Necesita un teclado pequeño: hágalo usted mismo

Si necesita un teclado, puede comprar uno. Si necesita un teclado pequeño, entonces todo es más complicado. Además de las opciones de alteración del teclado Blackberry o el alboroto con pequeños interruptores táctiles, no hay soluciones normales para obtener teclados pequeños, delgados y especializados. Sin embargo, hay una opción: teclados de silicona. Nadie ha hecho esto todavía, así que decidí: ¿por qué no intentarlo?

Desafortunadamente, no hay información preparada sobre el diseño, creación o producción de nuestros propios teclados de silicona. Hay muy poca documentación, y todas las fábricas que los fabrican parecen copiar información entre sí. Preguntarle a una compañía china cómo hacer esto es lo mismo que tocar un "teléfono roto". Pero, a pesar de todo esto, logré hacer mi propio teclado de silicona, y ahora estoy compartiendo información sobre cómo se hace.

El objetivo del proyecto es crear un teclado de computadora muy pequeño para dispositivos portátiles, insignias electrónicas, jugar Fortnite en una computadora portátil o simplemente para usar como teclado USB. Esto ya se ha hecho antes. La insignia para la Conferencia Hackaday Belgrado 2018 usó 55 interruptores táctiles estándar dispuestos en forma de teclado. Otro proyecto con Hackaday.io llamado (Pi) QWERTY también usó docenas de interruptores de reloj estándar. Sin embargo, tales dispositivos tienen sus inconvenientes.


PiMiniQWERTY: lo mejor de los teclados en miniatura caseros

En primer lugar, los botones táctiles estándar de 4 mm son bastante caros. Esto no es un problema si usa una pequeña cantidad de ellos para un proyecto, pero si necesita 60-70 botones por dispositivo, el costo comienza a aumentar. El más barato de los que encontré cuesta $ 70 por rollo de 4000, o un par de centavos cada uno. Tome 70 piezas y obtenga $ 1.25 por dispositivo, solo por los botones. Puede resultar que los botones costarán más que el microcontrolador.

En segundo lugar, los botones táctiles deben estar juntos. El número de fallas puede no ser muy grande, pero si ensambla placas enteras a partir de conmutadores, será más que si fueran dispositivos individuales. En comparación con las resistencias y tapas SMD, los botones son grandes y gruesos, lo que aumenta la cantidad de desechos cuando se colocan. Además, dado que lleva mucho tiempo ensamblar dicho teclado, debe pagar más por el ensamblaje de botones que por la instalación de un dispositivo terminado. Esto aumenta el costo del teclado basado en interruptores táctiles.

Finalmente, los botones no están etiquetados. Si va a ensamblar un teclado de botones de 4 mm, deberá marcar en el tablero. En la conferencia de Belgrado, esto se hizo bastante bien, mientras que el mini (Pi) QWERTY lo hizo brillantemente, porque usaron dos tableros, uno para electrónica y otro para firmas. Uno puede imaginarse inscribiendo los botones, pero su superficie ya es muy pequeña.

Solución: use teclados de silicona moldeados por inyección. Dichos teclados se encuentran en casi todos los controles remotos, se usaron en teléfonos Nokia antiguos como "brick". Los teclados de silicona están en todas partes, y hay fábricas que los hacen por encargo.


Teclados de silicona con TaoBao y AliExpress. Las compañías que los venden también los hacen a pedido.

Existen muchas ventajas al usar teclados de silicona. Primero, la mayoría de ellos usan etiquetas de botones. En segundo lugar, no está limitado a botones de 4 mm. Los botones pueden ser de cualquier tamaño y forma. Recogerlos es fácil; Para usar dicho teclado con un tablero, solo necesita colocarlo en el tablero; todo lo demás ya se ha hecho por ti. Finalmente, el teclado de silicona se ve más genial que cualquier botón. Entonces, ¿por qué no los usan? Principalmente debido al costo, sin embargo, hay algunos problemas de ingeniería.

Diferentes tipos de interruptores de membrana y silicona.

Teclado de membrana ZX Spectrum

Antes de profundizar en el diseño de teclados de silicona, debe analizar el diseño de teclados pequeños y conjuntos de teclados. Los primeros son teclados de Metal Dome o teclados de membrana. Los mejores ejemplos de tales botones táctiles de membrana son los teclados de las computadoras hogareñas populares de la década de 1980, ZX Spectrum o Atari 400. Si observa otros lugares en el departamento, es posible que tenga dicho teclado en el microondas.

