矽橡胶按键(Rubber-Key)设计.doc

矽橡膠按鍵(Rubber Key)設計&確認參考

一. 矽橡膠按鍵概述
1. Rubber Key按鍵基本結構

塑膠面Plastic Cap

鍵面Key Top (鐳射雕刻、滴膠、噴/Laser Etching、Potting、Coating)

可選擇顏色按鍵 Optional Color Insertion Key

斜壁Wall

導電部份(接触) Conductive Part (Contact)

氣坑Air Path

2. 矽橡膠按鍵按力----行程曲線圖

按力 Force
FP
峰值控力(Fmax)
Peak Force (Fmax)

FC
接触點按力
Contact Force
按力 Force
FR
最小回彈力(Fmin)
Min. Return Force(Fmin)
(gram)
FM
最大回彈力
Max. Return Force

FD
落差力(FD = FP – FC)
Drop Force (FD = FP – FC)

FG
損耗力(FG = FP – FM)
Gap Force (FG = FP – FM)

行程 Stroke
S1
峰值行程
Peak Stroke

S2
接触點行程
Contact Stroke

位置 Location
O
起始點
Original Point
行程
P
峰值點
Peak Point
Stroke
C
接触點
Contact Point
(mm)
R
回彈點
Return Point

M
最高回彈力點
Max. Return Point

位移
Travel
O-P
預載位移
Pre-load Travel

P-C
至接触點位移
Travel To Contact

C-S
壓縮段位移
Post Travel

S-R-M-O
回彈位移
Return Travel

3. 不同結構矽橡按鍵特征性能及用途

Rubber Key 類型
圖示
行程、壓力曲線
Rubber Key 特性
Flat Cone Type

Force Range 按力範圍
0 ~ 350grams
Stroke Range行程範圍
0.5 ~ 3.0mm
Cycle Life壽命 (×103)
500 ~ 2,000
Typical Uses主要用途
Telephone, Remote Control, Automotive, Radio, Toys, Calculator,....etc.
電話、搖控器、收音機、玩具、計算器等。
Top Cylindrical Type

Force Range 按力範圍
0 ~ 250grams
Stroke Range行程範圍
0.7 ~ 1.5mm
Cycle Life壽命 (×103)
500 ~ 2,000
Typical Uses主要用途
Telephone, Remote Control,
Toys, Games, Calculator,.... etc.
電話、搖控器、玩具、遊戲機、計算器等。
Flat Dome Type

Force Range 按力範圍
30 ~ 150grams
Stroke Range行程範圍
0.5 ~ 3.0mm
Cycle Life壽命 (×103)
1,000 ~ 3,000
Typical Uses主要用途
Telephone, Remote Control, Toys, Measuring Instruments, Office Machine.
電話、搖控器、微型測量儀、辦公室設備。
Double Cone

Force Range 按力範圍
30 ~ 80grams
Stroke Range行程範圍
2.0 ~ 4.0mm
Cycle Life壽命 (×103)
5,000 ~ 20,000
Typical Uses主要用途

Computer, Typewriter,.... etc
電腦, 打字機等。

Ring Dome

Force Range 按力範圍
30 ~ 200grams
Stroke Range行程範圍
1.0 ~ 2.5mm
Cycle Life壽命 (×103)
500 ~ 3,000
Typical Uses主要用途
Telephone, Typewriter, Test Instruments, ... etc.
電話、打字機。試驗儀器等。
Ring Dome Top

Force Range 按力範圍
20 ~ 80grams
Stroke Range行程範圍
0.2 ~ 1.0mm
Cycle Life壽命 (×103)
500 ~ 10,000
Typical Uses主要用途
Remote Control, Calculator, Typewriter, Computer,...etc.
搖控器、計算器、打字機、電腦等。

二. 矽橡膠按鍵結構設計
1. Rubber Key設計的功能要求
Œ. 按動按鍵時能達到設定的功能;
. 撤除外力后, 按鍵能自動、完全复位;
Ž. 按鍵在按動和复位過程中有良好的手感, 無阻、滯、澀的感覺;
. 保証按下按鍵邊緣位置時亦有作用。
2. Rubber Key結構設計要點
Œ. 圖示

