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按键结构设计有哪些形式

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admin 发表于 2024-12-8 02:50:40 | 显示全部楼层 |阅读模式

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对于电子产品结构设计从业者来说,按键是无可避免的常规结构,只要有电源开机的产品,就有按键。而按键的结构形式,基本上取决于元器件的排布空间与外观造型所决定。
按键结构其实也并不复杂,基本上满足按压行程与手感均衡即可,至于固定的方式就要根据外观造型与内部空间来定义了。
那么按键结构设计到底有哪些形式?下面根据几个实例来认识一下,。
以下为正文:
【一】
P+R(硬胶+软胶)常规按键
这类按键最具代表的是在早期全键盘功能手机上,见下图
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目前这类手机基本上都是以低廉的价格出现在低端市场或者国外发展中国家市场,不过目前国内老人手机还是采用此类按键结构方式。
下面来看一看它的结构设计参数是怎样的。见下图
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按键结构设计参数,都在上面,非常清楚。
看到这些参数,对于初学者,肯定会懵逼,根本不懂为什么要这样设计,没有逻辑关系概念。
OK,先看下图,然后慢慢解释给你看

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由于这是一个按键组件,我们俗称套件。也就是在装配整机之前,它先要将所有按键碎片与硅胶组合粘贴在一起。那么就需要用一件能够承接一起的支架,将他们组合在一起,否则就是散架的。
问:硅胶原本就是一个整体了,完全可以起到粘贴连接所有按键碎片了,为什么还需要增加一片钢片支架呢?
答:由于硅胶属于软体性质,当组合在一起时,无法起到刚性,无法控制按键与按键的平衡性。也就是说,当你把按键拿在手里时可以将按键卷曲起来,这样的按键装配在手机里,没用支架按键形式支撑,是会造成按键中间凸起或者下沉,无法做到很好的均衡性。所以需要增加一片钢片来支撑。
问:钢片支架除了支撑还有其他作用吗?
答:还可以起到按键整体的固定,还有按键灯遮光,可以防止按键与按键配合面漏光出去。由于按键透光设计的时候只需要字符透光就好,其他地方是无需透光的,增加了支架,就可以很好地遮光用。
问:按键支架除了用钢片还可以用其他材料吗?
答:可以,除了钢片,还可以用塑胶,那么此时设计的时候,支架的厚度就需要0.8以上的厚度空间,否则太软。当然也可以用0.4的硬性铝片,或者其他金属材料。
问:DOME片(锅仔片)按压行程是多少?力度是几N?
答:行程一般都在0.25,按压力度一般在0.6N左右。
问:为什么上图按键硅胶上有好多小圆柱?
答:由于按键DOME位置在设计的时候无法做到在按键居中位置,所以需要增加平衡点来完善按压手感。
OK,我们再回过头来看设计参数,从机器内部往外看。
1,按键板PCB厚度0.5。
释义:目前PCB最薄可以做到0.3,常规设计0.5-0.8. 越厚,强度越好,主要看设计空间。
2,DOME片(锅仔片)+PET膜一起厚度0.3。
释义:由于DOME片都是一颗一颗散开的,需要带胶的PET将它们组合在一起,并且PET表面都会刷一层防EMI导电涂层。粘贴组合后厚度就是0.3,目前手机侧键,单颗按键都是这个厚度。
3,按键硅胶触点与DOME留0.05间隙。按键硅胶按压行程留0.3。
释义:由于制造上的误差原因,所以按键触点与DOME片最少要留0.05的间隙,否则,按键手感会很硬。另外DOME总厚度才0.3,也就是按压下去的行程最大也才0.3.所以,按键硅胶除了触点以外往下的行程都是留0.3以上空间就够了。
4,钢片支架厚度0.25,按键帽到钢片留0.4间隙。
释义:钢片材料不锈钢,硬度用1/2H的,厚度可以选择0.15-0.3的材料,根据空间而定,常规采用0.2或者0.25比较安全,这样的按键整体装配后,相对会很平整,不会弯曲,翘曲等。
5,按键帽底面要低于A壳(面壳)表面最少0.7。
释义:按键帽的方式可以有做裙边的帽子,也可以上图的形式。由于空间原因,所以采用了没有裙边的按键帽,由于按键装配后整体平整度会有0.2左右的翘曲空间,所以按键冒底面必须要低于面壳表面最少0.7mm,不然会露进胶点位置,影响外观。
6,LED灯避空留0.25以上间隙。
释义:LED灯一般采用高度0.6的灯。所以此处会影响按键硅胶往下按的行程,那么硅胶此处就要掏胶,掏胶距离最少要留0.25以上的间隙,否则会影响按键手感。
7,DOME片直径5.0,硅胶触点2.0。
释义:DOME片直径常规都在3.0-5.0之间,最常用的是4.0.由于目前手机越做越薄,现在好多都用直径3.0的。但是按键直径越小,手感力度也就越小,在选择上需要根据实际情况做定义。硅胶触点直径设计需要与DOME片直径对上,当DOME片用直径5.0,硅胶触点直径为2.0,用4.0,直径用1.8.用3.0,直径用1.5
总结:按键行程最少0.3以上,有影响按压行程的,都要掏胶避位,按键支架与固定在设计上要均衡,否则影响手感,按键DOME片尽量设计与按键帽居中,否则也会影响手感。
看到这里,基本上对P+R按键的整体结构功能需求了解完毕了,下面开始来看P+R的按键的结构形式。
除了以上全键盘的形式,还有单颗形式,见下图

