Посібник з проектування панелі та макета друкованої плати з металевим куполом: сліди, паяність та електрична перевірка

Металеві купольні вимикачі прості в механічному відношенні і вимогливі в електричному. Купол — це диск із нержавіючої сталі, який замикається через центр, коли досягається зусилля приведення в дію, замикаючи ланцюг між центральною накладкою та кільцевою накладкою на друкованій платі. Тактильна якість і надійність контакту визначаються як компонуванням друкованої плати, так і самим куполом. Виберіть правильну геометрію колодки, і перемикач працюватиме відповідно до даних про силу та ресурс, указаних у таблиці даних; помилившись, той самий купол буде дрейфувати під впливом опору, зношуватиме покриття або періодично виходити з ладу задовго до закінчення номінального терміну служби. У цьому посібнику зібрані правила компонування, які дійсно важливі, на основі виробничого досвіду в споживчих, промислових і автомобільних програмах.

Геометрія панелі: архітектура з двома{0}}панелями

Стандартний купольний контакт використовує дві площадки на друкованій платі: центральну площадку та кільцеву площадку, яка оточує її, розділені проміжком у міді. Коли купол замикається, його контактне кільце перекриває зазор і з’єднує дві колодки. Три виміри визначають геометрію, і кожен з них має робочий діапазон:

• Діаметр центральної колодки:зазвичай 50-70% діаметра контактного кільця купола. Якщо центральна панель занадто велика, зовнішнє кільце купола може безпосередньо торкнутися її та замкнути перемикач назавжди; якщо він замалий, куполоподібний контакт може не надійно закріпитися або площа площадки для припою/покриття буде недостатньою.
• Кільцева кільцева накладка:ширина зовнішньої прокладки зазвичай становить 0,4-0,8 мм міді, розмір якої відповідає точці контакту купольного кільця та маршруту через або відведення від комутатора. Кільце має бути безперервним навколо центральної панелі, а не сегментованим, щоб купол контактував з тією самою електричною сіткою незалежно від положення обертання.
• Зазор між колодками:0,3-0,5 мм є робочим діапазоном для більшості розмірів купола. Занадто великий зазор зменшує площу контакту та підвищує контактний опір; Занадто вузький зазор створює ризик утворення містка пайки або перемички покриття на контактних площадках, що замкне перемикач.

Діаметр купола визначає абсолютні цифри: для купола 5 мм використовується центральна накладка приблизно 2,2-2,6 мм і кільце із зовнішнім діаметром 3,6-4,2 мм; купол 12 мм масштабується пропорційно. Якщо ви сумніваєтеся, вимагайте від постачальника купола креслення конкретного розміру купола, а не екстраполюйте інший розмір.

Оздоблення поверхні: контактний інтерфейс

Куполоподібний контакт стирає поверхню накладки під час кожного натискання, тому покриття накладки визначає тенденцію контактного опору протягом усього терміну експлуатації. Практичні варіанти в порядку продуктивності для купольних застосувань:

• ENIG (безелектричне нікелеве іммерсійне золото):стандартний вибір для купольних перемикачів. Нікелевий бар’єр зупиняє міграцію міді, а тонкий шар золота створює стабільну контактну поверхню з низьким-опором, яка витримує бюджет активації. Типова товщина золота ENIG 0,05-0,1 мкм над нікелем 3-6 мкм.
• Імерсійне срібло:альтернатива платам-недорогих; срібляста поверхня добре контактує, але тьмяніє швидше у вологому середовищі, тому вона підходить для герметичних або сухих застосувань.
• HASL:не рекомендується для купольних колодок. Поверхня припою нерівна, і купольний контакт може зависати на вершинах, змінюючи відчуття сили приведення в дію та опір контакту.
• OSP:придатний для використання з низьким-терміном служби та недорогими-застосуваннями, де плату припаюють після розміщення купола, але органічне покриття не захищає контактну поверхню так, як це робить металеве покриття, і дрейф опору протягом терміну служби є вищим.

Для автомобільних і медичних програм, де вказано термін служби та стійкість, стандартом за умовчанням є ENIG, а покриття перевіряється за першою-статтею. Оздоблення колодки також взаємодіє з покриттям купола: позолочений-купол на панелі ENIG є найстабільнішою комбінацією, тоді як посріблений-купол на занурювальній срібній прокладці є-оптимізованою парою для герметичних модулів.

