Metallkupliga klahvistiku kujundamise juhend: Snap kuplite integreerimine PCB, silikoonkatete ja korpuse korpustega

Metallist kuplite integreerimine funktsionaalsesse klahvistikusse nõuab PCB paigutuse, klahvikorgi geomeetria, silikoonkatte kujunduse ja korpuse korpuse hoolikat kooskõlastamist. See disainijuhend tutvustab kogu klahvistiku arendusprotsessi alates esialgsest jõueelarvest kuni lõpliku disaini kinnitamiseni, aidates elektroonikainseneridel vältida tavalisi lõkse, mis põhjustavad ebaühtlast tunnetust, kehva kontakti või koosteprobleeme.

Joonis 1. Roostevabast terasest metallist kuplid - peavad iga kuppel olema mehaaniliselt sobitatud klahvikorgi, ülekatte ja korpusega, et tagada ühtlane puutetundlikkus.

1. Klaviatuuri disaini ülevaade: kogu jõueelarve

Metallkupliga klahvistik ei eksisteeri eraldi. Jõud, mida kasutaja oma sõrmele tunneb, on mitme järjestikku mõjuva jõu summa: metallist kuppel ise, mis tahes silikoonkummist ülekate või klahvikate ja hõõrdumine vastu korpust. Klaviatuuri kujundamine nõuab seetõttu ajõudude kogueelarve- jaotades nende komponentide vahel soovitud kasutajatunde.

Hästi kavandatud klahvistiku{0}}standardne jõueelarve on järgmine:

Kõige tavalisem disainiviga on kupli valimine, mille jõud juba vastab soovitud kogutundele, ja seejärel avastatakse, et silikoonkate ja korpuse hõõrdumine lisavad veel 50–100 g, mille tulemuseks on jäik, raskesti{2}}vajutatav{3}}nupp. Määrates arvestage alati ülekatte ja korpuse jõududegametallist kupli käivitamisjõud.

2. PCB paigutus klahvistiku kujunduse jaoks

Kupli kontaktplaadi disain

PCB kontaktpadjad on usaldusväärse kupli töö alus. Vaadakekupli massiivi kokkupaneku juhendüksikasjalikud padja spetsifikatsioonid; klahvistiku kujunduse kaalutlused on järgmised:

• Keskmise padja läbimõõt: 1,0–2,0 mm sõltuvalt kupli suurusest. Peab joonduma täpselt kupli tipu all - mis tahes külgnihe, mis on suurem kui 0,2 mm, vähendab kontaktpinda ja suurendab takistust.
• Välisrõnga padi: Rõngakujuline rõngas või segmenteeritud padjad, millele toetub kupli velg. Väline padi peaks ulatuma 0,5–1,0 mm üle kupli läbimõõdu, et arvestada koostu tolerantsiga.
• Jootemaski kliirens: Hoidke jootemaski ja kontaktpatjade vahel 0,1–0,15 mm vaba ruumi. Jootemaski üleulatumine patjadele põhjustab kupli ebaühtlase istumis- ja kaldenurga.
• Padja viimistlus: ENIG (elektrivaba nikkelkümbluskuld) on soovitatav kõigi kuppelklaviatuuride jaoks. See tagab tasased, korrosioonikindlad{1}kontaktpinnad ja stabiilse kontaktikindluse kogu toote eluea jooksul.

PCB servade ja korpuse joondamine

PCB peab asuma täpselt korpuses, nii et kupli asendid joonduksid klahvistiku täiturmehhanismidega. Disaini joondusfunktsioonid PCB-s ja korpuses:

• Võrdlusmärgid: lisage PCB-le vähemalt 3 vasest orientiiri, et automaatseks optiliseks joondamiseks kokkupanemisel ja käsitsi joondamiseks prototüübi ehitamisel.
• PCB vahed: Kasutage trükkplaati klahvikorgi suhtes täpsel kõrgusel hoidmiseks korpuse piirdeid või kleepuvaid vahetükke. PCB pinna ja klahvikorgi alumise külje vaheline kaugus määrab täiturmehhanismi vahe.
• Suurendage tolerantsi-: viige läbi PCB-to-klahvivahe tolerantsi analüüs. Liiga suur vahe nõuab liigset klahvistiku liikumist; liiga väike vahe põhjustab eelkoormust (puhkuseasendis osaliselt aktiveeritud kuplid, mis põhjustab varajase rikke).

3. Klahvikorgi ja täiturmehhanismi disain

Klahviotsiku täiturmehhanism - funktsioon, mis füüsiliselt kupliga kokku puutub ja seda vajutab -, on kupli toimimise parandamiseks ülioluline. Täiturmehhanismi halb konstruktsioon on paljude klahvistiku probleemide põhjuseks, sealhulgas väljalülitatud-keskkäivitus, vähenenud eluiga ja ebaühtlane tunne.

