Metāla kupola tastatūras projektēšanas rokasgrāmata: Snap kupolu integrēšana ar PCB, silikona pārklājumiem un korpusa korpusiem

Metāla kupolu integrēšanai funkcionālā tastatūrā ir nepieciešama rūpīga saskaņošana starp PCB izkārtojumu, taustiņu vāciņa ģeometriju, silikona pārklājuma dizainu un korpusa korpusu. Šajā projektēšanas rokasgrāmatā ir aprakstīts viss tastatūras izstrādes process, sākot no sākotnējā budžeta plānošanas līdz galīgai konstrukcijas apstiprināšanai, palīdzot elektronikas inženieriem izvairīties no izplatītām kļūmēm, kas izraisa nekonsekventu sajūtu, sliktu kontaktu vai montāžas problēmas.

1. attēls. Nerūsējošā tērauda metāla kupoli - katram kupolam jābūt mehāniski saskaņotam ar taustiņu vāciņu, pārklājumu un korpusu, lai nodrošinātu nemainīgu taustes veiktspēju.

1. Tastatūras dizaina pārskats: kopējais spēku budžets

Metāla kupola tastatūra neeksistē atsevišķi. Spēks, ko lietotājs jūt uz pirksta, ir vairāku spēku summa, kas darbojas virknē: pats metāla kupols, jebkurš silikona gumijas pārklājums vai taustiņu vāciņš un berze pret korpusu. Tāpēc tastatūras projektēšanai ir nepieciešams akopējais spēku budžets- piešķirot šiem komponentiem vēlamo lietotāja sajūtu.

Standarta budžets labi{0}}izstrādātai tastatūrai ir:

Visbiežāk sastopamā dizaina kļūda ir tāda kupola atlase, kura spēks jau atbilst vēlamajai kopējai sajūtai, un pēc tam tiek atklāts, ka silikona pārklājums un korpusa berze palielina vēl 50–100 g, kā rezultātā poga ir stingra,{2}}grūti nospiežama{3}}. Norādot, vienmēr ņemiet vērā pārklājuma un korpusa spēkusmetāla kupola iedarbināšanas spēks.

2. PCB izkārtojums tastatūras modeļiem

Kupola kontaktu paliktņa dizains

PCB kontaktu paliktņi ir uzticamas kupola darbības pamats. Skatiet uzkupola masīva montāžas rokasgrāmatadetalizētām spilventiņu specifikācijām; Tastatūras dizaina apsvērumi ir šādi:

• Centra spilventiņa diametrs: 1,0–2,0 mm atkarībā no kupola izmēra. Precīzi jānovieto zem kupola virsotnes - jebkura sānu nobīde, kas lielāka par 0,2 mm, samazina kontakta laukumu un palielina pretestību.
• Ārējā gredzena spilventiņš: Gredzenveida gredzens vai segmentēti spilventiņi, uz kuriem balstās kupola mala. Ārējam spilventiņam ir jāsniedzas par 0,5–1,0 mm pāri kupola diametram, lai nodrošinātu montāžas pielaidi.
• Lodēšanas maskas klīrenss: Saglabājiet 0,1–0,15 mm atstarpi starp lodēšanas masku un kontaktu paliktņiem. Lodēšanas maskas pārkare uz paliktņiem rada nevienmērīgu kupola novietojumu un slīpumu.
• Paliktņa apdare: ENIG (bez niķeļa iegremdēšanas zelts) ieteicams izmantot visām kupola tastatūrām. Tas nodrošina plakanas, pret koroziju{1}}izturīgas saskares virsmas un stabilu kontaktu pretestību visā izstrādājuma kalpošanas laikā.

