Metalinės kupolo klaviatūros projektavimo vadovas: Snap kupolų integravimas su PCB, silikoninėmis perdangomis ir korpuso korpusais

Norint integruoti metalinius kupolus į funkcinę klaviatūrą, reikia kruopščiai derinti PCB išdėstymą, klaviatūros dangtelio geometriją, silikono perdangos dizainą ir korpuso korpusą. Šiame projektavimo vadove aprašomas visas klaviatūros kūrimo procesas – nuo ​​pradinio biudžeto sudarymo iki galutinio projekto patvirtinimo, padedant elektronikos inžinieriams išvengti įprastų spąstų, dėl kurių atsiranda nenuoseklus pojūtis, prastas kontaktas ar surinkimo problemos.

1 pav. Nerūdijančio plieno metaliniai kupolai - kiekvienas kupolas turi būti mechaniškai suderintas su klaviatūros dangteliu, perdanga ir korpusu, kad būtų užtikrintas vienodas lytėjimo veikimas.

1. Klaviatūros dizaino apžvalga: bendras pajėgų biudžetas

Metalinė kupolo klaviatūra neegzistuoja atskirai. Jėga, kurią vartotojas jaučia ant piršto, yra kelių nuosekliai veikiančių jėgų suma: paties metalinio kupolo, bet kokios silikoninės gumos perdangos ar klavišų dangtelio ir trinties į korpusą. Todėl norint sukurti klaviatūrą reikia aviso pajėgų biudžeto- paskirstant norimą naudotojo jausmą tarp šių komponentų.

Standartinis gerai suprojektuotos{0}}klaviatūros biudžetas yra:

Dažniausiai pasitaikanti dizaino klaida yra pasirinkti kupolą, kurio jėga jau atitinka norimą bendrą jausmą, tada atrandama, kad silikono perdanga ir korpuso trintis prideda dar 50–100 g, todėl mygtukas yra standus, sunkiai paspaudžiamas{2}}. Nurodydami visada atsižvelkite į perdangos ir korpuso jėgasmetalinio kupolo įjungimo jėga.

2. PCB išdėstymas klaviatūros dizainui

Kupolo kontaktinio padėklo dizainas

PCB kontaktinės trinkelės yra patikimo kupolo veikimo pagrindas. Žrkupolo masyvo surinkimo vadovasdėl išsamių trinkelių specifikacijų; Pagrindiniai klaviatūros dizaino aspektai yra šie:

• Centrinio padėklo skersmuo: 1,0–2,0 mm, priklausomai nuo kupolo dydžio. Turi būti tiksliai sulygiuotas po kupolo viršūne - bet koks šoninis poslinkis, didesnis nei 0,2 mm, sumažina kontakto plotą ir padidina atsparumą.
• Išorinis žiedas: žiedinis žiedas arba segmentinės trinkelės, ant kurių remiasi kupolo ratlankis. Išorinis padas turi išsikišti 0,5–1,0 mm už kupolo skersmens, kad atitiktų surinkimo toleranciją.
• Litavimo kaukės klirensas: Išlaikykite 0,1–0,15 mm tarpą tarp litavimo kaukės ir kontaktinių trinkelių. Litavimo kaukės perdengimas ant trinkelių sukelia netolygų kupolo sėdėjimą ir pasvirimą.
• Pamušalo apdaila: ENIG (beelektrinio nikelio panardinimo auksas) rekomenduojama naudoti visoms kupolinėms klaviatūroms. Jis užtikrina plokščius, korozijai{1}}atsparius kontaktinius paviršius ir stabilų atsparumą kontaktui per visą gaminio naudojimo laiką.

