硅胶件设计指南

DOCPROPERTY"文件编号"MR/G08N01-07-11（DOCPROPERTY"版本"A） DOCPROPERTY文件编号MR/G08N01-07-11（DOCPROPERTY版本A）第硅胶件设计指南拟制：黄力锋审核：肖训华批准：何绪金日期：2007-6-7日期：2007-6-7日期：2007-6-7历史修订记录版本修订内容概述修订人批准人修订日期A新建（在原超声网页发布初稿的基础上，增加“推荐标注公差”；完善推荐材质；增加圆锥斜壁设计、平坦斜壁的具体设计尺寸；增加基片上设计易变形结构，调节尺寸公差；增加带轻触开关的硅胶按键尺寸设计；增加第三章橡胶制品缺陷分析；增加附录A硅胶按键图纸技术要求范例。）///发至：FORMCHECKBOX人力资源部FORMCHECKBOX资源管理部FORMCHECKBOX信息技术部FORMCHECKBOX销售管理部FORMCHECKBOX小产品销售部FORMCHECKBOX耗材销售部FORMCHECKBOX国内市场部FORMCHECKBOX国际市场部FORMCHECKBOX国内用服部FORMCHECKBOX国际售后服务部FORMCHECKBOX研发管理部FORMCHECKBOX技术法规部FORMCHECKBOX血球试剂厂FORMCHECKBOX生化试剂厂FORMCHECKBOX供应商资源开发部FORMCHECKBOX机加中心FORMCHECKBOX计划部FORMCHECKBOX采购部FORMCHECKBOX生产管理部FORMCHECKBOX生产工程中心FORMCHECKBOX财务管理部FORMCHECKBOX财务部FORMCHECKBOX总裁办FORMCHECKBOX办事处由：质管部目录TOC\o"1-3"\h\z目录 2第1章概述 41.1 硅胶的特性及用途 41.2 尺寸精度概述 42.1.1 推荐标注公差 42.1.2 推荐未注公差 41.3 推荐优选材质 41.4 蚀刻文字与图案 4第2章硅胶按键设计 62.1 硅胶按键典型结构 62.2 按力－行程曲线图介绍 62.3 按键典型结构形式及应用 72.4 斜臂的设计 82.4.1 斜臂的形式对“按力－行程曲线”的影响 82.4.2 斜臂的厚度、角度、行程及材料对“按力－行程曲线”的影响 92.4.3 斜臂的压力设计 102.5 导电粒与导电油墨 122.5.1 导电粒 122.5.2 导电油墨 132.5.3 一般导电粒规格 132.6 基片的设计 132.6.1 密封骨 132.6.2 C形坑 142.6.3 排气槽 142.6.4 基片开孔 142.7 硅胶导光柱 152.8 键体设计 162.8.1 整体按键应遵循的最小尺寸 162.8.2 键体与机壳的间距 162.8.3 按键面的形式 182.8.4 按键拔模角 182.8.5 按键稳定柱 182.8.6 按键的透光 192.9 定位柱设计 192.10 按键的表面处理 212.10.1 丝印 212.10.2 表面喷涂 212.10.3 镭射雕刻 222.10.4 滴塑 222.11 按键的防误操作 22第3章橡胶模压制品的缺陷分析 24附录A：硅胶按键图纸技术要求 26附录B图表目录 27概述硅胶的特性及用途硅胶是橡胶的一个种类，是二甲基硅氧烷的聚合物。硫化后的硅橡胶具有耐热、耐寒、耐臭氧、耐大气老化及很好的电绝缘性能。硅橡胶的缺点是扯断强度和扯断伸长率较小，压缩变形大。它适用于制作在高温、低温、阳光、大气、臭氧环境中使用的零件以及电绝缘零件。