Problemi di progettazione della tastiera in silicone

Il mio dispositivo utilizza una tastiera in silicone per rilevare la pressione di un tasto anziché un pulsante fisico.

Dopo l'installazione, funziona senza problemi, anche senza applicare molta pressione sulla tastiera.

Tuttavia, dopo un po '(diciamo 2 mesi), dovrai applicare molta pressione sul tastierino prima che venga rilevato un tasto. Continua così per un po ', quindi non è possibile rilevare nuovamente alcuna chiave.

Quindi apriamo, puliamo le tracce della tastiera PCB con "Spirito metilato". E funziona come nuovo. A volte, vediamo tracce nere sui circuiti stampati della tastiera, che sembrano staccarsi dal conduttore della tastiera in silicone. Lo cancelliamo e tutto torna alla normalità.

La mia domanda è come evitare questo problema.

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pcb-design keypad

— Paul A.
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I tuoi contatti dovrebbero davvero essere placcati in oro. In scatola con saldatura o placcato argento si corrode.

— brhans,

Ne ho visti altri che non sono placcati in oro e sembrano argento .... e non si comporta in questo modo.

— Paul A.

Abbiamo usato la doratura sulle tastiere delle apparecchiature per ufficio per l'esportazione in tutto il mondo, quindi in tutti i tipi di umidità, e non abbiamo avuto problemi di tastiera. È possibile valutare il costo aggiuntivo della doratura rispetto al costo aggiuntivo di sostituzione o riparazione del dispositivo. È difficile immaginare che il primo costo sia vicino al secondo. Però, inizia subito con l'analisi della causa principale.

— TonyM,

Ho visto cuscinetti in silicone conduttivo di qualità molto scadente che lasciavano prontamente parti di se stessi sulla superficie di contatto e dove tutto quello che dovevo fare era comprare dei cuscinetti conduttori di buona qualità e il problema è completamente scomparso. Hai molti buoni consigli focalizzati su una superficie della tavola migliorata. Ma tutto ciò non avrebbe aiutato nel caso che ricordo. Sono stati gli elettrodi, essi stessi e la sostituzione con una migliore qualità a risolvere il problema.

— Jon

Risposte:

Il problema è l'elettricità e l'acqua. Lo stagno nella placcatura di saldatura svilupperà una struttura cristallina e formerà un ossido che non conduce molto bene. Trascorsero molti mesi negli anni '80 a risolvere questo problema e la linea di fondo è l'uso del piatto d'oro. Non essere economico su questo. La società per cui lavoravo in quel momento fece causa al fornitore di un sacco di soldi per la loro incompetenza e all'epoca erano grandi nel settore.

Se non riesci a sigillarlo (e chiaramente non puoi perché puoi pulire i contatti) allora entrerà l'acqua. È inevitabile.

— Andy aka
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Vedo. In primo luogo, ne abbiamo alcuni che siamo sicuri che l'acqua non ha raggiunto e che agisce ancora male. Sono davvero aperto a diventare placcato in oro. Ma devo essere sicuro che non ci siano altre cose che possano causare questo problema. Come ho detto, ne abbiamo alcuni che non sono placcati in oro e ha funzionato senza questo problema.

— Paul A.

Consentitemi di aggiungere che non abbiamo usato la pasta saldante sui contatti PCB della tastiera.

— Paul A.

La tecnologia delle tastiere che abbiamo usato negli anni '80 era una membrana di plastica incollata e sigillata, ma l'acqua entrava perché le tastiere erano realizzate in un ambiente non controllato dall'umidità. Se pensi che un tappetino di gomma fermerà l'umidità, allora ti stai illudendo. Ogni volta che lo si apre per pulirlo, l'acqua penetra attraverso l'umidità dell'aria.

— Andy alias il

La maggior parte dei siliconi è anche abbastanza aperta per il vapore acqueo, quindi anche se pensi di aver sigillato tutto, la tastiera lascerà passare il vapore acqueo che potrebbe causare problemi in seguito (condensa, umidità troppo alta ecc.).

— Arsenal,

I commenti riguardanti solo l'uso dell'oro reale sono vecchie notizie. Come ho detto, i controlli di processo hanno notevolmente migliorato uyemura.com/pcb-finishes_ENIG.htm e la selezione dei fornitori è fondamentale. uyemura.com/pcb-finishes_ENIG.htm Nota 2 versioni altamente resistenti alla corrosione .... GoBright® TWX-40 e KAT SP ENIG

— Tony Stewart Sunnyskyguy EE75

Se non puoi permetterti una doratura abbastanza spessa *, ti suggerisco di specificare il PCB con inchiostro conduttivo al carbonio stampato. HASL o latta non saranno affidabili a lungo termine e ciò che hai sperimentato è prevedibile. Il nichel sarebbe migliore, ma comunque non eccezionale.

