Problemas de diseño del teclado de silicona

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Mi dispositivo utiliza un teclado de silicona para detectar una pulsación de tecla en lugar de un botón físico.

Después de la configuración, funciona sin problemas, incluso sin aplicar mucha presión al teclado.

Sin embargo, después de un tiempo (digamos 2 meses), deberá aplicar mucha presión sobre el teclado antes de detectar una tecla. Continúa así por un tiempo, y luego no se pueden detectar claves nuevamente.

Así que abrimos, limpiamos las huellas del teclado de la PCB con "espíritu metilado". Y funciona como nuevo. En algún momento, vemos residuos negros en las trazas de PCB del teclado, que parece salir del conductor del teclado de silicona. Limpiamos esto y todo vuelve a la normalidad.

Mi pregunta es cómo evitar este problema.

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Paul A.
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Sus contactos realmente deberían estar chapados en oro. Estañado con soldadura o plateado se corroerá.
Brhans
He visto otros que no están chapados en oro y se ven plateados ... y no actúa de esta manera.
Paul A.
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Usamos chapado en oro en los teclados de equipos de oficina para la exportación mundial, por lo que en todo tipo de humedades, y no tuvimos problemas con el teclado. Puede sopesar el costo adicional del chapado en oro contra el costo adicional de reemplazar o reparar el dispositivo. Es difícil imaginar que el costo anterior esté cerca del segundo. Sin embargo, en primer lugar para el análisis de causa raíz.
TonyM
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He visto almohadillas de silicio conductoras de muy mala calidad que dejan fácilmente partes de sí mismas en la superficie de contacto y donde todo lo que tenía que hacer era comprar algunas almohadillas conductoras de buena calidad y el problema desapareció por completo. Tiene muchos buenos consejos centrados en una superficie de tablero mejorada. Pero todo eso no habría ayudado en el caso que recuerdo. Fueron las almohadillas, ellos mismos, y el reemplazo con mejor calidad resolvieron el problema.
jonk

Respuestas:

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La electricidad y el agua son el problema. El estaño en el revestimiento de soldadura desarrollará una estructura cristalina y formará un óxido que no se comportará muy bien. Pasé muchos meses en la década de 1980 resolviendo este problema y el resultado final es usar una placa de oro. No seas barato en esto. La compañía para la que trabajé en ese momento demandó al proveedor mucho dinero por su incompetencia y eran grandes en la industria en ese momento.

Si no puede sellarlo (y claramente no puede porque puede limpiar los contactos), entonces entrará agua. Es inevitable.

Andy alias
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Veo. Primero, tenemos algunos de los que estamos seguros de que el agua no llegó y aún así actúa mal. Estoy realmente abierto a ir chapado en oro. Pero necesito asegurarme de que no haya otra cosa que pueda causar este problema. Como dije, tenemos algunos que no están chapados en oro y funcionó sin este problema.
Paul A.
Permítanme agregar que no usamos pasta de soldadura en los contactos de PCB del teclado.
Paul A.
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La tecnología del teclado que utilizamos en los años 80 era una membrana de plástico pegada y sellada, pero entró agua porque los teclados estaban hechos en un entorno sin humedad controlada. Si crees que una alfombra de goma detendrá la humedad, te estás engañando a ti mismo. Cada vez que lo abre para limpiarlo, el agua ingresa a través de la humedad del aire.
Andy aka
La mayoría de las siliconas también están bastante abiertas para el vapor de agua, por lo que, aunque piense que lo selló todo, el teclado dejará pasar el vapor de agua, lo que podría causar problemas más adelante (condensación, humedad demasiado alta, etc.).
Arsenal
Los comentarios sobre el uso de oro real son noticias viejas. Como dije, los controles de proceso han mejorado enormemente uyemura.com/pcb-finishes_ENIG.htm y la selección de proveedores es clave. uyemura.com/pcb-finishes_ENIG.htm Las versiones Note 2 son altamente resistentes a la corrosión ... GoBright® TWX-40 y KAT SP ENIG
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
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Si no puede permitirse el chapado en oro decente *, le sugiero que especifique el PCB con tinta conductora de carbón impresa. HASL o hojalata no serán confiables a largo plazo y es de esperar lo que haya experimentado. Nickel sería mejor, pero aún no es genial.

Encontrará que la tinta conductiva es estándar en la mayoría de los controles remotos del consumidor, y algo así es lo que está al otro lado del contacto (una píldora de elastómero cargada de carbono).

