäykkänä piirilevynä.

Tabletin kotelo tarjoaa rajoitetusti tilaa lämmönlevittimille, grafiittilevyille tai muille tuotetason lämpölaitteistoille. Piirilevyn kupari, lämpöläpiviennit ja komponenttien sijoittelu osallistuvat siis lämmönpolkuun, mutta lopullinen lämpötila riippuu koko mekaanisesta suunnittelusta ja käyttöprofiilista.

Tabletissa on vähän tilaa pöytätietokoneen kaltaisille jäähdytyselementeille tai tuulettimille, joten lämpösuunnittelu perustuu yleensä lämmönjohtavuuteen ja leviämiseen piirilevyn, suojien, grafiitin, kehysten tai muiden tuotetiimin valitsemien mekaanisten rakenteiden läpi. Piirilevyn tavoitteena on säilyttää kuparialueet, lämpöreiät ja komponenttien sijoittelu, jotka tukevat näitä reittejä. Suurvirtasäätimien ja latauslaitteiden paikallinen kuparitiheys tulisi myös tarkistaa, jotta lämmönpoistopäätökset eivät heikennä virran tai lämmön virtausta.

Valmistuksen tarkastus voi puuttua valmistukseen liittyviin seikkoihin piirilevyjen lämmönhallintaohjeiden avulla, kun taas asiakas säilyttää vastuun laitetason lämpötilasimulaatiosta ja hyväksymisrajoista. Tämä ero estää tehdasta lupaamasta lopullista pintalämpötilaa, jota pelkkä paljas piirilevy ei voi taata.

Lämpöriski liittyy käyttömukavuuteen ja akun ikääntymiseen, mutta tehdas ei voi validoida näitä tuloksia pelkästään pelkällä piirilevyllä. NPI:n tulisi määritellä piirilevytason tarkistukset – kuten virrankulutus ja lämpötilan tarkkailu sovituissa kuormituspisteissä – erikseen koko laitteen lämpökelpoisuudesta. Tämä antaa ostajille merkityksellistä tuotantonäyttöä muuttamatta artikkelia perusteettomaksi väitteeksi, että yksi piirilevyn materiaali tai kuparin paino ratkaisee automaattisesti tabletin lämmön ongelman.

Kokoonpanoon kuuluu tyypillisesti pieniä passiiveja, hienojakoisia integroituja piirejä, board-to-board- tai FPC-liittimiä ja monissa malleissa BGA-koteloita. Sapluunasuunnittelussa, ensimmäisen kappaleen validoinnissa ja vakaassa uudelleensulatuksessa on otettava huomioon sekoitettu lämpömassa ja tiheä sijoittelu.

Tablet PCBA yhdistää hienojakoiset integroidut piirilevyt kameroihin, mikrofoneihin, antureihin, FPC-liittimiin ja suojaosiin. Ensimmäisen kappaleen tarkastus on kriittistä, koska toistuvien pienten liittimien tai antureiden suuntausvirheitä voi olla vaikea havaita suojausten asennuksen jälkeen. Prosessisuunnitelmassa tulisi määritellä, milloin suojat asetetaan, mitkä liitokset jäävät tarkastettaviksi ja tarvitsevatko liittimet tai moduulit manuaalista tai toissijaista kokoonpanoa SMT-pääsulatuksen jälkeen.

AOI on tehokas näkyvän sijoittelun ja juotosolosuhteiden tarkistamisessa; piilossa oleviin liitoksiin voidaan tarvittaessa lisätä röntgenkuvaus. Toiminnallisissa tarkastuksissa tulisi sitten käyttää tuoteyksikön todellisia liitäntöjä: näyttö-/kosketusviestintä, lataus, USB, kamerat, anturit, langaton ja muut asiakkaan määrittämät toiminnot.

Valmistuslaajuus voi yhdistää SMT-kokoonpanon toiminnalliseen testaukseen, kun kiinnikkeet, laiteohjelmisto ja hyväksymiskriteerit ovat saatavilla.

Toiminnallinen validointi tulisi järjestää käyttöliittymien mukaan: virta ja lataus, näyttö/kosketus, USB, langaton/moduulitiedonsiirto, kamerat/anturit ja ääni, jos mukana. Tehtaan tulisi käyttää asiakkaan määrittelemää laiteohjelmistoa, kiinnikkeitä ja hyväksymisrajoja; AOI tai röntgen ei voi korvata näitä toiminnallisia tarkastuksia. Toistuvissa kokoonpanoissa linkitä testiprofiili tarkkaan tuotenumeroon, jotta valinnaisia ​​matkapuhelinverkkoja, muistia tai kamerapopulaatioita ei testata väärää kokoonpanoa vasten.

Tablettitietokoneen piirilevyn tarjouksessa tulee yksilöidä laitteistoversio, asennetut liitäntävaihtoehdot, näyttö-/kosketusliittymä, akkuliitin, pinoaminen ja mahdolliset kontrolloidun impedanssin vaatimukset. Komponenttien vaihdossa on oltava erityisen huolellinen, jos osat vaikuttavat laiteohjelmistoon, radiotaajuussuorituskykyyn, liittimen sopivuuteen tai virransyöttökäyttäytymiseen.