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LAE 第2部分

Altium Designer Projects 设计阶段 - 盖子组件电子部件第二部分欢迎回到开源笔记本电脑项目系列！到目前为止，我们已经讨论了盖板电子组件的功能和部件选择，我们已经更仔细地查看了原理图捕获，并且我们已经为PCB布局设计准备了项目。在这次更新中，我们将解决网络摄像头板的PCB设计，面临一些预期的挑战；例如，处理板子整体的小尺寸因素或者打破微小的网络摄像头图像传感器。图像传感器封装让我们开始更仔细地看看网络摄像头图像传感器和匹配的脚印。图像传感器OV2740有几种封装，图像传感器通常作为裸片销售，直接粘贴或焊接在PCB上。然后使用薄金属键合线将传感器键合到板上，以打开所有必要的信号。 OV2740芯片键合到PCB上使用裸片而不是完整封装的传感器有几个原因。三个最突出的原因是成本、形状因子和光学属性。首先，让我们考虑成本：不影响光学性能的情况下封装图像传感器是一个昂贵的过程。直接将传感器芯片无封装地键合到PCB上可以节省封装成本，但带来了更高的组装/制造成本。在PCB上键合光学组件通常需要一个洁净室设置以及一个可键合的PCB表面处理。这两个选项都会增加制造成本，这就是为什么直接芯片贴装通常只适用于高体积或高度专业化的产品。选择直接芯片贴装方法的另一个好理由是为了减少整体解决方案的高度，特别是在笔记本电脑或智能手机等密集集成的摄像解决方案中，Z轴上的每一分毫米都很重要。如果图像传感器的活动芯片在板面上方升高0.5mm，则额外的高度必须通过镜头组件来补偿。这通常导致整个图像传感器和镜头堆栈的厚度增加。此外，镜头组件的安装便捷性是使用裸传感器芯片的另一个有力理由。为了获得无畸变的图像，传感器芯片必须与镜头组件轴线完全垂直。镜头组件是以PCB表面为机械参考的，该表面必须与图像传感器芯片完全平行。例如，如果图像传感器被封装为BGA组件，很难保证它与板面完全平行。这种效应需要通过镜头组件来补偿，但在直接芯片贴装方法中通常不存在这个问题。对于我们的笔记本电脑设计，由于制造成本增加，直接将传感器芯片贴装到PCB表面不是一个选项。因此，我们将使用以细间距BGA组件形式封装的OV2740。以BGA封装的OV2740图像传感器图像传感器封装印记传感器封装不是常规的BGA封装，而是一个多间距网格阵列。在我们的案例中，这意味着焊球在X轴和Y轴上有不同的间距：图像传感器的BGA印记截图显示，BGA印记在X轴上使用0.53mm的间距，在Y轴上使用0.48mm的间距。这对我们必须为电路板选择的PCB设计和制造技术有一些影响。大多数PCB提供商可以在标准工艺中制造0.1mm的走线宽度和间距。如果我们想选择标准设计规则而不为更高技术等级支付额外费用，我们只能在Y轴上打破传感器引脚： BGA元件引出由于X轴的引脚间距略大，我们可以方便地在两个焊盘之间放置一条0.1mm的走线。如果我们想要同时引出X轴的第二排，我们需要选择0.09mm的走线间距，这是大多数制造商在他们的默认设计规则下无法处理的。图像传感器有五排引脚，我们可以毫无问题地引出最外面的两排引脚。中间还有一排我们无法从顶层到达。在焊盘之间放置一个带有0.4mm焊盘和0.2mm钻孔的通孔（VIA）—大多数标准PCB设计规则的极限—不是一个选项，因为从VIA到焊盘的间距不够：带有VIA的BGA足迹此时，我们可以在PCB制造过程中使用一个额外的步骤，那就是堵塞和封顶VIA。通过使用封顶VIA，我们可以直接将VIA放置在焊盘上，而不会在PCB组装期间引起任何可靠性问题。这样，图像传感器的逃逸布线可能如下所示：

