Faza projektowania – Mechanika montażu pokrywy Część 3

Witamy w trzeciej części projektu otwartoźródłowej pokrywy laptopa! W ostatniej części przyjrzeliśmy się jednemu z możliwych sposobów integracji modułu kamery internetowej i wszystkich podłączonych czujników w ramkę pokrywy laptopa.

Zidentyfikowaliśmy kilka wyzwań związanych z podejściem przedstawionym w poprzednim artykule. Dodatkowa złożoność montażu i produkcji związana z użyciem elastycznej płytki drukowanej skłoniła nas do rozważenia innej opcji, wykorzystującej tylko sztywną płytę. Teraz zobaczmy, jak działa to rozwiązanie.

Płytkę drukowaną kamery zamontowaną wewnątrz ramki ekranu

Płytka córka czujnika światła otoczenia

Jedno z wyzwań, które już zidentyfikowaliśmy, to potrzeba zmniejszenia odległości między górną stroną czujnika światła otoczenia a otworem w szkle wyświetlacza. Maksymalna odległość między czujnikiem światła a szkłem ochronnym jest określona przez średnicę otworu okna widzenia w szkle wyświetlacza. Tę relację rozpatrzyliśmy w części 1 serii aktualizacji projektu pokrywy.

Ponieważ musimy utrzymać otwór w sitodruku na szkle wyświetlacza jak najmniejszy, aby był niewidoczny, musi on być ograniczony do średnicy 1 mm. Oznacza to, że maksymalna odległość od górnej części czujnika do szkła wyświetlacza musi wynosić 1,2 mm. Ponieważ używamy sztywnej płytki PCB kamery internetowej, płyta znajduje się cztery milimetry poniżej szkła ochronnego. Czujnik światła ma tylko 0,8 mm wysokości, co oznacza, że musimy jakoś pokonać lukę o grubości około 2 mm.

2 mm to standardowa grubość PCB. Możemy zamontować czujnik światła otoczeniowego wraz z jego kondensatorem odsprzęgającym i dwoma rezystorami podciągającymi dla magistrali I2C na małej płytce PCB. Następnie możemy przylutować cały moduł do płyty kamery internetowej.

Jeśli zdecydujemy się w przyszłości wymienić czujnik światła na inny, możemy zmodyfikować mały moduł bez konieczności przeprojektowywania płyty kamery internetowej.

Projekt modułu czujnika to prosta dwuwarstwowa płyta z czujnikiem światła i komponentami pasywnymi na górnej stronie oraz z padami kontaktowymi LGA na dolnej stronie. Tutaj masz schemat i układ PCB tego modułu:

Czujnik jest umieszczony w centrum modułu, aby służyć jako punkt pobierania dla maszyny pick and place. Wyrównaj dyszę maszyny z centrum masy części, aby zapewnić niezawodne pobieranie i umieszczanie, nawet przy wysokich prędkościach przyspieszenia na maszynie PnP.

Ślad modułu kamery internetowej rozciąga się poza zarys modułu czujnika światła otoczenia. Pozwala to automatycznej maszynie inspekcyjnej na końcu linii montażowej na weryfikację poprawnego wyrównania i zapewnienie wystarczającej ilości lutu na każdej poduszce modułu.

Ślad używany na module kamery internetowej rozciąga się poza zarys modułu czujnika światła

Moduł czujnika światła otoczenia przylutowany do płyty kamery internetowej

Punkt montażowy płytki córki

Możemy przyjąć podobne podejście do płytki córki dla punktów montażowych. Jednak wyzwanie pojawia się przy mocowaniu cienkich PCB do cienkiego kawałka metalu w naszej konstrukcji. Osiągnięcie minimalnej wymaganej długości gwintu dla odpowiadającej średnicy śruby staje się problemem.

Dodatkowo do minimalnej długości gwintu musimy pamiętać, że gwinty mogą być cięte tylko do pewnej głębokości w ślepych otworach. Gwintownik nie może ciąć gwintów aż do dna otworu, więc do minimalnej długości gwintu musi zostać dodany stały przesunięcie.

Biorąc pod uwagę wszystkie te czynniki, musimy zapewnić dość głęboki gwint dla otworów montażowych. Grubość materiału pokrywy jest ustalona na 1 mm, co oznacza, że musimy zapewnić jakiś rodzaj dystansu dla punktów montażowych.

Możemy rozwiązać ten problem, lokalnie zwiększając grubość modułu kamery internetowej poprzez dodanie małych płyt córek. Te płytki — również o grubości 2 mm — posiadają pady miedziane zarówno na górnej, jak i dolnej stronie. Wykorzystując ten sam układ warstw co płyta czujnika światła otoczenia, możemy wyprodukować te płytki córki na tej samej panelu produkcyjnym.

