硅胶件设计指南Word下载.docx
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生化试剂厂
供应商资源开发部
机加中心
计划部
采购部
生产管理部
生产工程中心
财务管理部
财务部
总裁办
办事处
由：
质管部
第1章概述
1.1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。
1.2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。
2.1.1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<
10
10<
L≤100
L>
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
2.1.2推荐未注公差
下表可作为硅胶件的未注公差参考：
L≤20
20<
L≤30
30<
L≤50
50<
0.08
0.15
0.20
0.4%*L
0.5%*L
1.3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-951U
50
1.15
乳白色透明
8.8
12.7
350
3.8
普通
TSE6016US
1.16
8.7
25
3.9
KE-5141-U
40
1.06
4.7
8.0
470
4
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。
1.4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。
第2章硅胶按键设计
2.1硅胶按键典型结构
硅胶按键典型结构如图：
图1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。
2.2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2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。
2.3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3按键典型结构应用参考
2.4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。
2.4.1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4斜臂形式对按力－行程曲线的影响
2.4.2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5斜臂厚度、角度、行程及材料对“按力－行程曲线”的影响
2.4.3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±
中小按键（参考面积175~350mm²
130g±
中大按键（参考面积350~630mm²
170g±
大按键（参考面积630~950mm²
210g±
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6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7与轻触开关配合使用的平坦臂尺寸推荐
图8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。
2.5导电粒与导电油墨
2.5.1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9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。
2.5.2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10导电油墨的形式
2.5.3一般导电粒规格
一般导电规格：
黑粒：
250克力下的PCB板上测试<
150OHM
移印导电：
100OHM
丝印导电：
250OHM
2.6基片的设计
基片上的主要结构要素如下所述。
2.6.1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11密封骨
2.6.2C形坑
C形坑可沿PCB的外缘包裹PCB板，见下图所示：
图12C形坑
2.6.3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13基片排气槽
2.6.4基片开孔
1）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14基片开孔注意事项一
2）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15基片开孔注意事项二
2.7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16导光柱结构示意
2.8键体设计
2.8.1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17标准按键最小尺寸
2.8.2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18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19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。
2.8.3按键面的形式
常见按键面的形式如图20所示：
图20常见按键面的形式
2.8.4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21按键的拔模角度
2.8.5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22按键的稳定柱
当空间允许时，稳定柱面积应适当做大。
2.8.6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。
2.9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23拉伸型定位柱
图24推伸型定位柱
图25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
用局部薄壁调整公差,薄壁厚度可设计为0.5－0.8mm
图26基片上变形结构
2.10按键的表面处理
2.10.1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27丝印表面的曲率参考
2.10.2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。
2.10.3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28镭雕按键的剖面结构
2.10.4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29按键滴塑
2.11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30按键的防误操作及防泼洒
第3章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：
1）橡胶收缩率计算不准。
2）成型、硫化工艺不正确。
3）模具结构不合理。
4）胶料本身存在缺陷。
5）制品尺寸公差过小。
橡胶模压制品的废次品分析见下表：
表1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。
a）设备模具平行度不良；
b）收缩率计算不准；
c）模具加工不良。
d）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。
a）装入的胶料重量不足；
b）压制时上升太快，胶料没有充满型腔而溢出；
c）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。
a）装入的胶料超量过多；
b）模具中没有必要的余料槽或余料槽过小；
c）压力不够。
气泡
制品的表面和内部有鼓泡。
a）压制时型腔内的空气没有全部排出；
b）胶料中含有大量水分或易挥发性物质；
c）模具排气条件不佳。
d）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）。
a）模具工作面留下的加工痕迹；
b）胶料本身有缺陷（如粘度大或超期）；
6
裂口
制品上有破裂现象。
a）起模取出制品时注意不够；
b）因型腔内涂刷隔离剂过多而造成胶料分层的现象；
c）模具结构不合理。
d）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。
a）型腔内装入了脏污的胶料；
b）型腔内涂刷隔离剂过多；
c）不同胶料相混；
d）工艺操作（成型、加料方法）不正确；
e）胶料超期。
8
杂质
制品表面和内部混有杂质。
a）胶料在塑炼、混炼及保管、运输过程中混有（入）杂质；
b）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。
a）模具制造精度误差和加工精度不准；
b）模具定位不良。
卷边（缩边）
制品在分型面处有明显的向内收缩的现象。
a）胶料加工性能差；
b）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。
a）模具型腔表面粗糙度不够细；
b）镀铬层有部分脱落；
c）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
a）金属嵌件镀铜或吹沙的质量不好；
b）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）；
c）压制地点的相对湿度太大；
d）胶料与金属粘接剂选择不当。
13
孔眼
制品有孔眼缺陷。
a）杂质脱落；
b）气泡破裂；
c）装入的胶料重量不够。
14
接头痕迹
制品有接头痕迹
a）成型、加料不正确；
b）模具结构不合理；
c）胶料流动、结合性能差。
附录A：
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。
1.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。
2.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：
20g；
C详图所示键：
30g；
其余按键：
15g。
要求各键“按力—行程曲线图”波形特征相似，各键手感相同。
3.3D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）。
4.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：
0.4%
0.5%
角度公差要求：
0.2°
。
5.未注尺寸、不规则曲面及拔模斜度严格按3D模型制作。
6.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）。
7.零件飞边（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，要求所雕刻的字符、图案边界清晰。
11.表面丝印（或镭雕）后，喷金允通公司KW胶KT-01B10PT。
丝印、喷油的检测需符合迈瑞公司《q-t-002-05-i通用塑胶件检验规范》耐磨、耐化性要求。
（KW胶主要是提高了耐磨、耐酒精；
如果没有丝印或有滴胶要求，可以不喷或把KW胶改为雾面油PU9769。
按键面喷雾面油PU9769可有效避免卡键，但PU不耐酒精，而且有发黄、降低寿命的风险。
12.严格控制产品质量，表面和内部不得有气泡、裂纹、离层等缺陷；
按键本体色泽须均匀一致，无缺胶、麻点、孔眼、杂质、刮痕等任何外观缺陷。
13.本件每一按键均带导电粒，尺寸规格如图有Ø
3.5和Ø
5二种。
导电规格要求：
250g力下的PCB板上的测试<
200ohm。
14.制品必须进行二次硫化，确保使用过程中无硅油等挥发物析出。
15.背胶要求（视产品需要）：
按图示位置背胶，不干胶使用3M9731硅胶专用胶。
16在指示区域蚀刻零件编码及版本、模穴号。
附录B图表目录
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