คู่มือการออกแบบแผ่น PCB แบบโดมโลหะและเค้าโครง: รอยเท้า ความสามารถในการบัดกรี และการตรวจสอบทางไฟฟ้า

สวิตช์โดมโลหะนั้นเรียบง่ายทั้งทางกลไกและด้วยระบบไฟฟ้า โดมเป็นแผ่นสเตนเลสสตีลที่ยึดผ่านจุดศูนย์กลางเมื่อถึงแรงกระตุ้น เพื่อปิดวงจรระหว่างแผ่นตรงกลางและแผ่นวงแหวนวงแหวนบน PCB คุณภาพการสัมผัสและความน่าเชื่อถือของหน้าสัมผัสถูกกำหนดโดยโครงร่าง PCB พอๆ กับตัวโดมเอง ปรับรูปทรงของแพดให้ถูกต้อง จากนั้นสวิตช์จะทำงานกับข้อมูลแรงและชีวิตในแผ่นข้อมูล หากทำผิดและโดมเดียวกันจะลอยอยู่ในแนวต้าน เคลือบสึกหรอ หรือพังเป็นระยะ ๆ เป็นเวลานานก่อนอายุการใช้งานที่กำหนด คู่มือนี้รวบรวมกฎการจัดวางที่สำคัญจริงๆ โดยอิงจากประสบการณ์การผลิตในโครงการสำหรับผู้บริโภค อุตสาหกรรม และยานยนต์

เรขาคณิตของแพด: สถาปัตยกรรมของแพดทั้งสอง-

หน้าสัมผัสโดมมาตรฐานใช้แผ่นอิเล็กโทรดสองแผ่นบน PCB: แผ่นตรงกลางและแผ่นวงแหวนวงแหวนที่ล้อมรอบ โดยคั่นด้วยช่องว่างในทองแดง เมื่อโดมทะลุผ่าน วงแหวนหน้าสัมผัสจะเชื่อมช่องว่างและเชื่อมต่อแผ่นรองทั้งสองเข้าด้วยกัน สามมิติจะกำหนดรูปทรงเรขาคณิต และแต่ละมิติจะมีช่วงการทำงาน:

• เส้นผ่านศูนย์กลางแผ่นกลาง:โดยทั่วไปจะเป็น 50-70% ของเส้นผ่านศูนย์กลางวงแหวนหน้าสัมผัสของโดม ถ้าแผ่นกลางมีขนาดใหญ่เกินไป วงแหวนรอบนอกของโดมสามารถติดต่อได้โดยตรงและปิดสวิตช์ให้สั้นลงอย่างถาวร หากมีขนาดเล็กเกินไป หน้าสัมผัสโดมอาจไม่มั่นคงหรือพื้นที่แผ่นสำหรับการบัดกรี/การชุบไม่เพียงพอ
• แผ่นแหวนวงแหวน:ความกว้างของแผ่นด้านนอกโดยทั่วไปคือ 0.4-0.8 มม. ของทองแดง ซึ่งมีขนาดสำหรับพกพาจุดสัมผัสของวงแหวนโดมและการกำหนดเส้นทางผ่านหรือติดตามออกจากสวิตช์ วงแหวนควรต่อเนื่องกันรอบๆ แผ่นตรงกลางแทนที่จะแบ่งส่วน เพื่อให้โดมสัมผัสกับตาข่ายไฟฟ้าเดียวกันโดยไม่คำนึงถึงตำแหน่งการหมุน
• ช่องว่างระหว่างแผ่นอิเล็กโทรด:0.3-0.5 มม. คือช่วงการทำงานสำหรับขนาดโดมส่วนใหญ่ ช่องว่างที่กว้างเกินไปจะทำให้พื้นที่สัมผัสลดลงและเพิ่มความต้านทานต่อการสัมผัส ช่องว่างที่แคบเกินไปอาจเสี่ยงต่อสะพานประสานหรือสะพานชุบพาดผ่านแผ่นอิเล็กโทรด ซึ่งจะทำให้สวิตช์ลัดวงจร

