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2010年11月7日星期日

使用金屬簧片當橡膠按鍵的注意事項

dimple_metal_dome前面我們介紹過大部分的手機按鍵都使用金屬簧片(metal dome)來當作其按鍵接觸開關的優缺點,也因為大部分的金屬簧片都會在中間設計一個凸點(dimple)來當作接觸點,所以一開始我們的設計單位很擔心按鍵的所有的力量都會加諸於這一點,在長時間按壓之後會在PCB的金手指上造成損壞,致接觸不良發生,因此我們的設計單位決定把這個凸點(dimple)拿掉,經過了信賴度及壽命實驗,證實這樣可以耐按壓至少1,000,000次以上,可是好景不常,拿掉凸點(dimple)之後生產線陸陸續續回報有按鍵不靈敏的問題。

所謂的按鍵不靈敏(keypad insensitivity)是輕壓按鍵直到有「喀」的感覺時按鍵還是無法作動,必須要再加更多的力氣往下壓才會驅動按鍵的功能。一開始我們的設計單位把問題的矛頭指向了PCB表面氧化的問題,我們使用的是ENIG(化鎳浸金)的板子,這種板子如果在板廠的製造過程沒有控制好P(磷)的濃度,經常會發生黑墊(Black pad)的問題。

下面的板子經過了高低溫度及濕度的環境循環測試後,出現了一些黑色斑點,試著用無水酒精擦拭這些斑點後,按鍵不靈敏的問題就不見了,可是再重複一次溫濕度的循環之後,不靈敏的問題又重複出現,這個問題一直讓設計單位百思不得其解。
PEC_ENIG_after_storage PCB_ENIG02

後來我們更發現按鍵不靈敏的問題其實不只是可能的「黑墊」問題,只要有一點點的灰塵、毛屑剛好掉落在按鍵的位置,就會影響到按鍵的功能,這一點也可以解釋為何輕壓按鍵時沒有反應,必須要重壓按鍵才可作動,因為只要在按鍵的電路上有任何的不導電髒東西,都有可能會阻擋金屬簧片下壓後與PCB的接觸,只要在加更多的力氣把髒東西壓扁或是讓金屬簧片其他的地方接觸到電路板就可作動按鍵。黑墊的生成與造成按鍵不靈敏也可以視作是PCB析出了不導電的物質與電路板的表面,阻擋了金屬簧片與電路板的接觸,只要把這些不導電的物質排除,就可以作動按鍵。
dust_on_keypad_circuit01 dust_on_keypad_circuit02

既然這些內在的黑墊與外來的灰塵及毛屑無法有效受到控制,於是我們開始想如何在有這些髒東西的情況下還能導通金屬簧片與電路板。聰明的你應該已經想到了,沒錯就是把原本在金屬簧片的小凸點(dimple)加回來,小凸點可以有效碾碎或穿透這些細小的髒東西,達到與電路板接觸的目的。可是這麼一來我們當初擔心的有效壽命就會縮短,於是我們開始尋找多個凸點的金屬簧片,果然,市面上真的有3個、4個、及5個凸點的金屬簧片在量產,原來別人已經有過相同的問題,所以才會發展出這些多凸點的金屬簧片。

  metal_3_dimple_picture metal_4_dimple_picture metal_5_dimple_picture  

事實上我們測試過所有的多凸點金屬簧片,後來我們選用了3個凸點的金屬簧片,因為這個設計就已經可以符合我們1,000,000次的手指按壓的要求了,不過按壓的力量會變大,但我個人覺得觸感反而更好。
metal_3_dimples

經過了1,000,000次的手指按壓壽命測試後,只有少部份的按鍵金層稍微有壓陷的痕跡,在顯微鏡下觀察也都沒有看到金層斷裂的現象,足見金的延展性真的很好。
 metal_dome_dimple_markx50metal_dome_dimple_markx100


延伸閱讀:
橡膠按鍵設計注意事項
簡介橡膠按鍵(Rubber keypad)
橡膠按鍵使用金屬簧片的優缺點

4 意見:

小Jeff 提到...

工作熊我又來了~~你該不會是我公司的長官吧~~哈!我有個問題,你們在做測試的時候只對金屬簧片嗎,還是整機??還有你有做過在700~900K壞掉的情況嗎,我的經驗一般會壞的400K前就會壞了,以簧片而言。

工作熊 提到...

Jeff;
由於我們並不是作手機的,所以我們對按鍵的壽命需求基本上只要符合一百萬次就好了,所以並沒有400k的問題。讓你失望了!

ulysses 提到...

小弟之挫見...用塑膠和用rubber去頂metaldome測試結果應該會不同吧

工作熊 提到...

ulysses;
不建議使用塑膠來頂metal dome,因為容易造成metal dome的永久變形,讓metal dome按下之後彈不回來。

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