Scoprirai che l'inchiostro conduttivo è standard nella maggior parte dei telecomandi di consumo e qualcosa del genere è ciò che si trova dall'altra parte del contatto (una pillola di elastomero caricato con carbone).

Se non riesci a trovare produttori di PCB disposti a farlo nelle tue quantità, ottieni l'oro (dovrebbe sempre essere fornito placcato su uno strato di barriera al nichel) e farlo con esso.

* L'ENIG (oro a immersione in nichel senza elettrolita) non è davvero raccomandato per l'uso della tastiera: troppo sottile, solo pochi micron di spessore.

L'oro duro (elettrolitico) rispetto al nichel è letteralmente lo standard d'oro per le superfici di contatto. Sfortunatamente, l'oro ha un effetto negativo sulle connessioni a saldare (in genere ci sono troppi atomi d'oro in ENIG per indebolire seriamente le articolazioni per la maggior parte delle applicazioni), quindi dovrebbe essere limitato alle aree che non sono saldate o deve essere rimosso in seguito (come è dettagliato nell'IPC J-STD ) per applicazioni ad alta affidabilità.

J STD-001 La revisione "F" ora indica: (notare che le nuove parole / modifiche sono evidenziate di seguito) 4.5.1 Rimozione dell'oro

La rimozione dell'oro viene eseguita per ridurre il rischio di fallimento associato alla saldatura infragilita. L'infragilimento dell'oro non è un'anomalia visivamente ispezionabile. Nel caso in cui l'analisi abbia determinato l'esistenza di una condizione di infragilimento dell'oro, l'infragilimento dell'oro deve essere considerato un difetto, consultare il manuale IPC-HDBK-001 o IPC-AJ-820 per indicazioni. Salvo quanto sopra indicato, l'oro deve essere rimosso:
   a. From at least 95% of the surfaces to be soldered of the through-hole component leads with >2.54 μm [100 μin] gold thickness and all through-hole leads that will be hand soldered regardless of gold thickness.
   b. From 95% of all surfaces to be soldered of surface mount components regardless of gold thickness.
   c. From the surfaces to be soldered of solder terminals plated with >2.54 μm [100 μin] gold thickness and from all solder cup terminals, regardless of gold thickness.

— Spehro Pefhany
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Ovviamente, dovrei andare placcato in oro andando avanti come posso relazionarmi con la maggior parte dei problemi spiegati qui. Tuttavia, ho circa 100 schede PCB con me con stagno stagnato. Posso ottenere l'inchiostro conduttivo al carbonio e farlo da solo?

— Paul A.

(Sono rimasto sciocco per aver dimenticato l'inchiostro al carbonio nel mio commento sopra, buona chiamata SP e @ TonyStewartEEsince75) Abbiamo usato l'inchiostro al carbonio su un prodotto successivo a quello nei commenti sopra, ancora per l'esportazione in tutto il mondo in uffici e umidità. Abbiamo spedito almeno 20.000 macchine. Non abbiamo avuto alcun problema con la tastiera e l'abbiamo sottoposta a prove di usura, usando solenoidi per premere i tasti più di un milione di volte durante la vita. Il nostro reparto di test era piuttosto gung-ho e questo banco di prova si stava facendo strada tra le tastiere per quelli che sembravano mesi.

— TonyM,

Se hai schede non popolate, non vedo alcun motivo per cui non sia possibile stampare l'inchiostro sulle aree della tastiera, ma se non hai mai fatto la serigrafia prima e non hai le strutture per curare l'inchiostro (probabilmente solo la cura dell'aria a una determinata temperatura / tempo) potrebbe essere più un problema di quanto valga la pena.

— Spehro Pefhany,

@SpehroPefhany, ovviamente, devo stampare l'inchiostro sulle aree della tastiera il prima possibile e ho familiarità con la serigrafia, poiché la usiamo per la stampa di seta nel nostro laboratorio di prototipazione PCB. Ma ci sono dei dettagli da tenere d'occhio, come ad esempio; spessore dell'inchiostro, temperatura di polimerizzazione dell'aria, ecc. Ho esaminato digikey per acquistare un po 'di inchiostro al carbonio, ma vedo digikey.com/product-detail/en/chemtronics/CW2000/CW2000-ND/… questo potrebbe farlo?

— Paul A.

Vorrei provare a ottenere qualcosa di più simile a questo e verificare prima con il fornitore per quanto riguarda l'applicazione.

— Spehro Pefhany,

Edizione tardiva

Sono ora disponibili altri nuovi processi.

La tecnologia Nanofics utilizza un sistema al plasma secco a bassa pressione per depositare nanocoatings di fluoropolimero che forniscono idrofobicità permanente e / o oleofobicità. Il sistema è intrinsecamente "verde" e non genera rifiuti chimici; i rivestimenti sono privi di PFOA e PFOS. (Usato per rendere i cellulari impermeabili a differenza di tutti i prodotti Asus e iOS (che ho posseduto e che ho visto fallire dall'umidità) che arrugginiscono con l'umidità da corrosivo senza piombo senza flusso pulito)

Nuovi depositi di chimica 4-8 µin

Uyemura ha introdotto un bagno ad immersione assistito da riduzione per i clienti di bordo che richiedono un deposito d'oro ad immersione superiore allo standard 1-2 µin su ENEPIG. Chiamato TWX-40, questo è un bagno di reazione misto - un ibrido d'élite - che offre sia modalità di deposizione sia ad immersione che autocatalitiche (senza elettrolita).

