Guia de disseny de matrius de cúpula FPC: integració d'apilament, adhesiu, espaiador i èmbol per a enginyers de teclat

Les cúpules metàl·liques tenen fama de ser components simples i són - fins que es plastifiquen en un circuit imprès flexible i se'ls demana que facin clic de manera fiable durant 100.000 cicles dins d'un mòdul portàtil mèdic o de la porta d'un cotxe. La cúpula en si és d'acer inoxidable-estampat amb precisió. La fiabilitat de l'interruptor, però, la decideixen les capes que l'envolten: elsubstrat FPC, l'adhesiu, l'espaiador i l'èmbol que transfereix la premsa de la tapa de la tecla a la corona de la cúpula.

Aquesta guia recull les regles d'apilament que apliquen els enginyers d'aplicacions de Shanyo quan un client envia un dibuix del teclat i demana unmatriu de cúpularecomanació. Està escrit per a enginyers mecànics i elèctrics que volen que l'interruptor tàctil funcioni la primera vegada, no després de tres revisions d'eines.

1. L'apilament estàndard

Una cúpula típica-en-piles de teclat FPC, des de la part inferior:

• Capa base FPC- Pel·lícula de poliimida o polièster amb contactes d'interruptor impresos en plata o coure i traces d'encaminament.
• Patró de contacte- l'anell exterior (comú) i el coixinet central (senyal) que les potes de la cúpula i la corona es curteixen junts quan s'accionen.
• Matriu de cúpula- les cúpules metàl·liques d'un suport de PET o PI amb adhesiu, alineades amb el patró de contacte.
• Capa separadora- un marc de troquel-que estableix la cúpula-a-la distància de la tecla i limita el recorregut de l'èmbol.
• Capa de teclat- claus de silicona o plàstic, cadascuna amb una punta d'èmbol centrada sobre la corona de la cúpula.

Cada capa d'aquesta pila té un pressupost de tolerància i els pressupostos sumen. Un mode d'error comú és un teclat que funciona al laboratori de prototips, però que se sent suau a la producció perquè el gruix de l'espaiador es va desplaçar 0,1 mm, comprimint la cúpula abans que l'usuari fins i tot toqui la tecla.

2. Selecció del substrat: PI vs PET

L'elecció del substrat FPC estableix el sòl mecànic per a tot el conjunt. La pel·lícula de poliimida (PI) suporta temperatures més altes (150 °C contínues enfront de 105 °C per a PET), sobreviu millor a la flexió repetida i és l'estàndard per a aplicacions de flexió-dinàmiques. La pel·lícula de polièster (PET) costa menys i és adequada per a capes de teclat estàtiques en productes de consum i molts productes industrials.

Específicament, per a les matrius de cúpula, el substrat importa d'una manera menys òbvia: la planitud. La matriu de cúpula està laminada sobre l'àrea de contacte i qualsevol ondulació del substrat sota la cúpula canvia la força efectiva. La pel·lícula PI amb un gruix de 12,5 o 25 micres manté bé la planitud; El PET inferior a 50 micres es pot arrissar després de la laminació adhesiva i necessita un reforç sota la zona del teclat.

3. Selecció d'adhesius per a la matriu de cúpula

L'adhesiu que uneix elmatriu de cúpulaal FPC és una decisió de disseny, no una decisió de subministrament. Hi predominen tres famílies:

• Adhesiu acrílic- alta adherència inicial, bona resistència al tall, l'opció estàndard per als transportadors de PET en aplicacions interiors de consum i automoció.
• Adhesiu de silicona- gestiona intervals de temperatura més amplis i requisits de baixa-desgasificació; preferit per a la medicina i l'aeroespacial, i per a matrius que han de sobreviure al reflux de soldadura a les zones adjacents.
• Adhesiu-sensible a la pressió (PSA) amb revestiment- peleu-i-col·loqueu per a la comoditat del muntatge; necessita un registre acurat perquè la reelaboració després de la col·locació és difícil.

El gruix de la capa adhesiva també participa en la tolerància d'apilament. Un adhesiu nominal de 25 micres que es comprimeix a 18 micres sota pressió de laminació canvia la cúpula-a-la bretxa de contacte en 7 micres - prou per canviar la força d'accionament entre 5 i 10 gf en una cúpula de 4 mm. Shanyo especifica el gruix de l'adhesiu com a part del dibuix de la matriu i el verifica a l'estoc del transportista entrant.

Una matriu de làmines de cúpula troquelada-amb un revestiment adhesiu, alineada per a la laminació sobre els contactes de l'interruptor FPC.

4. Alçada del separador i recorregut del pistó

La capa separadora té una funció: definir fins a quin punt pot recórrer la tecla abans que la cúpula s'accioni completament i la quantitat de pre{0}}desplaçament que hi ha entre la posició de repòs de la tecla i la corona de la cúpula. Equivocar-se es mostra com una tecla blanda (massa poc marge de viatge) o una tecla forta i rígida (massa).

Els números per començar, per a una cúpula típica de 4-6 mm:

• Desplaçament de la cúpula: 0,15-0,25 mm segons el diàmetre i la profunditat de la corona.
• Previa{0}}èmbol abans del contacte de la cúpula: 0,1-0,2 mm, ajustat per l'alçada del separador.
• Objectiu total de viatge de la tecla: 0,4-0,6 mm per a la sensació del consumidor; 0,5-0,8 mm per a un funcionament amb guants.
• Per sobre de-desplaçament després de l'enganxament: 0,1-0,3 mm, per evitar que toqui la tapa de la tecla del separador.