PCB malu un korpusa izlīdzināšana

PCB ir precīzi jāatrodas korpusā, lai kupola pozīcijas būtu saskaņotas ar taustiņu vāciņu izpildmehānismiem. Dizaina izlīdzināšanas iezīmes PCB un korpusā:

• Atskaites atzīmes: pievienojiet vismaz 3 vara atskaites atzīmes uz PCB automatizētai optiskai izlīdzināšanai montāžas laikā un manuālai izlīdzināšanai prototipa veidošanas laikā.
• PCB nesaskaņas: Izmantojiet korpusa atdalītājus vai līmlentes, lai noturētu PCB precīzā augstumā attiecībā pret taustiņu vāciņu. Attālums no PCB virsmas līdz taustiņu vāciņa apakšējai daļai nosaka izpildmehānisma spraugu.
• Palieliniet toleranci-: veiciet pielaides analīzi PCB-līdz-taustiņu vāciņam. Pārāk lielai atstarpei ir nepieciešams pārmērīgs taustiņu vāciņš; pārāk maza sprauga izraisa priekšslodzi (kupoli daļēji iedarbināti miera stāvoklī, izraisot priekšlaicīgu atteici).

3. Taustiņu vāciņa un izpildmehānisma dizains

Taustiņu vāciņa izpildmehānisms - funkcija, kas fiziski saskaras ar kupolu un nospiež to -, ir būtiska, lai nodrošinātu pareizu kupola darbību. Slikts izpildmehānisma dizains ir daudzu tastatūras problēmu cēlonis, tostarp izslēgta-centra iedarbināšana, samazināts kalpošanas laiks un nekonsekventa darbība.

Izpildmehānisma ģeometrija

• Izpildmehānisma diametrs: 30–50% no kupola diametra. 6 mm kupolam izmantojiet 2,0–2,5 mm izpildmehānisma galu. Pārāk liels izpildmehānisms izkliedē spēku pa kupola malu, samazinot taustes attiecību; pārāk mazs koncentrē spēku uz punktu un var pārdurt kupolu.
• Izpildmehānisma gala forma: Plakans gals (kvadrātveida mala) nodrošina vienmērīgu spiediena sadalījumu. Sfēriskais gals (R0,5–R1,0 mm) ir izturīgāks pret izlīdzināšanas izmaiņām, taču tas var nedaudz samazināt taustes attiecību. Izvairieties no asiem stūriem, kas var pārdurt kupolu.
• Izpildmehānisma augstums: Izpildmehānismam miera stāvoklī ir jāsniedzas no taustiņa vāciņa apakšpuses līdz 0,1–0,3 mm no kupola virsotnes. Pārāk garš, un kupols ir iepriekš ielādēts; pārāk īss un taustiņu vāciņš "izkrīt" pirms kupola pilnīgas iedarbināšanas.
• Centrēšana: Izpildmehānismam jābūt koncentriskam ar kupola centru ±0,2 mm robežās. Nevienmērīga spriedzes dēļ, novirzot-centru vairāk nekā par 0,5 mm, kupola kalpošanas laiks var samazināties par 30–50%.

Ceļojumi ar taustiņu vāciņu un vairāk{0}}ceļojumi

Taustiņu vāciņa pārvietošanās ir kopējais attālums, kādā tastatūras vāciņš var pārvietoties no miera stāvokļa līdz pilnībā nospiestam. Tam jābūt lielākam par kupola gājienu (parasti 0,15–0,25 mm), bet mazākam par attālumu, kas nepieciešams, lai mehāniski izvilktu kupolu (kas izraisa paliekošu deformāciju).

• Ieteicamais ceļojums: 0,3–0,6 mm lielākajai daļai tastatūras dizainu. Tas nodrošina pilnu kupolu (0,15–0,25 mm) un 0,1–0,3 mm virsvirzienu, pirms tastatūras vāciņš atrodas uz korpusa vai PCB.
• Aizsardzība pret -ceļojumu: Izstrādājiet stingru aizturi (taustiņas vāciņa atloks saskaras ar korpusu vai izpildmehānisms saskaras ar PCB) 0,1–0,2 mm attālumā no pilnas kupola iedarbināšanas. Tas neļauj lietotājiem nospiest tik spēcīgi, ka viņi neatgriezeniski deformē kupolu.
• Taustiņu vāciņa atgriešana: pēc atlaišanas taustiņa vāciņam ir jāatgriežas pilnībā. Ja izmantojat atsevišķu taustiņu vāciņu (nav integrēts silikona{1}}), var būt nepieciešama neliela atsperes atspere vai gumijas buferis. Silikona tastatūras nodrošina atgriešanās spēku, izmantojot tīmekli.