尺寸精度概述硅胶材质是弹性体，相比于塑胶材质，其收缩率的直接影响因素多而复杂，精度比塑胶件更难做准，一直是该行业最复杂的问题之一。在具体设计中应充分考虑到这一点，不应有精度高的地方。推荐标注公差硅胶按键的推荐标注公差不得严于下表：尺寸L<1010<L≤100L>100公差±0.05±0.10±0.1%*L如果基本尺寸太大，无法满足设计上要求的尺寸精度，可用定位柱配基片变形的方法解决，见2.9节。对尺寸精度有所要求的地方，设计上须留有方便修模的余地推荐未注公差下表可作为硅胶件的未注公差参考：尺寸L<1010<L≤2020<L≤3030<L≤5050<L≤100L>100公差±0.08±0.10±0.15±0.20±0.4%*L±0.5%*L推荐优选材质下表材质是目前我公司按键类产品用得较成熟的材质，推荐选用：材质硬度(ShoreA)比重(g/cm3)颜色抗拉强度MPa撕裂强度KN/m伸长率%收缩率%寿命KE-951U501.15乳白色透明8.812.73503.8普通TSE6016US501.16乳白色透明8.7253503.9普通KE-5141-U401.06乳白色透明4.78.04704高为方便转厂，普通寿命情况下图纸上可以标明两种材料：KE-951U或TSE6016US。蚀刻文字与图案硅胶基片上可设计出商标图案及文字，在成型制品时同时成型出来。制品上的图案及文字有凸型和凹型两类。考虑到模具加工的方便性，一般均设计成凸型的。为更换标记或型号方便起见，在进行模具设计时，可将标记部位设计成镶件形式，当产品型号改变时，只更换模具型腔中标记部位的镶件就能够满足标记更换的需要。作为这类制品零件的设计，应当允许在其标记部位镶拼块的轮廓线处有飞边残迹存在。硅胶按键设计硅胶按键典型结构硅胶按键典型结构如图：图SEQ图\*ARABIC1按键典型结构及各部位名称基片厚度可取0.8～1.2mm，过厚的基底会增加收缩率，影响尺寸精度。对于导电橡胶，行程一般取0.8～1.5mm为宜；排气槽（即气坑）是为防止按键动作过程中与PCB板间产生吸附现象而设，排气槽的结构尺寸见2.6.3节。对于轻触开关，行程取决于开关自身的行程（及防误操作的行程），见后述。如基片不贴合PCB板，则可省去空气槽这一结构要素。斜臂及导电粒后续介绍。按力－行程曲线图介绍要做好按键设计，需要较好地了解按力－行程曲线图。图SEQ图\*ARABIC2按力－行程曲线图该图中，红色线为按压力与行程的关系，绿色线为回弹力与行程的关系。按键设计有个手感问题，不同的曲线图对应不同的手感，根据经验，当（FP-FC）/FP在40%至60%时，手感较好。按键典型结构形式及应用根据按键使用的具体场合，以及产品对按键的寿命、按压力、手感等具体要求，按键结构形式及应用如图3所示。硅胶按键的寿命与材质及斜壁结构直接相关，根据设计需求来定。部分产品硅胶按键寿命参考：遥控器类：50万次；电话机类：100万次；手提电脑：400万次~500万次；电脑键盘：500~1000万监护类产品硅胶按键寿命定义为50万次以上；B超硅胶按键的普通寿命定义为100万次以上，高寿命定义为400万次以上。图SEQ图\*ARABIC3按键典型结构应用参考斜臂的设计按键形状和按键的尺寸会影响到按键的手感，其中斜臂设计是获得良好手感的关键。斜臂是按键与基片相连接的过渡部分，斜臂壁厚与斜臂形式直接影响按压力、按压手感及按键寿命。斜臂的形式对“按力－行程曲线”的影响斜臂典型形式有圆锥形、拱形、平坦型，三种形式各有特点：圆锥形斜臂，手感节奏明显，按压力大；拱形斜臂按压力小，手感差，寿命长；平坦型斜臂则自身不反弹，无按压手感。斜臂的形式对“按力－行程曲线”的影响及适用范围如图4所示。