Розміщення та вирівнювання сліду

Вирівнювання між куполом і колодками є єдиною найпоширенішою основною причиною скарг на роботу комутатора. Купол повинен сидіти концентрично з комплектом колодок; купол, зміщений навіть на 0,2 мм, змінює криву зусилля і може зрушити контактне кільце з кільцевої накладки. Три правила тримають вирівнювання під контролем:

• Використовуйте шар сліду постачальника купола:розмістіть колодки відповідно до рекомендованих постачальником розмірів купола, а не відповідно до загального символу перемикача. Координати площадки у відбитку вимірюються до контактного кільця купола.
• Визначте базу розташування купола:для ручного-розміщення або напіва-автоматичного розміщення шовкографія друкованої плати має позначати контур купола або центральний хрест; для автоматичного розміщення програма pick{2}}and-place використовує той самий довідник, який визначає місцезнаходження майданчиків.
• Перевірте вирівнювання в першій статті:перша плата проходить рентгенографію або візуально перевіряється через прозорий купол (або зі знятим куполом), щоб підтвердити, що кільце купола розташовано на кільцевій прокладці в межах допуску постачальника, зазвичай ±0,15 мм або більше для малих куполів.

Для масивів куполів на носії вирівнювання визначається інструментами масиву, а не окремим розміщенням, а креслення масиву визначає допуск-до-положення купола, якому має відповідати компонування друкованої плати.

Паяемость і порядок розміщення

Купол майже ніколи не спаюється в традиційному розумінні; він утримується накладкою або носієм, а контакт друкованої плати виконує електричну роботу. Але друкована плата все ще проходить оплавлення для інших компонентів, а куполоподібні колодки стикаються з двома ризиками,-пов’язаними з припоєм. По-перше, припій потрапляє на поверхню контактної площадки: якщо паяльна паста поширюється на кільцеве кільце або центральну площадку, купол контактує з припоєм, а не з поверхнею, що змінює поверхню контакту та може створити підняту точку, яка змінює силу приведення в дію. Правило полягає в тому, щоб паяльна паста не потрапляла в зону контакту купола: маскуйте контактні площадки або використовуйте крок вставки, який друкує пасту лише на не-купольних землях. По-друге, це залишки флюсу: флюс оплавлення, що залишився на колодках, створює плівку, яка підвищує контактний опір. Етап очищення або не-чистий флюс, вибраний для низького залишку, вказується, коли купол розміщується перед остаточним складанням.

Порядок розміщення також має значення. Коли купол розміщується перед тим, як плата проходить другий цикл нагрівання (наприклад, оплавлення з’єднувача), купол повинен витримувати цю температуру без деформації. Більшість куполів з нержавіючої сталі витримують одну додаткову оплавлення; Якщо плата має кілька ступенів нагрівання, необхідно перевірити температуру купола постачальника.

Перевірка електромережі та тестові панелі

Кожне положення купольного перемикача має піддаватися електричній перевірці на етапі тестування плати, а компонування вирішує, легко це чи болісно. Два правила розробки тестів:

• Проведіть кільцеву та центральну колодки до контрольної точки:кожне положення перемикача отримує дві сітки, які підводяться до точки зонда або тестової площадки-з-цвяхів, тому тест-зонда, що літає, може вимірювати опір замкнутого-перемикача з куполом на місці.
• Дозволити тест безперервності-купола: 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 >1 МОм при 5 В.

Цільовий опір-замкнутого контакту для купольного вимикача зазвичай становить менше 100 мОм при номінальному струмі (часто 10 мА при 5 В), а внесок компонування полягає в обробці колодки та опорі траси. Довга тонка лінія до перемикача додає опору; для програм із високим-струмом або тривалим-життям кільцеві та центральні сітки прокладаються ширшими трасами або дублюються, щоб зменшити послідовний опір.

ESD і захист макета

Купольні перемикачі розташовані на поверхнях, які дивляться-на користувача, що означає, що вони бачать електростатичний розряд. Компонування захищає перемикач і низхідну схему за допомогою стандартного набору інструментів: послідовний резистор і TVS на трасі, що виходить з перемикача, захисне кільце або заземлююча площина поблизу області купола та достатній відстань між купольними контактними майданчиками та сусідніми мережами високої-напруги. Для ємнісних-супутніх зон дотику на тій самій панелі сліди купольного перемикача зберігаються подалі від зони ємнісного сприйняття, тому датчик дотику не вловлює сигнал перемикача.

