PCB-productie voor tekentablets zonder scherm en pen.

De printplaat ontvangt signalen van de digitaliserings-/sensorstructuur, verwerkt gegevens over de penpositie en druk, stuurt knoppen of besturingsingangen aan en communiceert met de hostcomputer. Afhankelijk van het product kan de elektronica geconcentreerd zijn op één printplaat of verdeeld over een hoofdcontrollerprintplaat en gedistribueerde sensor-/interconnectiestructuren.

In dit artikel wordt met een tekentablet een peninvoerapparaat zonder beeldscherm bedoeld dat positie- en drukgegevens naar een hostcomputer stuurt. De taak van de printplaat (PCB) is dan ook om de signalen van de stylus/digitizer te ontvangen, te verwerken, knoppen of indicatoren (indien aanwezig) aan te sturen en met de computer te communiceren. De implementatie van de sensor kan per fabrikant verschillen, dus de discussie over de productie moet architectuurneutraal blijven, tenzij het door de klant vrijgegeven ontwerp een specifieke technologie voorschrijft.

De fysieke relatie tussen de sensorstructuur en de printplaat is cruciaal. Een sensorraster kan een aparte laag, flexibele printplaat, folie of geïntegreerde assemblage zijn, afhankelijk van het product. De plaatsing van de connectoren, de aarding en de mechanische uitlijning kunnen de nauwkeurigheid beïnvloeden. Voor de beoordeling van een offerteaanvraag heeft de leverancier voldoende mechanische informatie nodig om te begrijpen hoe het sensorgebied, de controllerprintplaat en de behuizing op elkaar aansluiten; een elektrisch correcte printplaat kan nog steeds problemen opleveren bij de productintegratie als die geometrie verschuift.

Bij pentabletten is herhaalbare detectie over een groot actief oppervlak vereist. De exacte elektromagnetische, capacitieve of andere detectiemethode is specifiek voor het productplatform, maar de implicaties voor de printplaatproductie zijn over het algemeen consistent: ruisarme referentiepaden , gecontroleerde aarding , stabiele componentwaarden en nauwkeurige connectorplaatsing zijn van belang.

De nauwkeurigheid van de peninvoer is afhankelijk van de signaal-ruisverhouding over de gehele sensorketen. De front-end kan excitatie-, multiplexing-, filter-, versterkings- of conversiestappen omvatten, afhankelijk van de gebruikte sensormethode, gevolgd door een controller die de positie en penparameters reconstrueert. De productinformatie moet deze functies toelichten zonder te beweren dat elke tablet dezelfde spoel, elektrode of ADC-topologie gebruikt.

Digitale klokken, DC/DC-omvormers , USB-interfaces en optionele draadloze radio's kunnen ruis in de meetomgeving introduceren. De gepubliceerde lay-out maakt mogelijk gebruik van plaatsingsscheiding, aardingsstrategie, filtering en afscherming om deze interactie te beheersen. De productie dient deze kenmerken te behouden in plaats van ze te vereenvoudigen zonder technische goedkeuring.

Ruisonderdrukking begint bij het ontwerp, maar loopt door tot en met de assemblage. De geometrie van de aardingsaansluiting, afschermingseigenschappen, de afstand tot schakelregelaars en digitale klokken, componenttoleranties en de integriteit van de connectoren hebben allemaal invloed op de herhaalbaarheid. Als het product een actieve draadloze radio of een laadcircuit bevat, moet het NPI-plan controles op interferentie tijdens het gebruik van de pen omvatten. Dit is nuttiger dan algemene termen als 'EMI-beheersing', omdat het een fabrieksvariabele koppelt aan de prestaties die de gebruiker daadwerkelijk merkt: cursorstabiliteit en consistentie van de invoer.

Een bedraad tekentablet kan via USB van stroom worden voorzien en aangesloten. Draadloze versies kunnen Bluetooth , een batterij, een oplaadcircuit en een stroomstatusregelaar toevoegen. Dit zijn optionele architectuurkeuzes en in artikelen moet "waar van toepassing" worden gebruikt in plaats van te suggereren dat elk tekentablet draadloze hardware bevat.

Bedrade en draadloze versies kunnen een gemeenschappelijke sensorarchitectuur delen, maar hebben zeer verschillende stroom- en materiaalvereisten. Een model dat alleen via USB werkt, kan stroom van de host krijgen en geen batterijsubsysteem nodig hebben; een Bluetooth-model kan een batterij, oplader, spanningsregelaar en radio toevoegen. De Intuos-familie van Wacom is een voorbeeld van deze variatie, en daarom zou het artikel 'waar van toepassing' moeten gebruiken in plaats van te suggereren dat Bluetooth en batterijen universele kenmerken van tekentabletten zijn.

