Guide de conception des réseaux de dômes FPC : intégration d'empilements, d'adhésifs, d'espaceurs et de pistons pour les ingénieurs de claviers

Les dômes métalliques ont la réputation d'être des composants simples, et ils le sont jusqu'à ce qu'ils soient laminés dans un circuit imprimé flexible et qu'on leur demande de s'enclencher de manière fiable pendant 100 000 cycles à l'intérieur d'un ordinateur de poche médical ou d'un module de porte de voiture. Le dôme lui-même est en-acier inoxydable estampé avec précision. La fiabilité du commutateur, cependant, est décidée par les couches qui l'entourent : leSubstrat FPC, l'adhésif, l'entretoise et le piston qui transfère la pression du capuchon de touche à la couronne du dôme.

Ce guide rassemble les règles de superposition que les ingénieurs d'application de Shanyo appliquent lorsqu'un client envoie un dessin de clavier et demande unréseau de dômesrecommandation. Il est destiné aux ingénieurs mécaniques et électriques qui souhaitent que l'interrupteur tactile fonctionne du premier coup, et non après trois révisions de l'outillage.

1. L'empilement standard

Un dôme typique-sur-piles de claviers FPC, à partir du bas :

• Couche de base FPC- film polyimide ou polyester avec contacts de commutateur imprimés en argent ou en cuivre et traces de routage.
• Modèle de contact- l'anneau extérieur (commun) et le coussinet central (signal) que les pieds du dôme et la couronne se raccourcissent lorsqu'ils sont actionnés.
• Réseau de dômes- les dômes métalliques sur un support PET ou PI avec adhésif, alignés sur le motif de contact.
• Couche d'espacement-un cadre découpé-qui règle le dôme-à-la distance des touches et limite la course du piston.
• Couche de touches- clés en silicone ou en plastique, chacune avec un bouton plongeur centré sur la couronne du dôme.

Chaque couche de cette pile a un budget de tolérance, et les budgets s'additionnent. Un mode de défaillance courant est celui d'un clavier qui fonctionne dans le laboratoire de prototypes mais qui semble pâteux en production car l'épaisseur de l'entretoise a dérivé de 0,1 mm, comprimant le dôme avant même que l'utilisateur ne touche la touche.

2. Sélection du substrat : PI vs PET

Le choix du substrat FPC définit le plancher mécanique pour l’ensemble de l’assemblage. Le film en polyimide (PI) supporte des températures plus élevées (150 C en continu contre 105 C pour le PET), résiste mieux aux flexions répétées et constitue la norme pour les applications de flexion dynamique-. Le film en polyester (PET) coûte moins cher et convient aux couches de clavier statiques dans les produits de consommation et de nombreux produits industriels.

Pour les réseaux de dômes en particulier, le substrat compte d'une manière moins évidente : la planéité. Le réseau de dômes est laminé sur la zone de contact, et toute courbure du substrat sous le dôme modifie la force effective. Le film PI d'une épaisseur de 12,5 ou 25 microns conserve bien la planéité ; Le PET inférieur à 50 microns peut s'enrouler après le laminage adhésif et nécessite un raidisseur sous la zone du clavier.

3. Sélection d'adhésif pour le Dome Array

L'adhésif qui lie leréseau de dômesL'adhésion au FPC est une décision de conception et non une décision d'approvisionnement. Trois familles dominent :

• Adhésif acrylique- adhérence initiale élevée, bonne résistance au cisaillement, le choix standard pour les supports PET dans les applications grand public et intérieures automobiles.
• Adhésif silicone- gère des plages de températures plus larges et de faibles-exigences de dégazage ; préféré pour le médical et l'aérospatiale, ainsi que pour les réseaux qui doivent survivre à la refusion de soudure sur les zones adjacentes.
• Adhésif-sensible à la pression (PSA) avec doublure- décoller-et-placer pour faciliter l'assemblage ; nécessite un enregistrement minutieux car il est difficile de retravailler après le placement.

L'épaisseur de la couche adhésive participe également à la tolérance d'empilement. Un adhésif nominal de 25 microns qui se comprime à 18 microns sous la pression de stratification modifie le dôme-en-espace de contact de 7 microns -, suffisamment pour décaler la force d'actionnement de 5 à 10 gf sur un dôme de 4 mm. Shanyo spécifie l'épaisseur de l'adhésif dans le cadre du dessin du réseau et la vérifie sur le stock de support entrant.

Un réseau de feuilles de dôme-découpées avec une doublure adhésive, alignées pour la stratification sur les contacts du commutateur FPC.

4. Hauteur de l'entretoise et course du piston

La couche d'espacement a une seule tâche : définir la distance que le capuchon de touche peut parcourir avant que le dôme ne soit complètement actionné, et la distance de pré--déplacement située entre la position de repos du capuchon de touche et la couronne du dôme. Une erreur se manifeste soit par une touche pâteuse (trop peu de marge de déplacement), soit par une touche bruyante et rigide (trop).

Les chiffres à partir desquels commencer, pour un dôme typique de 4 à 6 mm :

• Course du bouton-pression du dôme : 0,15-0,25 mm selon le diamètre et la profondeur de la couronne.
• Pré-course du piston avant-le contact avec le dôme : 0,1 à 0,2 mm, réglé en fonction de la hauteur de l'entretoise.
• Objectif de déplacement total des touches : 0,4 à 0,6 mm pour la sensation du consommateur ; 0,5-0,8 mm pour une utilisation avec des gants.
• Déplacement supérieur à-après l'enclenchement : 0,1 à 0,3 mm, pour éviter que le capuchon du clavier ne touche l'entretoise.