Täiturmehhanismi geomeetria

• Täiturmehhanismi läbimõõt: 30–50% kupli läbimõõdust. 6 mm kupli jaoks kasutage 2,0–2,5 mm täiturmehhanismi otsikut. Liiga suur täiturmehhanism jaotab jõu üle kupli serva, vähendades puutetundlikkust; liiga väike koondab jõu punktile ja võib kupli läbi torgata.
• Täiturmehhanismi otsa kuju: Lame ots (kandiline serv) tagab ühtlase rõhu jaotuse. Sfääriline ots (R0,5–R1,0 mm) talub paremini joonduse muutumist, kuid võib veidi vähendada puutetundlikkust. Vältige teravaid nurki, mis võivad kupli läbi torgata.
• Täiturmehhanismi kõrgus: Täiturmehhanism peab puhkeolekus ulatuma klahvikorgi alumisest küljest 0,1–0,3 mm kaugusele kupli tipust. Liiga pikk ja kuppel on eellaaditud; liiga lühike ja klahvistik "tõmbub alt välja" enne kupli täielikku käivitamist.
• Tsentreerimine: Täiturmehhanism peab olema kontsentriline kupli keskpunktiga vahemikus ±0,2 mm. Väljas-keskme aktiveerimine rohkem kui 0,5 mm võrra võib ebaühtlase pinge tõttu vähendada kupli eluiga 30–50%.

Klahvikorgiga reisimine ja üle{0}}reisimine

Klahvikorgi liikumine on kogu vahemaa, mille jooksul klahvikork saab liikuda puhkeolekust täielikult alla vajutatuna. See peab olema suurem kui kupli käik (tavaliselt 0,15–0,25 mm), kuid väiksem kui vahemaa, mis on vajalik kupli mehaaniliseks põhjaks (mis põhjustab püsivat deformatsiooni).

• Soovitatav reisimine: 0,3–0,6 mm enamiku klahvistiku kujunduste jaoks. See võimaldab täiskupli-läbiklõpsamist (0,15–0,25 mm) pluss 0,1–0,3 mm üle{8}}liikumist, enne kui klahvikork korpusele või trükkplaadile langeb.
• Üle-reisikaitse: konstrueerige kõva tõkesti (võtmekorgi äärik, mis puutub kokku korpusega või täiturmehhanism, mis puutub kokku PCB-ga) 0,1–0,2 mm kaugusel täiskupli käivitamisest. See takistab kasutajatel nii tugevalt vajutamast, et nad kuplit püsivalt deformeerivad.
• Klahvikorgi tagastamine: Klahvikate peab pärast vabastamist täielikult tagasi pöörduma. Kui kasutate eraldi klahvikatet (ei ole integreeritud silikoonist), võib vaja minna väikest tagastusvedru või kummist kaitserauda. Silikoonklaviatuurid pakuvad tagasijõudu läbi veebi.

4. Silikoonkummist klahvistiku disain

Silikoonkummist klahvistikud on metallkupliga rakendustes kõige levinum klahvistikusüsteem, mis tagab keskkonnakaitse, võtmesõna integreerimise ja puutetundliku tagasivoolu ühes vormitud komponendis. Silikoonklaviatuuri kujundamine nõuab mitme konkureeriva nõude tasakaalustamist.

Joonis 2. Mängukontrollerite silikoonklaviatuuri komponendid - valgete silikoontäiturmehhanismide mustad süsiniku tabletid edastavad jõu PCB all asuvatele metallkuplitele.

Süsinikpillide (täiturmehhanismi) disain

• Pilli läbimõõt: 2,0–3,0 mm 5–8 mm kuplite jaoks. Pill peaks olema kuplist väiksem, kuid piisavalt suur, et jõudu ühtlaselt üle kanda.
• Pilli kõrgus: 0,3–0,8 mm silikoonvõtme pinnast allpool. Peab jõudma õige vahega kupli tipuni (vt täiturmehhanismi konstruktsiooni ülalt).
• Süsinikmaterjal: Juhtivad süsiniku pillid on standardsed, kuid metallkupliga klaviatuuride puhul kannab tablett ainult mehaanilist jõudu - elektrilise kontakti loob metallkuppel ise. Mittejuhtivad silikoonpillid on metallkuplitega kasutamisel vastuvõetavad ja odavamad.