De afmetingen van de USB-connector, de aarding van de behuizing, de ESD-bescherming en de ruimte tussen de connector en de behuizing vereisen een mechanische controle, omdat de kabelbelasting direct op de printplaat wordt overgebracht. Voor draadloze modellen moeten de antenne-uitsluitingen en de polariteit van de batterijconnector in het ontwerpdocument worden opgenomen.

Vanuit productieoogpunt moet communicatietesten een enumeratie of basisgegevensoverdracht voor de bekabelde interface omvatten, en koppelings-/communicatiecontroles voor draadloze varianten wanneer de klant de procedure aanlevert. Batterijlaad- en beveiligingsfuncties moeten alleen op de betreffende SKU worden getest. Door deze testtakken aan de BOM-variant te koppelen, wordt een veelvoorkomende fout bij meerdere SKU's voorkomen: het laden van de juiste hardware met het verkeerde productietestprofiel.

In tegenstelling tot een standaard controllerkaart bevindt een tekentablet zich naast een grote sensorstructuur. De relatie tussen sensorverbindingen, referentievlakken, ruisgevoelige schakelcircuits en het metaal van de behuizing kan de prestaties beïnvloeden. Een DFM-review moet daarom onderscheid maken tussen echte fabricagewijzigingen en lay-outwijzigingen die het signaalgedrag kunnen veranderen.

De nauwkeurigheid van de sensor kan worden beïnvloed door ogenschijnlijk kleine wijzigingen in de lay-out. Koperen vlakken, aardingsverbindingen, de nabijheid van sporen en retourpaden van connectoren kunnen parasitaire koppeling of ruisopname rond de sensorfront-end veranderen. DFM-aanpassingen moeten daarom in deze gebieden conservatief zijn en eventuele gevraagde koperwijzigingen moeten worden teruggekoppeld aan de ontwerpeigenaar in plaats van automatisch door de fabrikant te worden 'opgeschoond'.

Een DFM-team in een fabriek kan een DFM-beoordeling uitvoeren voor afstanden, boorgaten, soldeermasker, paneelindeling, toegankelijkheid van connectoren en montagebeperkingen, en daarbij elektrisch relevante vragen aan de klant stellen in plaats van te gissen naar de ontwerpintentie.

Mechanische materialen zijn ook belangrijk omdat het meetveld zich door de hele productstapel uitstrekt. De PCB-fabrikant heeft geen controle over de overlay, de behuizing of de pengeometrie, maar moet wel de gedefinieerde uitsluitingszones en montagepunten respecteren. Combineer tijdens de NPI (New Product Introduction) elektrische controles met dimensionale inspecties rond de montagepunten van de sensorprintplaat en de connectoren, zodat kalibratieproblemen niet ten onrechte aan de firmware worden toegeschreven wanneer de oorzaak een mechanische fout is.

De printplaten voor tekentabletcontrollers zijn vaak compact, maar er is geen specifiek aantal lagen of materiaal dat inherent is aan deze productcategorie. De lagenopbouw hangt af van de routingdichtheid, aardingsbehoeften, de plaatsing van connectoren en EMI-doelstellingen.

Een printplaat voor een compacte tekentabletcontroller kan een eenvoudige meerlaagse printplaat zijn of een dichter ontwerp met fijnere details; er bestaat geen universele opbouw. ​​De fabricage moet gebaseerd zijn op de beschikbare spoor-/afstandsvereisten, boorgaten, impedantie en dikte, waarbij speciale processen alleen worden toegevoegd wanneer de lay-out dit vereist. Dit voorkomt dat een kostengevoelig invoerapparaat onnodig complex wordt gemaakt, simpelweg omdat het sleutelwoord 'precisie' bevat.

Als het ontwerp componenten met een fijne pitch, kleinere via's of USB-routing met gecontroleerde impedantie omvat, moet de fabricagemethode op basis van die vereisten worden gekozen. Een meerlaags of HDI-proces kan geschikt zijn voor sommige producten, maar mag nooit als verplicht worden gepresenteerd, enkel en alleen voor SEO-doeleinden.

Herhaalbaarheid is belangrijker dan exotische constructie. De dikte van het diëlektricum, de kopergeometrie, de uitlijning van het soldeermasker en de afmetingen van de connectorranden moeten consistent blijven van batch tot batch wanneer deze van invloed zijn op de sensor- of mechanische interface. Als de printplaat aansluit op een grote sensorfilm of -raster, moet de leverancier ook de paneel- en depaneelmethode controleren, zodat spanning of kromtrekking aan de printplaatranden de uiteindelijke uitlijning niet beïnvloedt.

