Phase de conception - Mécanique de l'assemblage du couvercle Partie 3

Bienvenue dans la troisième partie de la conception de l'assemblage du couvercle d'ordinateur portable open-source ! Dans le dernier volet, nous avons examiné une manière possible d'intégrer le module de webcam et tous les capteurs connectés dans la lunette du couvercle de l'ordinateur portable.

Nous avons identifié plusieurs défis avec l'approche présentée dans l'article précédent. La complexité supplémentaire d'assemblage et de fabrication associée à l'utilisation d'un PCB flexible nous a conduits à une autre option utilisant uniquement une carte rigide. Voyons maintenant comment cette mise en œuvre fonctionne.

PCB de la webcam monté à l'intérieur de la lunette de l'écran

Carte fille du capteur de lumière ambiante

Un défi que nous avons déjà identifié est la nécessité de diminuer la distance entre le côté supérieur du capteur de lumière ambiante et l'ouverture dans le verre de l'affichage. La distance maximale entre le capteur de lumière et le verre de couverture est donnée par le diamètre de l'ouverture de la fenêtre de visualisation dans le verre de l'affichage. Nous avons examiné cette relation dans la première partie de la série de mises à jour de la conception de l'assemblage du couvercle.

Étant donné que nous devons garder l'ouverture sur le vernis épargne du verre d'affichage aussi petite que possible pour s'assurer qu'elle ne soit pas visible, elle doit être limitée à un diamètre de 1 mm. Cela signifie que la distance maximale du haut du capteur jusqu'au verre d'affichage doit être de 1,2 mm. Comme nous utilisons un PCB rigide pour la webcam, la carte se trouve à quatre millimètres sous le verre de protection. Le capteur de lumière n'a qu'une hauteur de 0,8 mm, ce qui signifie que nous devons d'une manière ou d'une autre combler un écart d'environ 2 mm.

2 mm est une épaisseur standard pour les PCBs. Nous pouvons monter le capteur de lumière ambiante avec son condensateur de découplage et deux résistances de tirage pour le bus I2C sur un petit PCB. Ensuite, nous pouvons souder l'ensemble du module sur la carte de la webcam.

Si nous décidons de remplacer le capteur de lumière dans les révisions futures, nous pouvons modifier le petit module sans avoir à redessiner la carte de la webcam.

Le design pour le module du capteur est une carte simple à deux couches avec le capteur de lumière et les composants passifs sur le côté supérieur et les pads de contact LGA sur le côté inférieur. Ici, vous avez un schéma et un agencement de PCB de ce module :

Le capteur est placé au centre du module pour servir de point de prise pour la machine de placement. Alignez la buse de la machine avec le centre de masse de la pièce pour garantir un placement et un prélèvement fiables, même à des taux d'accélération élevés sur la machine PnP.

L'empreinte du module de la webcam s'étend au-delà du contour du module du capteur de lumière ambiante. Cela permet à la machine d'inspection optique automatique en fin de chaîne de vérifier le bon alignement et de s'assurer d'une quantité de soudure suffisante sur chaque pad du module.

L'empreinte utilisée sur le module de la webcam s'étend au-delà du contour du module du capteur de lumière

Module du capteur de lumière ambiante soudé sur la carte de la webcam

Carte fille de point de montage

Nous pouvons adopter une approche similaire de carte fille pour les points de montage. Cependant, un défi se présente lors de la fixation de PCB minces à une pièce métallique fine dans notre conception. Atteindre la longueur minimale de filetage requise pour le diamètre de vis correspondant devient une préoccupation.

En plus de la longueur minimale de filetage, nous devons garder à l'esprit que les filets ne peuvent être coupés que jusqu'à une certaine profondeur dans les trous borgnes. Le taraud ne peut pas couper les filets jusqu'au fond du trou, donc un décalage fixe doit être ajouté à la longueur minimale de filetage.

Tenant compte de tous ces facteurs, nous devons fournir un filetage assez profond pour les trous de montage. L'épaisseur du matériau du couvercle est fixée à 1mm, ce qui signifie que nous devons fournir une sorte d'entretoise pour les points de montage.

Nous pouvons résoudre le problème en augmentant localement l'épaisseur du module de la webcam grâce à l'ajout de petites cartes filles. Ces cartes, également d'une épaisseur de 2mm, comportent des pastilles de cuivre des deux côtés. En employant le même empilement que la carte du capteur de lumière ambiante, nous pouvons fabriquer ces cartes filles sur le même panneau de production.