Si no puede encontrar fabricantes de PCB dispuestos a hacer eso en sus cantidades, obtenga el oro (siempre se debe suministrar enchapado sobre una capa de barrera de níquel) y listo.


* ENIG (oro de inmersión de níquel sin electrodos) no es realmente recomendable para el uso del teclado: demasiado delgado, solo unas pocas micras de grosor.

El oro duro (electrolítico) sobre el níquel es literalmente el estándar de oro para las superficies de contacto. Desafortunadamente, el oro tiene un efecto negativo en las conexiones de soldadura (normalmente hay muy pocos átomos de oro en ENIG como para dañar las uniones en la mayoría de las aplicaciones), por lo que debe limitarse a áreas que no están soldadas o debe eliminarse más tarde (como está detallado en IPC J-STD ) para aplicaciones de alta confiabilidad.

J STD-001 La revisión "F" ahora indica: (tenga en cuenta que la nueva redacción / cambios se resaltan a continuación) 4.5.1 Eliminación Gold

La extracción de oro se realiza para reducir el riesgo de falla asociada con la soldadura fragmentada. La fragilidad del oro no es una anomalía visualmente inspeccionable. En los casos en que el análisis haya determinado que existe una condición de fragilidad de oro, la fragilidad de oro se considerará un defecto, consulte el manual IPC-HDBK-001 o IPC-AJ-820 para obtener orientación. Excepto como se indicó anteriormente, se eliminará el oro:

   a. From at least 95% of the surfaces to be soldered of the through-hole component leads with >2.54 μm [100 μin] gold thickness and all through-hole leads that will be hand soldered regardless of gold thickness.
   b. From 95% of all surfaces to be soldered of surface mount components regardless of gold thickness.
   c. From the surfaces to be soldered of solder terminals plated with >2.54 μm [100 μin] gold thickness and from all solder cup terminals, regardless of gold thickness.
Spehro Pefhany
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Obviamente, tendría que ir chapado en oro en el futuro ya que puedo relacionarme con la mayoría de los problemas explicados aquí. Sin embargo, tengo alrededor de 100 placas de PCB conmigo con estañado. ¿Puedo obtener la tinta conductora de carbono y hacerlo yo mismo?
Paul A.
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(Me sentí tonto por olvidar la tinta de carbón en mi comentario anterior, buena llamada SP y @ TonyStewartEEsince75) Usamos tinta de carbono en un producto posterior a eso en los comentarios anteriores, nuevamente para la exportación mundial a oficinas y humedades. Enviamos al menos 20,000 máquinas. No tuvimos ningún problema con el teclado y lo sometimos a pruebas de desgaste, usando solenoides para presionar las teclas más de un millón de veces según la vida útil especificada. Nuestro departamento de pruebas era bastante entusiasta y esta plataforma de pruebas estaba haciendo clic en los teclados durante lo que parecieron meses.
TonyM
Si tiene tableros despoblados, no veo ninguna razón por la que no pueda imprimir la tinta sobre las áreas del teclado, pero si no ha realizado una serigrafía antes y no tiene las facilidades para curar la tinta (probablemente solo airear a una temperatura / tiempo específicos) podría ser más problemático de lo que vale.
Spehro Pefhany
@SpehroPefhany obviamente, necesito imprimir la tinta sobre las áreas del teclado lo antes posible y estoy familiarizado con la serigrafía, ya que la usamos para la impresión de seda en nuestro laboratorio de prototipos de PCB. Pero, ¿hay algunos detalles a tener en cuenta, como; espesor de la tinta, temperatura de curado del aire, etc. Miré Digikey para comprar tinta de carbón, pero veo digikey.com/product-detail/en/chemtronics/CW2000/CW2000-ND/… ¿ podría hacerlo?
Paul A.
Intentaría obtener algo más como esto y consultar primero con el proveedor acerca de su aplicación.
Spehro Pefhany
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Edición tardía

Otros nuevos procesos ya están disponibles.

  • La tecnología de Nanofics utiliza un sistema de plasma seco a baja presión para depositar nanorecubrimientos de fluoropolímero que proporcionan hidrofobia y / u oleofobia permanentes . El sistema es inherentemente "verde" y no genera residuos químicos; Los recubrimientos son libres de PFOA y PFOS. (Se usa para hacer que los teléfonos celulares sean impermeables, a diferencia de todos los productos Asus e iOS (que he tenido y he visto fallar por la humedad) que se oxidan con la humedad del corrosivo sin plomo y sin flujo limpio)

Nuevos depósitos químicos 4-8 µin

Uyemura ha introducido un baño de inmersión asistido por reducción para clientes de tablas que exigen un depósito de oro de inmersión por encima del estándar de 1-2 µin en ENEPIG. Llamado TWX-40, este es un baño de reacción mixto, un híbrido de élite, que ofrece modos de deposición tanto de inmersión como autocatalíticos (sin electricidad).