Z lokalną grubością płytki wynoszącą 2,8 mm możemy teraz użyć standardowego otworu montażowego w pokrywie wyświetlacza:

Podejście do montażu modułu kamery internetowej

Punkty kontaktowe klawiszy dotykowych

Teraz, gdy sytuacja montażowa płytki PCB kamery internetowej i czujnika światła otoczenia jest rozwiązana, pozostałe zadania obejmują połączenie płytki kamery z padami czujnika dotyku oraz znalezienie rozwiązania dla podświetlenia tych padów dotykowych.

Jak pokazano w poprzednim artykule, FPC zawierający pady do wykrywania dotyku zostanie przyklejony do spodu szkła pokrywającego. Na samym FPC znajduje się jeden pad kontaktowy o wymiarach 1,7mm x 3,6mm dla każdego pady dotykowego. Mamy szczelinę 2,9mm na połączenie z tymi padami.

Szkło wyświetlacza powinno być łatwe do usunięcia, więc nie możemy użyć stałego połączenia między FPC touchpadem a płytą kamery internetowej. Moglibyśmy użyć złącza FPC, ale to utrudniłoby wymianę szkła wyświetlacza.

Zamiast tego możemy wykorzystać sprężynujące palce stykowe SMD. TE Connectivity oferuje różnorodny zakres tych palców stykowych w rozsądnej cenie, szczególnie przy większych ilościach.

Model używany na płytce PCB kamery internetowej ma numer części 3-2199250-3.

Palce stykowe używane w module kamery internetowej

Naszym preferowanym rozwiązaniem jest zastosowanie twardego złocenia dla obszarów kontaktowych na FPC. Jednak biorąc pod uwagę ograniczony ruch i cykle termiczne przewidywane w tej części systemu, istnieje możliwość użycia standardowego złocenia ENIG. Niemniej jednak, dokładne testowanie jest niezbędne, aby upewnić się, że ten wybór nie wprowadzi żadnych problemów z długoterminową niezawodnością.

Rozpraszacze światła LED

Obok palców stykowych znajdują się diody RGB używane do podświetlenia ikon dotykowych. Aby zapewnić jednolite oświetlenie ikon, potrzebujemy dyfuzorów światła, które będą umieszczone na diodach LED o wymiarach 1mm x 1mm.

Części wydrukowane metodą SLA 3D są korzystną opcją dla tej aplikacji. Biorąc pod uwagę mały rozmiar dyfuzorów, możliwe jest wydrukowanie 600 sztuk na serię. Całkowity czas obsługi - włączając post-processing - wynosi tylko 2 minuty, z czasem drukowania 10 minut. To sprawia, że druk 3D tych części jest atrakcyjnym wyborem również dla produkcji o niskim wolumenie.

Wybór żywicy będzie bardzo ważny dla właściwości optycznych dyfuzorów oraz długoterminowej stabilności materiału. Wybór żywicy nie został jeszcze ostatecznie ustalony i wymagać będzie kilku dodatkowych testów.

Małe dyfuzory wydrukowane 3D

Części wydrukowane 3D będą montowane na płytce kamery internetowej metodą wciskania. Alternatywną opcją może być użycie niewielkiej ilości kleju, co wymagałoby dodatkowego etapu przetwarzania w procesie montażu. Chociaż klejenie może nieznacznie zwiększyć czas obsługi, może być bardziej niezawodnym wyborem, szczególnie biorąc pod uwagę, że materiał żywiczny jest stosunkowo kruchy i może nie być idealny do aplikacji wciskanych.

Wymagane są dalsze testy, aby określić najbardziej odpowiednie podejście w tym przypadku.

Drukowane 3D dyfuzory zamontowane na płycie kamery internetowej

Test instalacji kompletnego modułu kamery internetowej w zaktualizowanej tacy pokrywy (szczegóły zostaną podane w kolejnych aktualizacjach) wskazuje, że wszystkie komponenty pasują bezproblemowo, bez kolizji czy potrzeby przeróbek.

Zmontowana pokrywa wyświetlacza wraz z płytą kamery internetowej

W kolejnej aktualizacji przyjrzymy się schematowi i projektowi PCB modułu kamery internetowej. Zostało nam tylko kilka szczegółów do dopracowania w elektrycznym projekcie pokrywy, zbliżamy się do ukończenia pierwszego podsystemu projektu laptopa! Dołącz do nas, gdy będziemy zajmować się projektem obudowy laptopa, panelem dotykowym, układem klawiatury i wieloma innymi!