图SEQ图\*ARABIC4斜臂形式对按力－行程曲线的影响斜臂的厚度、角度、行程及材料对“按力－行程曲线”的影响斜臂的厚度、角度、行程及材料对“按力－行程曲线”的影响如图5。硅胶硬度通常采用邵氏硬度表示，又叫邵尔A硬度，度数0～100。原材料厂家的供货规格误差一般在±5度，有特殊要求时，生产厂自身能调配±2~3度。一般操作面板按键类，硬度取45±5或50±5度。普通寿命建议尽量选单一硅胶材料，硬度指标在图纸的技术要求里同时予以明确，注意与1.3材料栏一致。图SEQ图\*ARABIC5斜臂厚度、角度、行程及材料对“按力－行程曲线”的影响斜臂的压力设计须根据不同按键大小设计不同的按压力要求，若不分大小设计成一种按压力，会导致大的按键总体手感轻，且不易反弹，二者应成相对的正比关系。峰值按力的制作误差为±15%~20%。推荐如下：小小按键(参考面积40~95mm²)：80g±15%小按键(参考面积95~175mm²)：100g±15%中小按键(参考面积175~350mm²)：130g±15%中大按键(参考面积350~630mm²)：170g±15%大按键(参考面积630~950mm²)：210g±15%对于导电橡胶按键，推荐使用圆锥形斜臂结构，其斜臂角度宜控制在45°至60°之间，以获得较为清晰的节奏感。斜臂的水平宽度尺寸一般情况推荐设计为1～1.2mm。如下图（按这设计后，上述按键要求按压手感基本接近）：图SEQ图\*ARABIC6圆锥形斜臂尺寸推荐与轻触开关配合使用的按键，其弹力主要由轻触开关提供，该种按键的斜臂可以设计成平坦斜臂，装配后按键的弹力由轻触开关的弹力和斜臂的弹力合成，按键的行程为轻触开关的行程＋间隙，注意间隙不得太大，推荐间隙0.2，间隙太大手感不好。下图是推荐的两种平坦臂结构形式：图SEQ图\*ARABIC7与轻触开关配合使用的平坦臂尺寸推荐图SEQ图\*ARABIC8外部覆盖式配轻触开关使用的平坦臂尺寸推荐斜臂设计只是模型搭建及图纸推荐，但厂家会结合按压力要求、寿命要求及斜臂结构做适当调整。导电粒与导电油墨导电粒为取得良好得导电性能，在按键底部成型一颗导电粒，当接压按键时，导电粒会接触PCB导通电路。导电粒主要由碳粉与硅橡胶混合制成的，通常其硬度在70度左右，形状通常为圆形，根据导电要求可选择不同的导电粒，如低电阻黑粒，金属粒。导电粒的结构尺寸见下图所示：图SEQ图\*ARABIC9导电粒的结构尺寸导电粒的直径规格有：2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0、6.0、8.0mm。厚度有：0.4、0.5、0.6mm。导电油墨另一常用的导电方式，是丝印导电和移印导电。导电油墨被印刷于按键底部，可印刷不同形状和尺寸。但印刷导电的寿命比导电粒短，且电阻较大。导电油墨的常见形式见图10，其厚度为25～40微米。图SEQ图\*ARABIC10导电油墨的形式一般导电粒规格一般导电规格：黑粒：250克力下的PCB板上测试<150OHM移印导电：250克力下的PCB板上测试<100OHM丝印导电：250克力下的PCB板上测试<250OHM基片的设计基片上的主要结构要素如下所述。密封骨密封骨形式见图11，密封骨可防止灰尘和水气的进入。图SEQ图\*ARABIC11密封骨C形坑C形坑可沿PCB的外缘包裹PCB板，见下图所示：图SEQ图\*ARABIC12C形坑排气槽排气槽位于按键与PCB板之间，当按下按键时，空气会沿着排气槽排出。当放开按键时，空气会沿着排气槽回流，使按键回复到原来位置。