Кнопка печатной платы: полное руководство

Вы когда-нибудь задумывались, как крошечные переключатели позволяют вам включать ваш смартфон? Как сенсорная панель включает и выключает свет в вашей комнате? Если да, то вы попали по адресу.

Представляем полное руководство по исследованию мира кнопок на печатных платах!

Кнопки печатной платы — это небольшие, но мощные устройства, которые позволяют пользователям взаимодействовать с электроникой внутри каждого современного устройства. Эта статья поможет вам получить четкое представление о кнопках печатной платы, их типах и, что самое важное, о том, как и какой тип интегрировать в ваш продукт.

Это руководство по кнопкам печатных плат вполне оправдано для разработчиков электроники, инженеров-технологов и любителей, которым просто интересно узнать, как работают кнопки печатных плат! Давайте сделаем ваш следующий проект профессиональным!

Что такое Кнопка печатной платы?

Кнопка на печатной плате (PCB) — это своего рода устройство пользовательского интерфейса, которое обеспечивает включение/выключение или командный вход управления для любой электронной системы. Пользователь просто физически нажимает или касается кнопки; под ней находится некоторое действие преобразователя, которое генерирует соответствующий сигнал для внутреннего микроконтроллера или схемы управления. Это простое на вид действие делает все, от управления телевизором до управления самолетом. Кнопку на печатной плате можно назвать электромеханическим переключателем или преобразователем, который обычно монтируется на печатной плате. Для простого примера предположим, что пользователь — это привод, а базовый механизм — проводящие площадки на печатной плате. Пользователь замыкает цепь. При отпускании переключатель возвращается в состояние по умолчанию, тем самым снова размыкая цепь, как это было в ее первоначальной форме. Надежность этой кнопки очень важна. Любая неисправность или отсутствие реакции могут сделать ваш продукт бесполезным или небезопасным.

Ключевые функции и значение в электронном проектировании

Взаимодействие человека и машины

Кнопка PCB обеспечивает конечный способ для конечных пользователей общаться с инженерной системой. За нажатием кнопки пользователем следуют контролируемые действия, позволяющие управлять даже летающим самолетом!

Точный контроль

Кнопка PCB может выдавать один импульс или набор импульсов с ограничением по времени для блокировки/разблокировки любого устройства, например, управления холодильным оборудованием. Кнопка PCB — единственное устройство, которое обеспечивает функцию команды «нажать и удерживать» в современной бытовой электронике.

Тактильная обратная связь

Современные кнопки на печатных платах также обеспечивают тактильную обратную связь, чтобы пользователь был уверен, что ввод был зарегистрирован.

Безопасность и надежность

Медицинская и автомобильная промышленность в значительной степени зависят от надежных кнопок печатных плат. Разработчики должны быть уверены, что даже если кнопка выйдет из строя, не должно быть никаких серьезных сбоев продукта.

Ключевые преимущества

1. Универсальность: Кнопки на печатных платах теперь можно найти в каждом современном электронном продукте — от умных часов до промышленной автоматики.

2. Экономически эффективным: Стандартные переключатели на печатных платах имеют низкую стоимость и недороги в производстве. Их можно легко интегрировать в несколько потребительских товаров.

3. Прочность: Высококачественные кнопки на печатной плате выдерживают миллионы нажатий.

4. Уменьшенная площадь печатной платы: Новейшие кнопки на печатных платах, которые вы видите в смартфонах и носимых устройствах, имеют минимальные габариты, что делает наши гаджеты более компактными.

Типы кнопок печатных плат

Кнопки печатной платы доступны в различных размерах, формах и стилях обратной связи. Вы должны выбрать правильный тип для вашего электронного продукта. Решение основывается на многих факторах, таких как окружающая среда, стоимость, надежность и прочность. Давайте рассмотрим различные типы кнопок печатной платы ниже.

1. Тактильные кнопки на печатной плате

Кнопка Tactile PCB имеет небольшую металлическую или полимерную куполообразную конструкцию, которая сжимается при нажатии. Кнопки Tactile PCB издают слышимый щелчок и тактильную обратную связь. Такой механизм подтверждает пользователю, что кнопка нажата, не требуя от него смотреть на экран или какой-либо светодиодный индикатор. Тактильные переключатели обычно распространены в пользовательских интерфейсах, которые имеют обратную связь в реальном времени, таких как кнопочные панели управления или механические клавиатуры. Тактильные переключатели предлагают следующие функции.

1. Высочайшая надежность: Тактильные переключатели могут выдерживать более 100,000 XNUMX нажатий и даже больше.

2. Заверение: Тактильные ощущения исключают случайные нажатия.

3. Компактный размер: Они подходят для небольших печатных плат. Поэтому идеально подходят для карманных устройств.

