راهنمای طراحی صفحه کلید گنبد فلزی: ادغام گنبدهای اسنپ با PCB، روکش های سیلیکونی و محفظه های محفظه

ادغام گنبدهای فلزی در یک صفحه کلید کاربردی نیاز به هماهنگی دقیق بین طرح PCB، هندسه کلاهک کلید، طراحی پوشش سیلیکونی و محفظه محفظه دارد. این راهنمای طراحی در فرآیند توسعه کامل صفحه کلید، از بودجه بندی نیرو اولیه تا اعتبارسنجی نهایی طراحی، به مهندسان الکترونیک کمک می کند تا از مشکلات رایجی که منجر به احساس ناسازگار، تماس ضعیف یا مشکلات مونتاژ می شود، اجتناب کنند.

شکل 1: گنبدهای فلزی از جنس استنلس استیل - هر گنبد باید به طور مکانیکی با کلاهک کلید، روکش و محفظه مطابقت داشته باشد تا عملکرد لمسی ثابتی ارائه دهد.

1. نمای کلی طراحی صفحه کلید: بودجه کل نیرو

صفحه کلید گنبدی فلزی به تنهایی وجود ندارد. نیرویی که کاربر روی انگشت خود احساس می‌کند، مجموع نیروهای متعددی است که به صورت متوالی عمل می‌کنند: خود گنبد فلزی، هر پوشش لاستیکی سیلیکونی یا درپوش کلید، و اصطکاک در برابر محفظه. بنابراین طراحی صفحه کلید نیاز به یکبودجه کل نیرو- تخصیص احساس کاربر مورد نظر در این مؤلفه ها.

بودجه نیروی استاندارد برای یک صفحه کلید خوب-طراحی شده است:

رایج‌ترین خطای طراحی، انتخاب گنبدی است که نیروی آن از قبل با احساس کل مورد نظر مطابقت دارد، سپس کشف می‌شود که روکش سیلیکونی و اصطکاک محفظه 50 تا 100 گرم دیگر اضافه می‌کنند، که منجر به یک دکمه سفت و سخت می‌شود. همیشه هنگام تعیین نیروهای پوششی و مسکن در نظر گرفته شودنیروی محرک گنبد فلزی.

2. طرح PCB برای طراحی صفحه کلید

طراحی پد تماس گنبدی

پدهای تماس PCB پایه و اساس عملکرد گنبدی قابل اعتماد هستند. رجوع بهراهنمای مونتاژ آرایه گنبدیبرای مشخصات دقیق پد. ملاحظات کلیدی طراحی صفحه کلید عبارتند از:

• قطر پد مرکزی: 1.0-2.0 میلی متر بسته به اندازه گنبد. باید دقیقاً در زیر راس گنبد تراز شود - هر افست جانبی بیشتر از 0.2 میلی متر باعث کاهش سطح تماس و افزایش مقاومت می شود.
• پد حلقه بیرونی: حلقه حلقوی یا بالشتک های قطعه بندی شده که لبه گنبد روی آن قرار دارد. پد بیرونی باید 0.5 تا 1.0 میلی متر فراتر از قطر گنبد گسترش یابد تا تحمل مونتاژ را برآورده کند.
• ترخیص ماسک لحیم کاری: فاصله 0.1-0.15 میلی متری بین ماسک لحیم کاری و لنت های تماسی را حفظ کنید. آویزان شدن ماسک لحیم بر روی پدها باعث نشستن و کج شدن گنبدی ناهموار می شود.
• پایان پد: ENIG (طلای غوطه وری نیکل بدون الکترو) برای همه صفحه کلیدهای گنبدی توصیه می شود. سطوح تماس مسطح و مقاوم در برابر خوردگی-و مقاومت تماس پایدار در طول عمر محصول ایجاد می کند.