TWX-40 es una alternativa comprobada a otros intentos de lograr depósitos de oro más pesados ​​en ENEPIG, (Ni electrolítico, luego Paladio electrolítico luego Oro de inmersión) Cu> Ni> Pa> Au


Puede reducirse a quién tiene los mejores controles de proceso.

Tinta de carbono con vida útil corta o ENIG por porosidad e incluso distribución de catalizador de paladio o sentido C con ruido de dedos.

* Una de las mayores mejoras en el proceso fue un límite de densidad de oro de saturación con un recubrimiento de pulso monopolaridad sin electrodos. Ahora usan un perfil de ráfaga específico con períodos de pulsos de polaridad inversa, repetidos en el perfil para las características deseadas y es más rápido y más barato que ENIG o EP tradicionales

Esto también proporciona depósitos de oro más finos y mayor densidad para una menor porosidad.

En cualquier caso, se sugiere el análisis CPk o 3 sigma en relación SNR con ciclos de calor de humedad acelerados. SNR mínimo de 10 peores casos sin sesgo, lo que significa umbral en todas las condiciones. Sin embargo, los dedos robóticos no replican el toque humano con un deslizamiento lateral. por ejemplo, Bosch tiene sensores táctiles terribles de baja sensibilidad en algunos dispositivos (debido a las variaciones de capacitancia de los dedos y configuraciones internas demasiado altas)

Otra es una película delgada de plástico entre los conductores metalizados en la membrana de uretano y la electrónica solo mide el cambio de capacitancia.

Anécdota

(Me recuerda a un autolavado con dígitos para el código de lavado en Toronto y los botones de membrana fueron arrancados con llaves y bolígrafos porque los usuarios frenéticos querían lavar su auto sin demoras).

La tinta de carbón funciona pero es más suave y la fiabilidad depende del exceso de presión abrasiva del usuario, que también puede ser un problema de fiabilidad. Mi viejo llavero y mi viejo abrepuertas de garaje lo usaron y ahora se está desgastando.

Detalles

Electroless Nickel Immersion Gold (ENIG) es un tipo de revestimiento de superficie utilizado para PCB con una capa delgada de oro de inmersión, que protege el níquel de la oxidación utilizando un catalizador de paladio, mientras que el níquel es electrodeposición sobre cobre.

ENIG tiene varias ventajas sobre los revestimientos de superficie más convencionales (y más baratos) como HASL (soldadura), que incluyen una excelente planaridad de la superficie, buena resistencia a la oxidación y buena usabilidad para superficies de contacto no tratadas, como interruptores de membrana y puntos de contacto.

El estándar IPC IPC-4552 cubre la calidad y otros aspectos del acabado ENIG en placas de circuito impreso. IPC-7095 cubre algunas características relacionadas con la "almohadilla negra", como la apariencia de grietas de lodo y el pico de protuberancia de níquel

Árbitro

Otro

El otro requisito de los interruptores de membrana es tener una separación de aire de al menos 15 mm para el dedo humano o una capa de aislamiento de plástico con protección contra rupturas de 15kV contra ESD.

Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
fuente
La detección capacitiva es una buena idea. No he pensado en esto, pero un microcontrolador con un comparador con un modo de detección capacitiva (por ejemplo, EFM32G) debería poder hacerlo sin ningún cambio en el teclado, ¿no?
Michael
Depende de cómo se aborden sus claves. Cortex utiliza 8 entradas paralelas de Cap a tierra a osciladores RC sintonizados para detectar la conmutación. ESO NO FUNCIONARÁ SI UTILIZAS MÚLTIPLES DE COLUMNA Y COLINA Pero si la fila-columna mux una señal de 1MHz, entonces puede medir la caída de voltaje con un pico de diodo y decaimiento o abrazadera de fila activa e histéresis adecuada (1 / 3Vss tpy) en una puerta Schmitt. El enchapado ENIG es 1-2u "enchapado de Au flash 2 ~ 3u" y un buen enchapado de Au 20 ~ 30u "para el oro. Creo que la adhesión depende de la rugosidad de la superficie. <1u" demasiado suave puede ser un problema.
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
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Uh ... ¿Somos solo yo y mis preferencias visuales, o esa gran mancha de edad al principio es innecesaria?
quetzalcoatl