Si l'espaiador és massa alt, la tecla la colpeja abans que la cúpula s'enganxi i l'usuari sent una parada dura en lloc d'un clic. Si l'espaiador és massa curt, la cúpula es comprimeix parcialment en repòs i l'interruptor pot-activar-se automàticament sota vibracions o expansió de temperatura.

5. Geometria de l'èmbol: diàmetre, alçada i material

L'èmbol és la interfície entre l'usuari i la cúpula, i és la part més-especificada malament d'un disseny de teclat. Les regles generals que utilitzen els enginyers de Shanyo:

• Diàmetre:50-70 per cent del diàmetre de la cúpula. Per a una cúpula de 6 mm, utilitzeu un émbol de 3-4 mm. Els pistons més grans contacten amb les potes de la cúpula i augmenten la força; els èmbols més petits es desplacen fora del centre.
• Forma de contacte:una cara plana amb un radi de corona lleuger (R1-R3) centra la premsa millor que una punta afilada, que pot abocar la corona de la cúpula durant els cicles.
• Alçada:Fixeu-vos de manera que l'èmbol estigui al 50-70 per cent del camí fins al contacte de la cúpula en repòs, deixant espai per a la pre-viatges i el snap.
• Material:silicona o cautxú de silicona líquida per a teclats; termoplàstic (ABS, PC) per a dissenys de claus-dures. Els pistons durs necessiten un radi per evitar el desgast de metall-a-plàstic.

Perteclats de siliconaamb èmbols integrats, l'èmbol està modelat com a part de la clau, cosa que elimina una pila de tolerància - però n'afegeix una altra: la contracció de silicona. La posició i l'alçada de l'èmbol s'han de corregir pel factor de contracció del motlle, normalment de l'1,5-3 per cent depenent del duròmetre.

6. Revestiment de contacte i aparellament de força

El patró de contacte a l'FPC i el revestiment de la cúpula s'han d'especificar conjuntament. Una cúpula-daurada sobre un contacte imprès-de plata funciona, però l'aparellament hauria de ser intencionat. Shanyo recomana generalment:

• Cúpules-daurades per a circuits mèdics i de sensors de baixa-tensió (resistència de contacte inferior a 10 ohms).
• Cúpules-níquelades per a automoció i industrial, on la resistència a la corrosió importa més que els últims 5 ohms.
• Doms SUS301 nus per a teclats-de consum amb una pressió de contacte adequada.

La concordança de força segueix la mateixa lògica que la selecció de cúpula-solta: 160-250 gf per a ús de consumidors sense guants, 250-350 gf per a automòbils o 250-gf, 400gf+ per a enclavaments resistents. En una matriu FPC, la restricció addicional és la uniformitat: totes les cúpules del full s'han de situar dins del +/-10 per cent de la força nominal i Shanyo ho verifica per posició a l'informe d'inspecció. Veure el nostreGuia de selecció de la corba de forçaper a una guia completa.

7. Pressupost de Tolerància a l'Assemblea

La fiabilitat comença amb un pressupost de tolerància que el muntador realment pot tenir. Els números que Shanyo dissenya per:

• Matriu de cúpula per registre de contacte: +/-0,10 mm, utilitzant fiducials òptics a la matriu i l'FPC.
• Concentricitat de l'èmbol a la corona de la cúpula: +/-0,15 mm.
• Tolerància al gruix de l'espaiador: +/-0,03 mm per a separadors de PET/PI troquelats.
• Pressió de laminació: controlada dins del +/-10% per evitar que l'adhesiu es desprengui sota les potes de la cúpula.

Si el vostre procés de muntatge no pot contenir aquests números, cal ajustar el disseny - una cúpula més gran, un espaiador més gruixut o una finestra de força més tolerant - abans de l'eina, no després.

8. Assajos i verificació de mostres

Abans d'aprovar un disseny de matriu de cúpula FPC, feu tres verificacions:

Força la prova de-corba a l'apilament complet,no a la cúpula solta. L'FPC, l'adhesiu i el separador canvien la força del feltre; una cúpula que mesura 250 gf solta pot sentir-se com un laminat de 270 gf.

Prova d'accionament a temperatures extremes.Premeu el teclat a -40C i 85C. Les cúpules SUS301 es desplacen entre un 5 i un 8 per cent amb la temperatura i l'espaiador també es pot endurir o suavitzar.

Prova de cicle amb la tecla real.Utilitzeu-èmbols representatius de producció. Un pistó de prova polit no revelarà el patró de desgast que produirà la teva tecla real.

Shanyo proporciona gràfics de-corbes de força i informes dimensionals amb cada lot de mostra, de manera que aquestes verificacions comencen a partir de dades documentades en lloc de conjectures.

Treballant amb Shanyo al vostre Stackup

Envieu-nos el vostre dibuix del teclat, l'apilament FPC i la finestra de força de l'objectiu, i els nostres enginyers d'aplicacions us retornaran una recomanació de matriu de cúpula amb l'espaiador, l'adhesiu i la guia d'èmbol anteriors, a més de mostres en 48 hores per a mides estàndard. Per als programes integrats, podem subministrar el completmatriu de cúpula, elCapa FPC, o el mòdul muntat.

Arribeu a l'equip d'enginyeria a través depàgina de contacte.

Sobre Shanyo: Qingdao Shanyuan Precision Electronic Technology Co., Ltd. dissenya i fabrica cúpules metàl·liques, matrius de cúpula, teclats FPC, teclats de silicona i components estampats. Visitawww.yo-shan.com.