금속 돔 PCB 패드 및 레이아웃 설계 가이드: 설치 공간, 납땜성 및 전기 검증

금속 돔 스위치는 기계적으로 간단하고 전기적으로 까다롭습니다. 돔은 작동력에 도달하면 중앙을 통과하여 중앙 패드와 PCB의 환형 링 패드 사이의 회로를 닫는 스테인레스 스틸 디스크입니다. 촉각 품질과 접촉 신뢰성은 돔 자체뿐만 아니라 PCB 레이아웃에 의해 결정됩니다. 패드 형상을 올바르게 설정하면 스위치가 데이터시트의 힘 및 수명 데이터에 따라 작동합니다. 잘못 판단하면 동일한 돔이 저항에 표류하거나 도금이 마모되거나 정격 수명이 되기 훨씬 전에 간헐적으로 파손될 수 있습니다. 이 가이드는 소비자, 산업 및 자동차 프로그램 전반의 생산 경험을 기반으로 실제로 중요한 레이아웃 규칙을 수집합니다.

패드 지오메트리: 2개의-패드 아키텍처

표준 돔 접점은 PCB의 두 개의 패드(중앙 패드와 이를 둘러싸는 환형 링 패드)를 사용하며 구리의 간격으로 분리됩니다. 돔이 끼워지면 접촉 링이 틈을 메우고 두 개의 패드를 연결합니다. 세 가지 차원이 형상을 정의하며 각 차원에는 작업 범위가 있습니다.

• 센터 패드 직경:일반적으로 돔의 접촉 링 직경의 50-70%입니다. 중앙 패드가 너무 크면 돔의 외부 링이 직접 접촉하여 스위치가 영구적으로 닫힐 수 있습니다. 너무 작으면 돔 접점이 안정적으로 안착되지 않거나 납땜/도금 마감을 위한 패드 영역이 부족할 수 있습니다.
• 환형 링 패드:외부 패드 너비는 일반적으로 0.4-0.8mm의 구리이며 돔 링의 접점과 스위치에서 라우팅 비아 또는 트레이스를 운반할 수 있는 크기입니다. 링은 분할되지 않고 중앙 패드 주위에서 연속되어야 하므로 돔은 회전 위치에 관계없이 동일한 전기 네트에 접촉됩니다.
• 패드 사이의 간격:0.3-0.5mm는 대부분의 돔 크기에 대한 작업 범위입니다. 간격이 너무 넓으면 접촉 면적이 줄어들고 접촉 저항이 높아집니다. 간격이 너무 좁으면 패드 전체에 납땜 브리지나 도금 브리지가 생겨 스위치가 단락될 위험이 있습니다.

돔 직경은 절대 수치를 좌우합니다. 5mm 돔은 대략 2.2-2.6mm의 중앙 패드와 3.6-4.2mm 외부 직경의 링을 사용합니다. 12mm 돔은 비례적으로 확장됩니다. 확실하지 않은 경우 다른 크기에서 추정하기보다는 특정 돔 크기에 대한 돔 공급업체의 설치 면적 도면을 요청하십시오.

표면 마감: 접촉 인터페이스

돔 접점은 작동할 때마다 패드 표면을 닦으므로 패드 마감에 따라 수명에 따른 접점 저항 추세가 결정됩니다. 돔 응용 분야의 성능 순으로 실제 선택 사항은 다음과 같습니다.

• ENIG(무전해 니켈 침지 금):돔 스위치 패드의 표준 선택입니다. 니켈 장벽은 구리 이동을 막고 얇은 금층은 작동 예산을 견디는 안정적이고 낮은 저항의 접촉 표면을 제공합니다.- 일반적인 ENIG 금 두께는 3~6μm 니켈에 대해 0.05~0.1μm입니다.
• 침수 은:비용에 민감한-보드를 위한 대안 은색 표면은 접촉 인터페이스가 좋지만 습한 환경에서는 더 빨리 변색되므로 밀봉되거나 건조한 용도에 적합합니다.
• HASL:돔 패드에는 권장되지 않습니다. 납땜 표면이 고르지 않고 돔 접점이 정점에 걸려 작동력 느낌과 접촉 저항이 바뀔 수 있습니다.
• OSP:돔 배치 후 보드를 납땜하는 저수명, 저비용-애플리케이션에 사용할 수 있지만 유기 코팅은 금속 마감처럼 접점 표면을 보호하지 않으며 수명에 따른 저항 드리프트가 더 높습니다.