De oppervlakteafwerking, de uitlijning van het soldeermasker en de uiteindelijke tolerantie van de omtrek moeten worden gekozen op basis van de daadwerkelijke eisen van de connector en de sensorinterface, niet op basis van het uiterlijk. Als een printplaatrand, montagepunt of sensorconnector de positionele referentie voor het actieve gebied bepaalt, verdient de dimensionale inspectie ervan dezelfde aandacht als de elektrische continuïteit, omdat geometrische afwijkingen een kalibratie- of behuizingsprobleem kunnen veroorzaken.

Een PCBA kan een controller, voedingscomponenten, USB-interfaceonderdelen, optionele draadloze componenten, LED's en knop-/encodercircuits bevatten. Door de vele bedieningselementen en kleine connectoren is een nauwkeurige oriëntatie en plaatsing essentieel.

De assemblage kan een microcontroller, sensor-IC's, passieve componenten, een USB-connector, knoppen, LED's en optionele radio-/voedingscomponenten bevatten. Herhaalde knoppen of LED-posities verhogen de waarde van de eerste-stukcontrole, omdat één polariteits- of oriëntatiefout in een hele batch kan worden overgenomen. USB-connectoren vereisen ook voldoende mechanische ondersteuning en inspectie, omdat de belasting door het inbrengen door de gebruiker direct op de printplaat wordt overgebracht.

De productieomvang kan SMT-assemblage met eerste-stukcontroles en AOI voor zichtbare plaatsings-/soldeeromstandigheden omvatten . Bij componenten met een onderaansluiting kan gerichte röntgeninspectie worden toegevoegd, afhankelijk van het component en het projectrisico.

Procesbeheer moet onderscheid maken tussen cosmetische herstelwerkzaamheden en herstelwerkzaamheden in het sensorcircuit. Overmatige verhitting, vervanging van componenten of reparatie van connectoren in de buurt van gevoelige analoge circuits kunnen de prestaties beïnvloeden, zelfs als de continuïteit is hersteld. Een gecontroleerd herstelbeleid en steekproefsgewijze functionele verificatie na reparatie zijn daarom geloofwaardiger dan een algemene belofte dat elke geassembleerde printplaat repareerbaar is.

Knoppen en draaiknoppen, indien aanwezig, brengen hun eigen risico op mechanische ophoping met zich mee. De hoogte van de schakelaar, de uitlijning van de actuator en de kwaliteit van de soldeerverbindingen kunnen het gevoel na montage van de behuizing beïnvloeden. De eerste productbeoordeling moet daarom de hoogte en positie van de gemonteerde componenten vergelijken met de mechanische tekening, met name rond bedieningselementen en kabelaansluitingen die tijdens gebruik herhaaldelijk worden belast.

Een printplaat kan visueel gezien de inspectie doorstaan, maar toch als invoerapparaat afgekeurd worden. Productievalidatie moet de communicatie met de host omvatten en, indien klantonderdelen beschikbaar zijn, representatieve penherkenning, knoppen en draadloze/oplaadfuncties voor de betreffende SKU's.

Een functionele test moet het elektrische pad van peninteractie naar hostdata aantonen, maar de reikwijdte van de kalibratie hangt af van de productarchitectuur. De fabrikant kan de gedetecteerde positie, knoppen, drukrespons of basiscoördinatendekking verifiëren met behulp van klantspecifieke testopstellingen/software; voor de uiteindelijke precisiekalibratie is mogelijk een mechanisch referentiesysteem of een eigen algoritme van de productfabrikant nodig. Deze beperkingen moeten in het testplan worden opgenomen.

Kalibratie kan afhankelijk zijn van eigen firmware, sensorkaarten, referentiemonsters of software die door de producteigenaar wordt geleverd. De productieafdeling kan een vastgestelde procedure uitvoeren, maar mag niet beweren dat er een fabrikantspecifiek kalibratiemodel voor pensensoren kan worden afgeleid uit generieke PCB-gegevens.

Een nuttige NPI-test controleert ook de herhaalbaarheid, niet alleen één succesvolle test. Door metingen te verrichten over het actieve gebied, de werking in de buurt van knoppen of radio's te controleren en de bedrade en draadloze status te vergelijken, kunnen koppelings- of assemblageproblemen aan het licht komen. Wanneer een storing wordt geconstateerd, helpt het bewaren van het PCB/PCBA-serienummer, de firmwareversie en de testgegevens de engineeringafdeling om een ​​probleem met het printplaatproces te onderscheiden van een probleem met de sensorstack of het algoritme.

Een leverancier van printplaten voor tekentabletten moet begrijpen dat het grootste risico niet de display-elektronica is, maar de stabiele productie van het sensor-/besturingsplatform en de bijbehorende interface. Beoordeel de ervaring met compacte SMT, connectormechanica, ruisarme lay-outs, gecontroleerde stuklijsten en functionele mallen.