เส้นผ่านศูนย์กลางโดมขับเคลื่อนตัวเลขสัมบูรณ์: โดม 5 มม. ใช้แผ่นรองตรงกลางประมาณ 2.2-2.6 มม. และวงแหวนที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก 3.6-4.2 มม. โดมขนาด 12 มม. สเกลตามสัดส่วน หากมีข้อสงสัย ให้ขอแบบร่างรอยเท้าของผู้จำหน่ายโดมสำหรับขนาดโดมเฉพาะ แทนที่จะคาดการณ์จากขนาดอื่น

เสร็จสิ้นพื้นผิว: ส่วนต่อประสานการติดต่อ

หน้าสัมผัสโดมจะเช็ดพื้นผิวของแผ่นอิเล็กโทรดในการกระตุ้นแต่ละครั้ง ดังนั้นพื้นผิวของแผ่นอิเล็กโทรดจะเป็นตัวกำหนดแนวโน้มความต้านทานต่อการสัมผัสตลอดอายุการใช้งาน ตัวเลือกในทางปฏิบัติ ตามลำดับประสิทธิภาพสำหรับการใช้งานแบบโดม:

• ENIG (ทองแช่นิกเกิลแบบไม่ใช้ไฟฟ้า):ตัวเลือกมาตรฐานสำหรับแผ่นสวิตช์โดม แผงกั้นนิกเกิลจะหยุดการเคลื่อนตัวของทองแดง และชั้นทองบาง ๆ ให้พื้นผิวสัมผัสที่มีความต้านทาน-ต่ำและมีความเสถียร ซึ่งยังคงเหลืองบประมาณในการดำเนินการ ความหนาของทองคำ ENIG ทั่วไปคือ 0.05-0.1µm มากกว่านิกเกิล 3-6µm
• เงินแช่:ทางเลือกสำหรับบอร์ดที่คำนึงถึงต้นทุน- พื้นผิวสีเงินเป็นหน้าสัมผัสที่ดี แต่จะหมองเร็วกว่าในสภาพแวดล้อมที่มีความชื้น ดังนั้นจึงเหมาะกับการใช้งานแบบปิดผนึกหรือแบบแห้ง
• ฮาสแอล:ไม่แนะนำสำหรับแผ่นรองโดม พื้นผิวบัดกรีไม่เรียบและหน้าสัมผัสโดมสามารถแขวนบนยอดเขาได้ ทำให้ความรู้สึกแรงกระตุ้นและความต้านทานหน้าสัมผัสเปลี่ยนไป
• OSP:ใช้งานได้สำหรับ-อายุการใช้งานต่ำ ค่าใช้จ่ายต่ำ- โดยที่บอร์ดถูกบัดกรีหลังจากวางโดม แต่การเคลือบแบบออร์แกนิกไม่ได้ปกป้องพื้นผิวสัมผัสเหมือนที่ผิวโลหะทำ และความต้านทานการดริฟท์ตลอดอายุการใช้งานก็สูงกว่า

สำหรับโปรแกรมด้านยานยนต์และการแพทย์ที่ระบุอายุการใช้งานและความต้านทาน ENIG จะเป็นค่าเริ่มต้น และการชุบจะได้รับการตรวจสอบในบทความแรก- พื้นผิวเคลือบโดมจะมีปฏิกิริยาโต้ตอบกับการชุบโดมด้วย: โดมเคลือบทอง-บนแผ่น ENIG เป็นการผสมผสานที่เสถียรที่สุด ในขณะที่โดมชุบเงิน-บนแผ่นเคลือบสีเงินเป็นการจับคู่-ที่คุ้มค่าที่สุดสำหรับโมดูลที่ปิดผนึก