هم ترازی لبه های PCB و محفظه

PCB باید دقیقاً در داخل محفظه قرار گیرد تا موقعیت‌های گنبدی با محرک‌های کلاهک همتراز باشند. ویژگی های تراز طراحی در PCB و محفظه:

• علائم اعتباری: برای تراز خودکار نوری در هنگام مونتاژ و برای تراز دستی در طول ساخت نمونه اولیه، حداقل 3 علامت ثابت مس روی PCB اضافه کنید.
• بن بست PCB: برای نگه داشتن PCB در ارتفاعی دقیق نسبت به درپوش کلید، از پایه های محفظه یا فاصله های چسبنده استفاده کنید. فاصله سطح PCB تا درپوش کلید، شکاف محرک را تعیین می کند.
• پشته تحمل-بالا است: تجزیه و تحلیل تحمل را بر روی PCB-تا-شکاف کلید انجام دهید. شکافی که بیش از حد بزرگ است نیاز به سفر بیش از حد درب کلید دارد. یک شکاف بسیار کوچک باعث پیش بارگیری می شود (گنبدها تا حدی در حالت استراحت فعال می شوند که منجر به شکست زودهنگام می شود).

3. طراحی کلاهک و محرک

محرک کلاهک - قابلیتی که به صورت فیزیکی با گنبد تماس می گیرد و فشار می دهد - برای اصلاح عملکرد گنبد بسیار مهم است. طراحی ضعیف محرک علت بسیاری از مشکلات صفحه کلید از جمله فعال کردن مرکز{3}} خاموش، کاهش عمر و احساس ناسازگار است.

هندسه محرک

• قطر محرک: 30-50 درصد قطر گنبد. برای یک گنبد 6 میلی متری، از نوک محرک 2.0 تا 2.5 میلی متری استفاده کنید. یک محرک بسیار بزرگ نیرو را در سراسر لبه گنبد پخش می کند و نسبت لمسی را کاهش می دهد. خیلی کوچک نیرو را روی یک نقطه متمرکز می کند و ممکن است گنبد را سوراخ کند.
• شکل نوک محرک: نوک صاف (لبه مربع) توزیع یکنواخت فشار را فراهم می کند. نوک کروی (R0.5-R1.0mm) تحمل بیشتری نسبت به تغییرات هم ترازی دارد اما ممکن است کمی نسبت لمسی را کاهش دهد. از گوشه های تیز که می تواند گنبد را سوراخ کند خودداری کنید.
• ارتفاع محرک: محرک باید از قسمت زیرین درپوش کلید تا 0.1 تا 0.3 میلی متر از راس گنبد در حالت استراحت گسترش یابد. خیلی طولانی است و گنبد از قبل بارگذاری شده است. خیلی کوتاه است و درپوش کلید قبل از اینکه گنبد را به طور کامل فعال کند "پایین" بیرون می آید.
• مرکز کردن: محرک باید با مرکز گنبد در ±0.2 میلی متر متحدالمرکز باشد. فعال کردن خارج از مرکز بیش از 0.5 میلی متر می تواند عمر گنبد را 30 تا 50 درصد به دلیل تنش ناهموار کاهش دهد.

Keycap Travel and Over-سفر

سفر با کلاهک کلید کل فاصله ای است که کلاهک می تواند از حالت سکون به حالت کاملاً افسرده حرکت کند. باید بیشتر از مسیر گنبد باشد (معمولاً 0.15-0.25 میلی متر) اما کمتر از فاصله لازم برای پایین آمدن گنبد به صورت مکانیکی (که باعث تغییر شکل دائمی می شود) باشد.

• سفر توصیه شده: 0.3-0.6mm برای اکثر طرح های صفحه کلید. این اجازه می دهد تا قبل از اینکه کلاهک کلید روی محفظه یا PCB قرار گیرد، -از میان (0.15-0.25 میلی متر) به علاوه 0.1-0.3 میلی متر بیش از- حرکت کند.
• بیش از-حفاظت در سفر: یک توقف سخت (محل اتصال فلنج درپوش کلید، یا تماس محرک PCB) در فاصله 0.1-0.2 میلی متری فراتر از فعال سازی گنبد کامل طراحی کنید. این مانع از فشار دادن شدید کاربران به گنبد می شود.
• بازگشت کلید: درپوش کلید باید پس از رهاسازی به طور کامل بازگردد. در صورت استفاده از کلاهک جداگانه (غیر از سیلیکون-یکپارچه)، ممکن است به فنر برگشتی کوچک یا ضربه گیر لاستیکی نیاز باشد. صفحه کلیدهای سیلیکونی نیروی برگشتی را از طریق وب فراهم می کنند.

