Ръководство за проектиране на подложка и оформление на метална куполна печатна платка: отпечатъци, спояване и електрическа проверка

Металните куполни превключватели са прости механично и взискателни електрически. Куполът е диск от неръждаема стомана, който щраква през центъра, когато се достигне силата на задействане, затваряйки веригата между централната подложка и пръстеновидната подложка на печатната платка. Тактилното качество и надеждността на контакта се определят както от оформлението на печатната платка, така и от самия купол. Вземете правилната геометрия на подложката и превключвателят работи според данните за силата и живота в листа с данни; объркайте го и същият купол ще се отклони в съпротивление, ще износи покритието си или ще се повреди периодично много преди номиналния живот. Това ръководство събира правилата за оформление, които действително имат значение, въз основа на производствения опит в потребителските, индустриалните и автомобилните програми.

Геометрия на подложката: Архитектурата на две{0}}падложки

Стандартният куполообразен контакт използва две подложки на PCB: централна подложка и пръстеновидна пръстеновидна подложка, която го заобикаля, разделени от празнина в медта. Когато куполът щракне, неговият контактен пръстен преодолява празнината и свързва двете подложки. Три измерения определят геометрията и всяко от тях има работен диапазон:

• Диаметър на централната подложка:обикновено 50-70% от диаметъра на контактния пръстен на купола. Ако централната подложка е твърде голяма, външният пръстен на купола може да се свърже директно с нея и да доведе до постоянно затваряне на превключвателя; ако е твърде малък, куполният контакт може да не застане надеждно или площта на подложката за запояване/покритие е недостатъчна.
• Подложка с пръстеновиден пръстен:ширината на външната подложка обикновено е 0,4-0,8 мм мед, оразмерена да носи контактната точка на куполообразния пръстен и маршрута през или следа от превключвателя. Пръстенът трябва да бъде непрекъснат около централната подложка, а не сегментиран, така че куполът да контактува с една и съща електрическа мрежа, независимо от неговата ротационна позиция.
• Разстояние между подложките:0,3-0,5 мм е работният диапазон за повечето куполни размери. Твърде широката междина намалява контактната площ и повишава контактното съпротивление; твърде тясна междина рискува мост от запояване или мост от покритие през подложките, което дава късо съединение на превключвателя.

Диаметърът на купола определя абсолютните числа: купол от 5 mm използва централна подложка от приблизително 2,2-2,6 mm и пръстен с външен диаметър 3,6-4,2 mm; 12 мм купол се мащабира пропорционално. Когато се съмнявате, поискайте отпечатък от доставчика на купола за конкретния размер на купола, вместо да екстраполирате от различен размер.

Повърхностно покритие: Контактният интерфейс

Куполообразният контакт изтрива повърхността на подложката с всяко задействане, така че покритието на подложката определя тенденцията на контактно съпротивление през целия живот. Практическият избор, по ред на производителност за куполни приложения:

• ENIG (безелектрическо никелово потапяне в злато):стандартният избор за куполни превключватели. Никеловата бариера спира миграцията на медта, а тънкият златен слой осигурява стабилна контактна повърхност с ниско-съпротивление, която издържа бюджета за задействане. Типична ENIG дебелина на златото 0,05-0,1 µm над 3-6 µm никел.
• Имерсионно сребро:алтернатива за платки,-чувствителни към разходите; сребърната повърхност е добър контактен интерфейс, но потъмнява по-бързо във влажна среда, така че е подходяща за запечатани или сухи приложения.
• HASL:не се препоръчва за куполни подложки. Повърхността на спойката е неравна и контактът на купола може да виси на върховете, променяйки усещането за сила на задействане и контактното съпротивление.
• OSP:може да се използва за приложения с нисък-живот и-разходи, при които платката е запоена след поставяне на купол, но органичното покритие не защитава контактната повърхност по начина, по който го прави металното покритие, и отклонението на съпротивлението през живота е по-високо.

За автомобилни и медицински програми, където са посочени живот и устойчивост, ENIG е по подразбиране и покритието се проверява с първата-статия. Покритието на подложката също взаимодейства с обшивката на купола: позлатен-купол върху ENIG подложка е най-стабилната комбинация, докато сребърен-купол върху потапяща се сребърна подложка е-оптимизираното съчетаване на разходите за запечатани модули.