В основном тактильные переключатели следуют нормально открытой конфигурации. После нажатия он замыкает цепь. После отпускания цепь снова размыкается. Эти переключатели являются первым выбором для профессионального оборудования, поскольку они предлагают физическое подтверждение команды.

2. Нетактильные кнопки на печатной плате

Нетактильные кнопки PCB — это плоские переключатели. Они не производят никаких слышимых щелчков. Они имеют более низкую тактильную обратную связь, но очень прочны. Они обеспечивают более плавное срабатывание. Нетактильные переключатели популярны там, где требуется тихая работа. Следующее оборудование может содержать такие переключатели.

1. Медицинское оборудование

2. Кухонная утварь

3. лаборатории

4. Гаджеты

Эти переключатели часто оснащены визуальными или звуковыми сигналами, такими как светодиоды или звуковые сигналы.

3. Емкостные сенсорные кнопки на печатной плате

Емкостные сенсорные кнопки PCB очень распространены в смартфонах, панелях умного дома и автомобильных сенсорных панелях. Такая кнопка обнаруживает любое изменение емкости, когда палец или проводящий предмет касается сенсорной области. Емкостные сенсорные кнопки — это тип твердотельного устройства, в нем нет подвижных частей.

Такие кнопки имеют встроенные функции обнаружения приближения, чтобы активировать и подсвечивать область сенсора до любого физического контакта. С другой стороны, емкостные кнопки подвержены ложным срабатываниям. Они не предпочтительны в сложных наружных или промышленных условиях.

4. Светодиодная подсветка кнопок на печатной плате

Кнопки LED Backlit PCB имеют встроенную функцию подсветки. Принцип их работы может быть любым; они могут быть емкостными, тактильными или нетактильными, но основным компонентом является светодиод вместе с приводом.

Такая подсветка обычно требуется на автомобильных приборных панелях и приборных панелях кабины. Кроме того, такие эстетические гаджеты, как ночники и будильники, имеют эти кнопки. Игровые консоли также предлагают яркие и настраиваемые цветовые схемы.

Подсвеченные кнопки улучшают внешний вид современных продуктов, особенно когда цвет светодиодов меняется с одного цвета на RGB-матрицы. Производители также вставляют полупрозрачные колпачки или пластиковые рассеиватели, чтобы распространять свет в окружающем пространстве.

5. Герметичные кнопки печатной платы

Герметичные кнопки PCB имеют экранированные внутренние контакты. Поэтому пыль, влага или любые загрязняющие вещества не могут попасть внутрь. Стиральные машины и микроволновые печи имеют экранированные кнопки PCB. В целом, эти кнопки лучше всего подходят для наружного, морского и пищевого оборудования.

Кнопки часто герметизируются с помощью уплотнительных колец, прокладок или специальных долговечных резиновых мембран. Герметичные кнопки PCB могут иметь класс защиты до IP67.

6. Эластомерные кнопки на печатной плате

Эластомерные кнопки PCB очень распространены в пультах дистанционного управления телевизорами и кондиционерами. Они имеют вид силиконовой резины, что обеспечивает мягкое и мягкое нажатие. Тактильный отклик мягкий и мягкий.

Они производятся с индивидуальными цветами и символами. Значки обычно печатаются или гравируются лазером на поверхности. Эластомерные кнопки на печатной плате визуально интуитивно понятны.

7. Металлические купольные кнопки для печатной платы

Металлические купольные печатные переключатели обеспечивают высокую тактильную обратную связь. Такие кнопки имеют металлические диски или пластинчатый корпус. Они производят четкие щелчки при нажатии. Металлические купольные печатные кнопки очень распространены в интерфейсах банкоматов и бензоколонок. Такие кнопки также очень популярны в высококлассных промышленных клавиатурах, где тактильная обратная связь очень важна.

Металлические купольные кнопки для печатных плат обеспечивают широкий диапазон силы срабатывания: от легкой (100–150 г) до тяжелой (250 г и более).

Как работает кнопка на вашей плате?

Кнопка печатной платы работает скорее как механический переключатель. Монтаж переключателя непосредственно на печатную плату развивает несколько аспектов проектирования и производства, которые выделены ниже:

Электрическое и механическое функционирование

Как замыкается цепь?

1. Независимо от типа, при нажатии кнопки схема печатной платы меняет свое состояние с 0 на 1 или наоборот. Важно, как с этим справиться.

Как будет передаваться сигнал?

1. Важно учитывать, как ток будет проходить по направлению к микроконтроллеру или любой схеме управления. Как контроллер будет считывать изменения и выполнять соответствующую функцию.

Как вернуться в состояние по умолчанию?