设计阶段 - 盖子组装机械部分 2

Altium Designer Projects 设计阶段 - 盖子组装机械部分 2 欢迎来到开源笔记本电脑盖板组装设计的第二部分！在上一期中，我们更仔细地探讨了笔记本电脑盖板的基本设计概念，以及我们如何将各种传感器集成到显示屏中。我们将沿着这条路继续前进，探索两种将传感器PCB集成到显示面板上方的方法。这将直接影响到盖板剩余机械设计，所以让我们看看如何应对这一挑战。带有FPC的网络摄像头PCB连接到主板首先，您可能还记得我们需要集成多个传感器；包括两个MEMS麦克风、一个环境光传感器、一个摄像头传感器和七个电容式触摸键。此外，我们必须确保触摸键有均匀的背光，每个键一个LED。每个传感器都有独特的高度要求，但它们都需要参照盖板玻璃的下侧。为了在单个PCB上安装所有这些传感器，我们需要设计一个具有多个高度区域的板。虽然不同传感器的高度要求在规格表上清楚地记录了下来，但背光电容触摸键的情况则更加复杂。在关注网络摄像头板的形状和集成之前，让我们先解决电容触摸传感器的问题。电容触摸键电容触摸键应该允许用户激活或停用某些隐私关键功能，如麦克风、网络摄像头或WiFi连接。激活或停用这些功能通常由操作系统处理。我们希望能够在硬件中禁用这一软件层——意味着我们可以在没有操作系统干预的情况下中断这些功能模块的电源——由于软件层的不透明性。通常，简单的硬件开关或滑块被用来遮盖摄像头或麦克风。然而，在我们的全玻璃正面笔记本电脑设计中，这不是一个选项。相反，我们将在屏幕上方放置背光图标，可以通过电容触摸感应来激活或停用。

要实现这个结果，我们需要一种可靠的方法通过1mm或更厚的覆盖玻璃来感应触摸。用于触摸检测的ASIC必须具有更高的灵敏度，因为传感器电极与触摸输入之间的距离增加。在传感垫与触摸输入之间有相当距离的情况下，不仅需要非常高的灵敏度，整个设置的信噪比也必须足够。虽然可以在较大距离上感应触摸输入，但误触的动作变得更容易。随着感应距离的增加，我们的实际有用信号越来越接近感应ASIC的噪声底线。为了使用具有适度灵敏度和信噪比的低成本感应ASIC，我们需要将感应电极尽可能地靠近触摸输入。在我们的案例中，这意味着将电极放在覆盖玻璃的背面。我们需要做的就是在玻璃的背面贴上一层薄薄的PCB。然而，这引入了一个新的挑战：当铜电极挡在前面时，我们如何照亮图标呢？作为一种解决方法，我们会想要在图标的轮廓处放置铜材，同时在板上留出一个仅比覆盖玻璃上印刷的触摸图标大0.3mm的切口。好消息是，FPC的制造过程对我们有利。与至少需要1mm直径铣刀的刚性PCB不同，FPC是用激光切割的。这允许更复杂的特征而不需要最小角半径。此外，与传统铣削相比，激光路径通常提供更紧密的对铜艺术品的定位容差。印在覆盖玻璃上的图标带有图标切口的触摸感应板你会注意到触摸图标的切口与覆盖玻璃上的印刷完美对齐。在一些地方，图标内的角半径仅为0.2mm，这对激光切割过程来说不是挑战。 FPC粘贴在覆盖玻璃上使用FPC的另一个优点是，它们可以预先贴上3M双面胶带订购，这意味着我们不再需要将胶带裁剪到适当大小并在组装前将其贴在板上。我们可以使用Altium