수명과 저항이 지정되는 자동차 및 의료 프로그램의 경우 ENIG가 기본값이며 도금은 첫 번째-항목으로 검증됩니다. 패드 마감은 돔 도금과도 상호 작용합니다. ENIG 패드의 금-도금 돔은 가장 안정적인 조합인 반면, 침수 은 패드의 은-도금 돔은 밀봉된 모듈에 대한 비용-최적화된 쌍입니다.

발자국 배치 및 정렬

돔과 패드 사이의 정렬은 스위치 성능 불만의 가장 일반적인 근본 원인입니다. 돔은 패드 세트와 동심원으로 자리 잡아야 합니다. 0.2mm만 오프셋된 돔이라도 힘 곡선을 변경하고 접촉 링을 환형 패드에서 이동할 수 있습니다. 세 가지 규칙으로 정렬을 제어할 수 있습니다.

• 돔 공급자의 설치 공간 레이어를 사용하십시오.일반적인 스위치 기호가 아닌 정확한 돔 크기에 대해 공급업체가 권장하는 설치 공간에 따라 패드를 배치하십시오. 발자국의 패드 좌표는 돔의 접촉 링까지 측정됩니다.
• 돔 배치 데이텀을 정의합니다.수동으로 -배치하거나 반자동으로 배치하는 경우-PCB 실크 스크린은 돔 윤곽선이나 중앙 십자가를 표시해야 합니다. 자동화된 배치를 위해 픽{2}}및-플레이스 프로그램은 패드를 찾는 것과 동일한 기준점을 사용합니다.
• 첫 번째 기사에서 정렬을 확인하세요.첫 번째 보드는 X-투명 돔을 통해(또는 돔이 제거된 상태에서) X선 검사를 받거나 육안 검사를 통해 돔 링이 공급업체의 공차(일반적으로 작은 돔의 경우 ±0.15mm 이상) 내에서 환형 패드에 안착되는지 확인합니다.

캐리어의 돔 배열의 경우 정렬은 개별 배치가 아닌 배열 도구에 의해 정의되며 배열 도면은 PCB 레이아웃이 일치해야 하는 패드{0}}-돔 위치 공차를{1}}지정합니다.

납땜성과 배치 순서

돔은 전통적인 의미에서 거의 납땜되지 않습니다. 이는 오버레이 또는 캐리어에 의해 고정되며 PCB 접점이 전기 작업을 수행합니다. 그러나 PCB는 다른 구성요소에 대해 여전히 리플로우를 거치며 돔 패드는 두 가지 납땜-관련 위험에 직면합니다. 첫 번째는 패드 표면에 대한 솔더 위킹입니다. 솔더 페이스트가 환형 링이나 중앙 패드에 퍼지면 돔은 마감재가 아닌 솔더와 접촉하여 접촉 인터페이스를 변경하고 작동력을 변경하는 융기 지점을 생성할 수 있습니다. 규칙은 돔 접촉 영역에서 솔더 페이스트를 유지하는 것입니다. 즉, 패드를 마스크하거나 돔이 아닌 랜드에만 페이스트를 인쇄하는 페이스트 단계를 사용합니다.- 두 번째는 플럭스 잔류물입니다. 패드에 남아 있는 리플로우 플럭스는 접촉 저항을 높이는 필름을 생성합니다. 최종 조립 전에 돔을 배치할 때 잔류물이 적도록 선택된 세척 단계 또는 세척되지 않은 플럭스가 지정됩니다.