PCB kraštų ir korpuso išlygiavimas

PCB turi būti tiksliai išdėstytas korpuse, kad kupolo padėtys sutaptų su klavišų dangtelio pavaromis. PCB ir korpuso dizaino išlygiavimo ypatybės:

• Atskaitos ženklai: Ant PCB pridėkite bent 3 varinius atskaitos ženklus, kad būtų galima automatizuoti optinį išlygiavimą surinkimo metu ir rankinį išlygiavimą kuriant prototipą.
• PCB skirtumai: naudokite korpuso atramas arba lipnius tarpiklius, kad PCB būtų laikomas tiksliai aukštyje, palyginti su klaviatūros dangteliu. Atstumas nuo PCB paviršiaus iki klaviatūros dangtelio apačios lemia pavaros tarpą.
• Padidinkite toleranciją-: Atlikite PCB-iki-raktų dangtelio tarpo tolerancijos analizę. Per didelis tarpas reikalauja pernelyg didelio mygtuko judėjimo; per mažas tarpas sukelia išankstinę apkrovą (kupolai iš dalies suveikia ramybės būsenoje, todėl anksti sugenda).

3. Klaviatūros dangtelio ir pavaros konstrukcija

Klaviatūros dangtelio pavara - funkcija, kuri fiziškai liečiasi ir paspaudžia kupolą -, yra labai svarbi norint tinkamai veikti. Prastas pavaros dizainas yra daugelio klaviatūros problemų priežastis, įskaitant išjungtą -centrinį paleidimą, trumpesnį tarnavimo laiką ir nenuoseklų pojūtį.

Pavaros geometrija

• Pavaros skersmuo: 30–50% kupolo skersmens. 6 mm kupolui naudokite 2,0–2,5 mm pavaros antgalį. Per didelė pavara paskirsto jėgą per kupolo kraštą, sumažindama lytėjimo santykį; per maža jėga sutelkia tašką ir gali pradurti kupolą.
• Pavaros antgalio forma: Plokščias antgalis (kvadratinis kraštas) užtikrina tolygų slėgio paskirstymą. Sferinis antgalis (R0,5–R1,0 mm) labiau toleruoja išlygiavimo pokyčius, tačiau gali šiek tiek sumažinti lytėjimo santykį. Venkite aštrių kampų, kurie gali pradurti kupolą.
• Pavaros aukštis: Pavara turi išsikišti nuo klavišo dangtelio apačios iki 0,1–0,3 mm nuo kupolo viršūnės ramybės būsenoje. Per ilgas ir kupolas iš anksto įkrautas; per trumpas, o klavišų dangtelis „išsileidžia“ prieš pilnai įjungiant kupolą.
• Centravimas: Pavaros mechanizmas turi būti koncentrinis su kupolo centru ±0,2 mm atstumu. Daugiau nei 0,5 mm išjungus centrą, kupolo tarnavimo laikas gali sutrumpėti 30–50 % dėl netolygaus įtempimo.

Kelionės su klavišų dangteliu ir daugiau{0}}kelionės

Klaviatūros dangtelio judėjimas – tai bendras atstumas, kurį klavišų dangtelis gali pajudėti nuo ramybės iki visiškai nuspausto. Jis turi būti didesnis už kupolo eigą (paprastai 0,15–0,25 mm), bet mažesnis nei atstumas, reikalingas kupolui mechaniškai nuleisti (tai sukelia nuolatinę deformaciją).

• Rekomenduojamos kelionės: 0,3–0,6 mm daugeliui klaviatūrų. Tai leidžia spustelėti visą kupolą (0,15–0,25 mm) ir 0,1–0,3 mm per-slinktį, kol klaviatūros dangtelis atsiduria ant korpuso arba PCB.
• Apsauga nuo -kelionių: Suprojektuokite tvirtą stabdiklį (raktuko dangtelio flanšas, besiliečiantis su korpusu, arba pavara, besiliečianti su PCB) 0,1–0,2 mm atstumu nuo viso kupolo įjungimo. Tai neleidžia naudotojams taip stipriai spausti, kad jie visam laikui deformuotų kupolą.
• Klaviatūros dangtelio grąžinimas: Klaviatūros dangtelis turi visiškai grįžti atleidus. Jei naudojate atskirą klaviatūros dangtelį (ne silikoninį{1}}integruotą), gali prireikti nedidelės grįžtamosios spyruoklės arba guminio buferio. Silikoninės klaviatūros suteikia grįžimo jėgą žiniatinklyje.

