笔电键盘部件及生产流程介绍

1、筆電鍵盤筆電鍵盤部件及生產流程部件及生產流程介紹介紹1Prepare : 夏邵斌（Bing）Date : 2013年12月Rev. : 00鍵盤式樣鍵盤式樣目 錄1. Keyboard Module概述.2. 單鍵結構及其零件名稱介紹.3. Key Layout / Language / Matrix關係說明.4. 作動原理說明.5. 高度控制設計說明.6. 作用力傳遞說明.7. 字鍵(Keycap)概述.8. 剪刀(Scissor)概述.9. 橡膠(Rubber)概述.10. 軟性線路板(Membrane)概述.11. 背板(Bracket)概述.12. 零件間組配重要尺寸介紹.341. K

2、eyboard Module概述52. 單鍵結構及其零件名稱介紹6(1) US Layout(2) UK Layout(3) BR Layout(4) JP Layout3. Key Layout / Language / Matrix關係說明3-1. Key Layout Key Module的字鍵排列計有4種,代號分別為US/UK/BR/JP,排列如下圖所示.73-2. Language 世界各國語文有固定於Key Layout的排列,表列如下.83-3. Matrix 每個按鍵,都是由2 Pin所定義的開關,我們利用下列矩陣圖型式來定義所有字鍵Pin位. 鍵位圖下面的矩陣圖,包含了所有鍵

3、位定義,包括下列US Layout以外的UK/BR/JP等.9按鍵整體結構如右圖上,各零件間相互牽制,使結構呈上下作動.右圖中是外剪的作動方式.剪刀是以固定軸為中心做轉動.其中支點及滑動軸都以固定軸為圓心做轉動.向下到剪刀躺平,向上則到字鍵滑動槽擋住滑動軸.右圖下是內剪的作動方式.受外剪支點牽制(內外剪支點動作路徑一致),內剪固定軸在字鍵卡鈎中轉動,並隨同字鍵上下移動.而滑動軸則在背板卡鈎中轉動及移動.當字鍵下壓時,作動到各零件躺平為止.而當放開字鍵時,字鍵會受Rubber力量上拱,直到字鍵滑槽擋牆擋住外剪滑動軸,或是背板滑槽擋住了內剪滑動軸.但一般我們不會設計兩者都擋,而是以背板管控高度.而

4、字鍵預留較大空間,可在高度需要更高時共用.4. 作動原理說明10整體高度的控制,在於內剪滑軸何時被背板滑槽所擋住.(見下圖擋點位置)設計首先,我們將結構從總高A,下降0.3mm.(此處的總高A是指規格高度的中間值,例如5.0+/-0.3mm規格,則A為5.0mm.而規格如果是5.0+0.2/-0.3mm,則A值應該為4.95mm才是.)然後在下降了0.3mm高度狀態下模擬剪刀作動到最高點.在完成模擬後,我們可以量測到一個從背板固定側到剪刀滑動軸邊的距離值L.此L值即為控制高度的跨距值.(該尺寸一般給予0.03mm公差)下降0.3mm是依據Keycap/Scissor/Bracket間隙,以及預

5、壓需求得來.針對每次新的剪刀結構,需要再經模擬驗證後,才可作為模組使用.5. 高度控制設計說明116. 作用力傳遞說明我們拿右圖1倍鍵結構來說明作用力傳遞的原理.當我們按字鍵右下角時(右圖藍圈處).橫向部分:經最近的卡鈎A,透過內剪,將力傳到另一側卡鈎A.迫使字鍵左下角隨同右下角,一起下沉.橫向剪刀力量的傳遞,是A到A,或是C到C.所以行程的損失,只是A或C的間隙造成.縱向部分:經最近的卡鈎A,透過內外剪支點B,將力量傳到外剪.再經外剪將力量傳到字鍵滑槽C.迫使字鍵右上及左上角隨同字鍵一起下沉.縱向剪刀力量的傳遞,是由A到B再到C.增加了經過支點B,累積間隙增加,行程損失增加.四個角落操作,力

6、量傳遞相同於此.127. 字鍵(Keycap)概述字鍵分正反兩面(公模面及母模面).母模面就是我們所謂的外觀面,這一面細分有正/左/右/前/後5面.因應客戶對於各方向(面)外觀要求的不同,可以將各方向(面)分做三個等級的不同.將正面及前面歸類為A級面,左右兩面歸類為B級面,而後面則歸類為C級面.另外正面上還有深度不一的曲面深度,此為指腹深度,是為了大量快速敲打鍵盤定位用.公模面即是結構所在的這一面,字鍵結構有卡鉤/滑槽/凸台/字模.其中卡鉤/滑槽/凸台,都屬於功能性結構,而字模則是訊息的標示.見下圖圖示.138. 剪刀(Scissor)概述剪刀的結構是由內/外兩種剪刀所構成.而內/外剪的組立是

