디자인 단계 - 뚜껑 조립 메커니즘 파트 3

오픈 소스 노트북 뚜껑 조립 디자인의 세 번째 파트에 오신 것을 환영합니다! 지난 회에서는 웹캠 모듈과 모든 연결된 센서를 노트북 뚜껑의 베젤에 통합하는 한 가지 가능한 방법을 살펴보았습니다.

이전 기사에서 제시된 접근 방식에는 여러 가지 도전 과제가 있음을 확인했습니다. 유연한 PCB를 사용함으로써 발생하는 추가 조립 및 제조 복잡성으로 인해, 우리는 오직 강성 보드만을 사용하는 다른 옵션으로 전환했습니다. 이제 이 구현이 어떻게 작동하는지 살펴보겠습니다.

스크린 베젤 내부에 장착된 웹캠 PCB

주변 광 센서 딸랑이 보드

우리가 이미 식별한 한 가지 도전 과제는 주변 광 센서의 상단과 디스플레이 유리의 개구부 사이 거리를 줄일 필요성입니다. 광 센서와 커버 유리 사이의 최대 거리는 디스플레이 유리의 시야 창 개구부 직경에 의해 결정됩니다. 이 관계는 뚜껑 조립 디자인 업데이트 시리즈의 1부에서 살펴보았습니다.

디스플레이 유리의 실크스크린 개구부를 가능한 한 작게 유지해야 하므로 보이지 않도록 하기 위해 지름이 1mm로 제한되어야 합니다. 이는 센서 상단부터 디스플레이 유리까지의 최대 거리가 1.2mm와 같아야 함을 의미합니다. 우리가 강성 웹캠 PCB를 사용하기 때문에, 보드는 커버글라스 아래로 네 밀리미터 위치합니다. 광 센서의 높이는 단 0.8mm이므로, 대략 2mm의 간격을 어떻게든 메워야 합니다.

2mm는 PCB의 표준 두께입니다. 우리는 I2C 버스를 위한 두 개의 풀업 저항과 함께 주변광 센서와 그의 디커플링 커패시터를 작은 PCB에 장착할 수 있습니다. 그런 다음, 전체 모듈을 웹캠 보드에 납땜할 수 있습니다.

향후 개정에서 광 센서를 교체하기로 결정한다면, 웹캠 보드를 다시 설계할 필요 없이 작은 모듈을 수정할 수 있습니다.

센서 모듈의 설계는 상단에 광 센서와 수동 부품이 있고 하단에 LGA 패드가 있는 간단한 두 층 보드입니다. 여기 이 모듈의 회로도와 PCB 레이아웃이 있습니다:

센서는 픽 앤 플레이스 기계의 픽업 포인트로서 모듈 중앙에 배치됩니다. 부품의 질량 중심과 기계 노즐을 정렬하여, PnP 기계의 높은 가속도에서도 신뢰할 수 있는 픽킹과 플레이싱을 보장합니다.

웹캠 모듈의 발자국은 주변 광 센서 모듈 윤곽을 넘어 확장됩니다. 이를 통해 조립 라인 끝에 있는 자동 광학 검사 기계가 정확한 정렬을 확인하고 모듈의 각 패드에 충분한 솔더가 있는지 확인할 수 있습니다.

웹캠 모듈에 사용된 발자국은 광 센서 모듈의 윤곽을 넘어 확장됩니다

웹캠 보드에 납땜된 주변 광 센서 모듈

마운팅 포인트 딸랑게 보드

마운팅 포인트에 비슷한 딸랑게 보드 접근 방식을 채택할 수 있습니다. 그러나, 우리의 디자인에서 얇은 PCB를 얇은 금속 조각에 고정할 때 문제가 발생합니다. 해당하는 나사 직경에 필요한 최소 나사 길이를 달성하는 것이 우려됩니다.

최소 나사 길이 외에도, 나사산은 맹목적인 구멍에 일정 깊이까지만 절단될 수 있다는 점을 기억해야 합니다. 탭은 구멍 바닥까지 나사산을 절단할 수 없으므로, 최소 나사 길이에 고정된 오프셋을 추가해야 합니다.

이러한 모든 요소를 고려할 때, 우리는 마운팅 홀에 상당히 깊은 나사산을 제공해야 합니다. 뚜껑의 재질 두께는 1mm로 고정되어 있으므로, 마운팅 지점에 어떤 종류의 스탠드오프를 제공해야 합니다.

이 문제는 웹캠 모듈의 두께를 소형 딸랑이 보드를 추가함으로써 지역적으로 증가시켜 해결할 수 있습니다. 이 보드들은 또한 2mm의 두께를 가지며, 상단과 하단 양쪽에 구리 패드를 특징으로 합니다. 주변광 센서 보드와 동일한 스택업을 사용함으로써, 우리는 이 딸랑이 보드들을 동일한 생산 패널에서 제조할 수 있습니다.