4. Silikoninės gumos klaviatūros dizainas

Silikoninės gumos klaviatūros yra labiausiai paplitusi metalinių kupolų klavišų dangtelių sistema, užtikrinanti aplinkos sandarumą, raktų legendų integravimą ir lytėjimo grąžinimą viename suformuotame komponente. Kuriant silikoninę klaviatūrą reikia suderinti kelis konkuruojančius reikalavimus.

2 pav. Silikono klaviatūros komponentai žaidimų valdikliams - juodos anglies tabletės ant baltų silikoninių pavarų perduoda jėgą metaliniams kupolams po PCB.

Anglies piliulės (pavaros) dizainas

• Tabletės skersmuo: 2,0–3,0 mm 5–8 mm kupolams. Tabletė turi būti mažesnė už kupolą, bet pakankamai didelė, kad jėga būtų perduota tolygiai.
• Tabletės aukštis: 0,3–0,8 mm žemiau silikoninio rakto paviršiaus. Turi pasiekti kupolo viršūnę su tinkamu tarpu (žr. aukščiau esančią pavaros konstrukciją).
• Anglies medžiaga: laidžios anglies piliulės yra standartinės, tačiau metalinių kupolų klaviatūrose tabletė perduoda tik mechaninę jėgą - elektrinį kontaktą sukuria pats metalinis kupolas. Ne-laidžios silikoninės tabletės yra priimtinos ir mažesnės, kai naudojamos su metaliniais kupolais.

Tinklo storis ir Shore kietumas

• Tinklo storis: 0,2–0,4 mm yra standartinis. Storesnės juostos padidina paleidimo jėgą ir sumažina rakto eigą; plonesni tinklai laikui bėgant gali plyšti. Kelių-klavišų skydeliuose naudokite vienodą žiniatinklio storį visuose klavišuose, kad jausmas būtų vienodas.
• Šoro kietumas: 40–50 Shore A būdinga plataus vartojimo elektronikai. Minkštesnis (30–40A) suteikia aukščiausios kokybės, minkštumo jausmą; kietesnis (50–60A) suteikia tvirtesnį, tiesioginį pojūtį. Dėl ilgaamžiškumo medicininės ir pramoninės klaviatūros dažnai naudoja 50–60 A.
• Šonkaulių dizainas: Aplink raktą pridėkite sutvirtinančių briaunų, kad išvengtumėte membranos tempimo ir valdytumėte rakto šoninį stabilumą. Briaunų išdėstymas turi įtakos jėgos pojūčiui ir sandarinimo veikimui.

Legend spausdinimas ir paviršiaus apdaila

• Tampografija: Standartinis silikoninės klaviatūros legendos. Naudokite UV-stabilų rašalą, skirtą naudoti lauke. Apsvarstykite galimybę naudoti antrąjį-paviršiaus spausdinimą (po-padenkite rašalu, tada ant -sluoksnio), kad dažnai naudojami klavišai būtų atsparūs dilimui.
• Sandarinimo lūpa: Silikono klaviatūroje turi būti perimetro sandarinimo lūpa, kuri prispaudžiama prie korpuso, kad būtų pasiektas IP65 arba geresnis. Lūpų suspaudimas turi būti 20–30 % jos skerspjūvio, kad būtų užtikrintas patikimas sandarinimas be per didelės jėgos.
• Antimikrobinis gydymas: Medicininėse klaviatūrose apsvarstykite galimybę naudoti antimikrobinius priedus silikoninėje medžiagoje arba paviršiaus dangose ​​(sidabro -jonų pagrindu) pagal ISO 22196.

5. Korpuso korpuso projektavimas

Korpuse yra konstrukcinis rėmas, raktų išpjovos, PCB tvirtinimas ir sandarinimo paviršius. Prastas korpuso dizainas gali sugadinti puikų kupolą ir klaviatūrą.