开源笔记本电脑第六部分

Altium Designer Projects 设计阶段 - 盖子组装机械部分1 欢迎回到开源笔记本电脑项目！在这次更新中，我们将深入探讨笔记本电脑盖的机械设计。之前，我们已经探讨了哪些显示面板可用以及哪种最适合我们的应用。我们的搜索和面板测试都取得了成功！现在，难点开始了：将所有东西装配成一个既坚固又实用，同时外观又好看的系统。虽然这次更新的标题是盖板组装机械，但正如你将看到的，电气设计和机械设计之间的界限会变得相当模糊。然而，这就是这样一个项目的本质。机械方面的许多决策都直接影响到电气设计，反之亦然。当然，我们必须同时考虑双方。网络摄像头PCB的1.0版本材料和制造方法我们需要回答的第一个问题是使用哪种材料以及如何制造盖板。这将直接影响我们能在盖板上模型化的形状和相关成本。最后一点尤其重要，因为在撰写本文时，我们并不考虑一个非常高产量的产品设计。这限制了制造技术的选择，因为涉及高工具成本的过程目前不是一个选项。因此，片材成型过程和任何类型的铸造技术都被排除在外。这两种制造技术都需要昂贵的模具或冲压模具，对于较低数量是不划算的。唯一剩下的可行选项，同时也提供现代且坚固的外观和感觉，是从一块实心铝材中机加工盖板。CNC机加工的原型相对便宜，且交货时间短。由于现代CAM程序可以在一定程度上自动化机器的编程，因此机加工零件的相关设置成本相当适中。既然知道CNC机加工将是首选的制造过程，我们可以继续进行3D建模。盖板的3D建模我们将首先集成显示面板。为此，我们可以使用Framework提供的面板和安装支架的3D STEP文件： https://github.com/FrameworkComputer/Framework-Laptop-13/tree/main/Display 首先，笔记本电脑盖的基本形状就是一个带有圆角的矩形，以及一个用于显示屏的凹槽：笔记本电脑盖的基本形状由于整个部件将从一个铝块中加工而成，我们已经可以设计出安装显示屏所需的所有功能。多亏了显示屏上预装的支架，我们只需要提供一个M2内螺纹和一个对齐销来安装面板。间隔柱的高度被选为使得面板不会平放在铝制托盘上。相反，面板和盖板托盘之间有1mm的间隙。这是一个非常重要的设计特性，确保了面板敏感的背面在盖板打开时不会直接与铝制托盘接触。笔记本电脑盖的弯曲为什么笔记本电脑的盖子会弯曲呢，难道设计目标不是创造一个既薄又坚固的盖子，保护显示屏且在使用中不弯曲吗？虽然这可能是理想情况，但实际上我们必须在重量、厚度和刚度之间找到一个好的折中。我们可以构造一个完全不弯曲的非常坚固的盖子，但这需要很高的材料厚度，这会导致整个笔记本电脑的整体厚度增加，同时也会增加很多重量。我们希望使盖子尽可能地薄和轻，同时控制好变形。我们可以通过在CAD模型上运行一些弹性模拟来近似理想的材料厚度。由于我们知道打开笔记本电脑需要施加的大致力量，我们可以使用它作为模拟输入来计算盖子的变形。由于我们还不知道覆盖玻璃将如何安装，它将不会被包括在模拟中。

笔记本电脑部件 2

Altium Designer Projects 概念阶段 – 初始CAD设计本期开源笔记本项目开发日志将引导您了解早期概念和头脑风暴阶段。第一步是收集终端设备的想法和需求，并尽可能将它们简化为一个初步草案。在这个阶段，不需要过多关注技术细节——这是关于打下基础，即创建一个可以在后续步骤中细分和完善的框架。让我们开始吧。（你需要一支笔和一张纸）。概述需求写下系统的功能和美观需求，以便在下一步中更容易进行可视化，并为早期产品规格提供基础。在企业环境中，需求是由市场研究和需求分析驱动的。由于这个项目是首创，我无法依赖客户反馈或对笔记本市场的深入了解。所提议的笔记本的设计标准主要是基于个人的想法、经验和研究。以下几点是我希望在最终系统中反映的关键技术方面：薄而轻的外形；重量小于1.6kg；整体厚度小于20mm 13英寸；外形因素；日常使用情况下无需USB-C转接头/适配器；至少三个全尺寸USB-A端口，笔记本的两侧各至少有一个端口；全尺寸HDMI端口 3.5mm耳机插孔；全尺寸SD卡槽通过USB-C充电，两侧均有充电能力的端口；机械和模块化键盘，可以轻松更换不同或自定义布局；多触摸触控板网络摄像头和麦克风可以在硬件中启用/禁用；