Estos teclados tienen una matriz de botones. El circuito eléctrico consta de pistas dibujadas con tinta conductora sobre dos láminas de poliéster. Una cúpula de acero inoxidable se encuentra debajo de cada botón. Al presionar el botón se comprime el domo y se cierran dos capas de poliéster.

Las mejores imágenes de teclado de membrana se pueden tomar de uno de sus proyectos . A estas membranas no les importa cómo se presionó el domo metálico. La opción más simple es colocar botones y letras directamente sobre la membrana. Se puede pegar una pieza de plástico en una serie de interruptores táctiles. Así es exactamente como se hacen los teclados en los juguetes Speak N Spell y Big Trak [en la URSS había un análogo de tal juguete, "Lunokhod" / aprox. transl.]. Así es como puedes hacer un teclado para un bebé de tres años, protegido de la mantequilla de maní.

Sin embargo, los interruptores de membrana pura al tacto son muy baratos y no proporcionan retroalimentación táctil. Una opción es colocar los botones de plástico sobre el interruptor de membrana. Los teclados de domo metálico (con un domo metálico) usan teclas de plástico duro que presionan pequeños domos metálicos intercalados entre dos capas de poliéster de tinta conductora:











Pero los teclados de membrana no requieren botones de plástico duro. Puede usar silicona suave, encima del teclado de membrana, como se hace en el ZX Spectrum. En lugar de rectángulos de plástico rígido, como en mi proyecto de Metal Dome, Speccy usó un solo lienzo de botones de silicona. El ZX Spectrum usaba botones de silicona en su teclado, pero todavía era un teclado de membrana. No importa cómo presionar un domo de metal: a través de una lámina de plástico con caracteres impresos o rectángulos de silicona.

Otro tipo de teclado, el que hice para este artículo, es un teclado de silicona o goma .


El teclado de membrana ubicuo para Arduino

El teclado de goma utiliza botones de silicona moldeados por inyección que presionan los contactos. Se incorpora un contacto de carbono ("tableta") en el botón de silicona, y los contactos para la matriz del teclado se crean a partir de las pistas en la placa de circuito impreso. Los contactos pueden integrarse en la placa (se recomienda la tecnología ENIG) o imprimirse en la parte superior de las tintas conductoras. En cualquier caso, el teclado consta de una placa de circuito impreso, botones de silicona con contactos conductores debajo de cada botón, pequeños contactos conductores de carbono en cada botón y tomas para conectar silicona a la placa.

Al elegir entre una membrana y un teclado de goma, vale la pena considerar algunos puntos, y muchos de ellos pueden superar las escalas a favor de una membrana. Aunque los teclados de goma se pueden hacer en muchos colores, los caracteres en el teclado de membrana están esencialmente impresos; en el teclado de membrana puedes hacer cualquier personaje de cualquier color. Los teclados de membrana son más baratos porque no necesitan un molde. Los teclados de goma requieren una tira que contiene un bloque monolítico de teclas de silicona, lo que significa el costo adicional de un segundo molde para fundición. Y el teclado de goma solo gana en sensaciones táctiles. Si alguna vez ha intentado usar el Atari 400, estará de acuerdo: es mucho más fácil escribir en teclados de goma. Y son más elegantes que los de membrana.

Proyectos en curso

No es un teclado de goma especializado que se pueda usar incluso ahora

Hoy, no conozco casos de uso de teclados de goma especializados en pequeñas corridas. Por supuesto, existen en la comunidad DIY: Adafruit vende teclados 4x4 (Sparkfun tiene lo mismo ), y se pueden pedir botones similares en AliExpress y eBay. Sí, por supuesto, Sparkfun y Adafruit gastaron en el desarrollo de tableros, pero es probable que los botones mismos funcionen en algún lugar muy, muy lejano. Estos no son teclados especializados; Estos son teclados prefabricados estándar para proyectos especializados.

Y estos botones de goma se usaron mucho donde: para crear un clon Monome , un secuenciador por pasos , un dispositivo MIDI . Es por esto que se desarrollaron los botones de silicona retroiluminados: son excelentes controladores MIDI. Pero como no hay etiquetas en ellos, son de poca utilidad para cualquier otra cosa.

Y estos son los únicos, hasta donde yo sé, proyectos de bricolaje que usan teclados de silicona 4x4. La gente, por supuesto, está tratando de hacer otra cosa. Algunos de ellos están buscando teclados de goma en los foros , y otros están experimentando con moldes de aluminio, pero hasta ahora nadie ha tenido éxito. Dave Jones rechazó la idea de los teclados de goma para su proyecto uSupply y cambió a interruptores de membrana especializados.

