Produkcja płytek PCB do tabletów graficznych bez wyświetlacza

Płytka PCB odbiera sygnały z digitizera/struktury czujników, przetwarza dane dotyczące położenia pióra i siły nacisku, zarządza przyciskami lub sygnałami sterującymi oraz komunikuje się z hostem. W zależności od produktu, elektronika może być skoncentrowana na jednej płytce lub podzielona między główną płytkę sterującą a rozproszone struktury czujników/połączeń.

W niniejszym artykule tablet graficzny oznacza urządzenie do wprowadzania danych za pomocą rysika, które nie jest wyposażone w wyświetlacz i wysyła informacje o położeniu i nacisku do komputera. Zadaniem płytki PCB jest zatem pozyskiwanie sygnałów z rysika/digitizera, przetwarzanie ich, zarządzanie przyciskami lub wskaźnikami (jeśli są zamontowane) oraz komunikacja z komputerem. Implementacja czujników może się różnić w zależności od producenta, dlatego dyskusja na temat produkcji powinna pozostać niezależna od architektury, chyba że projekt klienta wskazuje konkretną technologię.

Fizyczna relacja między strukturą czujnika a płytką PCB ma kluczowe znaczenie. Siatka czujników może być oddzielną warstwą, giętką, folią lub zintegrowanym zespołem, w zależności od produktu, a rozmieszczenie złączy, uziemienie i dopasowanie mechaniczne mogą wpływać na dokładność. Do weryfikacji zapytania ofertowego (RFQ), dostawca potrzebuje wystarczających informacji mechanicznych, aby zrozumieć, jak obszar czujnika, płytka sterująca i obudowa są ze sobą połączone; poprawna pod względem elektrycznym płytka PCBA może nadal nie zostać zintegrowana z produktem, jeśli ta geometria ulegnie zmianie.

Tablety piórkowe wymagają powtarzalnego pomiaru na dużej powierzchni aktywnej. Dokładna metoda pomiaru elektromagnetycznego, pojemnościowego lub innego jest zastrzeżona dla platformy produktowej, ale implikacje dla produkcji PCB są zasadniczo spójne: ścieżki odniesienia o niskim poziomie szumów, kontrolowane uziemienie, stabilność wartości komponentów i precyzyjne rozmieszczenie złączy mają znaczenie.

Precyzja sygnału wejściowego z pióra zależy od stosunku sygnału do szumu w całym łańcuchu czujników. W zależności od opatentowanej metody pomiaru, front-end może obejmować etapy wzbudzenia, multipleksowania, filtrowania, wzmocnienia lub konwersji, a następnie kontroler rekonstruujący położenie i parametry pióra. Materiały produkcyjne powinny omawiać te funkcje, nie sugerując jednocześnie, że każdy tablet korzysta z tej samej cewki, elektrody lub topologii przetwornika ADC.

Zegary cyfrowe, Przetwornice DC/DC, Interfejsy USB Opcjonalne radia bezprzewodowe mogą wprowadzać szum do środowiska pomiarowego. Opublikowany układ może wykorzystywać separację rozmieszczenia, strategię uziemienia, filtrowanie i ekranowanie, aby zarządzać tą interakcją. Produkcja powinna zachować te cechy, a nie upraszczać ich bez zgody inżynierów.

Kontrola szumów zaczyna się od układu, ale trwa aż do montażu. Geometria uziemienia, ekranowanie, odstępy między regulatorami przełączającymi i zegarami cyfrowymi, tolerancje komponentów i integralność złączy wpływają na powtarzalność. Jeśli produkt zawiera aktywny układ radiowy lub układ ładowania bezprzewodowego, plan NPI powinien uwzględniać kontrole pod kątem zakłóceń podczas pracy pióra. Jest to bardziej przydatne niż ogólne określenie „kontroli EMI”, ponieważ łączy zmienną fabryczną z wydajnością, którą użytkownik faktycznie odczuwa: stabilnością kursora i spójnością danych wejściowych.

Przewodowy tablet graficzny można zasilać i podłączać przez USB. Wersje bezprzewodowe mogą wymagać dodatkowych Bluetooth, bateria, układ ładowania i sterowanie stanem zasilania. Są to opcjonalne opcje architektury, a w artykułach należy używać sformułowania „w stosownych przypadkach”, zamiast sugerować, że każdy tablet graficzny zawiera sprzęt bezprzewodowy.

Wersje przewodowe i bezprzewodowe mogą współdzielić podstawową architekturę czujników, jednocześnie różniąc się wymaganiami dotyczącymi zasilania i materiałów eksploatacyjnych. Model wyłącznie z USB może pobierać dane z hosta i nie wymaga podsystemu baterii; model Bluetooth może dodać baterię, ładowarkę, regulator i radio. Rodzina Intuos firmy Wacom jest przykładem takiej zmienności, dlatego w artykule należy użyć sformułowania „w stosownych przypadkach”, zamiast sugerować, że Bluetooth i baterie są uniwersalnymi funkcjami tabletu graficznego.