排气槽的形式、尺寸可参考下图：图SEQ图\*ARABIC13基片排气槽基片开孔基片上开孔时，出模后在制品开孔部位往往残留披锋状薄片，需手工剔除，考虑到工艺及产品使用过程的基本强度需要，圆孔边缘距斜壁至少应有2mm以上的距离，距基片边缘也至少应2mm以上的距离。当开孔为方孔时，该值至少为3mm（开方孔时注意方孔四角倒圆角，避免应力集中）。图SEQ图\*ARABIC14基片开孔注意事项一当基片与PCB板有螺钉连接时，需注意一定要把基片孔开通，不然在拧紧螺钉时，基片会受到扭力，而使按键手感、动作失常。如下图示意：图SEQ图\*ARABIC15基片开孔注意事项二硅胶导光柱因硅胶成型的特殊性，可将局部透明结构与半透明的按键部分成型于一体，故对面板上有发光指示的小孔，往往直接在硅胶按键基片上成型导光柱，用以导出LED的光。也可单独直接用硅胶制作导光柱，见下图示意，具体设计须结合灯的形式变通。图SEQ图\*ARABIC16导光柱结构示意键体设计整体按键应遵循的最小尺寸整体按键各结构要素设计应遵循下图所示的最小尺寸：图SEQ图\*ARABIC17标准按键最小尺寸键体与机壳的间距对于带导电粒的键体与机壳的间距设计见图18所示：图SEQ图\*ARABIC18带导电粒键体与机壳的间距对于配轻触开关的按键，设计按键凸出距离，无需保证图18所示的“行程加至少0.6”。而按下述原则设计：从方便操作、不卡键考虑，按键凸出需加大；从外观考虑按键凸出又不宜过大。以下计算公式适用于小按键，如中、大按键，可根据外观需要适当放大尺寸。图SEQ图\*ARABIC19配轻触开关键体与机壳的间距参考图19，其中：D为按键空行程，一般取：0.2mm，对于有防误操作要求的按键，可放大至0.5~1mm。A为按键顶端到机壳按键孔壁外拐角的高度，推荐设计：A=轻触开关行程＋D＋0.8～1.2（根据按键大小取不同值）B为按键圆角与直边相接点到机壳按键孔壁外拐角的高度，推荐设计：B=D＋0.2～0.4注意，在完全压实按键后，因硅胶会变形，要考虑按键拐角在高度方向上至少高于孔壁内拐角1.5mm。即须同时满足下面条件：C为按键拐角到机壳按键孔壁内拐角的高度，推荐设计：C≧轻触开关行程＋D＋1.5对于防误操作按键沉入面壳内时，A、B无需按上述原则设计，按：B设计为负数，A根据操作功能设计；C按上述原则设计。机壳模具设计上需保证分型面在内拐角而不要在外拐角（而且从模具加工、fit模及修模容易考虑，按键孔建议做一个内台阶沉孔、沉孔面为平面），其批锋方向在模具结构允许的条件下，最好沿图示的孔壁垂直方向。按键面的形式常见按键面的形式如图20所示：图SEQ图\*ARABIC20常见按键面的形式按键拔模角拔模斜度与零件出模方式密切相关。对于模压成型的硅胶零件，零件高度（沿出模方向）在（约）10mm以下时，可做成零拔模。高度更高时，一般取1至1.5º都已足够，见下图示意。对有特殊表面处理的则应视具体情况而定。图SEQ图\*ARABIC21按键的拔模角度按键稳定柱键体较高的按键需增加稳定柱，以减低按键的摆动幅度。稳定柱的设计可参考图22：图SEQ图\*ARABIC22按键的稳定柱当空间允许时，稳定柱面积应适当做大。按键的透光当按键透光时，需注意根据按键大小布置LCD灯的数量及位置，避空导电粒及稳定柱，注意发光的均匀性，而且即要透光又不能看到光源的轮廓。需注意，颜色及透明度在图纸上是较难描述的，其合格与否涉及发光元器件等因素，须与具体PCB板、甚至具体面壳装配后看效果，需经过打样、试装配、反馈意见修正来达到产品要求，最终以签样合格为准。