TWX-40 è una comprovata alternativa ad altri tentativi di ottenere depositi di oro più pesanti su ENEPIG, (Ni senza elettroni quindi Palladio senza elettroni quindi immersione in oro) Cu> Ni> Pa> Au

Potrebbe dipendere da chi ha i migliori controlli di processo.

Inchiostro al carbonio con breve durata o ENIG per porosità e distribuzione uniforme del catalizzatore di paladio o senso C con rumore delle dita.

* Uno dei maggiori miglioramenti del processo è stato un limite di densità dell'oro di saturazione con placcatura elettrolitica ad impulsi monopolare. Ora usano uno specifico profilo di scoppio con periodi di impulsi di polarità inversa, ripetuti nel profilo per le caratteristiche desiderate ed è più veloce ed economico rispetto al tradizionale ENIG o EP

Ciò fornisce anche depositi di oro più fini e una maggiore densità per una minore porosità.

In ogni caso sono consigliate analisi CPk o 3 sigma sul rapporto SNR con cicli di calore ad umidità accelerata. SNR minimo di 10 casi peggiori senza inclinazione che significa soglia in tutte le condizioni. Le dita robotiche tuttavia non replicano il tocco umano con lo scorrimento laterale. ad es. Bosch ha alcuni sensori tattili a bassa sensibilità in alcuni apparecchi (a causa di variazioni della capacità delle dita e impostazioni interne troppo elevate)

Un altro è un sottile film di plastica tra conduttori metallizzati su membrana di uretano e l'elettronica misura solo il cambiamento di capacità.

aneddoto

(mi ricorda un autolavaggio con cifre per il codice di lavaggio a Toronto e i pulsanti a membrana sono stati cancellati con chiavi e penne perché gli utenti frenetici volevano far lavare la loro auto senza ritardi.)

L'inchiostro al carbonio funziona ma più morbido e l'affidabilità dipendono dall'eccessiva pressione abrasiva dell'utente, che può anche essere un problema di affidabilità. Il mio vecchio telecomando e il vecchio apriporta del garage per auto lo hanno usato e ora si sta esaurendo.

Dettagli

Immersion Nickel Immersion Gold (ENIG) è un tipo di rivestimento superficiale utilizzato per PCB con un sottile strato di oro ad immersione, che protegge il nichel dall'ossidazione utilizzando un catalizzatore al palladio mentre il nichel è un rivestimento elettrolitico su rame.

L'ENIG presenta numerosi vantaggi rispetto alle piastre più convenzionali (e più economiche) come HASL (saldatura), tra cui un'eccellente planarità della superficie, una buona resistenza all'ossidazione e una buona usabilità per superfici di contatto non trattate come interruttori a membrana e punti di contatto.

Lo standard IPC IPC-4552 copre la qualità e altri aspetti della finitura ENIG sui circuiti stampati. IPC-7095 copre alcune funzionalità correlate al "black pad" come il cosiddetto fango crack e il picco di sporgenza del nichel

arbitro

Altro

L'altro requisito degli interruttori a membrana è di avere almeno 15 mm di spazio libero sul dito umano oppure uno strato di isolamento in plastica con protezione da guasto a 15 kV contro ESD.

— Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
fonte

Il rilevamento capacitivo è una buona idea. Non ci ho pensato, ma un microcontrollore con un comparatore con una modalità di rilevamento capacitivo (ad esempio EFM32G) dovrebbe essere in grado di farlo senza alcuna modifica alla tastiera, non è vero?

— Michael,

Dipende da come vengono indirizzate le chiavi. Cortex utilizza 8 Cap paralleli per collegare a terra gli ingressi agli oscillatori RC sintonizzati per rilevare la commutazione. Ciò non funzionerà se si utilizza il muxing della colonna riga. Ma se Row-Column mux un segnale da 1MHz, puoi misurare la caduta di tensione con un picco di diodo e un decadimento o un morsetto di riga attivo e un'isteresi adatta (1 / 3Vss tpy) in un gate Schmitt. La placcatura ENIG è 1-2u "Placcatura Au flash 2 ~ 3u" e buona placcatura Au 20 ~ 30u "per l'oro. Penso che l'adesione dipenda dalla rugosità superficiale. <1u" troppo liscia può essere un problema.

— Tony Stewart Sunnyskyguy EE75,

Uh .. Siamo solo io e le mie preferenze visive, o quella vecchia grossa macchia all'inizio non è necessaria?

— quetzalcoatl,