Любой разработчик электроники испытывает чувство замирания. Вы получаете обратно платы с прототипами, собираете устройство и нажимаете кнопку питания. Ничего. Или, может быть, она работает, но на ощупь “кашеобразная”, как будто нажимаешь на мокрый картон. Ваш первый инстинкт - обвинить сам выключатель. Может быть, партия была плохой? Может, сила нажатия не та?
Но в девяти случаях из десяти, когда круглый металлический купол не работает, купол не виноват. Виновником почти всегда является зеленая плата под ним. Разводка печатной платы диктует срок службы, ощущения и надежность этого переключателя. Вы можете купить самый дорогой, позолоченный купол в мире, но если посадочная площадка спроектирована плохо, он выйдет из строя. Это суровая реальность, но правильная форма меди так же важна, как и механическая сборка.
Геометрия посадочной площадки для круглого металлического купола
Основная концепция кажется достаточно простой. У вас есть центральная площадка (один сигнал) и внешнее кольцо (другой сигнал). Купол располагается на кольце, и когда вы нажимаете на центр, он касается средней площадки. Соединение установлено. Просто, правда?
Ну, не совсем. Конкретные размеры этих медных накладок очень важны. Распространенной ошибкой является слишком большой размер центральной площадки. Если центральная медная площадка слишком широкая, круглый металлический купол перекроет соединение, прежде чем оно действительно “защелкнется”. Это называется “дразнить” выключатель. Электричество течет, но пользователь еще не чувствует щелчка. Это создает разрыв связи в мозгу пользователя - устройство отреагировало, но он не почувствовал подтверждения.
Оптимизация ширины зазора
Зазор между центральной площадкой и внешним кольцом должен быть сбалансирован. Он не должен быть настолько мал, чтобы возникал риск замыкания при сборке, но и не настолько велик, чтобы купол не попал в цель.
- Правило большого пальца: Центральная площадка обычно должна составлять около 40-50% от диаметра купола.
- Зазор обычно составляет от 0,5 до 0,8 мм в зависимости от размера купола.
Стратегии вентиляции для надежности круглых металлических куполов
Это тихий убийца. Поскольку круглый металлический купол имеет сплошной обод, он создает очень эффективное уплотнение на печатной плате. По сути, это присоска.
Когда вы нажимаете на кнопку, объем воздуха внутри купола уменьшается. Этот воздух должен куда-то деваться. Если печатная плата под ним твердая, воздух сжимается и давит на палец. Это увеличивает силу нажатия и уничтожает тактильный “щелчок”. Хуже того, когда вы отпускаете палец, вакуумный эффект может прижать купол вниз, что приведет к застреванию переключателя в положении “включено”.
Разработчики макетов должны предусмотреть вентиляционные каналы. Это неглубокие траншеи в паяльной маске или настоящие прорези в меди, соединяющие внутреннюю полость с внешним миром.
- Vias: Размещение небольшого отверстия (via) под куполом - самый простой способ выпустить воздух на заднюю сторону платы. Однако оно должно быть достаточно маленьким, чтобы в нем не застряла ямочка купола.
- Каналы на поверхности: Если вы не можете просверлить отверстие, вам нужен канал в распорном слое или щель в паяльной маске, которая выведет воздух в сторону.
Отделка поверхности имеет значение для круглого металлического купола
Текстура поверхности печатной платы - это то, что вы можете почувствовать через переключатель. Если вы используете дешевое покрытие типа HASL (Hot Air Solder Leveling), площадки будут неровными. Они неровные. Когда круглый металлический купол садится на комок припоя, он шатается. Он не сидит ровно.
Это качающееся движение вызывает две проблемы. Во-первых, из-за этого щелчок становится непоследовательным. Во-вторых, оно концентрирует напряжение в определенных точках обода купола, что приводит к преждевременному растрескиванию. Купол разрушается не потому, что он слабый; он разрушается потому, что сидит на неровном камне.
Рекомендуемые виды отделки:
- ENIG (Electroless Nickel Immersion Gold): Это золотой стандарт, в буквальном смысле слова. Он идеально ровный и устойчив к коррозии.