지역적인 보드 두께가 2.8mm인 지금, 우리는 디스플레이 뚜껑에 표준 마운팅 홀을 사용할 수 있습니다:

웹캠 모듈 마운팅 접근 방식

터치키 접점

이제 웹캠 PCB와 주변광 센서의 마운팅 상황이 해결되었으므로, 남은 작업은 웹캠 보드를 터치 감지 패드에 연결하고 그 터치패드의 백라이트를 위한 해결책을 찾는 것입니다.

이전 기사에서 보여진 바와 같이, 터치 감지 패드를 포함한 FPC는 커버글라스의 하단에 붙여질 것입니다. FPC 자체에는 각 터치 감지 패드마다 1.7mm x 3.6mm 크기의 접촉 패드가 하나 있습니다. 이 패드들을 연결하기 위해 2.9mm의 간격이 있습니다.

디스플레이 글라스는 제거하기 쉬워야 하므로, 터치패드 FPC와 웹캠 보드 사이에 영구적인 연결을 사용할 수 없습니다. FPC 커넥터를 사용할 수는 있지만, 이는 디스플레이 글라스를 교체하기 상당히 어렵게 만들 것입니다.

대신, 우리는 스프링 로드된 SMD 접촉 핑거를 활용할 수 있습니다. TE Connectivity는 합리적인 가격에 다양한 범위의 이러한 접촉 핑거를 제공합니다, 특히 더 높은 수량에 대해서는.

웹캠 PCB에 사용된 모델은 부품 번호 3-2199250-3입니다.

웹캠 모듈에 사용된 접촉 핑거

FPC의 접촉 영역에는 하드 골드 도금을 사용하는 것을 선호합니다. 그러나, 이 시스템 부분에서 예상되는 제한된 움직임과 열 사이클을 고려할 때, 표준 ENIG 도금을 사용할 가능성도 있습니다. 그럼에도 불구하고, 이 선택이 장기적인 신뢰성 문제를 도입하지 않는지 확인하기 위해 철저한 테스팅이 필수적입니다.

LED 백라이트 확산기

접촉 핑거 옆에는 터치 아이콘의 백라이트를 위해 사용되는 RGB LED가 있습니다. 아이콘의 균일한 조명을 제공하기 위해서는 1mm x 1mm LED 위에 놓일 빛 확산기가 필요합니다.

SLA 3D 인쇄 부품은 이 용도에 적합한 옵션입니다. 확산기의 작은 크기를 고려할 때, 한 번에 600개를 인쇄하는 것이 가능합니다. 총 처리 시간은 후처리를 포함하여 단 2분이며, 인쇄 시간은 10분입니다. 이는 저량 생산에도 3D 인쇄 부품을 매력적인 선택으로 만듭니다.

확산기의 광학적 특성과 재료의 장기 안정성에 대해 수지의 선택이 매우 중요할 것입니다. 수지의 선택은 아직 확정되지 않았으며 여러 번의 추가 테스트가 필요할 것입니다.

작은 3D 인쇄 확산기

3D 인쇄 부품은 웹캠 보드에 프레스 핏될 것입니다. 대안으로, 소량의 접착제를 사용하는 방법이 있을 수 있으며, 이는 조립 과정에서 추가 처리 단계를 필요로 할 것입니다. 접착제를 사용하는 것은 처리 시간을 약간 늘릴 수 있지만, 특히 수지 재료가 비교적 취약하고 프레스 핏용으로 이상적이지 않을 수 있음을 고려할 때, 더 신뢰할 수 있는 선택이 될 수 있습니다.

이 경우 가장 적절한 접근 방식을 결정하기 위해 추가 테스트가 필요합니다.

웹캠 보드에 장착된 3D 프린트 확산기

업데이트된 뚜껑 트레이에 완전한 웹캠 보드를 설치하는 테스트(세부 사항은 다음 업데이트에서 제공될 예정)는 모든 구성 요소가 충돌이나 재작업 없이 완벽하게 맞는다는 것을 나타냅니다.

웹캠 보드를 포함한 조립된 디스플레이 뚜껑

다음 업데이트에서는 웹캠 모듈의 회로도와 PCB 디자인을 검토할 예정입니다. 뚜껑의 전기 설계에 대해 정리할 몇 가지 세부 사항만 남겨두고 있어 노트북 디자인의 첫 번째 하위 시스템 완성에 점점 가까워지고 있습니다! 노트북 케이스 디자인, 트랙패드, 키보드 레이아웃 등을 다룰 때 다시 찾아오세요!