干货| 经典塑胶Button按键结构设计大全 / 开普饭

以下文章来源于3C电子产品工程师，作者Red K

Contents:

一、塑胶按键分类

二、不同按键的特点

三、按键结构设计

四、旋钮结构设计

五、防呆结构设计

一、塑胶按键分类

（一）按结构分：

1、悬臂式按键

2、跷跷板式按键

3、镶嵌式按键

（二）按材料和加工工艺分：

1、“P+R”按键

2、IMD+R按键

3、硅树脂按键

按键分类－－按结构分

1、悬臂式按键：通过固定悬臂来固定按键

2、跷跷板式按键：

按键常为一对，在cover（盖子）上有相对应的两个卡位，按键工作原理与跷跷板相似，以按键中间的突起柱子为轴，旋转实现按键触发。

3、镶嵌式按键：按键夹在上盖和装饰件中间

按键分类－－按材料和加工工艺分

1、“P+R”按键plactic+rubber：P是塑料英文“Plastic”的第一个字母，R是橡胶英文“Rubber”的第一个字母，P+R结构就是键帽材料是塑料，软胶材料是橡胶，两种不同的材料组合在一起的按键。多为按键集中，把塑胶按键通过一种专用胶水粘到 rubber上，然后固定rubber以此来固定按键。

2、IMD+R按键

3、IMD按键－－模内镶件注塑：

其工艺非常显著的特点是，表面是一层硬化的透明薄膜，中间是印刷图案层，背面是塑胶层，由于油墨夹在中间，可使产品防止表面被刮花和耐磨擦，并可长期保持颜色的鲜明不易退色。

3、IMD按键－－膜内转印

此工艺是将图案印刷在薄膜上，通过送膜机将膜片与塑模型腔贴合进行注塑，注塑后有图案的油墨层与薄膜分离，油墨层留在塑件上而得到表面有装饰图案的塑件。

4、硅树脂按键

二、不同按键的特点

纯塑料：结构简单，加工方便，可以喷涂，也可以金属化，手感好，具有价格优势。手感稍差，成本低，一般用于一般的电子产品，可降低成本。

纯硅胶：电阻小，回弹强，灵敏度高，弹性稳定，寿命长，灯孔透明度高，更具价格实惠及美观的要求的产品，产品手感好，细腻，颜色鲜明。

纯IMD：热塑性薄膜背面印刷字体图案后成型的按键具有轻、薄、精密、永不磨损可进行快速印花及颜色转换等特点,表面印刷镜面油墨, 变色龙油磨墨等,使按键具有各种时尚风采。

纯塑料（P）+纯硅胶（R）：塑料按键直接覆压硅胶按键再压在线路板的金手指上。P+R结构手感好，但做工复杂，往往需要二次成型或者二次加工，成本高，一般应用于高档电子产品，如手机等。

塑料（P）+普通底硅胶（R）：塑料按键与普通硅胶底板通过特殊的胶剂相结合，兼顾了塑料制品与弹性硅胶的特性，多种工艺，多种组合，丰富多彩的按键设计，拥有高品质、高档次的特点，塑料与硅胶结合可达到柔和的手感及耐磨效果。

塑料（P）+特殊底硅胶（R）：塑料按键与特殊硅胶底板通过特殊的胶剂相结合，采用特殊薄膜加硅胶的双层技术，使按键底板在很薄（0.2mm-0.25mm）的情况下仍有更强的抗拉力，且保持柔软特性，按键底板虽更薄，但较硬，不易变形。

塑料（P）+硅胶（R）+薄膜（IMD）：手感好，层次分明，有较硬的接触感，又有较软的按压感且有优越的耐磨性，软件底座可避免损坏接触面物件及具备密封功能，组合式按键设计更具花样。

塑料（P）+硅胶（R）+其它（特殊底薄膜）：具有与P+R相同的特点，同时有电镀键的独到之处，其款式可随意变换，可水镀也可蒸镀，可成亮面或雾面或亮雾相结合，产品具有金属亮面效果和磨沙效果，档次高,具有时尚感。