Raktų išpjovos ir tarpas

• Raktų išvalymas: Palikite 0,1–0,25 mm tarpą aplink kiekvieną raktą, kad išvengtumėte trinties. Per mažas tarpas sukelia klijavimą; per daug leidžia šoninį klibėjimą ir šviesos nutekėjimą.
• Rakto šulinio gylis: Rakto šulinys turi būti pakankamai gilus, kad rakto paviršius būtų viename lygyje su korpuso paviršiumi arba šiek tiek virš jo. Raktas, kuris sėdi per daug išdidus korpusu, užkliūna ant drabužių; per daug įdubusį klavišą sunku paspausti ir sunku jį rasti liečiant.
• Rakto dangtelio flanšas: Apačioje rakto pusėje suprojektuokite flanšą, kuris iki galo paspaudus atsiduria ant korpuso ir užtikrina apsaugą nuo per -keliavimo. Flanšas taip pat neleidžia raktui iššokti iš išpjovos.

PCB sulaikymas ir įžeminimas

• PCB skirtumai: Integruokite PCB atskyrimus į korpusą su ±0,1 mm aukščio tolerancija. Atotrūkio aukštis tiesiogiai nustato kupolo-į-pavaros tarpą.
• PCB sulaikymas: naudokite priveržiamus-galius, varžtus arba lipnią juostelę, kad tvirtai prilaikytumėte PCB. Didelės-vibracijos srityse (automobiliuose, elektriniuose įrankiuose) naudokite varžtus arba metalinius spaustukus, o ne vien klijus.
• Įžeminimas: Jei kupolo matricai arba PCB taikomi įžeminimo reikalavimai, tarp PCB ir korpuso suprojektuokite įžeminimo kontaktą (spyruoklinį pirštą, laidžią tarpiklį).

6. Tolerancijos krūvos-papildymas ir dizaino patvirtinimas

Svarbiausias metalinio kupolo klaviatūros konstrukcijos skaičiavimas yra tolerancijos krūva-tarp kupolo ir klavišų dangtelio pavaros. Ši analizė nustato, ar raktas tinkamai veiks visuose gamybos tolerancijos diapazonuose.

Kritiniai tolerancijos matmenys

Blogiausio-atvejo-užpildymo analizė

Apskaičiuokite didžiausią ir mažiausią galimą kupolo{0}}į-pavaros tarpą, pridėdami visus leistinus nuokrypius blogiausiu atveju. Įprastam dizainui:

• Maksimalus tarpas(trumpiausias kupolas, žemiausia PCB, trumpiausia pavara): gali sukelti nebaigtą įjungimą, jei tarpas viršija kupolo eigą. Pavara turi paliesti ir užfiksuoti kupolą net ir blogiausiu atveju.
• Minimalus tarpas(aukščiausias kupolas, aukščiausia PCB, ilgiausia pavara): gali sukelti išankstinį apkrovą (ramybės būsenoje kupolas iš dalies suspaustas), sukeldamas ankstyvą nuovargį ir klaidingus kontaktus.
• Tikslas: suprojektuokite vardinį tarpą iki 0,15–0,25 mm, o bendras leistinas nuokrypis -ne didesnis kaip ±0,10 mm. Tai užtikrina, kad kupolas nebus nei iš anksto įkrautas, nei išsekęs.

7. Įprastos klaviatūros projektavimo klaidos ir pataisymai

8. Prototipo patvirtinimas ir projektavimas-Išjungti

Prieš pradėdami naudoti gamybos įrankius, patvirtinkite klaviatūros dizainą kurdami prototipus. Tai yra ekonomiškiausias{1}}būdas pastebėti projektavimo klaidas, kol jos netampa brangiais įrankių pakeitimais.

