Integración de teclados de silicona y domos metálicos: diseño del actuador

Un teclado de silicona y un domo metálico deben diseñarse como un único mecanismo en su configuración instalada. Adapte el área de contacto del actuador bajo carga al domo seleccionado, controle la alineación y la holgura en reposo, y disponga un tope de recorrido que proteja el domo sin impedir el cierre eléctrico. Apruebe el conjunto mediante mediciones sincronizadas de fuerza, desplazamiento y estado eléctrico, no únicamente a partir de la fuerza nominal del domo suelto.

Este artículo trata de un actuador de silicona no conductora que presiona un domo metálico normalmente abierto, encargado tanto del salto elástico como del contacto eléctrico. En esta arquitectura, la silicona no actúa como conductor mediante una pastilla de carbono.1 Para conocer los requisitos generales de las teclas moldeadas, consulte la guía de diseño de teclados de caucho de silicona.

Confirme la configuración del domo y del circuito

Identifique el fabricante del domo, la referencia, la revisión del plano, la orientación, la disposición de los contactos, el método de retención y el soporte del circuito antes de fijar la geometría del actuador. Identifique también cualquier película portadora o capa de transmisión de carga situada entre la silicona y el metal. La interfaz de un actuador que presiona a través de una película no es la misma que la de uno que toca directamente el domo sin película.

Apruebe conjuntamente la disposición de las superficies de contacto del circuito y el apoyo local. En un circuito flexible, defina la zona de conmutación con respaldo o rigidizador cuando sea necesario; en una PCB rígida, compruebe sus apoyos reales en lugar de suponer que la placa no puede flexionarse. Confirme que la retención deja libres los elementos móviles del domo seleccionado. Snaptron advierte específicamente que no debe restringirse el movimiento de las patas y distingue entre domos soldables y otros tipos.4

Siga las rutas de transmisión de la carga mecánica

Ejemplo ilustrativo: rutas funcionales, no una sección de producción ni un diseño con prestaciones nominales. Las flechas indican la transmisión de carga mecánica, no la corriente eléctrica.

Carga del dedo
    |
    v
Parte superior de la tecla de silicona
    +--> Membrana elástica de silicona --> Manta de teclas fijada por apriete --> Carcasa
    |
    +--> Punta del actuador de silicona
    |        |
    |        v  [una vez absorbida la holgura en reposo, si existe]
    |    Película portadora / de transmisión de carga, si existe
    |        |
    |        v
    |    Corona del domo metálico
    |        +--> Patas/borde del domo --> Superficies de apoyo del circuito --+
    |        +--> Contacto central [después del cierre] -----------------------+
    |                                                                          |
    |                                                       Sustrato del circuito + respaldo local
    |                                                                          |
    |                                                                       Carcasa
    |
    +--> Tope mecánico [al entrar en contacto] --> Apoyo estructural --> Carcasa

La membrana elástica es una ruta de retorno en paralelo, no simplemente otra capa situada bajo el domo. El tope crea otra ruta de reacción cuando entra en contacto; su eficacia depende de la rigidez y la geometría de esa ruta. Para una capa de conmutación laminada, consulte los interruptores de membrana con domos metálicos al definir el alcance del conjunto suministrado.

Adapte el actuador al área de contacto aprobada

Las directrices publicadas por Snaptron para actuadores recomiendan émbolos centrados, de base plana y con un diámetro no superior al 25% del diámetro del domo. También describen configuraciones con actuador integrado y actuador anular.2 Se trata de directrices de un fabricante, no de una proporción universal para todos los domos, compuestos de silicona o interfaces. Confirme su aplicabilidad a la pieza seleccionada, especialmente si tiene un orificio central, un resalte o una película interpuesta.

Especifique la forma, la posición, el estado superficial y la protrusión de la punta. Una punta redondeada o anular requiere aprobación para su patrón de contacto real; ninguna sustituye automáticamente a una punta plana. En el caso de la silicona, revise la huella de contacto bajo carga, no solo su contorno CAD sin carga. Incluya la inclinación y el movimiento lateral durante las pulsaciones en el borde.

