按鍵金屬簧片(metal-dome)可以直接焊接於電路板上嗎？優缺點又有哪些？

現今的智慧型手機雖然已經甚少使用到實體的數字按鍵盤按鍵了，但還是有部份的產品與少數的實體按鍵仍然存在，我們公司的產品就還在使用實體按鍵，而到目前為止在按鍵上觸感最好與壽命最長的當推「金屬簧片（metal dome）」了，只是實體按鍵卻有個非常大的缺點，就是太佔用電路板的空間了，於是我們家的RD就開始天馬行空突發奇想，把「金屬簧片（metal dome）」直接吃錫焊接於電路板上當作按鍵來使用，而且還付諸了行動，這麼一來雖然增加了電子零件的利用空間，但悲劇也就接著發生了。

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一般來說，在按鍵(keypad)底下的電路板空間都不太有機會可以拿來放置電子零件，而目前市面上絕大部分的「金屬簧片」應該都是用一整片的背膠將其黏貼於實體按鍵或是電路板上以節省工時，並確保「金屬簧片」的位置準確性與固定之用，工作熊相信應該有不少積極進取的機構研發工程師都曾經想過如果可以將「金屬簧片」直接焊接於電路板上可以增加許多可利用空間，只是一般稍有經驗的機構RD想想後都不太敢在按鍵附近偷空間，更別說將其焊接於PCB上，也就我們家美國的RD敢這麼做，還勇於嘗試。

因為市場上找不到可以直接焊接於電路板的現成「金屬簧片」，於是我們家的RD就決定自己設計了一個「金屬簧片」並在其左右對稱的地方長了一對可以平貼在電路板表面的翅膀，然後當然是用錫膏將這對翅膀焊接在電路板上囉！等到成品做出來送去做按鍵的壽命測試(Life test)，結果大概只打了100K次多一點就開始出現按鍵沒有反應的不良現象，拆開檢查後發現「金屬簧片」翅膀的焊錫處居然發生的錫裂，使得「金屬簧片」離開了本來該在電路板上的位置。

一開始RD照例的又跑來找工作熊，有錫裂發生，工廠是否可以加強焊錫？於是我們就人工增加了焊錫量，把整個翅膀全部用錫包覆起來，這樣當然沒法量產，因為是手焊，還好後來送去做壽命試驗，大概打到了300K多一點，「金屬簧片」的翅膀居然給它斷了，這下應該連「錫」都不用加了。

直接將「金屬簧片」焊接於電路板有何優點：

• 可以節省電路板上的空間，在金屬簧片的周圍附近都可以配置零件。
• 節省成本？因為電路板的空間節省了，相對的PCB的成本也就可以降低。

直接將 「金屬簧片」焊接於電路板有何缺點：

這缺點可說有一籮筐，除了前面提到的「金屬簧片」翅膀斷裂的問題之外，其他還有許許多多的工程與品質問題等待解決。

• 「金屬簧片」浮高       

  因為使用錫膏印刷焊接，所以金屬簧片的底下會有錫膏，視錫膏的印刷量會有不等的簧片舉高離開電路板表面的問題。簧片浮高會有什麼問題？會影響到簧片的按壓行程，浮得較高的簧片需要按比較用力或比較久的時間才可以觸發按鍵功能，不一致的浮高將導致每顆簧片，也就是按鍵的按壓觸感不一致。

• 「金屬簧片」傾斜

  就因為簧片浮高，相對的就會讓簧片發生傾斜單邊翹起於電路板表面，縫隙越大，按壓時吸入灰塵或是異物的風險就越高，有異物就會影響到按鍵的觸發機制，造成按鍵壓下去電子訊號沒有反應。

  輕微的異物污染問題可以採用有凸點(dimple)設計的「金屬簧片」來解決，嚴重的就不行了。

• 焊錫可能爬錫至「金屬簧片」內壁       

  這個是最麻煩的事了，最好可以透過設計來解決，錫膏融化時焊錫會沿著可以吃錫的方向（表面能較小的方向）流動沾錫，而「金屬簧片」在回焊中會直接受熱，所以焊錫很有機會沿著簧片的內璧爬錫。內璧爬錫會影響到按壓的觸感，當焊錫爬過了簧片的web區，就會讓按鍵難以下壓，Peak-Force(F₁)將變大，嚴重影響到按鍵的按壓力比(click ratio)，也就是按壓的觸感將變差，不同的內壁爬錫高度與厚度都會影響到這個力量，會造成案件按壓觸感不一致。

  延伸閱讀：橡膠按鍵的【力量－行程】曲線圖，按鍵設計重要參數

後記：

為何將有翅膀的 「金屬簧片」焊接於電路板會發生翅膀斷裂的問題？大家有何看法呢？

遭遇了挫折就放棄當然不是我們家RD的信念，所以故事繼續中，而且似乎還出現了轉機，果然失敗為成功之母呢！要有勇氣去衝破枷鎖，只是不知道有花多少代價？

延伸閱讀：要想超越自己，就要有質疑「常識」的膽識

如果真的想要增加電路板在按鍵底下的利用率，工作熊見過有人將按鍵用機構件架高，然後用軟板來取代原本的電路板接觸點，這樣原本按鍵下方位置的電路板就可以被利用了。