การจัดวางรอยเท้าและการจัดตำแหน่ง

การจัดตำแหน่งระหว่างโดมและแผ่นอิเล็กโทรดเป็นสาเหตุเดียวที่พบบ่อยที่สุดที่ทำให้เกิดข้อร้องเรียนเกี่ยวกับประสิทธิภาพของสวิตช์ โดมต้องตั้งศูนย์กลางกับชุดแผ่นรอง การชดเชยโดมแม้แต่ 0.2 มม. จะเปลี่ยนเส้นโค้งแรงและสามารถเลื่อนวงแหวนหน้าสัมผัสออกจากแผ่นวงแหวนได้ กฎสามข้อทำให้การจัดตำแหน่งอยู่ภายใต้การควบคุม:

• ใช้เลเยอร์รอยเท้าของซัพพลายเออร์โดม:วางแผ่นอิเล็กโทรดจากรอยเท้าที่แนะนำของซัพพลายเออร์สำหรับขนาดโดมที่แน่นอน ไม่ใช่จากสัญลักษณ์สวิตช์ทั่วไป พิกัดของแผ่นในรอยเท้าวัดจากวงแหวนหน้าสัมผัสของโดม
• กำหนดข้อมูลตำแหน่งโดม:สำหรับการวาง-ด้วยมือหรือกึ่ง-โดยอัตโนมัติ ซิลค์สกรีน PCB ควรทำเครื่องหมายโครงร่างโดมหรือกากบาทตรงกลาง สำหรับการจัดวางแบบอัตโนมัติ โปรแกรมรับ{2}}และ-วางใช้ความไว้วางใจแบบเดียวกับที่ใช้หาแผ่นอิเล็กโทรด
• ตรวจสอบการจัดตำแหน่งที่บทความแรก:กระดานแผ่นแรกจะถูกเอ็กซเรย์หรือตรวจสอบด้วยสายตาผ่านโดมโปร่งใส (หรือถอดโดมออกแล้ว) เพื่อยืนยันว่าวงแหวนโดมอยู่บนแผ่นวงแหวนภายในพิกัดความเผื่อของซัพพลายเออร์ โดยทั่วไป ±0.15 มม. หรือแน่นกว่าสำหรับโดมขนาดเล็ก

สำหรับอาร์เรย์โดมบนตัวพา การจัดตำแหน่งจะถูกกำหนดโดยเครื่องมือของอาร์เรย์มากกว่าโดยแต่ละตำแหน่ง และการวาดอาเรย์จะระบุความทนทานต่อตำแหน่ง-ถึง-ตำแหน่งโดมที่เค้าโครง PCB ต้องตรงกัน

ความสามารถในการบัดกรีและลำดับการวางตำแหน่ง

โดมแทบไม่เคยถูกบัดกรีในความหมายดั้งเดิม มันถูกยึดไว้โดยโอเวอร์เลย์หรือพาหะ โดยมีหน้าสัมผัส PCB ทำหน้าที่ทางไฟฟ้า แต่ PCB ยังคงผ่านการจัดเรียงใหม่สำหรับส่วนประกอบอื่นๆ และแผ่นโดมต้องเผชิญกับความเสี่ยงที่เกี่ยวข้องกับการบัดกรี-สองประการ ประการแรกคือการบัดกรีที่ดูดลงบนพื้นผิวของแผ่น: หากสารบัดกรีกระจายบนวงแหวนวงแหวนหรือแผ่นตรงกลาง โดมจะสัมผัสประสานมากกว่าการเคลือบ ซึ่งจะเปลี่ยนส่วนต่อประสานของหน้าสัมผัสและสามารถสร้างจุดที่ยกขึ้นซึ่งจะเปลี่ยนแรงกระตุ้น กฎก็คือไม่ให้วางสารบัดกรีไว้บริเวณหน้าสัมผัสของโดม: ปิดบังแผ่นอิเล็กโทรด หรือใช้ขั้นตอนการแปะที่พิมพ์การแปะบนพื้นที่ที่ไม่ใช่-โดมเท่านั้น ประการที่สองคือสารตกค้างของฟลักซ์: ฟลักซ์รีโฟลว์ที่เหลืออยู่บนแผ่นอิเล็กโทรดจะสร้างฟิล์มที่เพิ่มความต้านทานการสัมผัส ขั้นตอนการทำความสะอาดหรือฟลักซ์สะอาด-ที่เลือกไว้สำหรับสารตกค้างต่ำจะถูกระบุเมื่อวางโดมก่อนการประกอบขั้นสุดท้าย