Ślad złącza USB, uziemienie obudowy, Ochrona ESD i odstęp od obudowy Wymagają przeglądu mechanicznego, ponieważ obciążenie kabla jest przenoszone bezpośrednio na płytkę. W przypadku modeli bezprzewodowych, w DFM należy uwzględnić wycięcia antenowe i polaryzację złącza akumulatora.

Z punktu widzenia produkcji, testowanie komunikacji powinno obejmować enumerację lub podstawowy transfer danych dla interfejsu przewodowego oraz sprawdzenie parowania/komunikacji dla wariantów bezprzewodowych, gdy klient dostarcza procedurę. Funkcje ładowania baterii i zabezpieczenia powinny być testowane tylko dla odpowiedniego SKU. Powiązanie tych gałęzi testowych z wariantem BOM zapobiega częstej awarii wielu SKU: załadowaniu prawidłowego sprzętu z niewłaściwym profilem testowym produkcji.

W przeciwieństwie do standardowej płytki sterującej, tablet graficzny znajduje się obok dużej struktury czujnikowej. Relacja między połączeniami czujnikowymi, płaszczyznami odniesienia, szumiącymi obwodami przełączającymi i metalem obudowy może wpływać na wydajność. Analiza DFM powinna zatem odróżniać rzeczywiste zmiany produkcyjne od zmian w układzie, które mogą wpływać na zachowanie sygnału.

Dokładność pomiaru może zostać zakłócona przez pozornie drobne zmiany w układzie. Wylewki miedziane, zszywanie uziemienia, bliskość ścieżek i ścieżki powrotne złączy mogą wpływać na sprzężenie pasożytnicze lub odbiór szumów w obszarze czujnika. Dlatego zmiany w modelu DFM powinny być ostrożne w tych obszarach, a wszelkie żądane modyfikacje miedzi powinny być odsyłane do właściciela projektu, a nie „czyszczone” automatycznie przez producenta.

Zespół DFM w fabryce może wykonać przegląd DFM pod kątem odstępów, nawierceń, maski lutowniczej, panelizacji, dostępności złączy i ograniczeń montażu, jednocześnie odpowiadając klientowi na istotne pytania dotyczące elektryki, zamiast zgadywać, jakie były zamierzenia projektowe.

Materiały mechaniczne również mają znaczenie, ponieważ pole czujnika rozciąga się przez cały stos produktów. Producent PCB nie kontroluje geometrii nakładki, obudowy ani pisaka, ale powinien przestrzegać zdefiniowanych odstępów i punktów odniesienia montażu. Podczas NPI należy połączyć kontrole elektryczne z kontrolą wymiarową wokół mocowania płytki czujnika i lokalizacji złączy, aby problemy z kalibracją nie zostały błędnie zrzucone na oprogramowanie układowe, gdy główną przyczyną jest nieprawidłowe dopasowanie mechaniczne.

Płytki sterujące tabletów graficznych są często kompaktowe, ale żadna pojedyncza warstwa ani materiał nie jest charakterystyczny dla tej kategorii produktów. Warstwy układają się zgodnie z gęstością trasowania, wymaganiami dotyczącymi uziemienia, rozmieszczeniem złączy i celami EMI.

Kompaktowa płytka PCB sterownika tabletu graficznego może być prostą płytką wielowarstwową lub gęstszą konstrukcją wykorzystującą bardziej zaawansowane funkcje; nie ma uniwersalnego układu warstw. Produkcja powinna opierać się na wymaganiach dotyczących ścieżek/przestrzeni, otworów, impedancji i grubości, a procesy specjalne powinny być dodawane tylko wtedy, gdy układ ich wymaga. Zapobiega to nadmiernemu projektowaniu kosztownego urządzenia wejściowego tylko dlatego, że słowo kluczowe zawiera „precyzję”.

Jeżeli projekt obejmuje obudowy o małym rozstawie, mniejsze otwory przelotowe lub routing USB o kontrolowanej impedancji, sposób produkcji należy wybrać na podstawie tych wymagań. proces wielowarstwowy lub HDI może być stosowne w przypadku niektórych produktów, ale nigdy nie powinno być przedstawiane jako obowiązkowe tylko ze względu na SEO.

Powtarzalność jest ważniejsza niż specyficzna konstrukcja. Grubość dielektryka, geometria miedzi, dopasowanie maski lutowniczej i wymiary krawędzi złącza powinny być spójne w każdej partii, jeśli wpływają na czujnik lub interfejs mechaniczny. Jeśli płytka styka się z dużą folią sensorową lub siatką, dostawca powinien również zweryfikować metodę panelowania i depanelowania, aby naprężenia lub odkształcenia krawędzi płytki nie wpływały na ostateczne ustawienie.