4. طراحی صفحه کلید لاستیکی سیلیکونی

صفحه‌کلیدهای لاستیکی سیلیکونی رایج‌ترین سیستم درپوش کلید برای کاربردهای گنبدی فلزی هستند که آب‌بندی محیطی، ادغام افسانه کلید و بازگشت لمسی را در یک جزء قالب‌گیری شده فراهم می‌کنند. طراحی صفحه کلید سیلیکونی مستلزم ایجاد تعادل در چندین مورد رقیب است.

شکل 2: اجزای صفحه کلید سیلیکونی برای کنترلرهای بازی - قرص‌های کربن سیاه روی محرک‌های سیلیکونی سفید نیرو را به گنبدهای فلزی زیر PCB منتقل می‌کنند.

طراحی قرص کربن (محرک).

• قطر قرص: 2.0-3.0mm برای گنبدهای 5-8mm. قرص باید کوچکتر از گنبد باشد اما به اندازه کافی بزرگ باشد تا نیرو را به طور مساوی منتقل کند.
• ارتفاع قرص: 0.3-0.8 میلی متر زیر سطح کلید سیلیکونی. باید با شکاف صحیح به راس گنبد برسد (طراحی محرک را در بالا ببینید).
• مواد کربنی: قرص‌های کربن رسانا استاندارد هستند، اما برای صفحه‌کلیدهای گنبدی فلزی، قرص فقط نیروی مکانیکی را منتقل می‌کند - تماس الکتریکی توسط خود گنبد فلزی برقرار می‌شود. قرص‌های سیلیکونی غیر رسانا وقتی با گنبدهای فلزی استفاده می‌شوند قابل قبول هستند و هزینه کمتری دارند.

ضخامت وب و سختی ساحل

• ضخامت وب: 0.2-0.4mm استاندارد است. تارهای ضخیم تر نیروی محرک را افزایش می دهند و حرکت کلید را کاهش می دهند. تارهای نازک تر ممکن است به مرور زمان پاره شوند. برای پانل‌های چند کلیدی، از ضخامت وب یکنواخت در همه کلیدها برای احساس یکنواخت استفاده کنید.
• سختی ساحل: 40–50 Shore A برای لوازم الکترونیکی مصرفی معمولی است. نرمتر (30 تا 40 آمپر) احساسی باکیفیت و بالشتک می دهد. سخت تر (50-60A) احساس محکم تر و مستقیم تری می دهد. صفحه کلیدهای پزشکی و صنعتی اغلب از 50-60A برای دوام استفاده می کنند.
• طراحی دنده: برای جلوگیری از کشش غشاء و کنترل پایداری جانبی کلید، دنده های تقویت کننده را در اطراف چاه کلید اضافه کنید. قرارگیری دنده بر حس نیرو و عملکرد آب بندی تأثیر می گذارد.

چاپ افسانه و پایان سطح

• چاپ پد: استاندارد برای افسانه های صفحه کلید سیلیکونی. از جوهرهای ماوراء بنفش{1}} پایدار برای برنامه های در فضای باز استفاده کنید. برای مقاومت در برابر سایش روی کلیدهای پرکاربرد، دومین-چاپ سطحی (زیر-روش با جوهر و سپس روکش روی-) را در نظر بگیرید.
• لب آب بندی: صفحه کلید سیلیکونی باید دارای لبه آب بندی محیطی باشد که در برابر محفظه فشرده شود تا به IP65 یا بهتر برسد. فشرده سازی لب باید 20 تا 30 درصد سطح مقطع آن باشد تا آب بندی مطمئن بدون نیروی بیش از حد باشد.
• درمان ضد میکروبی: برای صفحه‌کلیدهای پزشکی، افزودنی‌های ضد میکروبی را در مواد سیلیکونی یا پوشش‌های سطحی (مبتنی بر یون- نقره) طبق ISO 22196 در نظر بگیرید.

5. طراحی محوطه

محفظه قاب ساختاری، کلیدهای برش، نصب PCB و سطح آب بندی را فراهم می کند. طراحی ضعیف مسکن می تواند گنبد و صفحه کلید عالی را خراب کند.