1. 外圓每半徑為1.0至1.5mm.
2. 最小半徑為0.3mm.
3. 最小內圓角半徑為0.2mm.
4. 定位孔至斜壁邊緣線不小於1.0mm.
5. 最小定位孔徑為1.0mm
6. 斜壁底間距比a大2.0mm.
7. 鍵面圓角半徑不小於0.25mm.
8. 鍵面頂邊圓角半徑不小於0.2mm.
1. Typical outside radius is 1.0 to 1.5mm.
2. Minimum radius is 0.3mm.
3. Minimum inside radius is 0.2mm.
4. Spacing between the edges of a rubber dome and a guide hole is 1.0mm or more.
5. Guide holes are a min. 1.0mm in diameter.
6. The width of a rubber dome base is typically 2.0mm more than a.
7. The minimum radius for the side edges of key top is 0.25mm.
8. The minimum radius for the top edges of key top is 0.2mm.

. 技術要求 (in drawing sheet供參考,任選)
a. Actuation force: 130±35 grams
b. Tactile feedback required.
c. Expected life cycle: 1 × 105 minimum
d. Silicone rubber hardness: 50 ~ 60°.
e. Contact resistance less than 200 ohms
f. Stroke = 1.0 (or1.5) mm.
g. Thickness of carbon pill = 1.0mm.
h. Contact bounce less than 12m seconds.
i. Pad color: optional.
j. Graphic printing: optional.

3. Rubber Key與塑膠殼配合
Œ. 一般設計規則

A & B : dimensions of plastic塑膠殼鍵孔的尺寸
a & b : dimensions rubber矽橡膠鍵鈕的尺寸
合理比例為A – a ≧ 0.3mm, B – b > 0.2mm (具體取值見下表)

R : the corner radius of plastic塑膠鍵孔圓角的半徑
r : the corner radius of rubber矽橡膠鍵鈕圓角的半徑
1mm ≦ R ≦ 1.25mm, 0.75mm ≦ r ≦ 1mm is better
合理比例為1mm ≦ R ≦ 1.25mm, 0.75mm ≦ r ≦ 1mm

H : the dimension of key tops & plastic鍵鈕露出膠殼的高度
S : the stroke of key pad鍵鈕的行程
合理比例為H – S ≧ 0.5mm

D-d = 1.5 ~ 2.0mm is preferred
合理比例為D-d = 1.5 ~ 2.0mm

P : diameter of post 小柱直徑
t : the gap between post & conductive pill 小柱興導電粒頂部之間的的距離.
P: 1.0mm is preferred 標准尺寸1.0mm.
t = 0.1 ~ 0.15mm is preferred 標准尺寸t=0.1 ~ 0.15mm

Fc : click force 接触點動
Fc= F1 - F2 >25g is preferred 標准數据 Fc=F1 - F2 >25g

間隙值推荐選擇表
按鍵外形、尺寸、行程大小是影響按鍵設計間隙值大小的主要因素, 一般情況下, 外形簡單, 尺寸、行程小, 配合間隙取值就小, 反之則大。Rubber Key與塑膠殼配合間隙值見下表:
Rubber Key與塑膠殼配合間隙推荐值表(全部為單邊間隙)
a. Rubber 行程為1.0mm
尺寸 分類
1 ~ 10
10 ~ 20
20 ~ 30
30 ~ 40
40 ~ 50
50 ~