Si l'entretoise est trop haute, la touche la touche avant que le dôme ne se brise et l'utilisateur ressent un arrêt brutal au lieu d'un clic. Si l'entretoise est trop courte, le dôme est partiellement comprimé au repos et l'interrupteur peut s'auto-actionner-en cas de vibration ou de dilatation thermique.

5. Géométrie du piston : diamètre, hauteur et matériau

Le piston constitue l'interface entre l'utilisateur et le dôme. Il s'agit de la partie la plus souvent mal spécifiée dans la conception d'un clavier. Les règles empiriques utilisées par les ingénieurs de Shanyo :

• Diamètre:50-70 pour cent du diamètre du dôme. Pour un dôme de 6 mm, utilisez un piston de 3 à 4 mm. Des pistons plus grands entrent en contact avec les pattes du dôme et augmentent la force ; les petits pistons sont décentrés.
• Forme des contacts :une face plate avec un léger rayon de couronne (R1-R3) centre mieux la presse qu'une pointe pointue, qui peut bosseler la couronne du dôme au fil des cycles.
• Hauteur:réglé de manière à ce que le piston soit à 50 -70 % de la distance de contact avec le dôme au repos, laissant ainsi de la place pour le pré-déplacement et l'enclenchement.
• Matériel:silicone ou caoutchouc de silicone liquide pour claviers ; thermoplastique (ABS, PC) pour les conceptions à clé-. Les pistons durs ont besoin d'un rayon pour éviter l'usure du métal-à-plastique.

Pourclaviers en siliconeavec les pistons intégrés, le piston est moulé dans le cadre de la clé, ce qui supprime une pile de tolérances - mais en ajoute une autre : le retrait du silicone. La position et la hauteur du piston doivent être corrigées en fonction du facteur de retrait du moule, généralement de 1,5 à 3 pour cent selon le duromètre.

6. Placage de contact et correspondance de force

Le motif de contact sur le FPC et le placage sur le dôme doivent être spécifiés ensemble. Un dôme plaqué or-sur un contact imprimé en argent-fonctionne, mais l'association doit être intentionnelle. Shanyo recommande généralement :

• Dômes plaqués or-pour circuits médicaux et capteurs basse tension-(résistance de contact inférieure à 10 ohms).
• Dômes-plaqués de nickel pour l'automobile et l'industrie, où la résistance à la corrosion compte plus que les 5 derniers ohms.
• Dômes SUS301 nus pour claviers grand public-sensibles aux coûts avec une pression de contact adéquate.

La correspondance de force suit la même logique que la sélection de-dômes lâches : 160-250 gf pour une utilisation grand public sans gants, 250-350 gf pour une utilisation avec des gants ou pour l'automobile, 400 gf+ pour les verrouillages robustes. Sur un réseau FPC, la contrainte supplémentaire est l'uniformité : tous les dômes de la feuille doivent se situer à +/- 10 % de la force nominale, et Shanyo vérifie cela par position sur le rapport d'inspection. Voir notreguide de sélection de courbe de forcepour une présentation complète.

7. Budget de tolérance de l'Assemblée

La fiabilité commence par un budget de tolérance que l'assembleur peut réellement respecter. Les chiffres que Shanyo conçoit pour :

• Réseau de dômes pour l'enregistrement des contacts : +/-0,10 mm, en utilisant des repères optiques sur le réseau et le FPC.
• Concentricité du piston à la couronne du dôme : +/-0,15 mm.
• Tolérance d'épaisseur d'entretoise : +/-0,03 mm pour les entretoises PET/PI découpées.
• Pression de stratification : contrôlée à +/-10 % pour éviter l'écrasement de l'adhésif sous les pieds du dôme.

Si votre processus d'assemblage ne peut pas contenir ces chiffres, la conception doit ajuster - un dôme plus grand, une entretoise plus épaisse ou une fenêtre de force plus indulgente - avant l'outillage, pas après.

8. Tests et vérification des échantillons

Avant d'approuver la conception d'un réseau de dômes FPC, effectuez trois vérifications :

Test de courbe de force-sur le stackup complet,pas sur le dôme lâche. Le FPC, l'adhésif et l'espaceur modifient tous la force du feutre ; un dôme qui mesure 250 gf en vrac peut ressembler à 270 gf laminé.

Test d'actionnement à des températures extrêmes.Appuyez sur le clavier à -40C et 85C. Les dômes SUS301 se déplacent de 5 à 8 % avec la température, et l'entretoise peut également se raidir ou se ramollir.

Testez le cycle avec le keycap réel.Utilisez des pistons représentatifs de la production-. Un piston de test poli ne révélera pas le motif d'usure que produira votre véritable keycap.

Shanyo fournit des graphiques de courbes de force-et des rapports dimensionnels avec chaque lot d'échantillons. Ces vérifications partent donc de données documentées plutôt que de conjectures.

Travailler avec Shanyo sur votre Stackup

Envoyez-nous le dessin de votre clavier, l'empilement FPC et la fenêtre de force cible, et nos ingénieurs d'application vous renverront une recommandation de réseau de dômes avec les conseils d'espacement, d'adhésif et de piston ci-dessus, ainsi que des échantillons dans les 48 heures pour les tailles standard. Pour les programmes intégrés, nous pouvons fournir l'intégralitéréseau de dômes, leCouche FPC, ou le module assemblé.

Contactez l'équipe d'ingénierie via lepage de contact.

À propos de Shanyo : Qingdao Shanyuan Precision Electronic Technology Co., Ltd. conçoit et fabrique des dômes métalliques, des réseaux de dômes, des claviers FPC, des claviers en silicone et des composants estampés. Visitewww.yo-shan.com.