7、利用其支點的孔軸組裝而不脫落,組立後呈剪刀狀,故稱之為剪刀.下面我們有一些結構名稱及剪刀類型說明.(1) 內/外剪刀重要結構名稱. 14(2) 對稱及非對稱剪刀. 內剪固定軸與支點距離為A,而滑動軸與支點距離為A. 外剪固定軸與支點距離為B,而滑動軸與支點距離為B. 見左下圖, A=A,且B=B時,此即為對稱式剪刀結構. 見右下圖, AA,或BB時,此即為非對稱式剪刀結構.15(3) 孔軸及搭接式剪刀. 左下圖, 中間支點處,外剪是孔而內剪是軸結構,此類剪刀即為孔軸式剪刀. 右下圖, 中間支點處,內外剪為多邊形的孔與柱結構,此類剪刀即為搭接式剪刀. 由於搭接式剪刀支點尺寸不好簡單以工具快速做量

8、測,以及其間隙分析不易. 與孔軸式剪刀相較之下,不建議用搭接式結構設計.孔軸式剪刀搭接式剪刀169. 橡膠(Rubber)概述認識橡膠我們分結構名稱,作動曲線,以及規格名稱三部分.(1) 橡膠的結構名稱. 橡膠由上而下大致可分為三個部分. 最上面是頸部,中間是腹部,下面是底座. 頸部中的內/外徑尺寸是重要尺寸. 而底座中也有內/外徑尺寸,也是重要尺寸. 其餘還有第一,二裙邊/導通柱,請見右圖. 設計鍵盤,我們並不細部設計橡膠結構. 而是僅標示與KB結構設計相關尺寸. (總高/頸部內外徑/底座內外徑) 連同曲線規格,由供應商按曲線規格設計.17(2) 橡膠的作動曲線. 右圖是一個橡膠的作動曲線.

9、 由於X軸表行程,而Y軸表荷重,故又稱之為D&F曲線. 該曲線表現橡膠下壓及回彈動作. 圖中經P0P1P2P3P4點為下壓曲線, 而經P4P5P6P0點為回彈曲線. 另外加註在曲線邊橡膠外形的簡圖, 是表示曲線每階段的橡膠變化, 藉由了解橡膠的變化,用以調整符合曲線規格. P0點是還沒有操作時候,橡膠呈自然狀態. 向下壓之後,橡膠第一裙邊逐漸的外拱. 到達P1點時,裙邊外拱已經到了極限. 接著向下就是段落感,直到P2點. P2點可視為導通柱到底,曲線轉而向上. 再向下壓,可觸動MBSW. 直到最後橡膠壓到極限,到達行程終點P4.18(3) 橡膠規格名稱. 下圖是一橡膠D&F曲線

10、,曲線規格名稱說明表列於右下.NoSymbolDescriptionUnit1Fp / F1Peak Force(gf)2Tp / S1 / T1Peak Travel(mm)3Fc / F2Contact Force(gf)4Tc / S2 / T2Contact Travel(mm)5C/RClick Rate(%)6Fac / F3Action Force(gf)7Tac / S3 / T3Action Travel(mm)8Fr / F5Return Force(gf)9Fm / F6Mountain Force(gf)10Fp-FmLose(gf)11Fc-FrLose(gf)12F

11、t / F4Total Force(gf)13Tt / S4 / T4Total Travel(mm) C/R=(Fp-Fc)/Fp*100%1910. 軟性線路板(Membrane)概述軟性線路板其實就是很多開關的總成,故又稱之為Membrane Switch,可簡寫成MBSW.右圖是MBSW單鍵的基本結構,結構中有上/中/下層,線路佈於上下層.在每個單鍵,上下層各有一導通點(Pad),由中間層所隔開.但中間層對應於導通點位置,有一過(圓)孔,又稱之為隔片孔.當上層受力時,導通點向下接觸到下層導通點,即導通.另外下圖是一個完整的MBSW圖面.其中包含了將線路彙整,連接到PC主板上連接器的Ta

12、il.接下幾頁,我們將再逐一說明MBSW的幾種類型及結構名稱 .20(1) 三層式 vs 二層式 . 右圖是很典型的MBSW三層式結構. 整體結構就是在上層及下層印有線路導通點, 然後以中層隔開,相對應線路的導通點,有一過孔(圓孔). 當上層導通點上受力下壓, 上層導通點向下接觸到下層導通點,即導通. 而二層式結構其實與三層式相同,一樣需要中層做間隔. 但二層式作法是取消中層材料,改以在上下層印刷厚度取代. 所以就材料上,僅剩上下兩層,故稱之為二層式. 但由於要印刷較厚,變異性大,不建議採用此架構.(2) 水膠 vs 超音波. 結合MBSW三層或二層,以往都是用超音波打點融合. 現因應KB的防