4. Silikona gumijas tastatūras dizains

Silikona gumijas tastatūras ir visizplatītākā taustiņu uzgaļu sistēma metāla kupoliem, nodrošinot vides blīvējumu, atslēgas leģendas integrāciju un taustes atgriešanos vienā veidnē. Lai izstrādātu silikona tastatūru, ir jāsabalansē vairākas konkurējošas prasības.

2. attēls. Silikona tastatūras komponenti spēļu kontrolleriem - melnās oglekļa tabletes uz baltajiem silikona izpildmehānismiem pārnes spēku uz metāla kupoliem zem PCB.

Oglekļa tablešu (izpildmehānisma) dizains

• Tabletes diametrs: 2,0–3,0 mm 5–8 mm kupoliem. Tabletei jābūt mazākai par kupolu, bet pietiekami lielai, lai vienmērīgi pārnestu spēku.
• Tabletes augstums: 0,3–0,8 mm zem silikona atslēgas virsmas. Ir jāsasniedz kupola virsotne ar pareizo atstarpi (skatiet izpildmehānisma konstrukciju iepriekš).
• Oglekļa materiāls: Vadītspējīgas oglekļa tabletes ir standarta, bet metāla kupola tastatūrām tabletes pārnes tikai mehānisko spēku - elektrisko kontaktu veido pats metāla kupols. Ne-vadošas silikona tabletes ir pieņemamas un zemākas, ja tās lieto kopā ar metāla kupoliem.

Web biezums un Shore cietība

• Tīmekļa biezums: 0,2–0,4 mm ir standarta. Biezākas sloksnes palielina iedarbināšanas spēku un samazina atslēgas gājienu; plānāks audums laika gaitā var saplīst. Vairāku-taustiņu paneļiem izmantojiet vienādu tīkla biezumu visos taustiņos, lai nodrošinātu konsekventu sajūtu.
• Šora cietība: 40–50 Shore A ir raksturīgs plaša patēriņa elektronikai. Mīkstāks (30–40 A) nodrošina izcilāku, polsterētāku sajūtu; cietāks (50–60 A) nodrošina stingrāku, tiešāku sajūtu. Medicīniskās un rūpnieciskās tastatūras izturībai bieži izmanto 50–60 A.
• Rievu dizains: Pievienojiet pastiprinošās ribas ap atslēgu, lai novērstu membrānas izstiepšanos un kontrolētu atslēgas sānu stabilitāti. Rievu izvietojums ietekmē gan spēka sajūtu, gan blīvējuma veiktspēju.

Leģendu drukāšana un virsmas apdare

• Tampondruka: Standarts silikona tastatūras apzīmējumiem. Izmantojiet UV-stabilas tintes izmantošanai ārpus telpām. Apsveriet iespēju izmantot otro-virsmas drukāšanu (apakšā-ar tinti, pēc tam virs-pārklājuma), lai bieži izmantotu taustiņu nodilumizturība.
• Blīvējuma lūpa: Silikona tastatūrai jābūt ar perimetra blīvējuma lūpu, kas piespiežas pret korpusu, lai sasniegtu IP65 vai labāku līmeni. Lūpu saspiešanai jābūt 20–30% no tās šķērsgriezuma-, lai nodrošinātu drošu blīvējumu bez pārmērīga spēka.
• Pretmikrobu ārstēšana: medicīniskām tastatūrām apsveriet pretmikrobu piedevas silikona materiālā vai virsmas pārklājumos (uz sudraba -jonu bāzes) saskaņā ar ISO 22196.

5. Korpusa projektēšana

Korpuss nodrošina konstrukcijas rāmi, taustiņu izgriezumus, PCB montāžu un blīvējuma virsmu. Slikts korpusa dizains var sabojāt citādi izcilu kupolu un tastatūru.

