Shanyo lanza un módulo integrado de domo-FPC- de grado automotriz para interruptores de volante y consola central

Un grupo de interruptores en el volante es uno de los entornos más hostiles para un teclado. Se encuentra dentro de una zona de despliegue de bolsas de aire, gira con la columna de dirección, enfrenta la luz solar directa y el calor interior, y debe comportarse de manera idéntica después de 500,000 presiones y diez años de servicio. Históricamente, los OEM construían estos grupos a partir de una PCB rígida, una lámina de domo separada y una superposición - de tres partes, tres tolerancias de alineación y tres cadenas de suministro. El nuevo módulo Shanyo colapsa la construcción: el conjunto de domo está conectado directamente a un circuito flexible que dirige las señales del interruptor al conector, por lo que la función del interruptor y el cableado son una sola parte.

Por qué la integración del domo FPC-triunfa en el espacio de la cabina del automóvil

El argumento a favor de la integración comienza con la geometría. Un módulo de volante casi no tiene profundidad de sobra: el portainterruptores se encuentra detrás de una superposición curva dentro de un conjunto de cubo con la bolsa de aire, el cableado y el conector compitiendo por el mismo espacio. Un circuito flexible sigue la curvatura; una PCB rígida no puede. El módulo de domo FPC-se dobla hacia el perfil del panel, lleva los domos en las posiciones táctiles correctas y dirige las trazas de señal a un único punto conector -, todo en un conjunto flexible que un robot o un operador coloca en un solo paso.

El segundo argumento es la tolerancia. Con una hoja de domo separada en una PCB, la alineación del domo-con-la almohadilla depende de la precisión de la colocación de la hoja de domo en relación con la placa, además de la propia variación dimensional de la placa. En el módulo integrado, los domos se colocan en relación con las trazas de FPC en el mismo paso del proceso, manteniendo la alineación dentro del módulo en lugar de a través de una interfaz. El resultado es una posición táctil y eléctrica consistente, panel a panel, sin una operación de colocación en la línea del OEM.

Qué lleva el módulo

El módulo está construido sobre un circuito flexible de poliimida o PET, según la temperatura y los requisitos de curvatura de la ubicación de destino:

• Base de circuito flexible:Trazas de cobre de 1 a 2 capas sobre poliimida de 25 a 50 µm, con acabado ENIG o plata de inmersión en las almohadillas de contacto, clasificadas para el rango de temperatura automotriz.
• Conjunto de cúpula metálica:Domos táctiles de acero inoxidable de Shanyo.cúpula metálicaprograma, colocado en las posiciones de los interruptores con familias de fuerza de 150 gf a 350 gf dependiendo de la función del grupo.
• Capas adhesivas y espaciadoras:un anillo de PSA alrededor de cada domo y una capa espaciadora que establece el espacio de recorrido, calificada para la temperatura de funcionamiento del módulo, de modo que el adhesivo no se deslice ni gasee en la cavidad del interruptor.
• Interfaz superpuesta:el módulo acepta una superposición gráfica o una capa dura integrada; la pila táctil se adapta al grosor de la capa y a la sensación esperada del operador.
• Integración del conector:El FPC termina en un conector estándar (tipo FH o ZIF, o un conector de cable-a-placa según el arnés del OEM), de modo que el módulo se conecta directamente al arnés del vehículo.

El módulo también puede integrar funciones adicionales que tradicionalmente se encuentran en tableros separados: LED para símbolos de interruptor retroiluminados y, en algunos programas, un elemento calefactor para paneles exteriores o para clima frío-, encaminados en el mismo circuito flexible.

Calificación para los requisitos automotrices

El módulo está calificado según las condiciones que realmente ve una pieza interior de automóvil, y la matriz de prueba sigue las especificaciones de componentes del OEM:

• Rango de temperatura:funcionamiento de −40 grados a +85 grados (módulos de volante y puerta), con 1000 ciclos de temperatura entre los extremos y sin cambios en la fuerza de actuación o la función de contacto.
• Vibración:vibración aleatoria según el perfil OEM (normalmente 10-1000 Hz) con el interruptor cerrado; No se permite contacto intermitente durante o después de la exposición.
• Vida mecánica:500.000 pulsaciones por tecla con resistencia de contacto y curva de fuerza comprobadas a intervalos; El módulo está diseñado para la vida útil completa del vehículo, no para la vida útil del consumidor.
• Humedad y condensación:Exposición de 85 grados/85 % de humedad relativa con el interruptor en funcionamiento, más ciclos de condensación; Se comprueba la migración del sistema adhesivo y espaciador y el crecimiento de la película en los contactos.
• Resistencia a la sal y a los productos químicos:El spray de sal y los agentes de limpieza de interiores (los productos químicos utilizados en los volantes y las consolas) no deben degradar la interfaz superpuesta ni la función del interruptor.