定位柱设计定位柱有拉伸型定位柱、推伸型定位柱及倒勾式定位柱，定位柱把基片固定于PCB板上，使其成为一体，便于生产装配，同时也可协助定位。如下图所示。图SEQ图\*ARABIC23拉伸型定位柱图SEQ图\*ARABIC24推伸型定位柱图SEQ图\*ARABIC25倒勾式定位柱对于较大尺寸的零件，如果按键公差无法满足设计要求，可以用定位柱配合精度较高的PCB或胶壳，保证装配后按键中心准确，这种情况建议在基片上设计易变形结构，或者局部做薄，使其易变形，调节尺寸公差，如图26。用凸起结构调整公差用凸起结构调整公差用局部薄壁调整公差,薄壁厚度可设计为0.5－0.8mm用局部薄壁调整公差,薄壁厚度可设计为0.5－0.8mm图SEQ图\*ARABIC26基片上变形结构按键的表面处理丝印各类数字、文字或图形可通过丝印直接印刷于按键表面，丝印的线条宽度最小可做到0.3mm，丝印处与按键边缘一般应留有至少0.5mm的距离。在上凸和下凹的键面上都可做丝印，但过于凹凸会给丝印带来困难，可参考下图：图SEQ图\*ARABIC27丝印表面的曲率参考表面喷涂为增加按键丝印的耐磨性，可在按键表面喷涂上一层涂料。丝印后的表面处理一般有：喷一般雾面、喷金油、喷耐磨油以及滴胶等，应在图纸技术要求上注明。对其耐磨性能测试有纸带耐磨测试（RCA）及橡皮耐磨测试二种，该二种方法意义相同。橡皮耐磨测试常用荷重有200g和500g，橡皮头的硬度有40度和70度二种，一般要求为来回磨1000至1500次为合格，做到2000次为较高的要求。纸带耐磨测试常用荷重有150g和175g，分点放式与平拉式二种，点放式是纸带按一定频率间断性地磨擦按键表面，平拉式则是连续磨擦。相对而言，纸带耐磨测试比橡皮耐磨测试更严酷一些。Motorola手机按键为40圈的样子。通过以上测试合格后，究竟对应于产品能耐10年还是15的使用，生产厂家目前没有这方面的数据积累。可以考虑用喷雾面油的方式来防止卡键，目前我公司喷耐磨胶PU9769（金允通公司）。但需注意，喷雾面油会增大按键按压力、降低按键寿命、会使按键颜色变得更黄些。镭射雕刻镭射雕刻是用激光去除表层油墨，露出底层油墨的一种雕刻工艺，可刻出各种图案、文字。见图28所示：图SEQ图\*ARABIC28镭雕按键的剖面结构滴塑按键表面滴塑，又称滴胶，滴塑可改变按键顶面的形状，起装饰及保护丝印作用，分滴软胶和硬胶二种，由手工用滴管操作，故一般不适用于按键外表下凹的状态。按键下凹时，可以滴胶，但质量不易控制，故有滴塑要求时，按键面不能做凹面形状。滴胶层厚度为中间厚边缘薄，中间厚度一般在0.4至0.7mm。目前滴软胶较普遍。图SEQ图\*ARABIC29按键滴塑按键的防误操作按键的防误操作，在结构上可考虑按键适当低于面板(图30)，或面板上局部凸起高于按键面；当有开关时，还可考虑硅胶按键与开关间设计0.5～1mm左右的空行程(图30，尺寸0.5)。总的一个指导思想是需要特意操作才能使按键起作用，视具体产品而定。图SEQ图\*ARABIC30按键的防误操作及防泼洒橡胶模压制品的缺陷分析了解硅胶件的缺陷产生原因，对制品设计、生产跟进、零件检测、合格品签样等有很大帮助。硅胶件的生产手段主要是模压成型。橡胶类模压制品产生废次品的原因较多，但主要有下列几种情况：橡胶收缩率计算不准。成型、硫化工艺不正确。模具结构不合理。胶料本身存在缺陷。制品尺寸公差过小。橡胶模压制品的废次品分析见下表：表SEQ表\*ARABIC1橡胶模压制品的废次品分析序号废品类型废品特征产生的原因1尺寸不准制品厚度不均，外形尺寸超差。设备模具平行度不良；收缩率计算不准；模具加工不良。硫化烘烤温度不当。