向電腦鍵盤(keyboard)學習如何解省成本

現在的電腦鍵盤拆開被蓋後就只看到一片約5mmx3mm的電路板及兩片取代原本電路板的PTF。

這兩天看到用了許久的電腦鍵盤很髒,於是把電腦鍵盤拆開來清理,卻意外發現現在的電腦鍵盤居然已經把成本節省(cost down)到了最高點,原本佔所有成本中價錢最高的電路板尺寸被大幅的減小的到原本的二十分之一(1/20)不到,上面的積體電路也從原本的封裝IC改成了較便宜的COB,就連連接方式也從原本的實際連接器(connector)改成了「壓接(press connection)」來取代焊接,我想現在這樣一個電腦鍵盤的成本應該不到US$2.0。

總之看到現在的電腦鍵盤成本大瘦身,真的讓我驚為天人。拆開現在的電腦鍵盤背蓋後就只看到下列的材料:

  1. 一片約5mmx3mm的電路板,電路板的背面有一顆COB,正面有三個LED及少數的傳統插件零件。
  2. 兩片取代原本電路板的按鍵線路的PTF。
  3. 一片橡膠按鍵薄膜(membrane)。
  4. 剩下的就是塑膠按鍵與鍵盤的上下殼了,當然還包含了螺絲。







省到不能再省的的鍵盤電路板

這片大約只剩下5mmX3mm的電路板,背面有一顆COB,應該就是按鍵的處理晶片,剩下的就是手焊的對外連接線;正面全部都是傳統的插件零件,算一算有三顆LED燈,兩顆電解電容、五顆陶瓷電容、兩顆電,阻、一顆電感,外加兩個跳線。焊接的製程應該是先把COB打好,然後再整個過波峰焊(wave soldering),個人會建議把所有的傳統零件改成SMD的零件,盡量不要使用手焊比較能控制電路板組裝的品質。

省到不能再省的的鍵盤電路板省到不能再省的的鍵盤電路板

使用PTF來取代PCB的按鍵線路

我以前也曾經拆過電腦鍵盤,當時的鍵盤按鍵線路還是使用單層的大片電路板,這回看到的按按鍵線路則已經改用使用PTF(Polymer Thick Film,高分子聚合厚膜) )了,這是使用導電油墨(銀漿之類的導體)印刷於PET材質上的一種技術。這種PTF的價錢比起PCB要便宜非常多,但信賴度也比較差。想多瞭解一下PTF可以參考這篇文章:簡介PTF(Polymer Thick Film)高分子聚合厚膜

但是光只有PTF是沒辦法辦法取代原來金手指的按鍵線路,這裡還使用了類似【Metal dome】的Polydome技術,仔細看下面的第一張圖片,在圓形的節點旁邊有個圓形的開口,這個開口墊高了鍵盤按鍵的接觸點線路。

仔細看下面的第一張圖片,在圓形的節點旁邊有個圓形的開口,這個開口墊高了鍵盤按鍵的接觸點線路。

下面第二個圖則是另一片也有著按鍵線路的PTF,當上、下兩面PTF的按鍵結點互相接觸後就可以計算出是哪個按鍵被按下了。可是當按鍵沒有按下時,上下兩片PTF的線路則是分開的,所以上圖那片PTF的線路上面其實還另外覆蓋了另一層透明的PET作為絕緣層,只露出了需要在鍵盤按下時才會碰觸的接觸點,因為這些材質使用的都是Polymer,所以才撐這樣的技術為Polydome(聚合簧片)(我自己翻譯的)。

下面第二個圖則是另一片也有著按鍵線路的PTF,當上、下兩面PTF的按鍵結點互相接觸後就可以計算出是哪個按鍵被按下了。可是當按鍵沒有按下時,上下兩片PTF的線路則是分開的,所以上圖那片PTF的線路上面其實還另外覆蓋了另一層透明的PET作為絕緣層,只露出了需要在鍵盤按下時才會碰觸的接觸點,因為這些材質使用的都是Polymer,所以才撐這樣的技術為Polydome(聚合簧片)(我自己翻譯的)。

使用壓接(press connection)方式來取代連接器或焊接

一般來說軟板與PCB的連接方式不外乎使用連接器(connector),焊錫焊接(如HotBar),或導電膠(如HSC、ACF),但像這類直接使用壓接(press connection)(我自己取的名字)方式連接可算最節省成本的一種,我覺得它其實有點類似導電斑馬條(zebra strips),它其實使用一個具彈性的材質(如橡膠、橡膠泡棉)來將軟板擠壓連接於PCB。這個鍵盤用了是矽膠橡皮放在PCB與PTF的接觸手指上,然後在附蓋一塊鐵片當作支撐,最後鎖上螺絲固定於塑膠殼上。

這樣就省下了連接器(connector)的費用,也省下了焊接的功夫,但是銀漿與金直接接觸,長久來說會有電子遷移(migration)的問題。

使用壓接(press connection)方式來取代連接器或焊接

橢圓形的孔可以讓橡膠薄膜(membrane)上的定位柱塞入並作緊配的定位用。

使用定位圓柱將橡膠薄膜(membrane)緊配固定於塑膠

橡膠薄膜(membrane)因為它介於塑膠鍵盤與線路之間,如果定位跑掉了,按鍵的功能就會受到影響,以前我們都會設計螺絲來固定memtrane,這次看到的設計則是使用「緊配」的方式,因為橡膠具有伸縮的特性,所以可以把較大的橡膠柱塞到較小的塑膠孔中固定,這樣就可以省去螺絲的材料及工時。

這個設計還有個巧思,為了方面橡膠柱塞入塑膠孔,特意把塑膠孔設計成橢圓孔,這樣橡膠柱就可以很輕鬆的塞進塑膠孔,也可以起到固定的目的,真是個聰明的設計。

橢圓形的孔可以讓橡膠薄膜(membrane)上的定位柱塞入並作緊配的定位用。橡膠薄膜(membrane)的定位圓柱,可以用來塞入塑膠上的橢圓形孔洞,最為緊配的定位之用。


延伸閱讀:
橡膠按鍵簡介(Rubber keypad)
拆解 Sony Ericsson W550i 手機-主功能按鍵
軟性電路板(FPCB)線路設計注意事項 I




訪客留言內容(Comments)

看到press connector時還以為是press fit技術
看到後半段的圖片時才知道不是

ewew;
這是我自己的命名啦!可能不是很恰當造成你的誤會。

呵呵~~~沒事
一般的消費性產品的PCBA製程是沒有Press fit技術的
只有在特殊的產品才會用到,所以絕大部分的製程工程師應該都不知道這個技術
舉例來說:
一般螺柱or螺母都是設計在機構上面,然後將PCB鎖在機構上
但要是螺柱or螺母是長在PCB上且有強度要求時,就要靠press fit技術
當然,隨著焊接技術越來越進步的情況下,
已經有產品利用焊接技術來固定螺柱or螺母,
不過僅限於強度要求上不高的產品上,因為一旦錫裂之後焊接固定強度就弱掉了
也有遇到過特殊的connector,是用這種技術與PCB連接(不用任何焊接技術)

您好!時常在網路上搜尋工作上所需知識時,即會出現大哥您許多文章,真的獲益良多!非常感謝您的分享!
此篇文章中提到的membrane及metal dome(poly dome)恰好都是我司的產品,不過poly dome實為PET印刷導電銀key點後熱壓打凸,形成dome形狀的switch,文章中只是三片式membrane上下線路的key位銀,並非poly dome喔!以上,也與您分享一下!謝謝!

fish;
謝謝您的分享與指正。


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