برش های کلیدی و پاکسازی

• خالی کلید: برای جلوگیری از ساییدگی، دور هر کلید 0.1-0.25 میلی متر فاصله بگذارید. فاصله بسیار کم باعث چسبندگی می شود. بیش از حد اجازه می دهد تا لرزش جانبی و نشت نور.
• عمق چاه کلید: چاه کلید باید به قدری عمیق باشد که سطح کلید را همسطح یا کمی بالاتر از سطح محفظه قرار دهد. کلیدی که بیش از حد به محفظه لباس می بالد. فشار دادن کلیدی که بیش از حد فرو رفته است دشوار است و با لمس آن به سختی پیدا می شود.
• فلنج کلاهک کلید: فلنجی را در قسمت زیر کلید طراحی کنید که وقتی کاملاً فشار داده می‌شود، در قسمت پایین بدنه قرار می‌گیرد و محافظت از سفر را فراهم می‌کند. فلنج همچنین از بیرون آمدن کلید از بریدگی جلوگیری می کند.

نگهداری PCB و زمین

• بن بست PCB: پایه های PCB را در محفظه با تحمل ارتفاع ± 0.1 میلی متر ادغام کنید. ارتفاع ایستاده مستقیماً فاصله گنبدی-محرک را تعیین می‌کند.
• نگهداری PCB: برای محکم نگه‌داشتن PCB از پیچ‌ها، پیچ‌ها یا نوار چسب استفاده کنید. در کاربردهای لرزش بالا (خودرو، ابزار برقی)، به جای چسب به تنهایی، از پیچ یا گیره فلزی استفاده کنید.
• زمین کردن: اگر آرایه گنبدی یا PCB نیازمند اتصال به زمین است، یک تماس اتصال زمین (انگشت فنر، واشر رسانا) بین PCB و محفظه طراحی کنید.

6. پشته تحمل{1}}تایید تأیید طراحی

مهم ترین محاسبات طراحی برای یک صفحه کلید گنبدی فلزی، پشته تحمل- بین گنبد و محرک کلاهک است. این تجزیه و تحلیل تعیین می کند که آیا کلید به درستی در طیف کاملی از تلورانس های تولید عمل می کند یا خیر.

ابعاد بحرانی تحمل

بدترین-پشته پرونده-تحلیل بالا

با اضافه کردن همه تلورانس‌ها در بدترین حالت-به-فاصله گنبد ممکن و حداقل ممکن را محاسبه کنید. برای طراحی معمولی:

• حداکثر فاصله(کوتاه ترین گنبد، کمترین PCB، کوتاه ترین محرک): اگر شکاف از حرکت گنبدی بیشتر شود، ممکن است باعث تحریک ناقص شود. محرک باید حتی در بدترین حالت گنبد را لمس کرده و بچسبد.
• حداقل فاصله(بلندترین گنبد، بالاترین برد مدار چاپی، طولانی ترین محرک): ممکن است منجر به بارگذاری اولیه شود (گنبد در حالت استراحت تا حدی فشرده شده است)، باعث خستگی زودرس و تماس های نادرست شود.
• هدف: شکاف اسمی را به اندازه 0.15-0.25 میلی متر با پشته تحمل کل- ± 0.10 میلی متر یا بهتر طراحی کنید. این تضمین می کند که گنبد نه از قبل بارگیری شده است و نه برای سفر گرسنه است.

7. خطاهای رایج طراحی صفحه کلید و رفع آن

8. تأیید اعتبار و طراحی نمونه اولیه-خاموش است

قبل از متعهد شدن به تولید ابزار، طراحی صفحه کلید را از طریق نمونه سازی تایید کنید. این مقرون به صرفه‌ترین راه{1}}برای تشخیص خطاهای طراحی قبل از تبدیل شدن به تغییرات ابزار گران قیمت است.