배치 순서도 중요합니다. 보드가 두 번째 열 사이클(예: 커넥터 리플로우)을 거치기 전에 돔을 배치할 때 돔은 변형 없이 해당 온도를 견뎌야 합니다. 대부분의 스테인리스 스틸 돔은 한 번의 추가 리플로우를 허용합니다. 보드에 여러 열 단계가 있는 경우 공급업체의 돔 온도 등급을 확인해야 합니다.

전기 검증 및 테스트 패드

모든 돔 스위치 위치는 보드 테스트 단계에서 전기적으로 검증 가능해야 하며 레이아웃에 따라 이것이 쉬운지 아니면 어려운지 결정됩니다. 두 가지 테스트 설계 규칙:

• 링과 중앙 패드를 테스트 지점으로 라우팅합니다.각 스위치 위치는 두 개의 네트를 프로브 포인트 또는 -못 테스트 패드로 가져오므로 플라잉-프로브 테스트는 돔이 제자리에 있는 상태에서 스위치 폐쇄 저항을 측정할 수 있습니다.-
• 돔-제거 연속성 테스트 허용: the open resistance between the center and ring nets (with the dome absent or the overlay not yet installed) verifies that the two pads are not bridged by solder or plating. The test spec sets the minimum open resistance, typically >5V에서 1MΩ.

돔 스위치의 폐쇄{0}}접촉 저항 목표는 일반적으로 정격 전류에서 100mΩ 미만이며(종종 5V에서 10mA) 레이아웃의 기여는 패드 마감 및 트레이스 저항입니다. 스위치에 대한 길고 얇은 트레이스는 저항을 추가합니다. 고전류 또는 긴-수명 프로그램의 경우 링 및 중앙 네트가 더 넓은 트레이스로 라우팅되거나 중복되어 직렬 저항을 줄입니다.

ESD 및 레이아웃 보호

돔 스위치는 사용자{0}}측면에 위치하므로 정전기 방전이 발생합니다. 레이아웃은 표준 툴킷을 사용하여 스위치와 다운스트림 회로를 보호합니다. 즉, 스위치를 떠나는 트레이스의 직렬 저항기와 TVS, 돔 영역 근처의 가드 링 또는 접지면, 돔 패드와 인접한 고{2}}전압 네트 사이의 충분한 간격입니다. 동일한 패널에 있는 정전식-터치 컴패니언 영역의 경우 돔 스위치 트레이스는 정전식 감지 영역에서 멀리 떨어져 있으므로 터치 감지가 스위치 신호를 포착하지 않습니다.

일부 구성에서는 돔 자체가 접지된 금속 부품입니다. 돔이 전기적으로 활성화된 경우(링 넷에 연결) 레이아웃은 돔 영역을 노출된 가장자리에서 멀리 유지하고 사용자가 액세스할 수 있는 입력과 동일한 ESD 보호 기능을 사용하여 스위치 넷을 라우팅해야 합니다-.

어레이 레이아웃을 위한 돔 크기 및 피치 선택

돔 어레이 및 멀티{0}}스위치 보드의 경우 레이아웃 문제는 단일 패드 세트에서 스위치 간 피치 및 절연까지 확장됩니다. 두 돔 위치 사이의 최소 피치는 돔 직경, 링 패드 확장, 패드 사이의 트레이스 라우팅 공간에 의해 설정됩니다. 5mm 돔은 일반적으로 단일-레이어 라우팅을 사용하는 경우 7-8mm 중심-~-중심 피치가 필요하며 마이크로-비아 또는 이중 레이어 플렉스를 사용하면 더 단단합니다. 어레이가 단일 돔 시트로 배치되면 돔 시트 툴링에 의해 피치가 고정되고 PCB 레이아웃이 시트의 패드 위치와 정확히 일치해야 하므로 시트 도면과 보드 레이아웃이 함께 출시됩니다.

