看看电脑笔记本内部是如何建构的

我的低端“差旅用”电脑笔记本在使用将近五年后终于挂了。它的症状很明显:当我推开电脑笔记本侧边的“软”电源按钮时,它完全没反应了。

其实它最终上了电脑笔记本天堂,我一点都不意外。毕竟以电脑笔记本的标准来看,它已经是老古董了,而且也使用很多年了,尽管我多半只在没法使用台式计算机时才用它来收发email以及处理一些基本的网络工作,但差不多算是回本了。而且,我在使用时一向很小心,并未在这台电脑笔记本上储存任何重要档案。

看看电脑笔记本内部是如何建构的

然而,导致这台电脑笔记本阵亡的具体“死因”不明。可能是内部的电池短路,或者是其IC或连接部份存在其他硬故障。

尽管难以追踪哪些故障也更难修复,但我很想弄清楚“究竟出了什么问题,也许我能找到并着手解决”,而且我纯粹只是好奇。

我很快地在网络上进行搜寻后发现,要打开这台电脑笔记本——戴尔(Dell)Inspiron11一点都不难,它的背面只有7个小螺丝而已。

一旦打开来之后,它的“死因”就真相大白了:微型的电源瞬态触点按键——还不到2×2×1.5mm高——已经不再连接至它和音量控制按键原本所在的小型PCB了(图1)。这个开关不但脱落了,而且在切换至关闭时,还连带扯掉了几乎看不到的PCB焊垫。但是也没办法再重新焊接连接这个开关了。

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当我更仔细地检查此设计的实体建置后发现,真正的根本原因在于其明显的机构设计弱点。该设计的连接部份只用了2块小型焊垫(也可能还有第3个虚拟焊垫?),同时也是这个开关的唯一支撑点。电脑笔记本使用者在操作此开关的动作很自然地会将其推向一侧,从而挑起其剪应力(shearforce),而且还可能由于使用此开关后侧边缘为枢轴而产生旋转力矩(图2)。

即使该开关致动器的应力非常低,但无论是单独或一并出现,这些应力最终都会从连接至PCB的简约(单薄)连接处开始破坏开关。根据材料科学显示,即使是非常轻微的重复动作,也会因为累积过多而经常造成有害的影响。

我曾经拆解过其他电脑笔记本,看看电脑笔记本内部是如何建构的。其中,有一台电脑笔记本的开关也是侧推式的,但它还附带一个以小螺丝固定在PCB上的支架。还有另一台电脑笔记本,它的开关沿着键盘安装在顶部,因此推开开关时会在连接处产生向下应力,而非侧向力。从这一设计案例来看,我猜测重复的凹陷循环可能致使电路板弯曲,最终由于金属疲劳而引起微小的裂纹。然而,相较于开关位于板中央或简单的悬臂式设计,由于这种开关位于电路板的角落,实际的PCB弯曲就会小很多。

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其实我很讶异这个开关附件竟然能撑这么长的时间,但也觉得很沮丧。由于几乎看不见而断开的实体连接而丢弃原本仍然可用的电脑笔记本,这样似乎十分浪费;这就像是仅仅因为电源的电解电容器故障而将电子产品扔掉一样。其实,只要在产品设计时多考虑一下机构设计与电气组件的整合,可能就能让这台电脑笔记本持续运作更长一点时间。由于这台电脑笔记本在其他应用上仍然符合期待,因此,如果仅因为与PCB的开关连接脱落且无法修复而将其扔掉,这似乎也是一种浪费。

可以确定的是,如果安装开关处的PCB导轨短路了,只需重复该开关动作即可让电脑笔记本开机。然而,虽然我确实有焊接经验以及适用的工具,但其仅发丝般细薄的2个导轨相距不到1mm,长度也约仅1mm可用于作为焊接连接点。我无法焊接如此超细的接线并增加外部按钮开关。就算成功了,这些焊接的细线在此显然也撑不了多久。没错,我确实都试过了。

但我仍然决定试试看,也花了几美元尝试着修复这台电脑笔记本——即使修好了也只能再撑一段时间——因为我还没找到合适的替代品。因此,我以不到20美元的价格从Parts-People订购了一个带有三个微型开关和连接细扁平电缆的更换板。Parts-People是一家总部位于美国德州奥斯汀的公司,专精于供应Dell替换零件(图3)。

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好消息是,在Dell在线服务手册的提示的协助下,再加上一点好运气,这台电脑笔记本在经过我的“妙手回春”后,现在终于能够安装新的开关板并重新启动了。不过,它还需要再进行一点微调,因为新的开关板相对于电脑笔记本的柱塞来说并非绝对完美对准。这使得电源开关仍持续下凹,这种情况仍会引发持续的关机/开机循环。于是我用X-Acto笔刀和新的#11刀片,将柱塞尖端削掉几分之一毫米以解决这个问题。

现在,我可以在没有“立即需要”的压力下寻找可替代的电脑笔记本了。但是,我仍然对这台电脑笔记本的“工程”设计感到疑惑。这种边缘的机构设计是否仅在特定系列的低端电脑笔记本才出现问题?这是指那些内建较小容量内存、较慢速处理器且成本较低的电脑笔记本?或者它是跨整个产品线的所有电脑笔记本?而与成本无关,只是特定设计团队的观点和专业判断后所设计的一种功能?由于这还必须对这台电脑笔记本进行更多“尸检”工作才能找到答案,因此还得再等一段时间才能揭晓答案了。

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您是否曾经由于自己的“盲点”或过于乐观的假设而支持边缘机构设计,最终导致电子产品设计的运作断断续续或不可靠?这是成本压力的问题?还是只因为不了解使用情况?你是否曾经被告知要缩减结构的完整性,而无需太担心?

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