Prototipo kūrimo žingsniai

1. 3D-spausdintas korpusas ir raktų dangtelio prototipas: Atspausdinkite korpusą ir rakto dangtelį iš dervos arba SLA plastiko. Leistini nuokrypiai yra laisvesni nei gamyboje, tačiau jų pakanka, kad būtų galima patikrinti tinkamumą, jausmą ir surinkimą. Naudokite tai norėdami patvirtinti raktų matmenis ir tarpus.
2. CNC{0}}apdirbtas korpusas, kad būtų galima patikrinti: Kad patikrintumėte kritinį pojūtį, CNC{0}}apdirbkite korpusą iš aliuminio arba inžinerinio plastiko. Prototipo standumas turi įtakos jausmui, todėl, jei įmanoma, derinkite gamybinę korpuso medžiagą.
3. Rankinis kupolo išdėstymas: Padėkite faktinius gamybos kupolus (arba prototipinius kupolus iš savokupolo masyvo tiekėjas) ant PCB prototipo su teisingu trinkelių išdėstymu. Naudokite lipnią juostelę, kad jos laikytųsi.
4. Jausmo išbandymas: Leiskite 5–10 vartotojų paspausti prototipo klavišus ir įvertinti jausmą (tvirtumą, paspaudimų skaidrumą, glotnumą), palyginti su etaloninėmis klaviatūromis (esami produktai, kuriuos vartotojas gerai žino). Dokumentuokite atsiliepimus su kiekybinėmis skalėmis.
5. Jėgos matavimas: Norėdami išmatuoti tikrąją prototipo veikimo jėgą, naudokite jėgos matuoklį. Palyginkite su projektavimo pajėgų biudžetu. Jei tikroji jėga yra už numatomo diapazono ribų, sureguliuokite kupolo specifikaciją, juostos storį arba korpuso geometriją.
6. Kelionė ir{0}}pabaigos patikrinimas: išmatuokite mygtuko eigą su ratuko indikatoriumi. Prieš išleisdami dugną, patikrinkite, ar raktas iki galo įjungia kupolą (spustelėkite). Patikrinkite, ar nėra išankstinės apkrovos ramybės būsenoje.

Dizaino išjungimo{0}}kontrolinis sąrašas

• ✓ Bendra įjungimo jėga tiksliniame diapazone (patvirtinta prototipe)
• ✓ Visi testuotojai aiškiai jaučia lytėjimo paspaudimą
• ✓ Pagrindinė kelionė atitinka dizaino tikslą; be apačios-prieš spragtelėjus kupolą{1}}
• ✓ Nėra išankstinės apkrovos (ramybės metu kupolai nėra iš dalies suspausti)
• ✓ Raktai grąžinami švariai; jokio klijavimo ar lėto atšokimo
• ✓ Jokio kryžminio-pokalbio ar klaidingų aktyviklių tarp gretimų klavišų
• ✓ Elektros kontaktas patikrintas kiekvienoje kupolo padėtyje (multimetras / tęstinumo tikrintuvas)
• ✓ Tolerancijos krūva{0}}dokumentuota ir peržiūrėta mechanikos ir elektros inžinierių
• ✓ Aplinkosaugos sandarumas patikrintas (jei reikia) IP testu arba vandens purškimo bandymu
• ✓ Gamybos įrankių brėžinius peržiūrėjometalinių kupolų tiekėjasdėl kupolo suderinamumo

Gerai{0}}suprojektuota metalinio kupolo klaviatūra vartotojui atrodo be vargo, - jis paspaudžia klavišą ir gauna aiškų, nuoseklų atsiliepimą negalvojant apie mechanizmą. Norint pasiekti šį jausmą, reikia kruopščiai koordinuoti mechaninį dizainą, PCB išdėstymą, medžiagų pasirinkimą ir komponentų tiekimą. Vadovaudamiesi šiuo projektavimo vadovu ir patvirtindami prototipą, galite išvengti dažniausiai pasitaikančių klaviatūros projektavimo klaidų ir sukurti patikimą, aukščiausios kokybės{4}} vartotojo sąsają.

Inžinerinei pagalbai jūsų klaviatūros projektavimui, įskaitant kupolo parinkimą, jėgos biudžeto sudarymą ir prototipų pavyzdžius,susisiekite su Shanyo technine komanda.