Avec une épaisseur locale de la carte de 2,8mm, nous pouvons maintenant utiliser un trou de montage standard dans le couvercle de l'écran :

Approche de montage du module de la webcam

Points de contact pour touches tactiles

Maintenant que la situation de montage pour la carte PCB de la webcam et le capteur de lumière ambiante est résolue, les tâches restantes incluent la connexion de la carte de la webcam aux plaquettes de détection tactile et la recherche d'une solution pour le rétroéclairage de ces plaquettes tactiles.

Comme indiqué dans l'article précédent, le FPC contenant les pavés tactiles sera collé sur la face inférieure du verre de couverture. Sur le FPC lui-même, il y a un pavé de contact avec des dimensions de 1,7mm x 3,6mm pour chaque pavé tactile. Nous avons un espace de 2,9mm pour se connecter à ces pavés.

Le verre d'affichage doit être facile à retirer, donc nous ne pouvons pas utiliser une connexion permanente entre le FPC du pavé tactile et la carte de la webcam. Nous pourrions utiliser un connecteur FPC, mais cela rendrait le remplacement du verre d'affichage assez difficile.

À la place, nous pouvons utiliser des doigts de contact SMD à ressort. TE Connectivity propose une gamme variée de ces doigts de contact à un prix raisonnable, surtout pour les quantités plus élevées.

Le modèle utilisé sur la carte PCB de la webcam a le numéro de pièce 3-2199250-3.

Doigts de contact utilisés sur le module de la webcam

Nous préférons employer un placage en or dur pour les zones de contact sur le FPC. Cependant, compte tenu du mouvement limité et des cycles thermiques attendus dans cette partie du système, il est possible d'utiliser à la place un placage ENIG standard. Néanmoins, des tests approfondis sont impératifs pour s'assurer que ce choix n'introduise pas de problèmes de fiabilité à long terme.

Diffuseurs de rétroéclairage LED

À côté des doigts de contact se trouvent les LED RGB utilisées pour le rétroéclairage des icônes tactiles. Pour fournir une illumination homogène des icônes, nous avons besoin de diffuseurs de lumière qui seront placés au-dessus des LED de 1mm x 1mm.

Les pièces imprimées en 3D SLA sont l'option privilégiée pour cette application. Étant donné la petite taille des diffuseurs, il est faisable d'imprimer 600 pièces par lot. Le temps total de manipulation, y compris le post-traitement, n'est que de 2 minutes, avec un temps d'impression de 10 minutes. Cela rend l'impression 3D de ces pièces un choix attrayant également pour les séries de production de faible volume.

Le choix de la résine sera très important pour les propriétés optiques des diffuseurs et la stabilité à long terme du matériel. Le choix de la résine n'a pas encore été finalisé et nécessitera plusieurs tests supplémentaires.

Petits diffuseurs imprimés en 3D

Les pièces imprimées en 3D seront emboîtées sur la carte de la webcam. Une option alternative pourrait impliquer l'utilisation d'une petite quantité de colle, nécessitant une étape de traitement supplémentaire dans le processus d'assemblage. Bien que le collage puisse légèrement augmenter le temps de manipulation, cela pourrait être un choix plus fiable, surtout en considérant que le matériau de la résine est relativement fragile et peut ne pas être idéal pour les applications à emboîtement.

Des tests supplémentaires sont nécessaires pour déterminer l'approche la plus appropriée dans ce cas.

Diffuseurs imprimés en 3D montés sur la carte de la webcam

Un test d'installation de la carte de la webcam complète dans le plateau de couvercle mis à jour (les détails seront fournis dans les prochaines mises à jour) indique que tous les composants s'ajustent parfaitement sans aucune collision ni besoin de retravail.

Couvercle d'écran assemblé incluant la carte de la webcam

Dans la prochaine mise à jour, nous examinerons le schéma et la conception du PCB du module de la webcam. Avec seulement quelques détails supplémentaires à régler pour la conception électrique du couvercle, nous approchons de la finition du premier sous-système de la conception du laptop ! Restez à l'écoute lorsque nous aborderons la conception du boîtier du laptop, le pavé tactile, la disposition du clavier, et bien plus encore !