ลำดับตำแหน่งก็มีความสำคัญเช่นกัน เมื่อวางโดมก่อนที่บอร์ดจะผ่านรอบความร้อนครั้งที่สอง (เช่น การปรับการไหลของตัวเชื่อมต่อ) โดมจะต้องทนต่ออุณหภูมินั้นโดยไม่เปลี่ยนรูป โดมสแตนเลสส่วนใหญ่ทนต่อการรีโฟลว์เพิ่มเติมหนึ่งครั้ง ควรตรวจสอบพิกัดอุณหภูมิโดมของซัพพลายเออร์เมื่อบอร์ดมีระดับความร้อนหลายระดับ

การตรวจสอบทางไฟฟ้าและแผ่นทดสอบ

ตำแหน่งโดมสวิตช์ทุกตำแหน่งควรสามารถตรวจสอบได้ด้วยระบบไฟฟ้าในขั้นตอนการทดสอบบอร์ด และเค้าโครงจะตัดสินว่าสิ่งนั้นง่ายหรือเจ็บปวด กฎการออกแบบการทดสอบสองข้อ:

• เดินวงแหวนและแผ่นกลางไปยังจุดทดสอบ:ตำแหน่งสวิตช์แต่ละตำแหน่งจะถูกนำตาข่ายสองตัวออกมาที่จุดโพรบหรือแผ่นทดสอบ-ฐาน-ตะปู ดังนั้นการทดสอบโพรบ-แบบบินสามารถวัดความต้านทานแบบปิดของสวิตช์-โดยที่มีโดมอยู่กับที่
• อนุญาตให้โดม-ทดสอบความต่อเนื่องที่ถูกลบออก: the open resistance between the center and ring nets (with the dome absent or the overlay not yet installed) verifies that the two pads are not bridged by solder or plating. The test spec sets the minimum open resistance, typically >1MΩ ที่ 5V

เป้าหมายความต้านทานหน้าสัมผัสแบบปิด-สำหรับสวิตช์โดมโดยทั่วไปจะต่ำกว่า 100mΩ ที่กระแสไฟที่กำหนด (มักจะ 10mA ที่ 5V) และองค์ประกอบของเค้าโครงคือพื้นผิวของแพดและความต้านทานการติดตาม เส้นบางๆ ยาวๆ บนสวิตช์จะเพิ่มความต้านทาน สำหรับโปรแกรมที่มีอายุการใช้งานสูง-ในปัจจุบันหรือยาวนาน- วงแหวนและตาข่ายตรงกลางจะถูกส่งไปในเส้นทางที่กว้างกว่าหรือทำซ้ำเพื่อลดความต้านทานอนุกรม

ESD และการป้องกันเค้าโครง

สวิตช์แบบโดมวางอยู่บนพื้นผิวที่ผู้ใช้-หันหน้าเข้าหากัน ซึ่งหมายความว่าสวิตช์จะมองเห็นการคายประจุไฟฟ้าสถิต โครงร่างจะปกป้องสวิตช์และวงจรดาวน์สตรีมด้วยชุดเครื่องมือมาตรฐาน ได้แก่ ตัวต้านทานแบบอนุกรมและ TVS บนร่องรอยที่หลุดออกจากสวิตช์ วงแหวนป้องกันหรือระนาบกราวด์ใกล้กับบริเวณโดม และมีระยะห่างเพียงพอระหว่างแผ่นโดมและตาข่ายไฟฟ้าแรงสูง-ที่อยู่ติดกัน สำหรับโซนร่วมระบบสัมผัสแบบคาปาซิทีฟ-บนแผงเดียวกัน ร่องรอยสวิตช์โดมจะถูกเก็บไว้ให้ห่างจากพื้นที่การตรวจจับแบบคาปาซิทีฟ ดังนั้นการตรวจจับแบบสัมผัสจะไม่รับสัญญาณสวิตช์