热塑性合成橡胶：高性能热塑性合成橡胶，具备了橡胶的柔软性及低压缩永久不变形特性，中档价位拥有热塑性及热固性塑料的外观光泽。

其它类

比如薄膜按键及薄膜发光按键等等。

三、按键结构设计

1、“P+R”类：

P+R配合尺寸

尺寸说明：

尺寸A是键帽顶面的料厚，尺寸应不小于0.60mm，建议做到0.80mm。

尺寸B是键帽侧面的料厚，尺寸应不小于0.60mm，建议做到0.80mm。

尺寸C是键帽与Rubber的顶面间隙，为0.05mm，此间隙是点胶空间。

尺寸D是键帽与Rubber的侧面间隙，为0.05mm。

尺寸E是Rubber的厚度，为0.30mm。

尺寸F是导电基的高度，尺寸应不小于0.25mm，建议做到0.30mm。

尺寸G是侧键裙边的宽度，尺寸应不小于0.40mm。

尺寸H侧键裙边的厚度，尺寸应不小于0.40mm。

尺寸I是侧键的宽度，尺寸应不小于2.50mm，建议不小于3.00mm。

2、纯塑料键帽：

尺寸说明：

尺寸A是键帽顶面的料厚，尺寸应不小于0.60mm，建议为0.80mm。

尺寸C是侧键裙边的宽度，尺寸应不小于0.40mm。

尺寸D是侧键裙边的厚度，尺寸应不小于0.40mm。

尺寸E是侧键的宽度，尺寸应不小于2.50mm，建议不小于3.00mm。

·按键与壳体的配合尺寸

尺寸说明：

尺寸A是键帽高出壳体大面的部分，尺寸应不小于0.50mm。

尺寸B是键帽四周与壳体的间隙，尺寸应不小于0.10mm，建议为0.15mm。

尺寸C是侧健裙边四周与壳体的间隙，尺寸应不小于0.20mm。

尺寸D是侧键裙边行程方向与壳体的间隙，尺寸应不小于0.05mm，建议做到 0.10mm。

尺寸E是键帽底面与轻触开关的间隙，为0.05〜0.20mm。

3、滑动式推键：

实例：

如图3－1所示，设计值参考如下：

C (槽孔）=A (键轴套）+B( switch行程）+ 0.4 (两侧间隙）

D (键长）=C (槽孔）+B( switch行程）+ 1.0 (两侧遮蔽长）

E（槽长）=D(键长）+B(switch行程）+ 0.4 (两侧间隙）.

图3-1滑动式推键的设计

(1)外部组装方式

如图3-1所示为按键从外部组装方式，必须等壳体组装全部完成，将 switch拨至单侧，再将滑动键的轴套对准，switch的柄套人，利用侧向卡勾方式与壳体固定。卡勾设计重点如下：

■必须设计在按键长方向的两侧，如图3-1所示。

■卡勾的宽度尽量不要大于图示中“A”值，否则C、D、E的尺寸会变动。

■如按键宽度受限，为保持卡勾的弹性，则卡勾位置必须移动或轴套改为非封闭式，如图3-2所示。

■图3-1所示“F”值为防止刮漆肋的设计高度，其一般设计值为 0.15 mm~0.3 mm,按键长度越长，滑动时越容易变形，“F”值可以设计得较高。防刮漆肋建议设计位置如图3-3所示，重点为滑键动作时不可外露。