Wykończenie powierzchni, dopasowanie maski lutowniczej i ostateczna tolerancja obrysu powinny być dobierane pod kątem rzeczywistych wymagań złącza i interfejsu czujnika, a nie wyglądu. Jeśli krawędź płytki, punkt odniesienia montażowego lub złącze czujnika wyznaczają punkt odniesienia dla obszaru aktywnego, kontrola wymiarów zasługuje na taką samą uwagę, jak ciągłość elektryczna, ponieważ dryft geometrii może stać się problemem kalibracji lub dopasowania obudowy.

PCBA może zawierać kontroler, urządzenia zasilające, elementy interfejsu USB, opcjonalne komponenty bezprzewodowe, diody LED oraz obwody przycisków/enkoderów. Powtarzające się elementy sterujące i małe złącza sprawiają, że orientacja i dyscyplina w rozmieszczaniu są istotne.

Zespół montażowy może obejmować mikrokontroler, układy scalone czujników, elementy pasywne, złącze USB, przyciski, diody LED oraz opcjonalne urządzenia radiowe/zasilające. Powtarzające się pozycje przycisków lub diod LED zwiększają wartość kontroli pierwszego elementu, ponieważ jeden błąd polaryzacji lub orientacji może zostać powielony w całej partii. Złącza USB wymagają również odpowiedniego wsparcia mechanicznego i kontroli, ponieważ obciążenia wkładane przez użytkownika są przenoszone bezpośrednio na płytkę PCB.

Zakres produkcji może obejmować montaż SMT z kontrolą pierwszego egzemplarza i AOI dla widocznego rozmieszczenia/warunków lutowaniaW przypadku obecności pakietów zakończonych od dołu, można dodać ukierunkowane promieniowanie rentgenowskie w zależności od pakietu i ryzyka projektu.

Kontrola procesu powinna odróżniać poprawki kosmetyczne od poprawek w ścieżce czujnika. Nadmierne nagrzewanie, wymiana komponentów lub naprawa złącza w pobliżu wrażliwych układów analogowych może wpłynąć na wydajność, nawet jeśli ciągłość zostanie przywrócona. Kontrolowana polityka poprawek i weryfikacja działania próbki po naprawie są zatem bardziej wiarygodne niż ogólne zapewnienie, że każda zmontowana płytka nadaje się do naprawy.

Przyciski i pokrętła, jeśli występują, stwarzają ryzyko mechanicznego łączenia. Wysokość przełączników, ustawienie siłowników i jakość spoin lutowniczych mogą wpływać na odczucia po zmontowaniu obudowy. W związku z tym w pierwszym artykule należy porównać wysokość i położenie zmontowanych komponentów z rysunkiem mechanicznym, szczególnie w pobliżu elementów sterujących obsługiwanych przez użytkownika i złączy kablowych, które są wielokrotnie obciążane podczas użytkowania.

Płyta może przejść kontrolę wizualną, ale nie sprawdzić się jako urządzenie wejściowe. Walidacja produkcyjna powinna obejmować komunikację z hostem i, gdy osprzęt klienta dostępne są reprezentatywne funkcje wykrywania pióra, przyciski i funkcje bezprzewodowe/ładowania dla odpowiednich SKU.

Test funkcjonalny powinien potwierdzić ścieżkę elektryczną od interakcji z piórem do danych hosta, ale zakres kalibracji zależy od architektury produktu. Fabryka może zweryfikować wykrytą pozycję, przyciski, reakcję na nacisk lub podstawowe pokrycie współrzędnych za pomocą osprzętu/oprogramowania klienta; ostateczna precyzyjna kalibracja może wymagać mechanicznego układu odniesienia lub zastrzeżonego algorytmu należącego do producenta produktu. Granica ta powinna być wpisana do planu testów.

Kalibracja może zależeć od zastrzeżonego oprogramowania sprzętowego, map czujników, złotych próbek lub oprogramowania dostarczonego przez właściciela produktu. Produkcja może wykonać zdefiniowaną procedurę, ale nie powinna rościć sobie prawa do wyprowadzenia modelu kalibracji czujnika pióra specyficznego dla danego producenta na podstawie ogólnych danych PCB.

Przydatny test NPI sprawdza również powtarzalność, a nie tylko jedno udane uderzenie. Pobieranie próbek z obszaru aktywnego, sprawdzanie działania w pobliżu przycisków lub radioodbiorników oraz porównywanie stanów połączeń przewodowych i bezprzewodowych może ujawnić problemy ze sprzęganiem lub montażem. W przypadku wykrycia usterki, zachowanie numeru seryjnego płytki PCB/PCBA, wersji oprogramowania układowego i danych testowych pomaga inżynierom oddzielić problem związany z procesem produkcyjnym płytki od problemu ze stosem czujników lub algorytmem.

A Płytka drukowana tabletu rysunkowego Dostawca powinien zrozumieć, że dominującym ryzykiem nie jest elektronika wyświetlacza, lecz stabilna produkcja platformy czujnikowo-sterującej i jej interfejsu hosta. Należy zapoznać się z doświadczeniami w zakresie kompaktowych układów SMT, mechaniki złączy, układów o niskim poziomie hałasu, sterowanych zestawień materiałowych (BOM) i funkcjonalnych elementów mocujących.