Vodič za dizajn ploče PCB metalne kupole i rasporeda: otisci, lemljivost i električna provjera

Metalni kupolasti prekidači su jednostavni mehanički i zahtjevni električni. Kupola je disk od nehrđajućeg čelika koji škljocne kroz središte kada se postigne sila aktiviranja, zatvarajući krug između središnje podloge i prstenaste podloge na PCB-u. Taktilna kvaliteta i pouzdanost kontakta određeni su rasporedom PCB-a koliko i samom kupolom. Postavite ispravnu geometriju jastučića i prekidač će raditi prema podacima o sili i životnom vijeku u podatkovnoj tablici; pogriješite i ista kupola će se povući u otporu, istrošiti svoju oplatu ili povremeno otkazati mnogo prije naznačenog vijeka trajanja. Ovaj vodič prikuplja pravila izgleda koja su zapravo važna, na temelju proizvodnog iskustva u potrošačkim, industrijskim i automobilskim programima.

Geometrija podloge: Arhitektura dvije{0}}podloge

Standardni kupolasti kontakt koristi dvije pločice na tiskanoj ploči: središnju pločicu i prstenastu pločicu koja ga okružuje, odvojenu prazninom u bakru. Kada kupola škljocne, njen kontaktni prsten premošćuje prazninu i povezuje dva jastučića. Tri dimenzije definiraju geometriju, a svaka ima radni raspon:

• Promjer središnjeg jastuka:tipično 50-70% promjera kontaktnog prstena kupole. Ako je središnji jastučić prevelik, vanjski prsten kupole može ga izravno dodirnuti i trajno zatvoriti prekidač; ako je premalen, kupolasti kontakt možda neće pouzdano sjediti ili je površina jastučića za lemljenje/pokrivanje nedovoljna.
• Jastučić prstenastog prstena:širina vanjske jastučića obično je 0,4-0,8 mm bakra, dimenzionirana da nosi kontaktnu točku kupolastog prstena i usmjeravanje preko ili trag od prekidača. Prsten bi trebao biti kontinuiran oko središnjeg jastuka, a ne segmentiran, tako da kupola dodiruje istu električnu mrežu bez obzira na svoj rotacijski položaj.
• Razmak između jastučića:0,3-0,5 mm je radni raspon za većinu kupolastih veličina. Preširok razmak smanjuje kontaktnu površinu i povećava kontaktni otpor; preuzak razmak predstavlja opasnost od lemljenog mosta ili premosnog sloja preko jastučića, što dovodi do kratkog spoja prekidača.

Promjer kupole daje apsolutne brojke: kupola od 5 mm koristi središnju podlogu od otprilike 2,2-2,6 mm i prsten vanjskog promjera 3,6-4,2 mm; kupola od 12 mm proporcionalno se povećava. Ako ste u nedoumici, zatražite nacrt otiska kupole od dobavljača kupole za određenu veličinu kupole umjesto da ekstrapolirate iz druge veličine.

Površinska obrada: kontaktno sučelje

Kupolasti kontakt briše površinu jastučića sa svakim aktiviranjem, tako da završni sloj jastučića određuje trend kontaktnog otpora tijekom životnog vijeka. Praktični izbori, prema redoslijedu izvedbe za kupolaste aplikacije:

• ENIG (bezelektrično nikalno uronjeno zlato):standardni izbor za dome prekidače. Barijera od nikla zaustavlja migraciju bakra, a tanki zlatni sloj daje stabilnu kontaktnu površinu s niskim-otporom koja preživljava budžet za aktiviranje. Tipična ENIG debljina zlata 0,05-0,1 µm preko 3-6 µm nikla.
• Imerzijsko srebro:alternativa za tro-osjetljive ploče; srebrna površina je dobro kontaktno sučelje, ali tamni brže u vlažnim okruženjima, tako da odgovara zatvorenim ili suhim aplikacijama.
• HASL:ne preporučuje se za dome jastučiće. Površina lemljenja je neravna i kupolasti kontakt može visjeti na vrhovima, mijenjajući osjećaj sile aktiviranja i kontaktni otpor.
• OSP:upotrebljiv za niske-životne, niske-cijenovne primjene gdje se ploča lemi nakon postavljanja kupole, ali organski premaz ne štiti kontaktnu površinu na način na koji metalna završna obrada čini, a pomicanje otpora tijekom vijeka je veće.

Za automobilske i medicinske programe gdje su navedeni životni vijek i otpornost, ENIG je zadana postavka, a oplata se provjerava s prvim-člankom. Završna obrada jastučića također je u interakciji s oplatom kupole: pozlaćena-kupola na ENIG podlozi je najstabilnija kombinacija, dok je posrebrena-kupola na uronjenoj srebrnoj podlozi tro-optimizirani par za zapečaćene module.

