Viele Marken betrachten einen Prototyp und denken, die Arbeit sei getan. Das stimmt nicht. In der Tablet-Herstellung ist der Prototyp in einer Fabrik oft ein Referenzmuster. Zunächst einmal muss man verstehen, dass dieses Muster in Handarbeit gefertigt wird. Es verwendet die besten Komponenten und funktioniert daher einwandfrei. Erst dann beginnt die Massenproduktion. Wie immer wird die Fabrik versuchen, Kosten zu sparen, indem sie Teile austauscht. Deshalb ist es so wichtig, die technischen Grundlagen zu verstehen. Wie können wir die Qualität über 10,000 Einheiten hinweg konstant halten?
Die Marktlandschaft für Consumer-Tablets
Der Markt für Tablets wächst in vielen Bereichen. Sie werden in Schulen, Smart Homes und zum Filme schauen eingesetzt. Sie haben die Wahl, ein eigenes Design zu entwickeln oder ein bestehendes Produkt vom Hersteller zu verwenden. Vermeiden Sie es generell, einfach ein Produkt aus einem Katalog auszuwählen. Aus geschäftlicher Sicht ist eine individuelle Anpassung oft die bessere Lösung. Entwickeln Sie also ein Produkt, das perfekt zu Ihren Nutzern passt.
Viele neue Marken entscheiden sich für OEM- oder ODM-Fertigung. Das bedeutet, dass ein anderer Hersteller das Tablet produziert. Sie sollten die verwendeten Bauteile kontrollieren können. Fragen Sie den Hersteller daher: Wer sind die Hauptlieferanten der Bauteile? Wissen Sie das? Viele Hersteller tauschen nach Vertragsabschluss hochwertige Bauteile gegen günstigere aus. Bis dahin scheint alles in Ordnung. Deshalb prüfen erfahrene Einkäufer ab sofort jede Charge.
Positionierung und Marktsegmentierung von Consumer-Tablets
Als Erstes müssen Sie entscheiden, wer das Tablet benutzen wird, um die passende Hardware auszuwählen.
Einsteiger-Tablet für Endverbraucher
Diese Geräte haben üblicherweise einen 8-Zoll-Bildschirm. Um Kosten zu sparen, wird ein Kunststoffgehäuse verwendet, damit das Tablet leicht ist. Der Hersteller empfiehlt wahrscheinlich einen günstigen Prozessor (SoC), beispielsweise einen mit nur vier Kernen. Prüfen Sie anschließend, ob die WLAN-Geschwindigkeit ausreicht. Zu günstige Komponenten führen oft zu einer schlechten Benutzererfahrung. Achten Sie auf einen kostengünstigen Akku. Stellen Sie sicher, dass dieser im Kunststoffgehäuse nicht zu heiß wird.
Android-Tablet der Mittelklasse
Diese Bildschirme sind oft 10 oder 11 Zoll groß. Die meisten nutzen sie für Schule oder Arbeit. Beim Design sollte man generell Kunststoff vermeiden. Metall sorgt für eine angenehmere Haptik. Zum Schreiben empfiehlt sich ein Stift. Am besten eignet sich dafür ein aktiver Stift. Passive Stifte sind wie Finger – nicht so gut. Das Display hat eine Auflösung von 1080p, sodass der Text klar lesbar ist.
High-End-Tablet für Endverbraucher
Diese Tablets verfügen über 2K-Bildschirme und schnelle Chips. Verwenden Sie zunächst ein Aluminiumgehäuse, damit das Tablet schlank bleibt. Für einen klaren und lauten Klang benötigen Sie große Lautsprecherboxen. Achten Sie außerdem auf die Bildwiederholfrequenz. Ein 120-Hz-Bildschirm sorgt für ein deutlich flüssigeres Bild. Der Bildschirm aktualisiert sich 120 Mal pro Sekunde.
Consumer-Tablet Systemarchitekturdesign
Sie wählen die Komponenten aus, die das Tablet für Endverbraucher zum Laufen bringen. Dies bestimmt oft nur den Preis und die Geschwindigkeit.
SoC-Plattformauswahl
Der SoC (System-on-a-Chip) ist das Herzstück des Tablets. Hinsichtlich der Leistung empfiehlt sich möglicherweise der neueste Chip. Ältere Chips hingegen sind stabiler. Beachten Sie das Board Support Package (BSP). Diese Software ermöglicht die Kommunikation zwischen Chip und Tablet.