Teclado de diseño, jefe y agujeros de aire.

Entonces, ¿qué hace que la creación de un teclado de goma? En esencia, estamos desarrollando un molde de fundición de acero o aluminio. El molde se envía a una máquina de moldeo por inyección, donde se llena con bolas de carbón, se llena con silicona caliente, que luego se vulcaniza. Es posible procesar más los botones: marcado con láser, serigrafía o recubrimiento epoxi. Diseñar un teclado de goma es diseñar un molde, pero los componentes básicos son bastante simples. A continuación se muestra un ejemplo, un teclado de una sola tecla, que hice en Fusion360 en unos minutos.







La forma externa del teclado depende del propósito, y la base es una capa de silicona. En las esquinas de la base hay cuatro salientes para montar en una placa de circuito. Son necesarios para alinear el botón y evitar que se deslice.

La estructura interna de la llave consiste en una gran tableta de carbono, el contacto que hará clic en el tablero. Simplemente hay más teclas en el teclado, pero la forma de una tecla es esencialmente la misma. Marque los espacios en la parte inferior de la llave permitiendo que el aire pase por debajo. Si no están hechos, el teclado parpadeará cuando se presione.


Llave de silicona cortada. Un objeto negro es una tableta de carbón que sirve como puente entre dos pines en el tablero.


Las dimensiones de mi teclado están en mm.



Una vez que el diseño del teclado estuvo listo y los archivos enviados a la fábrica para la fabricación de moldes y la producción de varias muestras de prueba, llegó el momento de desarrollar una placa de circuito impreso. Para mi proyecto, el circuito no importó mucho; lo principal es que la placa tenía dos pistas estrechamente conectadas a los lados opuestos de la matriz del teclado. Para esto, se recomienda la tecnología ENIG. Las restricciones de producción también son importantes: el mínimo estándar del ancho de la pista y la distancia entre ellas es de 0.15-0.20 mm, y desarrollé una tabla con pistas de 0.25 mm y la misma distancia entre ellas.

Una vez terminado el teclado y la placa, puede continuar con la tira de montaje. Esto es plástico perforado atornillado a la placa. Se pellizca un teclado de goma entre este y el tablero. Hice el siguiente prototipo, solo para probar el teclado. Electrónica: solo Teensy LC (estaba a mi alcance), con un recorte que da acceso a la placa para la creación de prototipos:





Envié este modelo a Shapeways, y el teclado fue ensamblado. El firmware en Teensy usa la biblioteca de teclado estándar y aparece en la computadora como un dispositivo USB HID. Resultó un teclado de goma especializado de exactamente la forma que necesito. Esta no es la opción final, ya que el teclado USB es solo un concepto funcional para verificar las teclas de goma, pero realmente funciona.















Revelaré el costo del proyecto; Debe tenerse en cuenta que la muestra aquí es muy pequeña: recurrí a un solo fabricante con un solo modelo. Sin embargo, debido a la fuerte competencia en el mercado, creo que estos precios serán lo suficientemente representativos para el costo promedio de un teclado de goma especializado.

El costo es el siguiente:

Desde un punto de vista económico, todo esto tiene sentido con circulaciones del orden de 10,000

El costo total de una pequeña cantidad de muestras resultó ser igual a $ 2877. Este es el costo de un molde para la fundición y verificación por parte de un ingeniero de archivos CAD. Diez teclados por tres mil dólares.

Sin embargo, después de todas las etapas de diseño y preparación, la fábrica puede emitir paquetes de teclados. Después de eso, el costo de una pieza se vuelve igual a $ 1.3 para una circulación de 1000 a $ 0.79 para una circulación de 5000. Entonces, un total de mil teclados me costará $ 4,177, es decir, $ 4.18 por pieza. Cinco mil teclados costarán $ 6,827, o $ 1.36 cada uno. Este precio, menos de $ 1.5, hace que esta tecnología sea viable para la producción a pequeña escala.

Los teclados de goma son adecuados para grandes fabricantes: Samsung vende millones de televisores, y todos ellos tienen un control remoto. La cuestión de hacer un teclado de goma para un proyecto de bricolaje siempre ha quedado abierta. Los proyectos a pequeña escala no usan esta tecnología, por lo que no había nadie que preguntara si los interruptores de silicona especializados tienen sentido. Digo que tiene sentido si haces mil teclados. Con una circulación de cinco mil, el costo de un teclado de goma y sujetadores de plástico puede caer por debajo del costo de un microcontrolador.

→ Todas las fuentes del proyecto están disponibles en GitHub