1. Важно изучить, как переключатель должен вернуться в исходное состояние, т. е. как разорвать электрическое соединение.

Как работает тактильная обратная связь?

Здесь мы имеем два аспекта: физический и перцептивный.

1. Физическая обратная связь: В случае тактильных переключателей купол деформируется под давлением. Эта деформация обеспечивает щелчок и ощущение щелчка.

2. Перцептивная обратная связь: Звуковой щелчок подтверждает пользователю, что переключатель активирован.

Как работает емкостный сенсор?

Здесь у нас емкостный преобразователь. Здесь имеют значение следующие факторы:

1. Изменение емкости: Человеческий палец обладает слабой проводимостью. Когда он приближается или касается емкостной сенсорной площадки, локальное электрическое поле изменяется, тем самым изменяя емкость площадки.

2. Выходной сигнал датчика, подаваемый на контроллер: Присутствует микроконтроллер, который контролирует емкость площадки. При значительном изменении он интерпретирует это как нажатие кнопки.

3. Твердотельная кнопка: Емкостные кнопки PCB не имеют подвижных частей. Поэтому механический износ отсутствует, но ложное срабатывание нельзя упускать из виду.

Покрытие кнопок печатной платы

Что такое покрытие кнопок печатных плат?

Покрытие кнопки печатной платы представляет собой нанесение тонкого металлического слоя, например, золота, серебра или никеля, на контактную площадку или поверхность купола. Это покрытие обеспечивает высокую и постоянную электропроводность и защищает контакт от любого повреждения окружающей средой.

Почему используется покрытие кнопок?

Для улучшения проводимости

1. Металлы, такие как золото, имеют низкое контактное сопротивление, генерируя стабильный и более чистый сигнал. Эта функция необходима в очень низковольтных цепях или там, где небольшое сопротивление может вызвать ошибки или значительную потерю мощности.

Для повышения долговечности

1. Нажатие кнопки — это не что иное, как трение. Твердое и устойчивое к коррозии покрытие повышает долговечность переключателя PCB.

2. Обеспечить стойкость к коррозии, pлатинг избегает Окисление или потускнение контактов. Таким образом, предотвращается прерывание сигнала.

Более плавное срабатывание

1. Покрытие, особенно полированное, обеспечивает плавное движение, что может улучшить тактильные ощущения и снизить трение в купольных переключателях.

Применение покрытия кнопок

Давайте обсудим, почему Button Platting имеет решающее значение. Он необходим для следующих целей:

Контроль импеданса

1. Для высокочастотных цифровых схем такие материалы, как ENIG (химически необработанное никель-иммерсионное золото), обеспечивают стабильный импеданс. Это делается для предотвращения несоответствий и искажений сигналов.

Динамический Флекс

1. В носимых и складных устройствах печатные платы часто изгибаются во время использования. Покрытие гарантирует, что медные дорожки и контакты не трескаются и не теряют проводимость.

Распространенные типы покрытия кнопок

Для плакирования кнопок печатных плат обычно используются следующие материалы.

1. Золочение

2. Высочайшая проводимость и коррозионная стойкость.

3. Дорого, но производительность превосходная.

4. Серебряное покрытие

5. Лучшая проводимость.

6. Склонен к потускнению под воздействием влажности или серы.

7. Экономичность.

8. Лужение

9. Самая низкая стоимость и простота применения.

10. Приемлемая проводимость, но меньшая долговечность, чем у золота или серебра.

11. Очень распространено в бытовой электронике.

12. Воспользуйтесь функционалом  Никелирование

13. Используется для улучшения адгезии и износостойкости под любым другим покрытием.

14. Обеспечивает твердость и долговечность.

Важные факторы при проектировании кнопок печатных плат

Изготовление высокопроизводительной кнопки на печатной плате — не единственное требование. Инженерам приходится балансировать между выбором материала, механическими требованиями и ограничениями компоновки. Пользовательский опыт превыше всего. Давайте обсудим ключевые факторы превращения простого переключателя в надежный и удобный переключатель.

1. Выбор материала

Проводящие материалы

1. Медь является первым выбором для печатных плат из-за ее высокой проводимости и легкости травления. Для контактного покрытия золото или никель являются надежными вариантами.

2. Материал основания 

FR4: используется в большинстве прочных печатных плат.

Полиимид: Идеально подходит для гибких печатных плат

Материалы привода

Привод кнопки может быть резиновым куполом, пластиковым плунжером или каким-либо металлическим диском. Он должен выдерживать многократные нажатия без деформации. Для удобства и долговечности могут использоваться силиконовые эластомеры.

2. Схема цепи

Конструкция контактной площадки

Он должен быть тщательно подобран по размеру. Если колодки слишком малы, это приведет к механическому смещению, что приведет к пропускам нажатий.