Taustiņu izgriezumi un klīrenss

• Atslēgu klīrenss: atstājiet 0,1–0,25 mm atstarpi ap katru taustiņu, lai novērstu berzi. Pārāk mazs klīrenss izraisa pielipšanu; pārāk daudz pieļauj sānu svārstības un gaismas noplūdi.
• Atslēgas akas dziļums: Atslēgas iedobei jābūt pietiekami dziļai, lai atslēgas virsma būtu vienā līmenī ar korpusa virsmu vai nedaudz virs tās. Atslēga, kas atrodas pārāk lepna ar korpusu, aizķeras uz apģērba; pārāk iegremdētu taustiņu ir grūti nospiest un grūti atrast ar pieskārienu.
• Atslēgas vāciņa atloka: Atslēgas apakšpusē izveidojiet atloku, kas, kad tas ir pilnībā nospiests, atrodas uz korpusa apakšā, nodrošinot aizsardzību pret -ceļojumu. Atloka arī neļauj atslēgai izlēkt no izgriezuma.

PCB saglabāšana un zemējums

• PCB nesaskaņas: Integrējiet PCB atdalījumus korpusā ar augstuma pielaidi ±0,1 mm. Atdalīšanas augstums tieši nosaka kupola-līdz-atstarpi izpildmehānismam.
• PCB saglabāšana: lai droši noturētu PCB, izmantojiet fiksējamos-izciļņus, skrūves vai līmlenti. Augstas-vibrācijas lietojumos (automašīnās, elektroinstrumentos) izmantojiet skrūves vai metāla skavas, nevis tikai līmi.
• Zemējums: Ja kupola blokam vai PCB ir zemējuma prasības, izveidojiet zemējuma kontaktu (atsperes pirksts, vadoša blīve) starp PCB un korpusu.

6. Tolerance Stack-Up and Design Verification

Vissvarīgākais metāla kupola tastatūras konstrukcijas aprēķins ir pielaides kopa{0}}starp kupolu un taustiņu vāciņa izpildmehānismu. Šī analīze nosaka, vai atslēga darbosies pareizi visā ražošanas pielaides diapazonā.

Tolerances kritiskās dimensijas

Sliktākā-gadījuma kopuma-apkopojuma analīze

Aprēķiniet maksimālo un minimālo iespējamo kupola-līdz-atstarpi izpildmehānismam, pievienojot visas pielaides sliktākajā-gadījuma virzienā. Tipiskam dizainam:

• Maksimālā atstarpe(īsākais kupols, zemākais PCB, īsākais izpildmehānisms): var izraisīt nepilnīgu iedarbināšanu, ja sprauga pārsniedz kupola gājienu. Izpildmehānismam ir jāpieskaras un jānofiksē kupols pat sliktākajā gadījumā.
• Minimālā atstarpe(augstākais kupols, augstākais PCB, garākais izpildmehānisms): var izraisīt iepriekšēju noslodzi (kupols miera stāvoklī daļēji saspiests), izraisot priekšlaicīgu nogurumu un viltus kontaktus.
• Mērķis: izveidojiet nominālo atstarpi līdz 0,15–0,25 mm ar kopējo pielaidi ±0,10 mm vai labāku. Tas nodrošina, ka kupols nav nedz iepriekš noslogots, nedz izsalcis ceļošanai.

7. Biežākās tastatūras dizaina kļūdas un labojumi

8. Prototipa apstiprināšana un dizaina parakstīšanās-Izslēgta

Pirms apņematies izmantot ražošanas rīkus, apstipriniet tastatūras dizainu, izmantojot prototipu. Šis ir visrentablākais veids, kā{1}}novērst dizaina kļūdas, pirms tās kļūst par dārgām instrumentu izmaiņām.