مراحل ساخت نمونه اولیه

1. نمونه اولیه محفظه و درپوش کلید سه بعدی-: محفظه و درپوش کلید را در رزین یا پلاستیک SLA چاپ کنید. تلورانس ها نسبت به تولید ضعیف تر هستند، اما برای تأیید تناسب، احساس و مونتاژ کافی هستند. از این برای تأیید ابعاد و فاصله های کلیدی استفاده کنید.
2. CNC{0}}محفظه ماشینکاری شده برای اعتبارسنجی احساسی: برای اعتبارسنجی احساس بحرانی، CNC{0}}محفظه را از آلومینیوم یا پلاستیک مهندسی ماشینکاری کنید. استحکام نمونه اولیه بر احساس تأثیر می گذارد، بنابراین تا آنجا که ممکن است، مواد مسکن تولید را مطابقت دهید.
3. قرار دادن گنبد دستی: گنبدهای تولید واقعی (یا گنبدهای نمونه اولیه از خود را قرار دهیدتامین کننده آرایه گنبدی) روی یک PCB نمونه اولیه با طرح بندی صحیح پد. برای ثابت نگه داشتن آنها از نوار چسب استفاده کنید.
4. تست احساس: از 5 تا 10 کاربر بخواهید که کلیدهای نمونه اولیه را فشار دهند و احساس را ارزیابی کنند (استحکام، وضوح کلیک، صافی)، در مقایسه با صفحه کلیدهای مرجع (محصولات موجود که کاربر به خوبی می شناسد). بازخورد را با مقیاس های کمی مستند کنید.
5. اندازه گیری نیرو: از یک نیروسنج برای اندازه گیری نیروی محرک واقعی روی نمونه اولیه استفاده کنید. با بودجه نیروی طراحی مقایسه کنید. اگر نیروی واقعی خارج از محدوده مورد انتظار است، مشخصات گنبد، ضخامت شبکه، یا هندسه محفظه را تنظیم کنید.
6. سفر و چک{0}از پایین: حرکت کلید را با نشانگر شماره گیری اندازه گیری کنید. قبل از پایین آمدن مطمئن شوید که کلید به طور کامل گنبد را فعال می کند (نمد کلیک کنید). بررسی کنید که در حالت استراحت، پیش بارگیری وجود نداشته باشد.

طراحی ثبت نام{0}}خارج از چک لیست

• ✓ کل نیروی محرک در محدوده هدف (تأیید شده در نمونه اولیه)
• ✓ کلیک لمسی به وضوح توسط همه آزمایش کنندگان احساس می شود
• ✓ سفر کلیدی با هدف طراحی مطابقت دارد. بدون پایین-قبل از گیرکردن گنبد-
• ✓ بدون پیش بارگذاری (گنبدها در حالت استراحت تا حدی فشرده نشده اند)
• ✓ کلیدها تمیز باز می گردند. بدون چسبندگی یا بازگشت آهسته
• ✓ بدون حرف{0}}تقاطع یا محرک های نادرست بین کلیدهای مجاور
• ✓ تماس الکتریکی تأیید شده در هر موقعیت گنبدی (مولتی متر / تستر تداوم)
• ✓ پشته تلورانس-توسط مهندسان مکانیک و برق مستند و بررسی شده است
• ✓ آب بندی محیطی تأیید شده (در صورت نیاز) با آزمایش IP یا آزمایش اسپری آب
• ✓ نقشه های ابزار تولید بررسی شده توسطتامین کننده گنبد فلزیبرای سازگاری گنبدی

یک صفحه کلید گنبدی فلزی با طراحی خوب-برای کاربر بی دردسر است - کلید را فشار می دهد و بازخورد واضح و ثابتی را بدون فکر کردن به مکانیسم دریافت می کند. دستیابی به این احساس مستلزم هماهنگی دقیق در طراحی مکانیکی، چیدمان PCB، انتخاب مواد و تامین قطعات است. با پیروی از این راهنمای طراحی و اعتبارسنجی از طریق نمونه‌سازی اولیه، می‌توانید از رایج‌ترین خطاهای طراحی صفحه‌کلید جلوگیری کنید و یک رابط کاربری قابل اعتماد و با احساس{4}} ارائه دهید.

برای پشتیبانی مهندسی در طراحی صفحه کلید خود، از جمله انتخاب گنبد، بودجه بندی نیرو، و نمونه های اولیه،با تیم فنی شانیو تماس بگیرید.