「一鍵搞定」讓報廢筆電起死回生!

作者 : Bill Schweber, EE Times/EDN/Planet Analog資深技術編輯

經過我的「妙手回春」,更換了帶有三個微型開關和4線式超細線纜的PCB並安裝新的「開機鍵」後,這台被報廢的筆記型電腦終於「起死回生」,可以重新開機了⋯

我的低階「差旅用」筆記型電腦在使用將近五年後終於掛了。它的症狀很明顯:當我推開筆電側邊的「軟」上電按鍵時,它完全沒反應了。其實它最終上了筆電天堂,我一點都不意外。畢竟以筆電的標準來看,它已經是老古董了,而且也使用很多年了,儘管我多半只在沒法使用桌上型電腦時才用它來收發email以及處理一些基本的網路工作,但差不多算是回本了。而且,我在使用時一向很小心,並未在這台筆電上儲存任何重要檔案。

然而,導致這台筆電陣亡的具體「死因」不明。可能是內部的電池短路,或者是其IC或連接部份存在其他硬故障。儘管難以追蹤哪些故障也更難修復,但我很想弄清楚「究竟出了什麼問題,也許我能找到並著手解決」,而且我純粹只是好奇。

我很快地在網路上進行搜尋後發現,要打開這台筆電——戴爾(Dell) Inspiron 11一點都不難,它的背面只有7個小螺絲而已。一旦打開來之後,它的「死因」就真相大白了:微型的電源瞬態觸點按鍵——還不到2 × 2 × 1.5mm高——已經不再連接至它和音量控制按鍵原本所在的小型PCB了(1)。這個開關不但脫落了,而且在切換至關閉時,還連帶扯掉了幾乎看不到的PCB焊墊。但是也沒辦法再重新焊接連接這個開關了。

圖1:這個2 × 2mm的瞬態觸點開關與筆電的主機板脫離了,因此無法再上電開機,而這也足以廢掉了我的筆記型電腦。(圖片來源:Bill Schweber)

當我更仔細地檢查此設計的實體建置後發現,真正的根本原因在於其明顯的機構設計弱點。該設計的連接部份只用了2塊小型焊墊(也可能還有第3個虛擬焊墊?),同時也是這個開關的唯一支撐點。筆電使用者在操作此開關的動作很自然地會將其推向一側,從而挑起其剪應力(shear force),而且還可能由於使用此開關後側邊緣為樞軸而產生旋轉力矩(2)。

即使該開關致動器的應力非常低,但無論是單獨或一併出現,這些應力最終都會從連接至PCB的簡約(單薄)連接處開始破壞開關。根據材料科學顯示,即使是非常輕微的重複動作,也會因為累積過多而經常造成有害的影響。

圖2:使用者的手指在開關上施加的壓力(透過小型柱塞開關)產生側向應力,而在開關和焊墊之間產生剪應力以及甚至旋轉應力(力矩),導致金屬疲勞、裂紋擴展,最終導致分離。(圖片來源:Bill Schweber)

我曾經拆解過其他筆記型電腦,看看筆電內部是如何建構的。其中,有一台筆記型電腦的開關也是側推式的,但它還附帶一個以小螺絲固定在PCB上的支架。還有另一台筆電,它的開關沿著鍵盤安裝在頂部,因此推開開關時會在連接處產生向下應力,而非側向力。從這一設計案例來看,我猜測重複的凹陷循環可能致使電路板彎曲,最終由於金屬疲勞而引起微小的裂紋。然而,相較於開關位於板中央或簡單的懸臂式設計,由於這種開關位於電路板的角落,實際的PCB彎曲就會小很多。

其實我很訝異這個開關附件竟然能撐這麼長的時間,但也覺得很沮喪。由於幾乎看不見而斷開的實體連接而丟棄原本仍然可用的筆記型電腦,這樣似乎十分浪費;這就像是僅僅因為電源的電解電容器故障而將電子產品扔掉一樣。其實,只要在產品設計時多考慮一下機構設計與電氣元件的整合,可能就能讓這台筆記型電腦持續運作更長一點時間。由於這台筆記型電腦在其他應用上仍然符合期待,因此,如果僅因為與PCB的開關連接脫落且無法修復而將其扔掉,這似乎也是一種浪費。

可以確定的是,如果安裝開關處的PCB導軌短路了,只需重覆該開關動作即可讓筆記型電腦開機。然而,雖然我確實有焊接經驗以及適用的工具,但其僅髮絲般細薄的2個導軌相距不到1mm,長度也約僅1mm可用於作為焊接連接點。我無法焊接如此超細的接線並增加外部按鈕開關。就算成功了,這些焊接的細線在此顯然也撐不了多久。沒錯,我確實都試過了。

但我仍然決定試試看,也花了幾美元嘗試著修復這台筆記型電腦——即使修好了也只能再撐一段時間——因為我還沒找到合適的替代品。因此,我以不到20美元的價格從Parts-People訂購了一個帶有三個微型開關和連接細扁平電纜的更換板。Parts-People是一家總部位於美國德州奧斯汀的公司,專精於供應Dell替換零件(3)。

3:這個帶有三個微型開關和4線式超細線纜的「簡易」更換板,使我能夠讓這台被報廢的筆記型電腦「起死回生」。(圖片來源:Parts-People

好消息是,在Dell線上服務手冊的提示的協助下,再加上一點好運氣,這台筆記型電腦在經過我的「妙手回春」後,現在終於能夠安裝新的開關板並重新開機了。不過,它還需要再進行一點微調,因為新的開關板相對於筆電的柱塞來說並非絕對完美對準。這使得電源開關仍持續下凹,這種情況仍會引發持續的關機/開機循環。於是我用X-Acto筆刀和新的#11刀片,將柱塞尖端削掉幾分之一毫米以解決這個問題。

現在,我可以在沒有「立即需要」的壓力下尋找可替代的筆記型電腦了。但是,我仍然對這台筆電的「工程」設計感到疑惑。這種邊緣的機構設計是否僅在特定系列的低階筆記型電腦才出現問題?這是指那些內建較小容量記憶體、較慢速處理器且成本較低的筆記型電腦?或者它是跨整個產品線的所有筆電?而與成本無關,只是特定設計團隊的觀點和專業判斷後所設計的一種功能?由於這還必須對這台筆記型電腦進行更多「屍檢」工作才能找到答案,因此還得再等一段時間才能揭曉答案了。

您是否曾經由於自己的「盲點」或過於樂觀的假設而支持邊緣機構設計,最終導致電子產品設計的運作斷斷續續或不可靠?這是成本壓力的問題?還是只因為不瞭解使用情況?你是否曾經被告知要縮減結構的完整性,而無需太擔心?

編譯:Susan Hong

(參考原文:Engineer’s ordeal with tiny PCB pads in a laptop repair,by Bill Schweber)

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