2缺胶制品没有明显的轮廓，其形状不符合图样要求；制品有明显的轮廓，但存在局部凹陷、欠缺。装入的胶料重量不足；压制时上升太快，胶料没有充满型腔而溢出；排气条件不佳。3飞边增厚制品在模具分型处有增厚的现象。装入的胶料超量过多；模具中没有必要的余料槽或余料槽过小；压力不够。4气泡制品的表面和内部有鼓泡。压制时型腔内的空气没有全部排出；胶料中含有大量水分或易挥发性物质；模具排气条件不佳。装入的胶料重量不够。5凸凹缺陷制品表面有凸凹痕迹（如低洼、麻点）。模具工作面留下的加工痕迹；胶料本身有缺陷（如粘度大或超期）；模具排气条件不佳。6裂口制品上有破裂现象。起模取出制品时注意不够；因型腔内涂刷隔离剂过多而造成胶料分层的现象；模具结构不合理。胶料成型方法不正确。7皱折、裂纹、离层制品表面皱折；制品表面和内部有裂纹或离层的现象。型腔内装入了脏污的胶料；型腔内涂刷隔离剂过多；不同胶料相混；工艺操作（成型、加料方法）不正确；胶料超期。8杂质制品表面和内部混有杂质。胶料在塑炼、混炼及保管、运输过程中混有（入）杂质；模具没有清理干净（包括飞边、废胶未清理干净）。9分型面错位（缝）制品在分型面处有明显甚至较大的错位。模具制造精度误差和加工精度不准；模具定位不良。10卷边（缩边）制品在分型面处有明显的向内收缩的现象。胶料加工性能差；模具结构不合理（厚制品应采用封闭式结构模具和合理开设余料槽）。11表面质量不好制品表面粗糙度不符合有关标准的相应要求。模具型腔表面粗糙度不够细；镀铬层有部分脱落；有些胶料腐蚀型腔表面。12结合力不强金属嵌件与橡胶结合不好金属嵌件镀铜或吹沙的质量不好；没有严格执行涂胶工艺规程（包括使用过期胶粘剂或混炼胶）；压制地点的相对湿度太大；胶料与金属粘接剂选择不当。13孔眼制品有孔眼缺陷。杂质脱落；气泡破裂；装入的胶料重量不够。14接头痕迹制品有接头痕迹成型、加料不正确；模具结构不合理；胶料流动、结合性能差。：硅胶按键图纸技术要求以下为硅胶按键图纸的技术要求，工程师可根据需要摘取其中的适合项。按键寿命：编号为1－15#按键的寿命为400万次以上，其余为100万次以上。按键峰值按力（平臂型按键此点要求不适用）：A、B详图所示键：130g±20g；C详图所示键：210g±30g；其余按键：100g±15g。要求各键“按力—行程曲线图”波形特征相似，各键手感相同。3D模型之斜壁厚度、角度为参考尺寸，须以满足上述按键峰值按力要求为准（平臂型按键此点要求不适用）。已注公差尺寸为关键尺寸，须确保制作精度；所有定位柱、按键中心位置公差为±0.1；其它未注公差尺寸，按下表公差要求：尺寸L<1010<L≤2020<L≤3030<L≤5050<L≤100L>100公差±0.08±0.10±0.15±0.20±0.4%±0.5%角度公差要求：±0.2°。未注尺寸、不规则曲面及拔模斜度严格按3D模型制作。硅胶硬度：肖氏硬度(SHOREA)xx度±5度(普通寿命推荐单一材料设计，硬度50±5度或45±5度)。零件飞边（溢边）的成型位置须经迈瑞公司确认，飞边需清除干净，飞边厚度不得大于0.15mm。8.颜色：颜色按迈瑞公司色板制作，色号为MRxxx。透明度（视产品要求）：本件为半透明件，要求透光均匀，亮度适中；半透明程度须满足迈瑞公司要求，通过试制调整。以上要求之合格制品，以签样为准。9.滴塑层（视产品要求）：本件表面丝印后滴软胶，要求滴胶牢固、无脆性，色泽晶莹。注意图面尺寸为滴胶后尺寸。10.镭射雕刻（视产品要求）：1~5#按键需进行镭射雕刻，要求如下：底层喷字符要求的xxxxx色号油墨，第二层喷外观要求的xxxxx色号油墨