0.10
0.10
0.12
0.15
0.30
-----

0.10
0.12
0.15
-----
-----
-----

0.10
0.12
0.15
0.18
0.20
-----
多邊形
-----
-----
0.18
0.30
0.35
-----
異形
-----
0.15
0.20
-----
-----
-----

b. Rubber 行程為1.5mm
尺寸 分類
0 ~ 10
10 ~ 20
20 ~ 30
30 ~ 40
40 ~ 50
50 ~

0.10
0.12
0.14
0.16
-----
-----

0.12
0.14
0.16
-----
-----
-----

0.12
0.14
0.16
----
-----
-----
多邊形
-----
-----
0.20
0.30
-----
-----
異形
-----
0.16
0.20
-----
-----
-----

c. Rubber 行程為2.0mm
尺寸 分類
0 ~ 10
10 ~ 20
20 ~ 30
30 ~ 40
40 ~ 50
50 ~

0.10
0.12
0.14
0.16
-----
-----

0.12
0.16
0.18
-----
-----
-----

0.12
0.16
0.18
----
-----
-----
多邊形
-----
-----
0.25
0.35
-----
-----
異形
-----
0.18
0.22
-----
-----
-----

Ž. 一般尺寸公差
Length(mm)
< 10
20
30
40
50
> 50
Tolerance
(mm)
± 0.1
± 0.15
± 0.2
± 0.25
± 0.3
0.6 %

. 彈力範圍的一般精度
Force (g)
50
70
90
100
120
150
170
200 ~ 250
Tolerance
(g)
± 15 ~ 20
± 20 ~ 25
± 20 ~ 30
± 25 ~ 35
± 25 ~ 35
± 30 ~ 40
± 35 ~ 40
± 50

三. Rubber與PCB的裝配方式
1. Rubber Key的裝配方式
示 意 圖
說 明

a. 采用拉腳固定
b. 拉腳與PCB之間采用過盈配合
c. 一般過盈最量取0.3mm
d. 拉腳過盈部分高度取2.0mm
e. Rubber Key與面殼配合間隙一般取單邊0.2 ~0.3mm

a. 采用柱仔定位,用PCB將Rubber key壓在膠殼上
b. Rubber key上定位孔ΦA≧2mm
c. 與柱仔間采用間隙配合, △一般取0.5mm;
d. PCB相應位置沖孔與定位柱仔間也采用間隙配合, △≧0.15mm.

4. Rubber + Key Top (Button) 裝配方式
Œ. 多粒Rubber的裝配方式

a. Rubber與PCB采用拉腳固定或柱仔定位;

b. Key Top的十字形骨壓在Rubber上, 預壓量0.2mm.

. 單粒Rubber裝配方式

a. Rubber上開十字型槽, Key Top上做十字型骨;
b. Rubber與Key Top配合稍帶過盈, 配裝配后不致晃動;
c. Rubber預壓量 0.2mm。

a. 左圖為單粒小Rubber與Key Top的配合方式;
b. Key Top的Boss上有一小孔;
c. Rubber頂端小圓柱與Key Top為過盈配合, 過溫量: 0.1mm, 保証小粒Rubber 不晃動;
d. Rubber預壓量: 0.2mm;
e. Rubber與PCB采用拉腳固定。

三. Rubber Key的選用
1. Rubber Key在選用時應考慮以下三點
Œ. Rubber Key行程
. 回彈力
Ž. 預壓量(Rubber受壓部位的高度須大于按鍵與PCB之間的距离, 以使按鍵常態時不致晃動, 預壓量一般取0.2mm)。
下表為一般選用實例:

應用例子Applications
行程Stroke(mm)
按力Actuation Force(g)
耐用力Durability(×103 cycles)
計算器
Calculators
0.2-3.5
30-80
300-1,000
音響設備
Audio Equipment
0.3-1.5
60-150
100-500
汽車音響
Car Radios & Stereos
0.3-1.0
60-200
100-500
電視及錄影機
TV & VTR
0.1-1.5
30-100
300-1,000
通話器
Transmitters
03.-1.5
80-150
300-1,000
按鈕電話
Push-button Telephones
1.2-3.5
70-200
1,000-3,000
電子遊戲
Electronic Games
0.2-1.5
30-150
500-1,000
音樂器材
Musical Instruments
0.7-3.5
30-70
1,000
電腦鍵盤
Computer Terminals
2.0-4.0
40-90
5,000-10,000
電動打字機
Electric Typewriters
3.0-4.0
40-70
5,000-10,000
印字機
Printer
1.0-3.5
30-80
500-1,000
測量儀器
Instrument Measuring
0.3-1.5
30-100
100-300
搖控器
Remote Control
0.3-1.5
50-150
300
影印/傳真機
Copy / Fax Machine
0.2-1.5
30-150
100