Prototipa izveides soļi

1. 3D-apdrukāts korpuss un atslēgas vāciņa prototips: Izdrukājiet korpusu un atslēgas vāciņu no sveķiem vai SLA plastmasas. Pielaides ir mazākas nekā ražošanā, taču pietiekamas, lai pārbaudītu piemērotību, sajūtu un montāžu. Izmantojiet to, lai apstiprinātu atslēgu izmērus un atstarpes.
2. CNC{0}}apstrādāts korpuss sajūtas apstiprināšanai: Lai pārbaudītu būtisku sajūtu, CNC{0}}apstrādājiet korpusu no alumīnija vai inženierijas plastmasas. Prototipa stingrība ietekmē sajūtu, tāpēc, ja iespējams, saskaņojiet ražošanas korpusa materiālu.
3. Manuāla kupola novietošana: novietojiet faktiskos ražošanas kupolus (vai prototipu kupolus no jūsukupola masīvu piegādātājs) uz PCB prototipa ar pareizu spilventiņu izkārtojumu. Izmantojiet līmlenti, lai tās noturētu vietā.
4. Sajūtu pārbaude: Lieciet 5–10 lietotājiem nospiest prototipa taustiņus un novērtēt sajūtu (stingrība, klikšķu skaidrība, gludums), salīdziniet ar atsauces tastatūrām (esošie produkti, ko lietotājs labi zina). Dokumentējiet atgriezenisko saiti ar kvantitatīvām skalām.
5. Spēka mērīšana: izmantojiet spēka mērītāju, lai izmērītu prototipa faktisko iedarbināšanas spēku. Salīdziniet ar projektēšanas spēku budžetu. Ja faktiskais spēks ir ārpus paredzētā diapazona, noregulējiet kupola specifikāciju, tīkla biezumu vai korpusa ģeometriju.
6. Ceļošana un zemākā{0}}izbraukšana: mēra taustiņa gājienu ar skalas indikatoru. Pirms nolaišanas no apakšas pārbaudiet, vai atslēga pilnībā iedarbina kupolu (klikšķināšanas sajūta). Pārbaudiet, vai miera stāvoklī nav priekšslodzes.

Dizaina izslēgšanas{0}}kontrolsaraksts

• ✓ Kopējais iedarbināšanas spēks mērķa diapazonā (pārbaudīts prototipā)
• ✓ Taktilo klikšķi skaidri jūt visi testētāji
• ✓ Galvenais ceļojums atbilst dizaina nolūkam; bez dibena-izejas pirms kupola-caurduršanas
• ✓ Nav iepriekšējas slodzes (kupoli miera stāvoklī nav daļēji saspiesti)
• ✓ Atslēgas atgriežas tīri; nav pielipšanas vai lēnas atsitiena
• ✓ Nav pārrunu-vai nepatiesu aktivizētāju starp blakus esošajiem taustiņiem
• ✓ Elektriskais kontakts pārbaudīts katrā kupola pozīcijā (multimetrs / nepārtrauktības testeris)
• ✓ Tolerances kopa{0}}dokumentēta un pārskatīta mehāniķu un elektroinženieri
• ✓ Apkārtējās vides blīvējums pārbaudīts (ja nepieciešams) ar IP testu vai ūdens izsmidzināšanas testu
• ✓ Ražošanas instrumentu rasējumus pārskatījametāla kupolu piegādātājskupola saderībai

Labi{0}}izstrādāta metāla kupola tastatūra lietotājam šķiet bez piepūles -, nospiežot taustiņu un saņemot skaidru, konsekventu atsauksmi, nedomājot par mehānismu. Lai sasniegtu šo sajūtu, ir nepieciešama rūpīga mehāniskā dizaina, PCB izkārtojuma, materiālu izvēles un komponentu piegādes koordinācija. Ievērojot šo dizaina rokasgrāmatu un apstiprinot, izmantojot prototipu, varat izvairīties no visbiežāk sastopamajām tastatūras dizaina kļūdām un nodrošināt uzticamu, izcilu lietotāja saskarni.

Inženiertehniskajam atbalstam jūsu tastatūras projektēšanā, tostarp kupola izvēlei, piespiedu budžeta veidošanai un prototipu paraugiem,sazinieties ar Shanyo tehnisko komandu.