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PCBA大讲堂:向电脑键盘(keyboard)学习如何节省成本

发布时间 :2018-02-08 11:12 阅读 : 来源 :技术文章责任编辑 :深圳宏力捷PCBA加工部
现在的电脑键盘拆开被盖后就只看到一片约5mmx3mm的电路板及两片取代原本电路板的PTF。
这两天看到用了许久的电脑键盘很葬,于是把电脑键盘拆开来清理,却意外发现现在的电脑键盘居然已经把成本节省(cost down)到了最高点,原本占所有成本中价钱最高的电路板尺寸被大幅的减小的到原本的二十分之一(1/20)不到,上面的积体电路也从原本的封装IC改成了较便宜的COB,就连连接方式也从原本的实际连接器(connector)改成了「压接(press connection)」来取代焊接,我想现在这样一个电脑键盘的成本应该不到US$2.0。
 
总之看到现在的电脑键盘成本大瘦身,真的让我惊为天人。拆开现在的电脑键盘背盖后就只看到下列的材料:
1. 一片约5mmx3mm的电路板,电路板的背面有一颗COB,正面有三个LED及少数的传统插件零件。
2. 两片取代原本电路板的按键线路的PTF。
3. 一片橡胶按键薄膜(membrane)。
4. 剩下的就是塑胶按键与键盘的上下壳了,当然还包含了螺丝。
 
省到不能再省的的键盘电路板
这片大约只剩下5mmX3mm的电路板,背面有一颗COB,应该就是按键的处理晶片,剩下的就是手焊的对外连接线;正面全部都是传统的插件零件,算一算有三颗LED灯,两颗电解电容、五颗陶瓷电容、两颗电,阻、一颗电感,外加两个跳线。焊接的制程应该是先把COB打好,然后再整个过波峰焊(wave soldering),个人会建议把所有的传统零件改成SMD的零件,尽量不要使用手焊比较能控制PCBA电路板组装的品质。
省到不能再省的的键盘电路板省到不能再省的的键盘电路板
 
使用PTF来取代PCB的按键线路
我以前也曾经拆过电脑键盘,当时的键盘按键线路还是使用单层的大片电路板,这回看到的按按键线路则已经改用使用PTF(Polymer Thick Film,高分子聚合厚膜) )了,这是使用导电油墨(银浆之类的导体)印刷于PET材质上的一种技术。这种PTF的价钱比起PCB要便宜非常多,但信赖度也比较差。想多了解一下PTF可以参考这篇文章:简介PTF(Polymer Thick Film)高分子聚合厚膜
 
但是光只有PTF是没办法办法取代原来金手指的按键线路,这裡还使用了类似【Metal dome】的Polydome技术,仔细看下面的第一张图片,在圆形的节点旁边有个圆形的开口,这个开口垫高了键盘按键的接触点线路。
仔细看下面的第一张图片,在圆形的节点旁边有个圆形的开口,这个开口垫高了键盘按键的接触点线路。
 
下面第二个图则是另一片也有着按键线路的PTF,当上、下两面PTF的按键结点互相接触后就可以计算出是哪个按键被按下了。可是当按键没有按下时,上下两片PTF的线路则是分开的,所以上图那片PTF的线路上面其实还另外覆盖了另一层透明的PET作为绝缘层,只露出了需要在键盘按下时才会碰触的接触点,因为这些材质使用的都是Polymer,所以才撑这样的技术为Polydome(聚合簧片)。
 
下面第二个图则是另一片也有着按键线路的PTF,当上、下两面PTF的按键结点互相接触后就可以计算出是哪个按键被按下了。可是当按键没有按下时,上下两片PTF的线路则是分开的,所以上图那片PTF的线路上面其实还另外覆盖了另一层透明的PET作为绝缘层,只露出了需要在键盘按下时才会碰触的接触点,因为这些材质使用的都是Polymer,所以才撑这样的技术为Polydome(聚合簧片)。
 
使用压接(press connection)方式来取代连接器或焊接
一般来说软板与PCB的连接方式不外乎使用连接器(connector),焊锡焊接(如HotBar),或导电胶(如HSC、ACF),但像这类直接使用压接(press connection)(我自己取的名字)方式连接可算最节省成本的一种,我觉得它其实有点类似导电斑马条(zebra strips),它其实使用一个具弹性的材质(如橡胶、橡胶泡棉)来将软板挤压连接于PCB。这个键盘用了是硅胶橡皮放在PCB与PTF的接触手指上,然后在附盖一块铁片当作支撑,最后锁上螺丝固定于塑胶壳上。
 
这样就省下了连接器(connector)的费用,也省下了焊接的功夫,但是银浆与金直接接触,长久来说会有电子迁移(migration)的问题。
使用压接(press connection)方式来取代连接器或焊接
椭圆形的孔可以让橡胶薄膜(membrane)上的定位柱塞入并作紧配的定位用。
 
使用定位圆柱将橡胶薄膜(membrane)紧配固定于塑胶
橡胶薄膜(membrane)因为它介于塑胶键盘与线路之间,如果定位跑掉了,按键的功能就会受到影响,以前我们都会设计螺丝来固定memtrane,这次看到的设计则是使用「紧配」的方式,因为橡胶具有伸缩的特性,所以可以把较大的橡胶柱塞到较小的塑胶孔中固定,这样就可以省去螺丝的材料及工时。
这个设计还有个巧思,为了方面橡胶柱塞入塑胶孔,特意把塑胶孔设计成椭圆孔,这样橡胶柱就可以很轻松的塞进塑胶孔,也可以起到固定的目的,真是个聪明的设计。
 
椭圆形的孔可以让橡胶薄膜(membrane)上的定位柱塞入并作紧配的定位用。橡胶薄膜(membrane)的定位圆柱,可以用来塞入塑胶上的椭圆形孔洞,最为紧配的定位之用。


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