Para una comprobación ilustrativa de geometría circular, defina una región de carga aprobada de radio R, un radio máximo de la huella de contacto bajo carga r y un desplazamiento máximo entre centros e. Todos se miden en la misma interfaz y en milímetros. Para que la huella quede completamente contenida desde el punto de vista geométrico, debe cumplirse:

e + r <= R

Esta construcción es una comprobación de plano, no un límite de carga del proveedor ni un modelo de fatiga. Obtenga la región aprobada del proveedor del domo; no la sustituya por el radio exterior del domo. Las interfaces no circulares, anulares y con actuador integrado requieren su propia revisión de la envolvente de contacto.

Controle la alineación, el apoyo y la precarga

Alinee todo el conjunto de capas

Referencie el actuador de silicona, el alojamiento o la matriz de domos, las superficies de contacto del circuito y los elementos de posicionamiento de la carcasa a un sistema coordinado de referencias geométricas. Incluya las variaciones de moldeo, la colocación del domo, la posición de la placa, el guiado de la tecla y la rotación durante el montaje. Compruebe pulsaciones representativas en bordes y esquinas, además del accionamiento centrado.

Cuando se prevé que el domo proporcione el clic principal, considere una membrana de silicona sin salto elástico propio, en lugar de dos elementos que salten de forma independiente. SiTECH describe para este fin una membrana plana sin salto elástico, denominada «dead web».3 Sigue siendo una parte elástica del conjunto, por lo que deben validarse el retorno y la estabilidad de la tecla, en lugar de tratarla como un elemento que no ejerce fuerza.

Separe la interferencia geométrica de la fuerza de precarga

Utilice una sección representativa y una referencia común en el apoyo del circuito. Sea H la altura de referencia de la manta de teclas instalada, P la protrusión del actuador por debajo de esa referencia antes de la deformación inducida por el domo y T la altura sin carga de la superficie receptora del domo o de la película. La holgura geométrica es:

g = H - P - T

g_min = H_min - P_max - T_max
g_max = H_max - P_min - T_min

Estas ecuaciones, expresadas en milímetros, constituyen un modelo dimensional ilustrativo. Los límites forman una comprobación conservadora con intervalos independientes; las dimensiones correlacionadas requieren un tratamiento aparte. Un valor positivo de g indica holgura; un valor negativo de g indica una interferencia que debe compensarse mediante deformación. Esto no especifica la fuerza de precarga en newtons.

Compruebe ambos extremos: una holgura excesiva puede consumir el recorrido de accionamiento disponible, mientras que una interferencia exige evaluar el estado de reposo del conjunto montado. No aplique una distancia de precarga universal. SiTECH publica una recomendación de precarga para su propio contexto de diseño, pero eso no constituye una autorización para un domo no especificado.3 Obtenga la aprobación correspondiente al componente para cualquier precarga intencionada y verifique el estado abierto, la respuesta de fuerza y el retorno completo con la condición de sujeción por apriete especificada.

Defina los topes de recorrido y las condiciones de sobrerrecorrido

Distinga el movimiento de la parte superior de la tecla después del cierre eléctrico del movimiento que supera la carrera permitida del domo. La compresión de la silicona contribuye al movimiento de la parte superior de la tecla, por lo que su recorrido no es idéntico al desplazamiento del domo.1 Snaptron define el sobrerrecorrido del domo en relación con el recorrido de diseño e identifica tipos especiales de domo concebidos para admitirlo.4

Especifique por separado la posición de reposo, la posición de cierre, la posición de entrada en contacto del tope y la carrera permitida del componente. No dé por hecho que un valor de recorrido de catálogo es un umbral de daño.