인접한 스위치 간의 절연은 두 번째 위험 지점입니다. 인접한 돔의 링 패드는 좁은 피치로 서로 가깝고 두 링 네트 사이의 솔더 브리지 또는 도금 브리지는 스위치를 단락시킵니다. 레이아웃은 두 개의 링 패드 사이에 명확한 절연 간격을 유지하고 아래 레이어에서 두 개의 네트를 분리하여 라우팅하며, 보드 단계의 개방형 저항 테스트를 통해 절연을 확인합니다. 동일한 캐리어에 돔과 트레이스를 모두 운반하는 어레이의 경우 돔 영역 아래의 트레이스 레이아웃이 접촉 링에서 멀리 떨어져 있으므로 돔의 스냅{3}}스루가 트레이스와 충돌하여 의도하지 않은 네트에 단락될 수 없습니다.

보드 수준에서 힘 곡선 확인

전기적 레이아웃은 돔 스위치 성능의 절반에 불과합니다. 촉각력은 돔과 오버레이에 의해 설정되며 보드는 패드의 평탄성과 돔 아래의 지지력에 기여합니다. 두 가지 보드-수준 세부정보가 힘 측정에 영향을 미칩니다. 첫 번째는 패드 높이입니다. 두꺼운 솔더 마스크나 돔 아래의 돌출된 도금 범프가 이동 거리와 인지된 힘을 변경합니다. 마스크는 공급업체 설치 공간이 요구하는 돔 영역 아래에서 제거되거나 얇아지고 솔더 마스크 개구부는 기본값으로 남겨지지 않고 설치 공간의 마스크 레이어에 그려집니다. 두 번째는 돔 아래의 지지대입니다. 얇은 보드나 플렉스의 경우 돔 영역 뒤에 지지 패드나 보강재가 필요하므로 작동 에너지가 보드 플렉스가 아닌 돔 스냅으로 들어갑니다. 힘 곡선은 실제 오버레이가 적용된 보드의 힘 게이지를 통해 검증되며, 측정된 곡선은 설계가 생산에 출시되기 전에 돔 데이터시트 곡선과 비교됩니다.

이 두 가지 검사 - 패드 평탄도 및 지지 강성 -는 전기적으로 올바른 레이아웃에서 살아남는 "돔이 잘못된 느낌"이라는 불만 사항의 ​​대부분을 포착합니다.

출시 전 레이아웃 체크리스트

다음 체크리스트는 보드가 제작에 출시되기 전에 대부분의 돔 스위치 레이아웃 결함을 포착합니다.

• 중앙 패드와 환형 링 패드는 정확한 돔 크기에 대해 공급업체 설치 공간과 일치합니다.
• 패드 사이의 간격은 0.3-0.5mm 이내이며, 연결될 수 있는 납땜 또는 도금 마스크 개구부가 없습니다.
• 패드 마감은 ENIG(또는 지정된 접촉 마감)입니다. 돔 접촉 영역에서 제외된 솔더 페이스트.
• 돔 배치 기준점은 도면에 표시되어 있으며 정렬 공차는 명시되어 있습니다.
• 두 스위치 네트 모두 정의된 개방/폐쇄 저항 사양을 사용하여 테스트 지점으로 라우팅됩니다.
• 스위치 네트에 배치된 ESD 보호 구성요소 및 용량성 영역이 없는 스위치 트레이스.
• 모든 보드 열 사이클에 대해 돔 온도 등급을 확인했습니다.

Shanyo(브랜드 Shanyo, Qingdao Shanyuan Precision Electronics)는 금속 돔을 공급합니다.돔 스위치구성 요소 및돔 시트 배열각 돔 크기에 대한 설치 공간 도면 및 레이아웃 지원을 제공하며 엔지니어링 팀은 요청 시 고객 레이아웃을 검토합니다. 새로운 프로그램의 경우 풋프린트 도면과 패드 마감 권장 사항이 돔 견적에 포함되므로 PCB 레이아웃과 구성 요소가 처음으로 정렬되어 도착합니다.