So entwerfen Sie das PCB-Pad-Layout für Metallkuppel-Arrays: 7 Regeln Ingenieure vermissen - Neuigkeiten

Autor: John Smith, Anwendungsingenieur bei Shanyo.

Vor ein paar Monaten schickte uns ein Hardware-Team in Shenzhen ein Foto: eine 12--Tasten-Fernbedienung, bei der sich jede zweite Taste matschig anfühlte. Sie hatten die Kuppelpads im eigenen Haus entworfen, unsere standardmäßigen 12-mm-Schnappkuppeln bestellt und das Array selbst zusammengebaut. Das Problem waren nicht die Kuppeln, sondern das PCB-Pad-Layout. Das mittlere Kontaktpad war 3 mm zu breit, dem Erdungsring fehlte ein Spalt von 0,2 mm und zwei Durchkontaktierungen landeten direkt unter dem Schnapppunkt der Kuppel. Die Kuppeln berührten das Kupfer, anstatt sauber zu klicken.

Wir sehen dieses Muster bei etwa jedem vierten neuen Design-ins. Eine Metallkuppel ist ein Präzisionsfederschalter. Es ist egal, wie hübsch Ihre Leiterplatte aussieht - es geht um die Pad-Geometrie, die Abstände und die Kontaktphysik von Kupfer{4}}zu-Kuppeln. Wenn das Layout falsch ist, kommt es zu schwachen Klicks, doppelter -Auslösung oder einem frühen Ausfall lange vor den angegebenen 500.000 Zyklen. Nachfolgend sind die sieben Regeln aufgeführt, die wir jedem Hardware-Ingenieur eines neuen Kunden geben, bevor er Gerber-Dateien freigibt.

1. Mittleres Kontaktpad: kleiner als Sie denken

Das mittlere Pad befindet sich dort, wo die Kuppelmitte berührt, um den Stromkreis zu schließen. Der häufigste Fehler besteht darin, es zu groß zu machen. Wenn das Mittelpolster mehr als etwa 30 % der projizierten Fläche der Kuppel bedeckt, kann die Kuppel nicht sauber einrasten -, sie erreicht den Boden und das Klicken verschwindet.

Für eine standardmäßige 12-mm-Rundkuppel empfehlen wir einen Mittelpolsterdurchmesser von2,5 mm bis 3,0 mm. Bei einer 6-mm-Kuppel auf 1,0 mm bis 1,5 mm reduzieren. Das Pad sollte innerhalb von ±0,15 mm vom geometrischen Mittelpunkt der Kuppel zentriert sein. Verschieben Sie das Mittelpolster um 0,3 mm und Sie werden es als einen außermittigen Klick spüren, - die Taste funktioniert immer noch, aber das Produkt fühlt sich billig an.

2. Äußerer Erdungsring: Rastspalt lassen

Der äußere Kontaktring (Anode) muss unter dem Rand der Kuppel sitzen, darf jedoch nicht in den Bereich hineinragen, in dem sich die Kuppel beim Einrasten biegt. Steigt der Kupferring zu weit nach innen, fungiert er als mechanischer Anschlag und zerstört das taktile Verhältnis.

Unsere Faustregel: Die Innenkante des Außenrings sollte sitzen0,3 mm bis 0,5 mm außerhalb des freien Randes der Kuppel. Zwischen dem Mittelpad und dem Außenring sollte ein klarer, durch eine Lötmaske-definierter Spalt-von mindestens 0,2 mm vorhanden sein. Bei abgedichteten Designs oder Ausführungen mit geringem -Signal verlängern Sie den Ring leicht und fügen Sie eine goldene Kontaktstelle hinzu -, aber halten Sie den Schnappspalt sauber.

3. Abstand zwischen Kuppeln-zu-: Überfüllen Sie die Träger nicht

Bei der Gestaltung einer Tastaturanordnung ist es verlockend, die Kuppeln so nah beieinander anzuordnen, wie es der Tastenabstand zulässt. Aber jede Kuppel auf einemKuppelblattanordnungsitzt auf einem PET-Träger, und dieser Träger braucht Platz zum Atmen. Ein Abstand von Mitte-zu-weniger als 8 mm bei 12-mm-Kuppeln führt dazu, dass benachbarte Kuppeln beim Einrasten interferieren - drücken Sie eine Taste und der Nachbar spürt es.

Der Mindestabstand zwischen Mitte-zu-sollte betragenKuppeldurchmesser + 2 mm. 12-mm-Kalotten benötigen also einen Abstand von 14 mm; 6 mm Kuppeln benötigen 8 mm. Wenn Ihr Industriedesign einen engeren Abstand erfordert, wechseln Sie zu einer kleineren Kuppelgröße, anstatt das Layout zu quetschen.

4. Vias: niemals unter dem Rastpunkt

Dies ist der Fehler, der zum Ausfall der Shenzhen-Fernbedienung- geführt hat. Vias sind auf einer Leiterplatte in Ordnung, aberKein Via, kein Via Barrel oder kein Via Tenting Bump darf direkt unter dem Schnappweg der Kuppel liegen. Ein Durchkontaktierungszelt unter dem Mittelpunkt hebt das Kupfer um 0,1 mm–0,2 mm an, was die Kuppel als harten Anschlag empfindet. Der Klick erlischt und die Kuppel bleibt entweder geschlossen oder wird doppelt-ausgelöst.