Postavljanje i poravnanje otiska

Poravnanje između kupole i jastučića najčešći je uzrok pritužbi na rad prekidača. Kupola mora sjediti koncentrično sa setom jastučića; kupola pomaknuta čak i za 0,2 mm mijenja krivulju sile i može pomaknuti kontaktni prsten s prstenaste podloge. Tri pravila drže poravnanje pod kontrolom:

• Upotrijebite sloj otiska dobavljača kupole:postavite jastučiće prema preporuci dobavljača za točnu veličinu kupole, a ne prema generičkom simbolu prekidača. Koordinate jastučića u otisku mjere se do kontaktnog prstena kupole.
• Definirajte datum postavljanja kupole:za ručno-postavljeno ili polu-automatizirano postavljanje, PCB sito bi trebao označavati obris kupole ili središnji križ; za automatizirano postavljanje, program za odabir-i-postavljanje koristi isti fiducial koji locira podloge.
• Provjerite usklađenost u prvom članku:prva se ploča rentgenski ili vizualno pregledava kroz prozirnu kupolu (ili s uklonjenom kupolom) kako bi se potvrdilo da prsten kupole sjedi na prstenastom jastuku unutar tolerancije dobavljača, obično ±0,15 mm ili više za male kupole.

Za kupolaste nizove na nosaču, poravnanje je definirano alatom niza, a ne pojedinačnim položajem, a crtež niza navodi toleranciju položaja od-do-kupole kojoj mora odgovarati izgled PCB-a.

Lemljivost i redoslijed postavljanja

Kupola se gotovo nikad ne lemi u tradicionalnom smislu; drži ga prekrivač ili nosač, pri čemu PCB kontakt obavlja električni posao. Ali PCB i dalje prolazi reflow za svoje ostale komponente, a dome jastučići suočavaju se s dva-rizika povezana s lemljenjem. Prvi je upijanje lema na površinu podloge: ako se pasta za lemljenje proširi na prstenasti prsten ili središnju podlogu, kupola dolazi u kontakt s lemom, a ne s završnim slojem, što mijenja kontaktno sučelje i može stvoriti uzdignutu točku koja mijenja silu aktiviranja. Pravilo je da se pasta za lemljenje ne nalazi na kontaktnom području kupole: maskirajte jastučiće ili upotrijebite korak za lijepljenje koji ispisuje pastu samo na ne-zemljištima kupole. Drugi je ostatak fluksa: fluks reflow koji ostaje na jastučićima stvara film koji povećava kontaktni otpor. Korak čišćenja ili fluks bez-čišćenja odabran za niske ostatke naveden je kada se kupola postavlja prije konačnog sklapanja.

Redoslijed postavljanja također je važan. Kada se kupola postavi prije nego što ploča prođe kroz drugi ciklus zagrijavanja (na primjer, reflow konektora), kupola mora tolerirati tu temperaturu bez deformiranja. Većina kupola od nehrđajućeg čelika tolerira jedno dodatno reflow; dobavljačevu ocjenu temperature kupole treba provjeriti kada ploča ima više stupnjeva grijanja.

Električna provjera i testne ploče

Svaki položaj dome prekidača trebao bi se moći električki provjeriti u fazi testiranja ploče, a raspored odlučuje je li to lako ili bolno. Dva pravila dizajna testa:

• Usmjerite prsten i središnje jastučiće do ispitne točke:svaki položaj prekidača dovodi svoje dvije mreže do točke sonde ili testne podloge-od-čavlića, tako da test-sonde koja leti može mjeriti otpor zatvorenog-prekidača s kupolom na mjestu.
• Dopusti test kontinuiteta-uklonjene kupole: 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 na 5V.

Ciljani otpor-zatvorenog kontakta za kupolasti prekidač obično je ispod 100 mΩ pri nazivnoj struji (često 10 mA pri 5 V), a doprinos rasporeda je završna obrada jastučića i otpor traga. Dugi, tanki trag prekidača dodaje otpor; za programe visoke -struje ili dugog{6}}života, prstenaste i središnje mreže usmjeravaju se u širim tragovima ili se dupliciraju kako bi se smanjio otpor serije.

ESD i zaštita izgleda

Kupolasti prekidači nalaze se na površinama-okrenutim prema korisniku, što znači da vide elektrostatičko pražnjenje. Raspored štiti sklopku i nizvodni krug sa standardnim alatom: serijski otpornik i TVS na tragu koji napušta sklopku, zaštitni prsten ili ravninu uzemljenja u blizini kupolastog područja i dovoljan razmak između kupolastih jastučića i susjednih visoko-naponskih mreža. Za kapacitivne-popratne zone dodira na istoj ploči, tragovi kupolastog prekidača drže se podalje od područja kapacitivnog senzora tako da senzor dodira ne hvata signal prekidača.

