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自己动手维修,让报废的笔记本电脑起死回生

2021-07-30 阅读:
我的低端“差旅用”笔记本电脑在使用将近五年后终于挂了。它的症状很明显:当我推开笔记本电脑侧边的“软”电源按钮时,它完全没反应了。导致这台笔记本电脑阵亡的具体“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。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……

我的低端“差旅用”笔记本电脑在使用将近五年后终于挂了。它的症状很明显:当我推开笔记本电脑侧边的“软”电源按钮时,它完全没反应了。0HSednc

其实它最终上了笔记本电脑天堂,我一点都不意外。毕竟以笔记本电脑的标准来看,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,并未在这台笔记本电脑上储存任何重要档案。0HSednc

然而,导致这台笔记本电脑阵亡的具体“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。0HSednc

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。0HSednc

我很快地在网络上进行搜寻后发现,要打开这台笔记本电脑——戴尔(Dell) Inspiron 11一点都不难,它的背面只有7个小螺丝而已。0HSednc

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。0HSednc

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图1:这个2 × 2mm的瞬态触点开关与笔记本电脑的主板脱离了,因此无法再上电开机,而这也足以废掉了我的笔记本电脑。(图片来源:Bill Schweber)0HSednc

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。笔记本电脑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(shear force),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)。0HSednc

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。0HSednc

图2:使用者的手指在开关上施加的压力(透过小型柱塞开关)产生侧向应力,而在开关和焊垫之间产生剪应力以及甚至旋转应力(力矩),导致金属疲劳、裂纹扩展,最终导致分离。(图片来源:Bill Schweber)0HSednc

我曾经拆解过其他笔记本电脑,看看笔记本电脑内部是如何建构的。其中,有一台笔记本电脑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。还有另一台笔记本电脑,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。0HSednc

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笔记本电脑,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,可能就能让这台笔记本电脑持续运作更长一点时间。由于这台笔记本电脑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。0HSednc

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笔记本电脑开机。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。0HSednc

但我仍然决定试试看,也花了几美元尝试着修复这台笔记本电脑——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)。0HSednc

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图3:这个带有三个微型开关和4线式超细线缆的“简易”更换板,使我能够让这台被报废的笔记本电脑“起死回生”。(图片来源:Parts-People)0HSednc

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,这台笔记本电脑在经过我的“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笔记本电脑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。0HSednc

现在,我可以在没有“立即需要”的压力下寻找可替代的笔记本电脑了。但是,我仍然对这台笔记本电脑的“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笔记本电脑才出现问题?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笔记本电脑?或者它是跨整个产品线的所有笔记本电脑?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笔记本电脑进行更多“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。0HSednc

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?0HSednc

(原文发表于ASPENCORE旗下EDN姐妹媒体PlanetAnalog,参考链接:Engineers ordeal with tiny PCB pads in a laptop repair,编译:Susan Hong)0HSednc

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