Verlegen Sie Durchkontaktierungen außerhalb des äußeren Kontaktrings oder vergraben Sie sie mit einem flachen Zelt unter der Lötstoppmaske. Wenn beim Routing eine Durchkontaktierung in der Nähe des Pads erforderlich ist, halten Sie einen Abstand von mindestens 1,0 mm zur mittleren Pad-Kante ein und bestätigen Sie die Ebenheit der Zelte mit Ihrem Platinenhaus.

5. Lötmaske: Definieren Sie die Pads, nicht das Kupfer

Lassen Sie die Lötmaske den Kontaktbereich definieren. Verlassen Sie sich nicht auf die Ausrichtung von Maske-zu-Kupfer, um das Pad zuzuschneiden -, da die Toleranz typischerweise ±0,1 mm beträgt, was ausreicht, um ein sorgfältig berechnetes Klickverhältnis zu ruinieren. Wir empfehlen:

Lötmaskenöffnung auf dem mittleren Pad: Padgröße + 0.1 mm Abstand auf jeder Seite.
Decken Sie den Rest des Kupfers mit einer Maske ab, einschließlich des Bereichs, in dem sich der Kuppelrand biegt.
Kein Maskensplitter zwischen Mitte und Ring, der sich nach der Montage ablösen und stören könnte.

Geben Sie bei vergoldeten -Pads (bevorzugt von ENEPIG) die Kontaktoberfläche nur für die beiden Kontaktzonen - und nicht für die gesamte Platine - an, um die Kosten zu kontrollieren.

6. Klebefläche: Die Kuppel braucht ein Zuhause

Am meistenUnterhaltungselektronik-MetallkuppelnWird auf einem Träger mit selbstklebender 3M 467-Rückseite versendet. Der Klebstoff benötigt zum Kleben eine ebene, saubere Kupfer- oder Maskenoberfläche. Platzieren Sie keine Testpunkte, Siebdrucktexte oder Nähte direkt unter dem Klebering. - Jede Unebenheit unterbricht die Verbindung und führt dazu, dass sich die Kuppelanordnung nach einem Temperaturwechsel anhebt.

Normalerweise bitten wir PCB-Designer, einen 2 mm breiten Ring aus flachem Lötstopplack um die Kontaktpads herum freizulassen, der für den Kleber vorgesehen ist. Hier sollen auch die Ausrichtungsmerkmale des Kuppelarrays landen.

7. Hintergrundbeleuchtung und Ausschnitte: Halten Sie den Lichtweg sauber

Wenn Ihre Tastatur über eine LED-Hintergrundbeleuchtung verfügt, muss das Licht durch Lücken rund um die Kuppel die Tastenkappe erreichen. Lassen Sie mindestens einen0,5 mm Ringspaltzwischen dem Kuppelrand und der umgebenden Maske und leiten Sie die LED entweder außer-von der Mitte oder in einem speziellen Lichtleiter. Eine Kuppel direkt über einer LED erzeugt einen dunklen Fleck - der Edelstahl blockiert das Licht vollständig.

Für High-End-Designs kombinieren wir das Kuppelarray mit einemFlexible FPC-Schaltungund eine Lichtleiterfolie, die die Hintergrundbeleuchtung gleichmäßig löst. Wenn Sie ein starres PCB-Design erstellen, planen Sie vor dem Routing die LED-Positionen auf einem Querschnitt.

Was wir mit jeder Dome-Array-Bestellung mitsenden

Wenn Sie bei uns maßgeschneiderte Kuppeln bestellen, versenden wir nicht nur Teile. Das Paket beinhaltet:

Ein empfohlener Gerber-Lagenaufbau mit maßstabsgetreuen Pad-Abmessungen.
Ein Kraftkurvendiagramm für die genaue Kuppelgeometrie, die Sie ausgewählt haben.
Ein Klebediagramm-, das den flachen Maskenbereich zeigt.
Salzsprühnebel- und RoHS-Zertifikate.

Das ist der Unterschied zwischen einem Lieferanten, der geprägte Scheiben verkauft, und einem Partner, der gemeinsam mit Ihnen entwirft. Das Team aus Shenzhen hat sein Board auf unser empfohlenes Layout umgestellt und die zweite Baugruppe hat die Prüfungen zum Klickgefühl zu 100 % bestanden. Die Fernbedienung wurde pünktlich geliefert.

Überprüfen Sie Ihre Gerber-Dateien, bevor Sie sie versenden

Bevor Sie einen PCB-Durchlauf durchführen, öffnen Sie Ihren Gerber-Viewer und fragen Sie: Befindet sich das mittlere Pad unter 30 % der Kuppelfläche? Gibt es einen Spalt von 0,2 mm zum Außenring? Sind Durchkontaktierungen frei vom Schnapppfad? Gibt es einen flachen Klebering? Wird die Hintergrundbeleuchtung vom Stahl weggeführt?

Wenn eine Antwort „Nein“ lautet, schauen Sie noch einmal nach. Eine 10-minütige Layoutüberprüfung erspart ein 4-wöchiges PCB-Respin und ein verpasstes Startfenster.

Brauchen Sie ein zweites Paar Augen?Senden Sie uns Ihre Gerber-Dateien oder einen Screenshot des Pad-{0}}Layouts. Unser Ingenieursteam wird etwaige Probleme mit der Kuppel-Störungen - kostenlos melden, bevor Sie sich für die Werkzeugausstattung entscheiden.

John Smith ist Anwendungsingenieur bei Qingdao Shanyo Precision Electronic Technology Co., Ltd., aHersteller von Metallkuppelnin Qingdao, China, liefert seit 2004 Dome-Arrays, FPC-Schaltkreise und Silikontastaturen an Erstausrüster aus den Bereichen Verbraucher-, Automobil- und Medizintechnik.