- Погружное серебро: Хорошая плоскостность и проводимость, хотя со временем оно может потускнеть, если не запечатать его как следует.
- Твердое золото: Исключительно прочное, но более дорогое, для высоконадежных применений.
Анализ распространенных неисправностей и способы их устранения на печатной плате
| Симптом | Вероятная причина разводки печатной платы | The Fix |
|---|---|---|
| Переключатель кажется “мертвым” (нет щелчка) | Отсутствие вентиляции (воздух задерживается). | Добавьте сквозное отверстие или воздушный канал. |
| Прерывистый контакт (мерцание) | Слишком маленькая центральная площадка или слишком толстая маска. | Увеличьте размер подкладки или уменьшите толщину маски. |
| Переключение “Дразнилки” (сигнал перед щелчком) | Центральная площадка слишком большая/высокая. | Уменьшите диаметр центральной прокладки. |
| Короткое замыкание (всегда включено) | Загрязнение паяльной пасты. | Уменьшите размер отверстия трафарета; держите припой подальше от зоны контакта. |
| Раннее растрескивание купола | Неровная поверхность (HASL) или мусор. | Переключитесь на отделку ENIG; обеспечьте чистоту сборки. |
Учет паяльной маски для круглой металлической купольной компоновки
Зеленый материал на плате (паяльная маска) имеет толщину. Обычно ее толщина составляет около 25 микрон, что кажется пустяком, но в мире микропереключателей это целая гора.
Если вы закроете паяльной маской дорожки между центральной площадкой и внешним кольцом, вы, по сути, создадите стену внутри переключателя. Когда круглый металлический купол попытается разрушиться, он может удариться об эту стену из паяльной маски, прежде чем попадет на центральную контактную площадку. Это предотвращает электрическое замыкание.
Управление загрязнением и мусором
Это не совсем “компоновка”, но компоновка влияет на нее. Если вы разместите площадки переключателей прямо рядом с компонентом, требующим большого количества паяльной пасты (например, большим экраном или разъемом), вы рискуете, что флюс и шарики припоя будут мигрировать под купол во время распайки.
Остатки флюса липкие. Если он попадает под купол, то действует как клей. Купол защелкивается и остается там. Или же остатки изолируют контакт, и переключатель перестает работать.
- Не допускайте появления зон: Создайте вокруг круглого металлического купола зону, куда не наносится паяльная паста.
- Чистота: Если рядом паяются другие детали, плату необходимо тщательно вымыть перед нанесением куполов.
Если вы хотите узнать больше о круглом металлическом куполе, пожалуйста, прочитайте Круглые металлические купола: Основные преимущества и распространенные виды использования.
Ресурс
- Гальваническая коррозия - Википедия: Понимание того, почему смешивание металлов (например, серебряные купола на оловянных накладках) может привести к долговременному выходу из строя.
- Демпфирование переключателей: Технический обзор того, что происходит с электрической точки зрения при замыкании выключателя, и почему стабильный контакт жизненно важен.
Добавьте текст заголовка сюда
Можно ли поместить via непосредственно в центральную площадку?
Можно, и это отлично подходит для вентиляции, но нужно быть осторожным. С обратной стороны отверстие должно быть “закрыто”, чтобы припой не просачивался. С верхней стороны отверстие должно быть небольшим (обычно < 0,3 мм), чтобы ямочка купола не попала в него, что повредит тактильным ощущениям.
Что лучше - цельное внешнее кольцо или сломанное?
Для круглого металлического купола обычно лучше всего подходит сплошное непрерывное кольцо, поскольку оно обеспечивает равномерную посадку обода купола. Однако некоторые дизайнеры используют форму “С” или ломаное кольцо, чтобы обеспечить возможность прокладки трассы. Только убедитесь, что зазор не настолько велик, чтобы купол наклонился в него.
Почему мой переключатель прыгает (двойной сигнал)?
Все механические переключатели подпрыгивают. Металл вибрирует при ударе. Однако если площадки печатной платы окислены или загрязнены, дребезг длится дольше. Хотя программное “дебаунсинг” устраняет эту проблему, чистая золотая разводка значительно минимизирует время физического дребезга.