Los datos de calificación están vinculados al lote del módulo y están disponibles para los OEM y los proveedores de nivel-uno que evalúan el módulo para un programa.

Diseño-En: fuerza, diseño y opciones de integración

Los grupos de interruptores automotrices varían según la función y la marca, y el programa del módulo admite la profundidad de personalización que esos programas necesitan:

• Fuerza y ​​recorrido del domo:sintonizado por tecla contra la pila superpuesta y el objetivo háptico. Las teclas de control-de crucero y de audio suelen funcionar entre 200 y 300 gf; Los interruptores de ventanas y cerraduras pueden funcionar con más fuerza si se usan con guantes.
• Geometría de diseño:el FPC se dirige a las posiciones reales del interruptor, incluidos paneles curvos y grupos de varias-filas, con el conector colocado en el lado del arnés.
• Integración de retroiluminación:Las posiciones de los LED y la capa-de guía de luz están diseñadas en el módulo donde los símbolos de los interruptores deben iluminarse por la noche.
• Integración de sensores:Las zonas táctiles capacitivas opcionales o un área de trackpad pueden compartir el mismo circuito flexible, combinando teclas táctiles y superficies táctiles en un solo módulo.

Para programas nuevos, el equipo de ingeniería revisa la lista de interruptores, la pila superpuesta y las especificaciones ambientales en conjunto, y devuelve una propuesta de construcción del módulo con recomendaciones de fuerza y ​​un tiempo de entrega de muestra. Las herramientas para un diseño FPC personalizado suelen tardar entre 3 y 4 semanas; Los módulos prototipo se envían entre 2 y 3 semanas después de congelar el diseño.

Fabricación: un proceso, un código de seguimiento

El módulo se produce en un único flujo controlado: la fabricación de FPC, la colocación del domo, la laminación adhesiva y la prueba final se realizan bajo un mismo techo con un código de seguimiento de lote. Para un OEM, eso significa una inspección entrante, un paquete de primer artículo-estilo PPAP-y un archivo de proveedor, en lugar de coordinar un fabricante de FPC, un proveedor de domos y una casa de ensamblaje. El sistema de calidad IATF 16949 se aplica a la línea de módulos, y la misma trazabilidad de lotes utilizada en las líneas de producción de Shanyo lleva el registro del módulo desde los certificados de materiales hasta la prueba eléctrica final.

Cada lote de módulos se prueba al final de la línea: cada posición del interruptor se activa y su función de contacto se verifica eléctricamente, la ubicación del domo se compara con el diseño del FPC y una muestra de cada lote ejecuta una verificación de la curva de fuerza. La prueba eléctrica detecta el modo de falla que más importa en un módulo integrado - un domo que está eléctricamente abierto o intermitente después de la laminación - antes de que se envíe el módulo.

Consideraciones de diseño eléctrico en el circuito flexible

Mover la función de interruptor a un circuito flexible cambia las reglas de diseño eléctrico en comparación con una PCB rígida. Las trazas de cobre en un soporte de poliimida de 1 capa suelen ser de 0,5 a 1 oz con anchos de traza establecidos por la corriente y el radio de curvatura; Las pistas de señal para los contactos del interruptor transportan microamperios y están dimensionadas para robustez mecánica en lugar de corriente. Las almohadillas de contacto necesitan un acabado que combine con el domo: ENIG o plata de inmersión sobre cobre mantiene una superficie estable para el contacto del domo, mientras que el cobre desnudo se oxida y pierde resistencia. La geometría de la almohadilla sigue el anillo del domo: una almohadilla central y una almohadilla anular con el espacio dimensionado para el anillo de contacto del domo, de modo que el domo se asienta eléctricamente en el mismo punto en cada accionamiento.

Tres modos de falla son específicos de la construcción flexible y atraen la atención del diseño en cada programa. El primero son los rastros de grietas en los puntos de curvatura: el circuito flexible se dobla en el radio de superposición, y un rastro que cruza la línea de curvatura se agrieta después de flexiones repetidas si el cobre es demasiado grueso o la curvatura demasiado apretada. El diseño mantiene las líneas de señal alejadas de la línea de curva principal o las extiende perpendicularmente a ella. El segundo es la delaminación de la almohadilla bajo el accionamiento repetido del domo: el contacto del domo frota la superficie de la almohadilla y una almohadilla mal anclada se levanta de la poliimida durante su vida útil. El revestimiento y la geometría del anclaje de la almohadilla están especificados para sobrevivir al presupuesto de actuación total. El tercero es el ingreso de humedad a lo largo de la cola flexible hacia la cavidad del interruptor: la máscara de soldadura del módulo y el diseño de la cubierta dirigen la línea de sellado lejos del área de contacto, de modo que la condensación en la cola no llegue al contacto del domo.