Neue Chips weisen häufig Softwarefehler auf. Daher ist die Verwendung eines älteren Chips wie des Snapdragon 680 manchmal die bessere Wahl. Eine hilfreiche Frage ist: Wie lange wird dieser Chip bereits produziert? Andernfalls kann es zu zahlreichen Softwareabstürzen kommen.
Integration von Display- und Touchsystemen
Entscheiden Sie sich zwischen LCD und OLED. OLED bietet eine bessere Bildqualität, ist aber teurer. Beachten Sie dann die In-Cell-Touch-Technologie. Die Touch-Schicht befindet sich im Inneren des Bildschirmglases. Eine wichtige Frage für Ihren Techniker: Wie hoch ist der EMI-Wert dieses Bildschirms? Der Bildschirm erzeugt elektrische Störungen, die den Touchsensor beeinträchtigen können. Eine zusätzliche Abschirmung kann dies verhindern.
Speicher- und Speicherkonfiguration
Sie müssen den Arbeitsspeicher (RAM) auswählen. LPDDR4X ist weit verbreitet, LPDDR5 ist schneller. Wählen Sie anschließend den Speicher und vermeiden Sie eMMC-Speicher für schnelle Tablets. Verwenden Sie UFS-Speicher, damit Apps schnell öffnen. Dies macht oft einen großen Unterschied im Nutzungserlebnis des Tablets. Nach einigen Wochen Nutzung wird sich ein Tablet mit eMMC-Speicher langsam anfühlen. Für die meisten Nutzer sind mindestens 128 GB Speicherplatz empfehlenswert.
Leiterplatten- und PCBA-Entwicklung für Consumer-Tablets
Die Leiterplatte ist die grüne Platine im Inneren.
Mehrschichtiges PCB-Design
Sie benötigen einen mehrlagige Leiterplatte mit 8 oder 10 Lagen. So wie sie in Smartphones verwendet werden. Die Ingenieure zeichnen die Leiterbahnen, damit der Strom schnell fließen kann. Anschließend gleichen sie die Länge der Drähte an. Für die Geschwindigkeit des Arbeitsspeichers (RAM) müssen die Drähte exakt gleich lang sein.
Man kann nicht wissen, ob sie stimmen, ohne die Designdateien zu prüfen. Vermeiden Sie Billiganbieter für Leiterplatten. Am besten wenden Sie sich an einen Anbieter, der mit kontrollierter Impedanz arbeitet. Die Drähte haben dabei den gleichen elektrischen Widerstand.
Wärmemanagement in schlanken Tablet-Bauformen
Zunächst einmal werden Tablets heiß. Um die Wärme abzuführen, verwenden Sie Graphitfolien, zum Beispiel solche, die wie schwarze Aufkleber aussehen. Kleben Sie diese auf die CPU und die Rückseite des Gehäuses. Das hilft oft schon, die Wärme besser zu verteilen.
Generell sollte vermieden werden, dass sich die Hitze an einer Stelle staut. Niemand möchte ein heißes Tablet, was den Benutzerkomfort beeinträchtigt. Aluminiumgehäuse leiten Wärme besser ab als Kunststoffgehäuse. Daher können Tablets aus Metall länger und schneller laufen.
Maschinenbau und Industriedesign
Man gestaltet die Außenseite so, dass sie stabil ist.
Tragwerksplanung & Materialauswahl
Sie haben die Wahl zwischen CNC-gefrästem Metall oder Kunststoff. Kunststoff ist leichter. Daher müssen Sie einen Kompromiss finden und einen Metallrahmen in ein Kunststoffgehäuse einbauen können, damit sich das Tablet nicht verbiegt. Eine hilfreiche Frage ist: Wie dick ist die Aluminiumwand? Vermeiden Sie Wände, die dünner als 0.6 mm sind.