图3-2 保持卡勾的弹性

图3-3防刮漆肋设计

■图3-1所示“G”值为轴套与switch保持的间隙，以按键滑动时轴套端面不干涉switch为原则，建议设计值为G≥0.5 mm。

■为防止按键滑动部位壳体强度太脆弱，按键动作时，壳体下陷，造成按键与switch干涉，滑动阻力加大。建议壳体内部如图3-4所示，追加肋片顶住PCB板面。

图3-4壳体内部

■考虑卡勾的弹性，其高度应适度加长，建议设计值如图3-5所示。当按键组装卡勾产生变形扣入时，应力集中于卡勾根部锐角处，容易折断。因此，应于根部锐角处追加小圆角。

■为保持两侧卡勾的组装弹性，卡勾的弹性臂应与拨动switch结构保持适当间隙，如图3-6所示。

图3-5加长卡勾高度

图3-6卡勾弹性臂与Switch结构的间隙

(2)内部组装方式

如图3-7所示，先将滑键组装于switch上，再将主壳体套上。此设计方式的缺点是，不能表现滑键外观特色，且需要较大的内部空间。

图3-7内部组装方式

B (槽孔）=A(键柄）+ switch行程+ 0.4 (两侧间隙）

C (键长）=B(槽孔）+ switch行程+ 2.0 (两侧遮蔽长）

4、直压式（push )按键－－悬臂式

实例：

由按键塑件原生弹性臂热熔或螺钉锁付于壳体上，如图4-1所示。

图4－1悬臂式

按键设计原则：

(1)弹性臂的设计必须视实际运用空间而定，弹性太软或太硬都为不良设计。

①弹性太软的缺点：成型顶出易变形，按键组装后易下陷施力后易塑性变形。

②弹性臂太硬的缺点：

施力大，手感差，一般定为300 g ~ 500 g，感觉不到switch塑件的触感

③影响弹性臂弹性的因素：

弹性臂的断面积，一般以扁平状为最好，如图4-2所示。

施力点至热熔（锁付）点的距离;弹性臂为直线设计。

弹性臂的全长，弹性臂因空间限制，而作绕弯设计。

(2)两个按键以上设计为同一件，其弹性臂必须利用热熔（锁付）点加以阻隔，防止按键连动（按一个，动两个），如图4-3示。

图4-2 弹性臂的断面积

图4-3 防止按键连动

(3 )按键与壳体配合间隙，必须视两者之后的加工处理而定，经验值建议如表4-1所示。

表4-1 后加工处理的间隙经验值单位：mm

（4）按键固定方式如果设计为热熔，其热熔柱即为定位柱，必须设计成两支以上，且距离相距越远越好，其配合间隙预留单边≤0.05 mm。

（5）热熔柱固定方式经常有应力存在，会造成按键静态状况稍微下陷的现象，因此，常利用如图4-4所示热熔柱加肋以顶高按键，保持与壳体密合状态。

图 4-4热熔柱加肋

（6）按键动作以支点为中心，受力旋转下压，因此，按键的外观面(凹模）脱模角尽可能加大，防止下压动作干涉卡键。

（7）按键触动switch的导通性，为要求从不同位置施力手感一致，其末端最好设计成半球状。

（8）按键外观面如果要求雕刻功能符号字样，最好设计成凹字，适宜深度为0.15 mm〜0.2mm。

4、直压式（push )按键－－弹簧式

实例：

如图4-5所示，其优点为:

(1)按键不会有塑性变形、塌陷的顾虑。

（2）手感较悬臂式好。

（3）部件刮损，修补容易。

（4）允许较大的空行程设计。

其缺点为：

（1）垂直轴）方向需要较大的设计空间。

（2）只限于单件按键的设计。

（3）成本比悬臂式高，包括模具及零件费用。

图4-5 弹簧式

b (空行程）+ switch行程<a(按键行程）

若e值<b值，则d值必须≥c + 1 mm (两侧间隙）

·弹簧式按键设计原则：

(1)按键静态时要高于壳体距离f值，必须小于b值空行程，防止落下测试，按键直接撞击switch致损坏产品。

(2)壳体底座应配合压缩弹簧内径，设计一圆形凸台，防止弹簧位移，按键动作时，被引导柱夹死，其高度略大于弹簧线径。

(3)压缩弹簧的设计，其线径以0.1 mm~0.15 mm为好，绕圈数必须大于3圈，上下两端作平端弹簧设计，材料选择则以弹簧钢或不锈钢为好。

(4)按键触动引导柱，因考虑按键行程，其加强肋必须做得很低（除非空间允许引导柱做成十字形配合），引导柱会变得脆弱，因此引导柱可以考虑设计成空心柱。 (5)触动引导柱与底座孔配合，其配合间隙不宜过大，单侧0.05 mm即可，其配合深度，越长越稳固。