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这个是最常见的P+R侧键,带裙边的侧键,按键行程,间隙与上面一致。
由于按键帽有裙边,而且只有3个键,所以,只需要与硅胶直接用胶水粘贴在一起即可,胶水空间预留0.05即可。
这里唯一不同的是,按键的固定方式,见下图

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此处由于按键是镶嵌在后壳内部的,所以直接塞进去即可,如果按键与后壳没有空间放置,则需要设计2个小耳朵来固定,见下图



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用软胶设计成一个裙边卡在或者热熔在后壳塑胶筋位里,起到固定作用,装配的时候不会容易掉。
其它P+R单颗按键类型除了固定方式都与侧键结构方式类似,这里就不再举列了。
【二】
超薄(UV转印,PV,PVC,PET,钢片)按键
这里还是从手机的按键结构构造上讲解比较有代表性,见下图

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UV转印超薄按键,此类按键触点与DOME片的结构设计是一样的,唯一不同的是按键的键帽,根据图片可以看出,完全没有键帽,而是一整片的按键,那这类按键结构构造是怎样的呢?见下图

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根据上图可以看出,此类按键是用双面胶直接粘贴在塑胶壳体上的。上图看的是不是有点不懂?
由于超薄按键早起一般用在翻盖机上比较多,所以这个截面图做的B壳与C壳都体现出来了。
下面再来说说这种按键的结构构造:
1,键帽,是用PET或者PC材料做基板,然后再用UV胶做手感凸起的形体印在基板上。工艺与水晶点胶工艺类似。
还是不明白?来个通俗一点的解释:
就是先制造按键的外观模具,比如上面有凸起的,或者有分开隔离的,先把这部分模具做出来,然后把UV胶倒入模具内部,填满,然后再把PET基板盖上去,通过光固机然使他们完全贴合在一起。
基板材料厚度在0.2-0.4之间。
2,键帽基材与硅胶直接用胶水贴合,按键总厚度可以做到0.9-1.2,包括触点厚度。
3,硅胶触点的结构设计参数与P+R的设计参数原理一致,确保好0.3的行程与DOME片居中即可。
这里唯一不同的也是按键的固定方式,超薄按键是从外往内里粘贴装配的,需要注意的是:
1,双面胶要留够2.0以上的宽度,否则容易起翘。
2,DOME片边缘离按键边缘距离5.0以上,否则手感不行。
3,按键的透光要确保均匀,需要在DOME片上面增加0.1的导光膜片材,否则透光不均匀。
下面再来看看超薄按键的另外一种形式,见下图

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此类为PC或者PET或者钢片片材按键,此类按键与上面UV转印按键有哪些不同?
1,按键是从机器里面往外装配的,所以,就不需要与UV转印一样,要求DOME片边缘到按键边缘需要5.0的距离,只需3.0以上即可。
2,软胶上面有固定位,而且材料一般采用硅胶+TPE或者+PET片材结合在一起。
3,软胶固定孔位边缘要留0.8以上的胶厚,否则容易拉破。
4,如有错误,或者不清楚,可在下方或者后台留言。
再来一种超薄按键的形式,薄膜按键,见下图

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这类按键应该也是很常见的,像洗衣机,电磁炉上面,家电行业最常用。
这类按键结构是最简单的,都是直接刷胶或者贴胶的方式粘贴壳体上,而且按压都是直接按在DOME片上面,中间没有软胶。甚至有些连DOME片都没有,直接在薄膜PET片内部印刷或者喷导电涂层,然后直接与电路接触,形成回路。
薄膜材料厚度一般在0.15-0.3之间,不包括双面胶。
通过上期,已经将P+R按键结构功能实现方式详解过了,今后要设计P+R的按键结构不再头疼了。这期接着分享按键的结构设计形式,来看看还有哪些。
以下为正文:
【三】
硅胶按键
纯硅胶按键功能实现有两种接触方式:
一种是硅胶按键按压在DOME片(锅仔片)上面,通常用在手机,儿童手表手机,防水手机,防水设备上。
另一种是硅胶按键增加导电基,一种黑色的导电碳粒,实现回路导电。通常用在遥控器,电脑键盘,特殊设备上。
不管用哪一种,结构设计时原理还是一样的,按键的固定与配合间隙与行程要确保好。
我们先来了解一下纯硅胶遥控器按键的结构方式,见下图:
通过上图可以看出,按键帽为大颗粒实心的,触点为黑色导电基,通过压注成型融合为一体,那么这种按键结构设计时需要注意那些呢?
最主要的是按键按压回弹的手感,由于没有DOME片实现回弹,就需要硅胶设计自行反弹,详解原理见下图:
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注意按键帽与导电基按压时需要设计一个薄壁斜面,内斜面角度在45度以内,斜壁厚度在0.3-0.6之间,常规取0.5。需要注意的是导电基下方的开口要比按键帽大,见下图:

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根据上图来看,设计参数如下:
1,A的宽度要比B的宽度单边大2倍C的尺寸,如果C的厚度是0.5,那么这个单边宽度要做到1.0。
2,D为按压行程,常规在0.3-0.5之间,图上这个比例有点不对,仅作参考。
3,黑色导电基厚度一般在0.4~0.6mm左右。
其实导电基可以设计为任意形状,也可以根据实际需求来决定导电基采用何种导电方式。硅胶按键导电基的导电方式主要为以下三种:
1.导电碳粒实现硅胶按键遥控器的导电。此种导电方式优点在于导电层较厚,通常都在0.4~0.6mm左右,且导电电阻低,在100Ω以下。但要求导电基的形状要规则,通常为0.5倍数的正圆形。如下图所示:
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2.丝印导电碳油实现硅胶按键遥控器的导电。此种方式优点在于对导电基形状无具体要求,可以为任意形状。但导电层的厚度相对导电碳粒要薄,一般在0.2~0.3mm左右,且导电电阻也相对导电碳粒较高。如下图所示:
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3.导电基粘贴金属粒实现硅胶按键遥控器的导电。此种导电方式优点在于导电电阻可以到达近乎0Ω,且金属粒表面有镀金,可有效抗氧化。同导电碳粒一样,金属粒要求导电基的形状通常为0.5倍数的正圆形,厚度在0.2-0.5左右,但生产成本要远远高于碳粒导电。如下图所示:
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除了以上几种直接接触电路板的硅胶按键以外,就是用纯硅胶按压DOME片的,见下图:
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见上图,硅胶按键触点与DOME片接触设计参数与P+R的按键设计参数一致,唯一不同的是A处硅胶的厚度,通常设计在0.3-0.5之间,如果厂商说,太薄,成型困难,需要增加到1.0时,则将硅胶结构造型改变成带导电基的硅胶按键一样,见下图:
既保证成型硅胶强度,也保证按键手感,此种纯硅胶按压按键结构方式,通常用在双色注塑防水按键结构上,只是材料改成了TPE或者TPU。或者DOME片换成了机械按键元器件,具体方式方法需要根据实际情况去选择。
【四】
弹力壁硬胶按键
什么是弹力壁硬胶按键?
就是通过一个支点或者2个支点做一条长距离的筋位来实现弹性活动,实现按压功能。
而弹力壁按键通常按压在机械按键元器件上,或者DOME片上,或者switch上,见下图:
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根据上图可以看出,元器件已经可以实现按压功能了,而结构设计的时候只需要有个平面与其接触即可,而按键的结构方式也是由外观设计而决定,见下图:
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如上图此类按键外观,那么弹力壁的按键结构如何设计?
方案A,双支点弹力壁按键,见下图:
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两条均匀的弹力壁,周长8-30之间,厚度0.7-1.2之间,宽度2.0-3.0,通过2侧热熔柱固定在壳料上。
此种按键方式按压时手感相对均衡,而且装配后按键与壳料配合间隙也会均匀很多,缺点就是需要足够的空间,具体还是需要根据产品的实际空间来定义,长度越长,按压力度越小。
方案B,单支点弹力壁按键,见下图
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一条弹力壁,壁力周长5-15之间,厚度0.7-1.2之间,宽度1.5-3.0,通过热熔柱固定在壳料上。
此种按键方式按压时手感稍微有偏移,需要将触点放在臂力的顶端,越远越好,因为当按键按下时,有链接的壁力是要比没有链接的力度要大,要是触点离的近,手感会很生硬。
其次就是按键的配合间隙,单边要在0.15-0.3左右(不包括按键减胶拔模),否则,很容易卡键。
方案C,单支点弹力壁连体按键,见下图:

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一条弹力壁,壁力的周长5-8之间,厚度0.7-1.2之间,宽度2.0-3.0,按键周圈镂空,镂空宽度在0.7-1.5之间,具体根据结构空间而定义。
此种按键方式,只需确保按键与元器件接触到就好,手感也相对均衡,唯一的缺点就是按键帽斜度很大,5-7度,跟外壳配合,间隙很大,通常用在显示器底部或者电子设备上面,非直接观看到的部位。
接下来认识一下五向摆动按键,一颗按键可以控制5个功能键的。见下图:

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此类按键结构设计,只需做一个卡位,将按键的摆头卡入按键帽内即可,并没有特殊的固定要求。唯一需要注意的是,摆动时的间隙,摆头要与周围留够间隙,常规在1.0-2.0之间,根据摆头臂力的长度而定。
最后认识一下拨动按键,见下图:
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此类按键结构设计,与五向键的方式差不多,只需要在按键帽上面设计好卡位,将拨动头卡住即可,就可实现拨动功能。唯一需要注意的是,拨动的行程,常规在2.0.也就是拨动按键头的宽度,一般规格书上面都会标识清楚。
具体结构方式见下图:
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见上图,只需将拨动头卡入按键即可,留好活动行程。
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