五. Rubber Key附屬設計部分
1. 導電粒一般設計規格

項目Items
導電粒的標准尺寸Standard Sizes
圓形Circle
Φ2、Φ2.5、Φ3、Φ3.5、Φ4、Φ4.5、Φ5、Φ5.5、Φ6、Φ7、Φ8
方形Square
適宜做絲印導電油墨,尺寸不限制
橢圓形Ellipse
Conductive ink printings contact is recomended, size is flexible
導電粒電阻值
施加100g力之下,小于150Ω
壽命
30,000,000
印刷型電阻值
施加300g力之下,小于800Ω
壽命
1 × 106
Conductive Pill Resistance
Less than 150 ohms with 100 grams loading
Load
30 million
Print Type Resistance
Less than 800 ohms with 300 grams loading

2. 絲網印刷一般概念
鍵鈕表面字體或圖形絲印Button Graphics
鍵鈕表面全色絲印Full Surface Printing

A

中心點公差為±0.3mm(Graphics Offset center±0.3mm)
耐磨損能力: 能扺受RCA絲印壽命測試儀按照IU4001 PORA 5.3.1 e之2018664規格摩擦15次
Abrasion Resistance: All must pass 15 cycles minimum wear on RCA Abrader, 2018664 per IU4001 PORA 5.3.1e

六. Rubber Key性能及測試
1. 矽橡膠機械及電器性能

非導電硅Non-Conductive Silicone
導電硅Conductive Silicone
使用溫度
Temperature For Use
- 50℃ ------ + 250℃
- 50℃ ------ + 250℃
單位比重
Specific Gravity
1.16
1.18
拉力強度
Tensile Strength
80 Kg /cm2
50 Kg /cm2
撕裂強度
Tear Strength
20 Kg / cm
12 Kg / cm
壓縮率
Compression Set
60% (180℃ × 22hrs.)
28% (150℃ × 22hrs.)
破壞伸度
Elongation At Break
310%
220%
電阻率
Specific Resistively
1 × 1015 Ω .cm
4 Ω .cm
接触電阻
Contact Resistance
-----
< 100 Ω
接触電流量(DC)
Contact Rating (DC)
-----
12V – 30 mA
接触起彈時間
Contact Bounce
-----
< 20 msec.
諧震時間
Chattering
-----
< 5 msec.
絕緣度
Insulation Breakdown
26k V / mm
----
介質常數
Dielectric Constant
4.2 (50 Hz)
----
介質正切
Dielectric Tangent
13% (50 Hz)
----
顏色
Color
可選加顏色 Coloring Possible
黑色Black

2. 矽橡膠按鍵壽命測試
橡膠按鍵之壽命測試 (Life test for rubber key)
初期曲線
Initial Stage
經3,000,000次后的曲線
3,000,000 cycles

壽命測試方法是用15mA DC以每秒三次的速度將鍵鈕按下接触線路板
The durability test was conducted by operating a key at a rate of 3 times/sec with a current of 15mA DC applied on the Cu-Au plate PC board.

七 DA 設計評審內容
1.從結構上檢查其對應的性能,用途是否與設計要求一致.
2. (1)定位孔至斜壁邊緣線距離不小于1.0mm;
(2)定位孔不小于1mm;
(3)鍵面圓角半徑不小于0.25mm.
3. (1)塑膠殼與Rubber Key的間際需滿足表中規定.
(2)H-S ≧0.5mm
4. (1)與PCB的裝配方式;
(2)Rubber預壓量(一般為0.2mm)
5.Rubber Key表面絲印測試參考QAD-TEI-011.
6. Rubber Key壽命測試, 能達到相應的壽命要求.

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