Veebi paksus ja Shore'i kõvadus

• Veebi paksus: 0,2–0,4 mm on standardne. Paksemad kangad suurendavad käitamisjõudu ja vähendavad võtme liikumist; õhemad võred võivad aja jooksul rebeneda. Mitme-klahvi paneelide puhul kasutage ühtse tunnetuse tagamiseks kõigi klahvide ühtlast võrgu paksust.
• Shore kõvadus: 40–50 Shore A on tüüpiline olmeelektroonikale. Pehmem (30–40 A) annab esmaklassilisema ja pehmema tunde; kõvem (50–60A) annab kindlama ja vahetuma tunde. Meditsiini- ja tööstusklahvistikud kasutavad vastupidavuse tagamiseks sageli 50–60 A.
• Ribi disain: Lisage võtme ümber tugevdavad ribid, et vältida membraani venimist ja kontrollida võtme külgmist stabiilsust. Riba paigutus mõjutab nii jõu tunnetust kui ka tihendusvõimet.

Legenditrükk ja pinnaviimistlus

• Tamptrükk: Standardne silikoonklaviatuuri legendide jaoks. Kasutage välistingimustes kasutamiseks stabiilset UV-tinti. Sageli kasutatavate klahvide kulumiskindluse tagamiseks kaaluge teist-pinnaprintimist (tindiga katte alla-ja seejärel üle{5}}katte).
• Tihendushuul: silikoonklaviatuuril peaks olema perimeetri tihendushuul, mis surub vastu korpust, et saavutada IP65 või parem. Usaldusväärseks tihendamiseks ilma liigse jõuta peaks huule kokkusurumine olema 20–30% selle ristlõikest.
• Antimikroobne ravi: Kaaluge meditsiiniliste klaviatuuride puhul antimikroobseid lisandeid silikoonmaterjalis või pinnakatetes (hõbeda{0}}ioonipõhised) vastavalt standardile ISO 22196.

5. Korpuse projekteerimine

Korpus tagab konstruktsiooniraami, võtmeväljalõigete, PCB kinnituse ja tihenduspinna. Kehv korpuse disain võib rikkuda muidu suurepärase kupli ja klahvistiku.

Klahvide väljalõiked ja tühjendamine

• Võtme kliirens: Hõõrdumise vältimiseks jätke iga võtme ümber 0,1–0,25 mm vaba ruumi. Liiga väike kliirens põhjustab kleepumist; liiga palju lubab külgmist kõikumist ja valguse leket.
• Võtmekaevu sügavus: Võtme süvend peab olema piisavalt sügav, et süvendada võtme pind korpuse esiküljega samal tasapinnal või veidi kõrgemal. Võti, mis istub korpuse üle liiga uhkelt, jääb riietele kinni; liiga süvistatud klahvi on raske vajutada ja puudutusega raske leida.
• Võtmekorgi äärik: kujundage võtme alumisele küljele äärik, mis jääb täielikult alla vajutades korpusele alla, pakkudes üle-reisikaitset. Äärik takistab ka võtmel väljalõikest välja hüppamist.

PCB hoidmine ja maandus

• PCB vahed: Integreerige korpusesse trükkplaadi vaheseinad kõrgustolerantsiga ±0,1 mm. Vahemaa kõrgus määrab otseselt kupli-ja-vahe.
• PCB säilitamine: Kasutage trükkplaadi turvaliseks hoidmiseks -snap-sobitavaid otste, kruvisid või kleeplinti. Tugeva vibratsiooniga rakendustes (autod, elektritööriistad) kasutage kruvisid või metallklambreid, mitte ainult liimi.
• Maandus: Kui kupli massiivi või PCB-l on maandusnõuded, projekteerige PCB ja korpuse vahele maanduskontakt (vedrusõrm, juhtiv tihend).

6. Tolerantsi virna-üleminek ja kujunduse kinnitamine

Metallkupliga klaviatuuri kõige olulisem konstruktsiooniarvutus on kupli ja klahvikorgi täiturmehhanismi vahele jääv tolerants{0}}. See analüüs määrab, kas võti töötab õigesti kogu tootmistolerantside vahemikus.

Tolerantsi kriitilised mõõtmed

Halvima-juhtumi-ülevaate analüüs

Arvutage maksimaalne ja minimaalne võimalik kupli-ja-vahe, lisades kõik tolerantsid halvimal juhul{2}}. Tüüpilise disaini jaoks:

• Maksimaalne vahe(kupli lühim, PCB madalaim, täiturmehhanism lühim): võib põhjustada mittetäieliku käivitamise, kui vahe ületab kupli käigu. Täiturmehhanism peab ka halvimal juhul kuplit puudutama ja klõpsama.
• Minimaalne vahe(kupli kõrgeim, PCB kõrgeim, ajam pikim): võib põhjustada eelpinget (kuppel on puhkeolekus osaliselt kokku surutud), põhjustades varajast väsimust ja valekontakte.
• Sihtmärk: projekteerige nimivahe 0,15–0,25 mm-ni, kui kogutolerants on -kuni ±0,10 mm või parem. See tagab, et kuppel ei ole eellaaditud ega reisimiseks näljane.