Поставяне и подравняване на отпечатъка

Подравняването между купола и подложките е единствената най-често срещана първопричина за оплаквания от работата на превключвателя. Куполът трябва да лежи концентрично с комплекта подложки; купол, изместен дори с 0,2 mm, променя кривата на силата и може да премести контактния пръстен от пръстеновидната подложка. Три правила поддържат подравняването под контрол:

• Използвайте слоя отпечатък на доставчика на купола:поставете подложките от препоръчания от доставчика отпечатък за точния размер на купола, а не от общ символ на превключвател. Координатите на подложката в отпечатъка се измерват спрямо контактния пръстен на купола.
• Определете данните за разположение на купола:за ръчно{0}}поставяне или полу-автоматизирано поставяне коприненият екран на PCB трябва да маркира очертанията на купола или централен кръст; за автоматизирано поставяне, програмата pick{2}}and-place използва същия фидуциал, който локализира подложките.
• Проверете подравняването в първата статия:първата платка е рентгенова или визуално инспектирана през прозрачен купол (или с премахнат купол), за да се потвърди, че пръстенът на купола е разположен върху пръстеновидната подложка в рамките на толеранса на доставчика, обикновено ±0,15 mm или по-плътно за малки куполи.

За куполни масиви върху носач подравняването се определя от инструментите на масива, а не от индивидуалното разположение, а чертежът на масива указва толеранса на позицията на подложката-към-купола, на който трябва да съответства оформлението на печатната платка.

Способност за запояване и ред за поставяне

Куполът почти никога не се запоява в традиционния смисъл; той се държи от наслагването или носителя, като контактът на печатната платка извършва електрическата работа. Но печатната платка все още преминава през преформатиране за другите си компоненти и куполообразните подложки са изправени пред два риска,-свързани със запояване. Първият е припой, който попива върху повърхността на подложката: ако пастата за запояване се разпространи върху пръстеновидния пръстен или централната подложка, куполът влиза в контакт с спойката, а не с покритието, което променя контактния интерфейс и може да създаде повдигната точка, която променя силата на задействане. Правилото е да не допускате паста за запояване от контактната зона на купола: маскирайте подложките или използвайте стъпка за поставяне, която отпечатва паста само върху не-куполни земи. Вторият е остатък от флюс: флюсът за повторно флюс, оставен върху подложките, създава филм, който повишава контактното съпротивление. Стъпка на почистване или флюс без{7}}почистване, избран за ниски остатъци, се посочва, когато куполът се поставя преди окончателното сглобяване.

Редът на поставяне също има значение. Когато куполът е поставен, преди платката да премине през втори топлинен цикъл (например преформатиране на конектора), куполът трябва да понася тази температура, без да се деформира. Повечето куполи от неръждаема стомана понасят едно допълнително претопяване; Номиналната температура на купола на доставчика трябва да се провери, когато платката има множество топлинни стъпки.

Подложки за електрическа проверка и тестване

Всяка позиция на куполен превключвател трябва да може да се провери електрически на етапа на тестване на платката и оформлението решава дали това е лесно или болезнено. Две правила за проектиране на тестове:

• Прокарайте пръстена и централните подложки към тестова точка:всяка позиция на превключвателя извежда двете си мрежи към точка на сонда или тестова подложка-от-пирони, така че тестът с летяща-сонда може да измерва съпротивлението на затворено-превключвател с поставен купол.
• Разрешаване на тест за непрекъснатост-с премахнат купол: 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 при 5V.

Целевото съпротивление на затворения{0}}контакт за куполен превключвател обикновено е под 100 mΩ при номинален ток (често 10 mA при 5 V), а приносът на оформлението е покритието на подложката и съпротивлението на следите. Дълга, тънка следа към превключвателя добавя устойчивост; за програми с висок-ток или дълъг-живот пръстенът и централната мрежа се насочват в по-широки следи или се дублират, за да се намали серийното съпротивление.

ESD и защита на оформлението

Куполните превключватели се намират върху повърхности,-с лице към потребителя, което означава, че виждат електростатичен разряд. Оформлението защитава превключвателя и веригата надолу по веригата със стандартния набор от инструменти: серийния резистор и TVS на трасето, напускащо превключвателя, предпазен пръстен или заземена равнина близо до зоната на купола и достатъчно разстояние между подложките на купола и съседните високо-мрежи за напрежение. За капацитивните-съпътстващи зони за докосване на същия панел следите на куполния превключвател се държат далеч от зоната за капацитивно отчитане, така че разпознаването при докосване не улавя сигнала на превключвателя.