Impacto en los costos y la cadena de suministro para los proveedores de primer nivel

El argumento comercial del módulo es el mismo que el técnico: menos piezas, menos interfaces y menos proveedores. Un grupo de interruptores construido a partir de FPC, lámina de domo y piezas superpuestas independientes incluye tres proveedores, tres calificaciones y tres archivos de inspección entrantes. El módulo integrado lo colapsa en una parte calificada. Para los proveedores de nivel-uno, el ahorro se muestra en el recuento de líneas de la lista de materiales, la lista de auditoría de proveedores y el archivo PPAP: un paquete de primer-artículo en lugar de tres. El precio del módulo incluye el FPC, los domos, el adhesivo, la colocación y la prueba eléctrica final, cotizados como una sola línea.

Para programas de bajo-volumen o en etapas avanzadas-, el módulo también es la ruta más rápida hacia un cambio de diseño. Un cambio en el diseño del interruptor que remodelaría una PCB rígida y reemplazaría-una hoja de domo se convierte en una revisión del diseño en el flex, con módulos prototipo disponibles en semanas en lugar de meses. La flexibilidad que sirve a la geometría de la cabina también sirve al proceso de cambio de ingeniería.

Errores de especificación comunes en módulos de interruptores automotrices

El programa del módulo ve las mismas lagunas en las especificaciones repetidamente, y cada una de ellas es más barata de solucionar antes del mecanizado que después. La primera es especificar la fuerza de actuación sin la pila de superposición: un domo con una capacidad nominal de 200 gf se siente como 140 gf bajo una fina capa de PET y 260 gf bajo una capa dura gruesa, por lo que el objetivo de fuerza debe compararse con la superposición real. El segundo es ignorar las especificaciones ambientales de la ubicación específica del módulo: un módulo de puerta ve ciclos de humedad diferentes a los de una consola central, y el sistema adhesivo y espaciador debe especificarse para la ubicación, no para el "automotor" en general. El tercero es tratar la cola flexible como una idea de último momento: la longitud de la cola, el tipo de conector y la ruta de curvatura deciden si el módulo se ajusta al arnés, y una cola rediseñada después de congelar el conector cuesta una nueva-herramienta. El cuarto es saltarse la especificación de prueba eléctrica: se debe especificar un módulo integrado con una prueba eléctrica final de cada posición del interruptor, porque una cúpula que se levanta durante la laminación solo es detectada por la prueba.

La revisión de ingeniería de Shanyo señala estos cuatro puntos en cada dibujo del módulo antes de cotizar, y la revisión se incluye en el programa del módulo. El resultado es una especificación de módulo que coincide con la pieza de producción, que es donde realmente se logra la calidad automotriz.

Soporte del programa: desde la especificación hasta la producción en serie

El programa del módulo está estructurado según la forma en que realmente se ejecutan los programas automotrices. La fase de especificación comienza con la lista de conmutadores, la pila superpuesta y la especificación ambiental; el equipo de ingeniería devuelve una propuesta de construcción del módulo con el concepto de diseño de FPC, las recomendaciones de fuerza del domo y los puntos de riesgo en el diseño. La fase de muestra entrega módulos prototipo con curvas de fuerza medidas y datos de pruebas eléctricas, construidos a partir del diseño de interruptores del cliente. La fase de producción se ejecuta bajo PPAP: el primer-paquete de artículos incluye el plano de diseño FPC, el registro de ubicación del domo, los certificados de materiales, los resúmenes de validación del proceso y los datos de pruebas eléctricas, estructurados para la revisión PPAP de nivel-uno o OEM.

Para los programas que también obtienen teclados de silicona o interruptores de membrana de Shanyo, el módulo puede emparejarse con aquellos ensamblajes donde se prefiere una versión-de tecla programable de un grupo, manteniendo el mismo archivo de proveedor para el contenido del interruptor del vehículo.

Suministro y soporte

El programa del módulo está disponible para OEM directo y compromiso de nivel-uno. Para la evaluación, Shanyo proporciona un módulo de demostración estándar con el paquete de dibujos técnicos y el resumen de calificación, que se envía en el plazo de una semana. Para los programas personalizados, el compromiso comienza con la revisión de las especificaciones del interruptor, seguida de una propuesta de diseño, una muestra táctil y el plan de pruebas de calificación acordado con el ingeniero de componentes del cliente.

Shanyo es un fabricante de componentes de precisión con sede en Qingdao-que suministracúpulas metálicas, conjuntos de láminas de cúpula, teclados de silicona, interruptores de membrana,Asambleas FPCy barras colectoras estampadas para fabricantes de equipos originales (OEM) de automoción, medicina, industria y electrónica de consumo en todo el mundo. El módulo integrado de domo FPC-para automóviles amplía la cartera de interruptores de la empresa desde componentes hasta subconjuntos calificados, respaldado por la certificación de calidad IATF 16949 y la misma trazabilidad de lotes aplicada en todas sus líneas de producción.