ตัวโดมนั้นเป็นชิ้นส่วนโลหะที่มีการต่อสายดินในการกำหนดค่าบางอย่าง ในกรณีที่โดมมีระบบไฟฟ้า (เชื่อมต่อกับตาข่ายวงแหวน) เค้าโครงจะต้องเก็บพื้นที่โดมให้ห่างจากขอบที่เปิดโล่ง และกำหนดเส้นทางตาข่ายสวิตช์ด้วยการป้องกัน ESD แบบเดียวกับที่ผู้ใช้-อินพุตที่เข้าถึงได้

ขนาดโดมและการเลือกระยะพิทช์สำหรับเลย์เอาต์อาเรย์

สำหรับโดมอาร์เรย์และแผงสวิตช์หลาย- คำถามเกี่ยวกับเค้าโครงจะขยายตั้งแต่ชุดแพดเดี่ยวไปจนถึงระยะห่างและการแยกระหว่างสวิตช์ ระยะพิทช์ขั้นต่ำระหว่างตำแหน่งโดมสองตำแหน่งถูกกำหนดโดยเส้นผ่านศูนย์กลางโดมบวกกับส่วนต่อขยายของแผ่นวงแหวน บวกกับพื้นที่เส้นทางการติดตามระหว่างแผ่นอิเล็กโทรด: โดยปกติแล้วโดมขนาด 5 มม. ต้องการระยะพิทช์ตรงกลาง 7-8 มม.-ถึง-ด้วยการกำหนดเส้นทางชั้นเดียว- ซึ่งแน่นกว่าด้วยไมโคร-ผ่านหรือเฟล็กซ์สองชั้น เมื่อวางอาเรย์เป็นแผ่นโดมแผ่นเดียว ระยะพิทช์จะถูกกำหนดโดยเครื่องมือแผ่นโดม และโครงร่าง PCB จะต้องตรงกับตำแหน่งแผ่นรองของแผ่นงานทุกประการ ดังนั้นการวาดแผ่นงานและโครงร่างบอร์ดจึงถูกปล่อยพร้อมกัน

การแยกระหว่างสวิตช์ที่อยู่ติดกันเป็นจุดเสี่ยงประการที่สอง: แผ่นวงแหวนของโดมที่อยู่ใกล้เคียงจะอยู่ใกล้กันที่ระยะห่างที่แน่นหนา และสะพานประสานหรือสะพานชุบระหว่างตาข่ายวงแหวนสองตัวทำให้สวิตช์ลัดวงจร เค้าโครงจะรักษาช่องว่างการแยกที่ชัดเจนระหว่างแผ่นวงแหวนทั้งสอง และแยกตาข่ายทั้งสองออกจากกันบนชั้นด้านล่าง และการทดสอบความต้านทานแบบเปิด-ที่เวทีบอร์ดจะตรวจสอบการแยกส่วน สำหรับอาเรย์ที่มีทั้งโดมและร่องรอยบนพาหะเดียวกัน เค้าโครงการติดตามภายใต้พื้นที่โดมจะถูกเก็บไว้ให้ห่างจากวงแหวนหน้าสัมผัส ดังนั้นการสแน็ปของโดม-ไม่สามารถทะลุผ่านร่องรอยและลัดวงจรไปยังตาข่ายโดยไม่ได้ตั้งใจ