Sama kupola je u nekim konfiguracijama uzemljeni metalni dio; gdje je kupola pod električnim naponom (spojena na prstenastu mrežu), raspored mora držati područje kupole dalje od izloženih rubova i usmjeravati mrežu prekidača s istom ESD zaštitom kao i bilo koji korisnik-dostupan ulaz.

Odabir veličine kupole i nagiba za rasporede nizova

Za kupolaste nizove i ploče s više-sklopkama, pitanje rasporeda proteže se od jednog skupa podloga do visine i izolacije između sklopki. Minimalni razmak između dva položaja kupole postavljen je promjerom kupole plus produžetkom prstenaste podloge plus razmakom za usmjeravanje tragova između podloga: kupola od 5 mm obično treba 7-8 mm središnji-do-centralni razmak s jedno-slojnim usmjeravanjem, čvršće s mikro{-via ili dvoslojnim savijanjem. Kada je niz postavljen kao jedna kupolasta ploča, nagib je fiksiran pomoću alata kupolaste ploče, a izgled PCB-a mora točno odgovarati položajima podloge ploče, tako da se crtež ploče i raspored ploče objavljuju zajedno.

Izolacija između susjednih prekidača je druga točka rizika: prstenasti jastučići susjednih kupola su blizu jedan drugome na malom koraku, a most za lemljenje ili pločasti most između dvije prstenaste mreže kratko spaja prekidače. Raspored održava jasan izolacijski razmak između dva prstenasta jastučića i usmjerava dvije mreže odvojeno na sloj ispod, a otvoreni-test otpornosti u fazi ploče potvrđuje izolaciju. Za nizove koji nose kupole i tragove na istom nosaču, raspored tragova ispod područja kupole je udaljen od kontaktnog prstena tako da uskočenje kupole-ne može pogoditi trag i spojiti ga na neželjenu mrežu.

Provjera krivulje sile na razini ploče

Električni raspored je samo polovica performansi kupolastog prekidača; taktilnu silu određuju kupola i prekrivač, a daska doprinosi ravnosti podloge i osloncu ispod kupole. Dvije pojedinosti na-razini ploče utječu na mjerenje sile. Prvi je visina jastučića: debela maska ​​za lemljenje ili uzdignuta izbočina ispod kupole mijenja hod i percipiranu silu. Maska se uklanja ili stanji ispod područja kupole gdje to traži otisak dobavljača, a otvor maske za lemljenje privlači se sloju maske otiska, a ne ostavlja se kao zadani. Drugi je oslonac ispod kupole: na tankoj dasci ili savitljivoj ploči, područje kupole treba potpornu podlogu ili ukrućenje iza sebe, tako da energija pokretanja ide u škljocanje kupole, a ne na savijanje daske. Krivulja sile se provjerava pomoću mjerača sile na ispunjenoj ploči sa stvarnim slojem, a izmjerena krivulja se uspoređuje s krivuljom podatkovne tablice kupole prije nego što se dizajn pusti u proizvodnju.

Ove dvije provjere - ravnost jastučića i krutost potpore - hvataju većinu pritužbi na "kupolu se čini krivo" koje prežive električni ispravan raspored.

Kontrolni popis izgleda prije izdavanja

Sljedeći popis za provjeru hvata većinu nedostataka rasporeda kupolastih prekidača prije nego što se ploča pusti u proizvodnju:

• Središnji jastučić i prstenasti jastučić odgovaraju otisku dobavljača za točnu veličinu kupole.
• Razmak između jastučića unutar 0,3-0,5 mm, bez otvora za lemljenje ili oplatu koji bi mogli premostiti.
• Završna obrada jastučića je ENIG (ili navedena završna obrada kontakta); pasta za lemljenje isključena iz kontaktnog područja kupole.
• Označeni su podaci o postavljanju kupole i tolerancija poravnanja navedena na crtežu.
• Obje mreže prekidača usmjerene su na ispitnu točku s definiranom specifikacijom otpora otvoreno/zatvoreno.
• Komponente za zaštitu od ESD-a smještene su na mreži prekidača, a tragovi prekidača udaljeni od kapacitivnih područja.
• Temperatura kupole provjerena je u odnosu na sve toplinske cikluse ploče.

Shanyo (brand Shanyo, Qingdao Shanyuan Precision Electronics) isporučuje metalne kupole,kupolasti prekidačkomponente inizovi kupolastih listovas crtežima otiska i podrškom za izgled za svaku veličinu kupole, a inženjerski tim pregledava izglede kupaca na zahtjev. Za nove programe, crtež otiska i preporuka završne obrade jastučića uključeni su u ponudu kupole, tako da izgled PCB-a i komponenta stignu usklađeni prvi put.