(6)若按键的施力面积较大，为求按键保持平稳状态，建议顶按键底面的压缩弹簧作圆锥状设计，如图4-6所示。

图4-6 圆锥状弹簧

5、回复式键－－回复式旋转键

如图5-1所示，功能动作设定：

图5-1 回复式旋转键

回复式旋转键1

动作一：按下保险键，逆时针旋转。

旋转键“Lock”在“OFF”位置，再按保险键，顺时针旋转“Lock”在“ON”位置。

动作二：旋转键顺时针旋转，旋转键抵达“MODE”位置。松开手指后，旋转键回复到“ON”位置。

细化内部结构，如图5-2、图5-3所示。

图5-2 回复式旋转键内部结构

图5-3 保险件压簧和线路接触簧

设计原理：

旋转键带动旋转盘，使接触簧片触及电路布局，其材料可为硬质PCB板，也可为薄膜（membrane)材料，设计范例如图5-4所不。

图5-4 旋转键设计

(1)薄膜可利用SMT电子零件，其加强板可利用PCB或塑料片。

(2)旋转键利用预压复位弹簧作复位动作。

(3)保险键利用“凸块”嵌入壳体配合凹位作“定位”动作。

(4)确认键施力下压，使橡皮按键凸柱挤压两片薄膜，触碰触点形成信号通路。

5、回复式键－－回复式平移推键

—、功能动作设定如下。

图5-5所示推键由O点平移至A或B点，会自动回复至0点。

图 5-5 回复式平移推键

(1 )回复式滑动开关：利用前述滑动式按键设计带动滑动开关。

(2)薄膜滑动开关：机构设计弹簧作复位动作，利用接触簧片连接触点作通路。

二、内部结构分解，如图5-6所示。

三、组装程序。

(1) 弹簧销（X2)套入弹簧两端，预压弹簧置入滑动片“U”形槽内。

(2 ) 滑动片置入主壳（弹簧销对正导轨肋片）。

(3) 滑动键对准滑动片热熔孔置入主壳，热熔柱（x2)热熔固定。

(4) 置入薄膜线路板，固定在主壳上。此结构为直线运动，同样可运用在圆周运动上。

图5-6 内部结构分解图

6、导电橡皮按键

实例：

一、设计原理及应用

导电橡皮按键，利用硅树脂胶材料的特性，施力使按键失灵，导通薄膜（film)

线路板，应用范围包括手机、计算机、键盘、电子辞典、掌上电脑。

二、设计注意事项

(1)如图6-1所示为设计建议值，材料为硅橡胶，Barcol硬度= 55。

(2)导电橡皮材料为conductive capron硅橡胶，与PCB必须保持1 mm的间隔。

(3)导电橡皮的直径必须小于PCB (或film )线路铜箔的最小宽度。

(4)按键底部应有通风孔设计，缺口高度= 0.5mm。

图6-1 橡皮按键剖视图

（5）橡皮按键的顶面必须凸出壳体2.5 mm,并与壳体保持全周0.35 mm的间隙，如图6-2所示。

（6）橡皮按键与PCB之间，若衬有绝缘Mylar，其表面要采用雾面处理，因为

平滑面易造成局部真空，使得橡皮按键被吸住，造成卡键。

(7)主壳必须设计环状肋片，以压制橡皮按键的凸缘，干涉量为0.1 mm。

图6-2 橡皮按键的顶面

7、按钮、按钮与面板壳体之间的装配结构

常用按钮有窝仔片、橡胶按钮和机械按钮，可根据空间大小、行程要求、手感要求来选择。窝仔片行程短，一般为0.2〜0.5mm,金属材质，可靠性好，占用空间小，带脚的窝仔片可以配合PCB上的通孔定位安装。橡胶按钮行程长，一般为1mm，也有0. 5m的。橡胶材质可靠性不如窝仔片好，占用空间大，优点是按钮手感好，多个橡胶按钮可以连成一片，制成一体，方便安装。机械按钮，其实里面还是金属窝仔片，性能和窝仔片基本一样，但有辅助机构，按钮手感比窝仔片容易调整到最佳状态。

（一）按钮大小及相对距离要求

在操作按钮中心时，不能引起相邻按钮的联动，依据人机工学参数，相邻按钮的中心距设计原则如下：

（1）在竖排分离按钮中，两相邻按钮中心的距离a>9mm。

（2）在横排成行按钮中，两相邻按钮中心的距离6>13mm。

（3）为方便操作，常用的功能按钮的最小尺寸为：3mmX3mm。

（二）按钮与面板壳体的设计间隙

按钮与壳体之间须留一定的间隙，保证按钮与面板壳体之间的运动自如，间隙一 .般取0.2〜0.5mm，并应保证按下去时不能被卡住，可以顺利回弹。卡住这种不良情况多出现在行程较长的橡胶按钮上，对策是加高按钮深度，如行程为1mm的橡胶按钮，上面的塑胶按钮帽要高出面壳表面1mm以上，如果塑胶按键帽高出面壳表面不应超过1mm，也可以在面壳表面以下建围骨加深。按钮与面板基体的配合间隙，如图7-1所示。