Целостность сигнала

Точное сопротивление требуется в высокочастотных радиочастотных или высокоскоростных системах передачи данных. Ширина трасс и расстояния должны быть точно рассчитаны.

Заземление и экранирование

Заземление имеет решающее значение для предотвращения любых помех сигнала. Заземляющие плоскости должны быть развернуты под или вокруг цепи кнопки. Экранирование также требуется для емкостных сенсорных кнопок.

устранение дребезга

Механические переключатели могут дребезжать в течение нескольких миллисекунд при нажатии. Это может создавать несколько сигналов включения/выключения. Разработчикам необходимо решить эту проблему, добавив небольшую RC-цепь в оборудование или какую-то процедуру устранения дребезга в прошивку.

3. Тактильная обратная связь.

Кнопочный механизм

Тактильная обратная связь часто основана на металлическом или полимерном куполе. Геометрия, толщина и свойства материала выражают эту обратную связь.

Сила приведения в действие

Эта сила идеальна и удовлетворительна для восприятия. Диапазон следующий:

1. Легкие (100–150 г): Пульты дистанционного управления и портативная электроника.

2. Средний (150–250 г): Потребительские клавиатуры, кнопки общего назначения.

3. Тяжелый (250+ г): Промышленные панели управления.

Пользовательский опыт

Для обычных потребительских устройств ощущение щелчка повышает воспринимаемое качество. Специализированное оборудование может потребовать легкого нажатия, чтобы минимизировать шум или напряжение оператора.

4. Подсветка

Интеграция светодиодов

Для подсветки под кнопкой или вокруг нее размещаются одноцветные или RGB-светодиоды.

Рассеивание света

Дизайнеры также используют полупрозрачные колпачки или силиконовые слои для рассеивания света, тем самым предотвращая появление бликов и создавая равномерную подсветку.

Управление электропитанием

Светодиодная подсветка увеличивает энергопотребление, поэтому предпочтительны эффективные светодиодные драйверы, возможно, на основе ШИМ-регулировки яркости.

5. Параметры настройки

Форма и Размер

Кнопки могут быть круглыми, квадратными, прямоугольными или нестандартной формы. Необходимо учитывать эргономику.

Маркировка и значки

Значки, символы или буквенно-цифровые символы напечатаны или выгравированы лазером для руководства пользователями. Кнопки с отрицательной подсветкой могут использоваться только для подсветки символа.

Цветовые вариации

Разноцветные массивы или полупрозрачный пластик позволяют создавать эстетику, характерную для бренда, или функциональные группы с цветовой кодировкой (например, красный цвет для аварийной остановки, зеленый для старта).

Герметизация и гидроизоляция

Прокладки или мембраны интегрированы для конструкций с классом защиты IP. Это имеет решающее значение для устройств, работающих в суровых условиях.

6. Размер, форма и интеграция с другими компонентами

Компактность

Место на печатной плате имеет огромное значение, когда речь идет о миниатюризации. Кнопки должны быть тщательно рассчитаны и размещены.

Расстояние

Если кнопки расположены слишком близко, можно случайно нажать несколько кнопок одновременно. Необходимо обеспечить достаточный интервал.

Механическая интеграция

Кнопка должна быть выровнена с внешним корпусом или рамой. Дизайнеры обычно добавляют механические опорные конструкции, такие как пластиковые столбы, чтобы обеспечить последовательное срабатывание.

Ключевые соображения: Сводная таблица

Заключение

В сегодняшнюю цифровую эпоху мы не можем представить себе взаимодействие человека и машины без кнопок PCB. В этой статье мы обсудили несколько типов кнопок PCB и, что самое важное, как работает кнопка PCB.

Хотя кнопки печатной платы кажутся простыми, их конструкция и наука, лежащая в основе выбора наиболее подходящей печатной платы для вашего продукта, очень важны для успеха вашего продукта. Инженеры должны рассматривать надежность и прочность как свою главную цель. Механические ограничения и стоимость также добавляют сложности к нашему выбору. Правильный выбор кнопки печатной платы может сделать или сломать ваш продукт. Тщательная электрическая схема за кнопкой печатной платы очень важна. Это требует продуманного процесса.

Если вы хотите усовершенствовать или обновить пользовательский интерфейс вашего продукта, наша команда готова вам помочь. Мы специалисты по проектированию кнопок печатных плат, от концепции до конечного производства. Используйте наш опыт в области механического, электрического и интерфейсного проектирования и сделайте каждое нажатие кнопки вашего продукта лестницей успеха. Давайте работать вместе, чтобы превратить ваши видения в реальность. Правильно расположенная и тщательно спроектированная кнопка за раз.