Un tope que entre en contacto pronto debe permitir el cierre incluso en la condición de holgura máxima. Un tope que entre en contacto tarde debe mantener el desplazamiento y la carga del domo dentro de los límites aprobados en el extremo opuesto de tolerancia. Compruebe ambos casos teniendo en cuenta la deformabilidad real del apoyo y los casos de carga del usuario especificados.

Dirija la carga adicional posterior al contacto con el tope hacia una ruta estructural definida. Un elemento moldeado llamado «tope» no es suficiente si se comprime o flexiona tanto que sigue cargando el domo. Verifique el contacto con el tope, la deformación bajo carga y la recuperación. No deduzca una sobrecarga admisible únicamente a partir de la fuerza de disparo del domo.

Utilice una lista de comprobación para la aprobación de la interfaz

Esta lista organiza la revisión de planos y la verificación del conjunto; los valores de aceptación deben corresponder al componente seleccionado y a los requisitos del producto.

Snaptron describe varias rutas de ventilación y advierte que el aire atrapado puede afectar a la respuesta táctil.4 No añada una abertura no controlada que atraviese el límite de sellado de la carcasa únicamente para ventilar el alojamiento del domo.

Mida la fuerza, el cierre y el retorno en el conjunto final de capas

Compare el domo sin elementos de retención, el domo retenido sobre su circuito y la tecla completa instalada para distinguir el comportamiento del componente de los efectos del montaje. Utilice el útil del proveedor para la comparación del componente. El método de ensayo de fuerza de Snaptron especifica la geometría de la sonda, el centrado, el apoyo, la ventilación, la velocidad y el acondicionamiento; son condiciones de ensayo, no dimensiones que deban aplicarse automáticamente al actuador de producción.5

Para aprobar el conjunto, sincronice la fuerza, el desplazamiento de la parte superior de la tecla y el estado eléctrico. Defina la referencia de desplazamiento y el umbral de cierre. Registre el pico de fuerza durante la pulsación, el punto de cierre, el comportamiento del contacto durante la pulsación mantenida, el contacto con el tope, la apertura eléctrica y la trayectoria de retorno. No deduzca el cierre a partir de un clic audible ni equipare cada mínimo de fuerza con el evento de liberación.5

Registre la revisión de montaje, el identificador de la tecla, la identificación del material y de la cavidad del molde cuando corresponda, el lote del domo, el útil, el punto de pulsación, la velocidad, el acondicionamiento, el circuito, el apoyo y la condición de los elementos de fijación. Incluya el uso centrado y el uso previsto fuera de eje, los extremos de tolerancia y las comparaciones pertinentes antes y después del acondicionamiento o de los ciclos. Acuerde el número de ciclos, las cargas, el entorno y los límites de aceptación para la aplicación.

El resultado de vida mecánica de un domo obtenido por un proveedor no valida la vida eléctrica del teclado completo. El procedimiento de ciclos mecánicos publicado por Snaptron excluye los ensayos de resistencia eléctrica y define su criterio de fallo en torno a la aparición de grietas.5 Por tanto, el plan de validación del conjunto necesita sus propios criterios de cierre, intermitencia y retorno.

Preguntas frecuentes

Consulte su proyecto de conjunto de teclado híbrido

Revise los conjuntos de teclados de silicona cuando el proyecto necesite una manta de teclas moldeada coordinada con sus capas de conmutación. A continuación, solicite una revisión de ingeniería del teclado y adjunte las secciones de la manta de teclas y de la carcasa, la referencia y el plano del domo, el diseño del circuito, muestras o fotografías, los objetivos de fuerza y recorrido, el concepto del tope y los requisitos de aceptación eléctrica.

Incluya las cantidades de prototipos y de producción, el uso del equipo, los puntos de pulsación, el uso de guantes y la exposición ambiental. Marque los elementos aún no decididos como TBD —por definir— e identifique las piezas suministradas por el cliente. Confirme la viabilidad, el alcance del suministro y las responsabilidades de validación para el proyecto concreto.