7. Levinud klahvistiku disaini vead ja parandused

8. Prototüübi kinnitamine ja projekteerimise allkirjastamine-Väljas

Enne tootmistööriistade kasutuselevõttu kinnitage klahvistiku disain prototüüpimise abil. See on kõige kuluefektiivsem viis{1}}disainivigade leidmiseks enne, kui need muutuvad kalliteks tööriistamuudatusteks.

Prototüübi ehitamise etapid

1. 3D-prinditud korpus ja võtmekorgi prototüüp: printige korpus ja võtmekate vaigust või SLA-plastikust. Tolerantsid on väiksemad kui tootmisel, kuid piisavad sobivuse, tunde ja kokkupanemise kontrollimiseks. Kasutage seda võtme mõõtmete ja vahekauguste kinnitamiseks.
2. CNC{0}}töödeldud korpus tunnetuse kinnitamiseks: kriitilise tunnetuse kontrollimiseks valmistage CNC{0}}korpus alumiiniumist või plastist. Prototüübi jäikus mõjutab tunnet, nii et võimaluse korral sobitage tootmiskorpuse materjal.
3. Kupli käsitsi asetamine: asetage tegelikud tootmiskuplid (või prototüüpkuplid omakupli massiivi tarnija) õige padja paigutusega PCB prototüübil. Kasutage nende paigal hoidmiseks kleeplinti.
4. Tunnete testimine: laske 5–10 kasutajal vajutada prototüübi klahve ja hinnata tunnetust (kindlus, kliki selgus, sujuvus), võrrelda võrdlusklaviatuuridega (olemasolevad tooted, mida kasutaja hästi tunneb). Dokumenteerige tagasiside kvantitatiivsete skaalade abil.
5. Jõu mõõtmine: prototüübi tegeliku käitamisjõu mõõtmiseks kasutage jõumõõturit. Võrrelge projekteerimisjõudude eelarvega. Kui tegelik jõud on väljaspool eeldatavat vahemikku, reguleerige kupli spetsifikatsiooni, võrgu paksust või korpuse geomeetriat.
6. Reisimine ja alumine{0}}tšekk: Mõõtke klahvi liikumist ketta indikaatoriga. Enne põhja alla laskmist veenduge, et võti käivitab kupli täielikult (klõpsamistunne). Veenduge, et puhkeolekus pole eellaadimist.

Disaini sisselogimise{0}}kontrollnimekiri

• ✓ Kogu käivitamisjõud sihtvahemikus (kinnitatud prototüübil)
• ✓ Kõik testijad tunnetasid selgelt puutetundlikku klõpsatust
• ✓ Võtmereis vastab disaini kavatsusele; enne kupli-läbitõmbumist pole põhja-välja
• ✓ Eelkoormus puudub (kuplid ei ole puhkeolekus osaliselt kokku surutud)
• ✓ Võtmed tulevad puhtalt tagasi; ei kleepumist ega aeglast tagasilööki
• ✓ Kõrvalolevate klahvide vahel pole rist-kõnelemist ega valekäivitusi
• ✓ Elektrikontakt on kontrollitud igas kupli asendis (multimeeter / järjepidevuse tester)
• ✓ Mehaanika- ja elektriinseneride poolt dokumenteeritud ja üle vaadatud{0}}tolerants
• ✓ Keskkonnakaitset kontrollitud (vajadusel) IP-testi või veepihustustestiga
• ✓ Tootmistööriistade joonised vaatas läbimetallkupli tarnijakupliga ühilduvuse tagamiseks

Hästi-disainitud metallkupliga klahvistik tundub kasutajale vaevatu -, kui nad vajutavad klahvi ja saavad selget ja järjepidevat tagasisidet mehhanismile mõtlemata. Selle tunde saavutamiseks on vaja hoolikat kooskõlastamist mehaanilise disaini, PCB paigutuse, materjali valiku ja komponentide tarnimise vahel. Seda disainijuhendit järgides ja prototüüpimise kaudu kinnitades saate vältida kõige levinumaid klahvistiku disainivigu ja pakkuda usaldusväärset, esmaklassilist-kasutajaliidest.

Inseneritoe saamiseks teie klahvistiku kujundamisel, sealhulgas kupli valimisel, jõueelarve koostamisel ja prototüübi näidistel,võtke ühendust Shanyo tehnilise meeskonnaga.