Struktureller Fallschutz
Tablets fallen oft herunter. Deshalb muss der Bildschirm geschützt werden. Verstärken Sie die Ecken, da diese zuerst auf den Boden aufschlagen und der Bildschirm dann brechen kann. Verwenden Sie einen kleinen Kunststoffring um das Glas. So kommt das Metall nicht direkt mit dem Glas in Berührung. Überprüfen Sie nach einigen Stürzen, ob Ihre Konstruktion hält. Am besten führen Sie dazu einen Falltest aus einem Meter Höhe durch, bei dem der Bildschirm von allen Seiten bricht.
Energiemanagement und Batterieentwicklung
Die Batterie ist das gefährlichste Bauteil.
Batteriedesign: Die 4.45-V-Falle
Besorgen Sie sich eine Batterie mit hoher Energiedichte, beispielsweise eine 4.45-V-Zelle. Diese Zellen speichern mehr Energie auf kleinem Raum. Allerdings verwenden Hersteller mitunter auch 4.35-V-Zellen. Das bedeutet, dass Ihre Batterie schneller entladen wird.
Wie hoch ist die Zyklenlebensdauer dieser speziellen Zelle? Vermeiden Sie Batterien, die nur 300 Zyklen halten. Sie sollten nach Batterien mit 800 Zyklen fragen. Dann werden Ihre Kunden dauerhaft zufrieden sein.
Strategie zur Leistungsoptimierung
Android verbraucht viel Strom. Daher müssen Sie die Software optimieren. Besorgen Sie sich ein gutes Batteriemanagementsystem (BMS). Überprüfen Sie anschließend den Standby-Stromverbrauch. Ohne die Stromstärke zu messen, lässt sich nicht feststellen, warum sich der Akku über Nacht entlädt.
Verwenden Sie eine Software, um die CPU abzuschalten, wenn der Bildschirm ausgeschaltet ist. Überprüfen Sie außerdem die Ladegeschwindigkeit. Schnellladen ist zwar gut, führt aber zu einer Erwärmung des Akkus.
Konnektivität und Peripherieintegration
Zunächst benötigt ein Tablet WLAN und Bluetooth, um sich mit der Welt verbinden zu können.
Drahtlose Kommunikation
Für neue Tablets empfiehlt sich WiFi 6. Es ist deutlich schneller. Die Antenne benötigt freie Sicht. Vermeiden Sie es, die Antenne hinter dickem Metall zu platzieren. Ein Kunststofffenster im Gehäuse ist daher ratsam. Dies kann die Signalstärke sogar noch verbessern. Testen Sie anschließend TRP und TIS. Diese Werte geben an, wie gut die Antenne Daten sendet und empfängt.
Periphere Ökosystem
Sie benötigen eine Möglichkeit, eine Tastatur per Bluetooth anzuschließen. Pogo-Pins sind jedoch besser geeignet, da sie zuverlässiger sind. Fügen Sie dann einen Stift hinzu. Achten Sie darauf, dass der Stift auf dem Tablet haftet. Am besten verwenden Sie dafür Magnete. Verwenden Sie starke Magnete, damit der Stift nicht abfällt.
Android-Betriebssystemanpassung und -zertifizierung
Laden Sie die Software herunter und lassen Sie sie von Google genehmigen.
Android-Systemanpassung
Ändern Sie die Symbole und den Hintergrund, damit es zu Ihrer Marke passt. Entfernen Sie nicht benötigte Apps. Dadurch steht mehr Speicherplatz auf dem Tablet zur Verfügung. Vermeiden Sie größere Änderungen am Systemcode, um Fehler zu minimieren. Eine hilfreiche Frage ist: Wie verteilen wir Updates an unsere Nutzer? Nutzen Sie einen OTA-Server.
GMS-Zertifizierung
GMS steht für Google Mobile Services. Damit Nutzer den Play Store nutzen können, müssen sie die CTS- und VTS-Tests bestehen. CTS steht für Compatibility Test Suite. Google erlaubt den Verkauf des Tablets nicht, wenn Sie diese Tests nicht bestehen. Anschließend müssen Sie ein Labor mit den Tests beauftragen. Dies dauert in der Regel nur vier bis sechs Wochen. Bis dahin dürfen Sie das Produkt nicht ausliefern. Google legt größten Wert auf Sicherheit.
Consumer-Tablet Prototyping- und Validierungsprozess
Bauen Sie zunächst einige wenige Einheiten zum Testen und dann in Tausenden.
Entwicklungsstadien von EVT / DVT / PVT
Folge diesen Schritten.
