做消费类电子、小型工控板卡结构设计的工程师,大概率都接触过这类小尺寸贴片按键,别小看这颗长宽高仅6mm、3.6mm、3.2mm的小元件,在高密度布板的场景里,它的安装边界、外形公差、引脚共面度,往往能决定整板SMT良率和后期操作手感。
先从实际应用场景说,这类贴片按键最常出现在蓝牙耳机充电仓的功能触发键、便携检测仪器的面板操作键、小型电源模块的参数设置键、工控IO模块的地址拨码旁的复位键位上,因为是SMD贴装工艺,不需要在PCB上开插件过孔,能最大程度节省板面对空间,尤其适合双面布板的紧凑设计,不会像插件按键那样在板面背面留下引脚突出,影响产品外壳的贴合装配。
从功能特性上看,这类按键属于瞬时接触式轻触结构,常态下内部触点处于断开状态,当按压顶部的操作柄达到额定行程后,内部弹片形变接触焊盘实现通路,撤去按压力后弹片自动复位断开,触发力度通常在160gf到250gf之间,既不会因为力度太轻导致运输过程中误触发,也不会因为力度太重让操作时产生生硬的触感。设计时特意将操作柄的高度做了限位,高出本体顶面1.2mm,刚好匹配常规0.8mm到1.5mm厚度的设备外壳按键帽间隙,不需要额外加垫高结构,外壳上的按键孔只要开出4x2mm的避让位就能保证操作顺畅,不会出现卡键问题。
再说到设计思路上,建模时最先要卡准的是安装边界:本体底部的两个贴片引脚,中心间距刚好是4.5mm,引脚宽度1.2mm,焊盘设计时建议每边外延0.3mm的焊锡量,同时要在引脚内侧做0.2mm的阻焊隔离,避免过炉时焊锡溢到本体底部造成引脚短路。本体的侧边做了0.1mm的脱模斜度,不管是塑胶本体注塑生产还是后期SMT吸嘴取料,都能保证顺畅不卡料,顶部的操作柄和本体之间预留了0.15mm的活动间隙,既不会因为间隙太大进灰影响触点寿命,也不会因为间隙太小在温度形变时出现卡滞。引脚部分采用了弯脚贴装设计,引脚末端做了圆弧过渡,贴装时能更好地和焊盘贴合,共面度控制在0.1mm以内,完全符合SMT高速贴装的公差要求,不会出现虚焊、立碑的问题。
实际选型时还要注意,这类按键的本体是耐高温LCP材质,能过260摄氏度的回流焊高温,不会因为过炉出现本体变形、操作柄卡滞的问题,黑色的本体材质也能避免长期光照下出现材质发黄变脆的情况,适合在-20摄氏度到70摄氏度的工作环境下使用,触点部分采用镀银处理,接触电阻小于50毫欧,能通过最大50mA的直流电流,完全满足信号触发类的使用需求,不需要承担大电流通断的负载。
很多新手工程师在布板时容易忽略按键本体的高度占位,把周边的贴片电容电阻布得离按键太近,其实按键本体3.2mm的高度,比常规0805封装的元件高出2mm还多,如果周边元件离按键本体距离小于1mm,过炉时容易因为元件高度差导致锡膏印刷厚度不均,出现焊接不良,同时后期外壳装配时也容易和周边元件产生干涉。另外建模时要注意按键按压后的行程下沉量是0.25mm,设计外壳按键的按压间隙时要预留出这个行程,避免按键按到底后外壳还没触发行程,出现操作失灵的问题。
从结构可靠性上看,这类按键的内部弹片采用不锈钢材质,正常操作下寿命能达到10万次以上,完全满足消费类电子、小型工控设备的全生命周期使用需求,本体底部和PCB贴合的面做了平整处理,贴装后能和PCB表面紧密贴合,不会因为长期按压出现本体翘起、引脚脱焊的问题。两个引脚除了实现电气连接,也起到了机械固定的作用,能承受至少5N的横向推力,不会因为日常操作中的侧向力导致按键脱落。
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