13、水要求,MBSW被要求有防潑水/浸水規格. 故現在有採用水膠結合,可達到防水等要求. 已成現在主流.21(3) 對折式 vs ACP/ACF. MBSW的三層結構,上下層各有佈線. 但最後我們要彙整這些線路到上層或下層Tail. 而要將上層級下層線路彙整在一起,有以下兩種方法. 對折式. 如果MBSW採對折式結構將上下層線路彙整到Tail上. 那MBSW上下層就不能分開,攤開後上層與下層之間有24處相接部位. 上層線路經由這些相連接的部位,將線路拉到Tail處,見下圖示.22 ACP. ACP即是Anisotropic Conductive Paste(異方性導電膠)縮寫. 與我們通常所稱呼的

14、ACF同意思. ACP基材是樹酯,而其中含有導電粒子,利用高溫高壓處理,將兩線路做連接. 採用ACP結構的MBSW上下層是分開的.(對折式上下層是連在一起的) 選擇適當的位置,利用ACP的特性,將上下層線路做熱壓接合. 圖解如下:23(4) 上層出線 vs 下層出線. MBSW Tail上Pin接觸面朝上或朝下,是配合電腦主板上連接器的接觸面而定. 應接觸面朝上或朝下的規格要求,而選擇由上層出線或下層出線. 見下面左圖,如果Tail在下層,就是所謂的下層出線,接觸面朝上. 另外下面右圖,Tail在上層,就是所謂的上層出線,接觸面朝下.24(5) 逃氣孔 / 保護膜 / 加強片 / 背膠 . 最

15、後我們利用實物照片來了解MBSW上的其餘結構或輔助材料.2511. 背板(Bracket)概述背板在整個結構中,除了作為剪刀組裝的支架外,也是KB的基板.以單鍵來看,有固定側的卡鉤,固定側擋牆,滑動側卡鉤以及平衡桿卡鉤 .而固定側卡鉤及擋牆,都是給剪刀的固定軸組裝固定.而滑動側,則是讓剪刀的滑動軸組裝滑動/移動.兩相都是與剪刀組裝配合的結構.另外還有平衡桿卡鉤結構則是應用在倍數鍵(長字鍵),需要設計平衡桿應用時的結構.上述都是單鍵的結構.如果是整片背板的話,就還會有定位柱結構,以及四周折彎/噴黑漆等工藝.2612-1. 字鍵上重要組配尺寸 與字鍵組裝相關的零件有內外剪及平衡桿,相關組配尺寸如下

16、.12. 零件間組配重要尺寸介紹2712-2. 內剪與外剪上重要組配尺寸2812-3. 背板上重要組配尺寸 與背板組裝相關的零件有內外剪及平衡桿,相關組配尺寸如下.13.鍵盤生產工藝流程鍵盤生產工藝流程-1SAKTAP FASAKTAP FA工站工站 工站解釋工站解釋作業內容作業內容檢查重點檢查重點SASAScissor and Bracket Scissor and Bracket AssemblyAssembly1.Membrane 1.Membrane 與與 BracketBracket組合；組合；2.Scissor2.Scissor與與BracketBracket組合；組合；1.1.鋁

17、板卡鉤品質；鋁板卡鉤品質；2.2.剪刀活動是否順暢；剪刀活動是否順暢；KTKTKeycap AssemblyKeycap Assembly1.Keycap1.Keycap與與ScissorScissor組合；組合；1.1.鍵帽表面外觀、高低鍵、傾斜、鍵帽表面外觀、高低鍵、傾斜、歪斜等；歪斜等；2.2.鍵盤功能檢查；鍵盤功能檢查；APAPAuto PrintingAuto Printing1.1.印刷鍵帽表面文字；印刷鍵帽表面文字；1.1.印刷字符品質：印刷斷線、印印刷字符品質：印刷斷線、印刷殘缺、字符異物、樹脂刷殘缺、字符異物、樹脂CoatingCoating不良等；不良等；FAFAF Fin

18、alinal Assembly Assembly1.1.熱熔熱熔FrameFrame、貼鋁箔、貼、貼鋁箔、貼MYLARMYLAR等；等；2.2.外觀、功能檢查；外觀、功能檢查；1.1.鍵盤表面外觀（正面鍵盤表面外觀（正面& &背面）；背面）；2.2.鍵盤功能檢查；鍵盤功能檢查；13.鍵盤生產工藝流程鍵盤生產工藝流程-214.鍵盤背光技術鍵盤背光技術-1- 鍵盤技術不斷發展，衍生出適合無燈光環境下使用的鍵盤技術不斷發展，衍生出適合無燈光環境下使用的LED背光鍵盤背光鍵盤:A.LED水平（水平（X、Y）發光，再通過導光片上導光粒子將光導向）發光，再通過導光片上導光粒子將光導向Z方向；方向；B.工作電壓低工作電壓低; C.背光板整體厚度可控制在背光板整體厚度可控制在0.50MM；- 隨著背光技術不斷發展及適應鍵盤超薄需求，又衍生出新型隨著背光技術不斷發展及適應鍵盤超薄需求，又衍生出新型EL背光鍵盤：背光鍵盤：A. EL-即所謂冷光片，用發光材料通過網印技術印刷而成即所謂冷光片，用發光材料通過網印技術印刷而成; B.工作