- EVT: Zuerst prüfen Sie, ob die Platine funktioniert.
- DVT: Überprüfen Sie anschließend, ob die Konstruktion stabil ist.
- PVT: Prüfen Sie abschließend, ob die Fabrik es schnell bauen kann.
Dies ist eine hilfreiche Methode, um Fehler zu finden. Jede Phase dauert etwa einen Monat. In der DVT-Phase sollten Sie Fehler beheben können.
Zuverlässigkeitsprüfung
Zuerst sollte man das Tablet in einen warmen Raum legen und prüfen, ob es abstürzt. Anschließend sollte man es in eine Vibrationsmaschine geben. Bei schlechten Lötstellen könnten sich Teile lösen. Danach kann man einen Roboter 100,000 Mal auf den Bildschirm tippen lassen. Nach einigen Tagen sollte der Berührungssensor noch funktionieren. Die Haltbarkeit des Tablets lässt sich nur durch gezielte Tests feststellen.
Massenproduktion und Qualitätskontrolle
Die Fabrik nimmt die Maschinen in Betrieb. So werden die Tablets für Endverbraucher am Fließband gefertigt.
SMT- und PCBA-Prozess
SMT steht für Surface Mount Technology (Oberflächenmontagetechnik). Ein Roboter platziert die Chips auf der Platine. Die Ausbeute sollte mindestens 98 % betragen. Bei 90 % ist sie nicht optimal.
Generell sollten Sie das Nachbearbeiten von Platinen vermeiden. Wie hoch ist Ihre Ausbeute beim ersten Durchgang? Am besten lässt sich dies mit Röntgengeräten zur Untersuchung der Lötstellen ermitteln.
Endmontageprozess
Die Mitarbeiter setzen Bildschirm und Akku in das Gehäuse ein. Anschließend wird das Glas verklebt. Dies geschieht in einem staubfreien Reinraum, wie er beispielsweise für die Herstellung medizinischer Instrumente verwendet wird. Nach einigen Minuten trocknet der Kleber. Zum Schluss wird jedes einzelne Tablet getestet, um sicherzustellen, dass keine defekten Bildschirme in der Verpackung sind. Abschließend wird ein Softwaretest für WLAN und Ton durchgeführt.
Wichtige technische Herausforderungen und Lösungsansätze
Schauen wir uns zunächst die möglichen Probleme an. Anschließend betrachten wir die Lösungsansätze.
| Technische Herausforderung | Warum es ein Problem ist | Die beste Methode, dies zu beheben |
| Das Tablet wird zu heiß | Es verlangsamt die CPU. | Verwenden Sie dickeres Graphit und Metall. |
| Das WLAN-Signal ist schwach. | Das Metallgehäuse verhindert es. | Fügen Sie ein Kunststofffenster für die Antenne hinzu. |
| Die Batterie bläht sich auf | Es ist gefährlich und beschädigt das Gehäuse. | Verwenden Sie hochwertige 4.45-V-Zellen. |
| Der Bildschirm ist unscharf. | Niedrige Auflösung oder minderwertiges Glas. | Nutzen Sie die FHD-Auflösung und die In-Cell-Touch-Funktion. |
| Das Tablet fühlt sich langsam an | Billiger Speicher oder schlechter Arbeitsspeicher. | Verwenden Sie UFS-Speicher und LPDDR4X. |
| Google Play Store versagt | Die Software ist nicht zertifiziert. | Absolvieren Sie die Google CTS-Tests frühzeitig. |
Fazit
Die Entwicklung eines Consumer-Tablets ist anspruchsvoll. In puncto Qualität ist das Referenzmodell nicht verlässlich. Überprüfen Sie die Akkuzellen und die Leiterplattenausbeute. Das bewahrt Sie oft vor einem Desaster. Wählen Sie den passenden SoC. Entwerfen Sie anschließend ein robustes Gehäuse. Und schließlich: Sorgen Sie für die Google-Zertifizierung.
Die besten Marken sind diejenigen, die Dinge überprüfen, die sonst niemand sieht. Jetzt haben Sie das Wissen, um etwas Großartiges zu erschaffen. Befolgen Sie einfach diese Schritte. Sie können diese Anleitung dann für Ihr nächstes Projekt verwenden.