Сам купол у деяких конфігураціях є заземленою металевою частиною; якщо купол перебуває під електричним струмом (з’єднаний з кільцевою мережею), планування має тримати зону купола подалі від відкритих країв і прокладати мережу комутатора з таким самим захистом від електростатичного розряду, як і будь-який-доступний для користувача вхід.

Вибір розміру купола та кроку для макетів масиву

Для купольних масивів і багато-плат комутаторів питання про компонування поширюється від набору однієї панелі до кроку та ізоляції між комутаторами. Мінімальний крок між двома положеннями купола встановлюється діаметром купола плюс подовжувачем кільцевої накладки плюс проміжок для трасування між накладками: 5-міліметровий купол зазвичай потребує 7-8 мм-до-центрового кроку з одношаровою-прокладкою, щільніше з мікро{-прохідним або двошаровим гнучким. Коли масив розміщується як єдиний лист купола, крок фіксується за допомогою інструментів листа купола, а компонування друкованої плати має точно відповідати позиціям панелі листа, тому креслення листа та макет плати випускаються разом.

Ізоляція між сусідніми комутаторами є другою точкою ризику: кільцеві майданчики сусідніх куполів розташовані близько одна до одної з невеликим кроком, а перемикач із пайки або покриття між двома кільцевими мережами замикає комутатори. Схема зберігає чіткий ізоляційний проміжок між двома кільцевими накладками та розводить дві сітки на шарі нижче, а тест на відкритий-опір на етапі плати перевіряє ізоляцію. Для масивів, які несуть і куполи, і траси на одному носії, розташування траси під зоною купола зберігається подалі від контактного кільця, тому замикання купола-не може потрапити на трасу та замикатися на ненавмисну ​​сітку.

Перевірка кривої сили на рівні дошки

Електрична схема становить лише половину продуктивності купольного перемикача; тактильна сила задається куполом і накладкою, а дошка сприяє рівності підкладки та опорі під куполом. Дві деталі-рівня дошки впливають на вимірювання сили. По-перше, це висота майданчика: товста паяльна маска або рельєфний виступ під куполом змінює хід і сприйману силу. Маску видаляють або стоншують під зоною купола, де це вимагає відбиток постачальника, а отвір маски припою малюється до шару маски відбитка, а не залишається за замовчуванням. По-друге, це опора під куполом: на тонкій дошці або гнучкій дошці купольна зона потребує опорної підкладки або ребра жорсткості за нею, тому енергія приведення в дію йде на замикання купола, а не на згинання дошки. Крива сили перевіряється за допомогою вимірювача сили на заповненій платі з фактичним накладенням, а виміряна крива порівнюється з кривою в таблиці даних купола перед випуском конструкції у виробництво.

Ці дві перевірки - площинність накладки та опорна жорсткість - виявляють більшість скарг на те, що купол виглядає неправильно, якщо електрично правильна компоновка.

Контрольний список макета перед випуском

Наступний контрольний список виявляє більшість дефектів компонування купольного перемикача до того, як плата буде випущена на виготовлення:

• Центральна прокладка та кільцева прокладка відповідають площі постачальника для точного розміру купола.
• Зазор між контактними площадками в межах 0,3-0,5 мм, без отворів для припою чи покриття, які могли б перекритися.
• Покриття колодки ENIG (або вказане покриття контакту); паяльна паста виключена з контактної зони купола.
• На кресленні позначено базову точку розташування купола та допуск вирівнювання.
• Обидві комутаційні мережі спрямовані до контрольної точки з визначеною специфікацією опору відкрито/закрито.
• Компоненти захисту від електростатичних розрядів розміщені на мережах комутаторів, а траси комутатора не мають ємнісних областей.
• Номінальна температура купола перевірена на основі всіх циклів нагрівання плати.

Shanyo (бренд Shanyo, Qingdao Shanyuan Precision Electronics) постачає металеві куполи,купольний перемикачкомпоненти імасиви листів куполаіз кресленнями площі та підтримкою макета для кожного розміру купола, а команда інженерів переглядає макети замовника за запитом. Для нових програм креслення посадочної поверхні та рекомендації щодо оздоблення колодок включені в цінову пропозицію купола, тому макет друкованої плати та компонент надходять узгодженими з першого разу.