Самият купол е заземена метална част в някои конфигурации; където куполът е под напрежение (свързан към пръстеновидната мрежа), оформлението трябва да държи куполната зона далеч от откритите ръбове и да насочи мрежата на превключвателя със същата ESD защита като всеки -достъпен за потребителя вход.

Размер на купола и избор на стъпка за оформления на масиви

За куполни масиви и табла с много-превключватели, въпросът за оформлението се простира от един комплект подложки до стъпката и изолацията между превключвателите. Минималната стъпка между две позиции на купола се определя от диаметъра на купола плюс удължението на пръстеновидната подложка плюс пространството за трасиране между подложките: 5 mm купол обикновено се нуждае от 7-8 mm център-до-централна стъпка с едно-слойно прокарване, по-плътно с микро-през или двуслойна гъвкавост. Когато масивът е поставен като един куполен лист, стъпката се фиксира от инструментите на куполния лист и оформлението на печатната платка трябва да съответства точно на позициите на подложката на листа, така че чертежът на листа и оформлението на платката се освобождават заедно.

Изолацията между съседни превключватели е втора рискова точка: пръстеновидните подложки на съседните куполи са близо една до друга на тясна стъпка, а спояващ мост или обшивка между две пръстеновидни мрежи окъсява превключвателите. Оформлението поддържа ясна изолационна междина между двете пръстеновидни подложки и насочва двете мрежи една от друга на слоя отдолу, а тестът за съпротивление на открито-на етапа на платката проверява изолацията. За масиви, които носят както куполи, така и следи на един и същи носител, оформлението на следите под зоната на купола се държи далеч от контактния пръстен, така че прихващането на купола-не може да удари следа и късо към нежелана мрежа.

Проверка на кривата на силата на ниво дъска

Електрическото оформление е само половината от производителността на куполния превключвател; тактилната сила се определя от купола и наслагването, а дъската допринася за плоскостта на подложката и опората под купола. Две детайли-на ниво дъска влияят върху измерването на силата. Първата е височината на подложката: дебела маска за запояване или повдигната издатина на покритието под купола променя хода и възприеманата сила. Маската се отстранява или изтънява под областта на купола, където отпечатъкът на доставчика изисква това, а отворът на маската за запояване се изтегля към слоя маска на отпечатъка, а не се оставя като стандартен. Второто е опората под купола: на тънка дъска или гъвкава дъска куполната зона се нуждае от опорна подложка или усилвател зад нея, така че енергията на задействане отива в щракването на купола, а не във гъвкавата дъска. Силовата крива се проверява с манометър върху запълнената платка с действителното наслагване и измерената крива се сравнява с кривата на листа с данни на купола, преди дизайнът да бъде пуснат в производство.

Тези две проверки - плоскост на подложката и твърдост на опората - улавят по-голямата част от оплакванията „куполът не се усеща грешно“, които оцеляват при електрически правилно оформление.

Контролен списък за оформление преди пускане

Следният контролен списък улавя по-голямата част от дефектите в оформлението на куполния превключвател, преди платката да бъде пусната за производство:

• Централната подложка и пръстеновидната подложка съответстват на отпечатъка на доставчика за точния размер на купола.
• Разстоянието между подложките в рамките на 0,3-0,5 мм, без отвори за спойка или маска за покритие, които биха могли да прескочат.
• Покритието на подложката е ENIG (или определеното покритие на контакта); спояваща паста, изключена от контактната зона на купола.
• Базовата точка за поставяне на купола е отбелязана и толерансът на подравняване е посочен на чертежа.
• И двете превключващи мрежи са насочени към тестова точка с дефинирана спецификация на съпротивление при отворено/затворено състояние.
• Защитни компоненти от ESD, поставени върху мрежите на превключвателите, и превключвателни следи без капацитивни зони.
• Температурният рейтинг на купола е проверен спрямо всички топлинни цикли на платката.

Shanyo (марка Shanyo, Qingdao Shanyuan Precision Electronics) доставя метални куполи,куполен превключвателкомпоненти икуполни листови масивис чертежи на отпечатъци и поддръжка на оформление за всеки размер купол, а инженерният екип преглежда оформленията на клиента при поискване. За новите програми чертежът на отпечатъка и препоръката за покритие на подложката са включени в офертата на купола, така че оформлението на печатната платка и компонентът пристигат подравнени за първи път.