การตรวจสอบเส้นโค้งแรงในระดับคณะกรรมการ

รูปแบบระบบไฟฟ้าเป็นเพียงครึ่งหนึ่งของประสิทธิภาพของสวิตช์โดม แรงสัมผัสถูกกำหนดโดยโดมและโอเวอร์เลย์ และกระดานมีส่วนทำให้แผ่นเรียบและรองรับอยู่ใต้โดม รายละเอียดระดับกระดานสองกระดาน-ส่งผลต่อการวัดแรง อย่างแรกคือความสูงของแผ่น: หน้ากากประสานหนาหรือการชุบที่ยกขึ้นใต้โดมจะเปลี่ยนการเคลื่อนที่และแรงรับรู้ หน้ากากจะถูกถอดออกหรือทำให้บางลงใต้บริเวณโดมที่รอยเท้าของซัพพลายเออร์ร้องขอ และช่องหน้ากากประสานจะถูกวาดไปที่ชั้นหน้ากากของรอยเท้า โดยไม่ปล่อยให้เป็นค่าเริ่มต้น ประการที่สองคือส่วนรองรับใต้โดม: บนกระดานแบบบางหรือแบบโค้ง พื้นที่โดมต้องมีแผ่นรองหรือตัวทำให้แข็งอยู่ด้านหลัง ดังนั้นพลังงานการกระตุ้นจะเข้าสู่สแน็ปโดมแทนที่จะเข้าสู่การโค้งงอของบอร์ด เส้นโค้งแรงได้รับการตรวจสอบด้วยเกจวัดแรงบนบอร์ดที่มีการซ้อนทับจริง และเส้นโค้งที่วัดได้จะถูกเปรียบเทียบกับเส้นโค้งในเอกสารข้อมูลโดมก่อนที่การออกแบบจะออกสู่การผลิต

การตรวจสอบทั้งสองนี้ - ความเรียบของแผ่นและความแข็งของการรองรับ - ตรวจพบข้อร้องเรียน "โดมรู้สึกผิด" ส่วนใหญ่ที่ยังคงอยู่ในรูปแบบที่ถูกต้องทางไฟฟ้า

รายการตรวจสอบเค้าโครงก่อนเผยแพร่

รายการตรวจสอบต่อไปนี้จะตรวจจับข้อบกพร่องของโครงร่างสวิตช์โดมส่วนใหญ่ก่อนที่บอร์ดจะถูกปล่อยสู่การผลิต:

• แผ่นตรงกลางและแผ่นแหวนวงแหวนตรงกับรอยเท้าของซัพพลายเออร์สำหรับขนาดโดมที่แน่นอน
• ช่องว่างระหว่างแผ่นอิเล็กโทรดภายใน 0.3-0.5 มม. โดยไม่มีช่องเปิดแบบบัดกรีหรือแผ่นชุบที่สามารถเชื่อมได้
• ผิวแพ้ดคือ ENIG (หรือผิวสัมผัสที่ระบุ); วางประสานแยกออกจากบริเวณหน้าสัมผัสโดม
• ข้อมูลตำแหน่งโดมที่ทำเครื่องหมายไว้และค่าเผื่อการจัดตำแหน่งระบุไว้บนภาพวาด
• ตาข่ายสวิตช์ทั้งสองถูกส่งไปยังจุดทดสอบโดยมีข้อมูลจำเพาะความต้านทานแบบเปิด/ปิดที่กำหนดไว้
• ส่วนประกอบป้องกัน ESD วางอยู่บนตาข่ายสวิตช์ และร่องรอยสวิตช์ไม่มีพื้นที่เก็บประจุ
• ตรวจสอบพิกัดอุณหภูมิโดมโดยเทียบกับวงจรความร้อนของบอร์ดทั้งหมด

Shanyo (แบรนด์ Shanyo, Qingdao Shanyuan Precision Electronics) เป็นผู้จัดหาโดมโลหะสวิตช์โดมส่วนประกอบและอาร์เรย์แผ่นโดมด้วยการเขียนแบบรอยเท้าและการรองรับเค้าโครงสำหรับโดมแต่ละขนาด และทีมวิศวกรจะตรวจสอบเค้าโครงของลูกค้าตามคำขอ สำหรับโปรแกรมใหม่ คำแนะนำการวาดรอยเท้าและการตกแต่งแพดจะรวมอยู่ในใบเสนอราคาแบบโดม ดังนั้นโครงร่าง PCB และส่วนประกอบจึงอยู่ในแนวเดียวกันในครั้งแรก