電鑄形成用于圓頂開(kāi)關(guān)的圓頂?shù)南到y(tǒng)和方法
【專利摘要】提供了用于電鑄形成在圓頂開(kāi)關(guān)中使用的圓頂?shù)南到y(tǒng)和方法。提供了具有若干結(jié)合在平面表面中的圓頂形狀的芯模。芯?？梢杂米麟婅T過(guò)程中的陰極以構(gòu)造圓頂片材，例如通過(guò)使鎳片材能夠沉積在芯模上。圓頂可以從圓頂片材分割以用作圓頂開(kāi)關(guān)的一部分。電鑄過(guò)程可以確保圓頂具有統(tǒng)一的厚度，并且不具有可能影響圓頂性能的內(nèi)部應(yīng)力。
【專利說(shuō)明】電鑄形成用于圓頂開(kāi)關(guān)的圓頂?shù)南到y(tǒng)和方法
【背景技術(shù)】
[0001]在電子設(shè)備中可以使用不同的方法來(lái)將用戶對(duì)按鈕或按鍵的物理按壓轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。在一些情況下，可以在按鈕或按鍵下方設(shè)置一個(gè)或多個(gè)圓頂開(kāi)關(guān)，使得當(dāng)按鈕或按鍵被按壓時(shí)，圓頂開(kāi)關(guān)可以閉合電路。特別地，每個(gè)圓頂開(kāi)關(guān)可以包括定位于接觸墊之上的金屬圓頂，使得當(dāng)金屬圓頂反轉(zhuǎn)時(shí)，其與接觸墊接觸并且閉合接觸墊之間的電路。典型地，圓頂開(kāi)關(guān)的圓頂是通過(guò)沖壓金屬片材(例如鋼片材)或通過(guò)模制彈性體(如硅樹(shù)脂)構(gòu)造的。
[0002]雖然圓頂開(kāi)關(guān)可以是價(jià)格低廉且可靠的，但是其可能具有一些缺點(diǎn)。首先，沖壓式金屬圓頂?shù)恼_操作取決于多個(gè)因素，包括例如，沖壓過(guò)程和工具、片材厚度、材料紋理、合金組成和熱處理。因?yàn)檫@些因素中的一些可能難以控制，所以結(jié)果是圓頂?shù)闹聞?dòng)力可能有波動(dòng)，并且因此需要允許大的波動(dòng)的力公差需求。對(duì)于被構(gòu)造為以小的圓頂力致動(dòng)的圓頂，這可能是特別繁重的。另外，具有沖壓式圓頂?shù)膱A頂開(kāi)關(guān)可能需要定位于圓頂開(kāi)關(guān)之上且在按鈕或按鍵下方的中央凸起(nub )以集中施加到圓頂?shù)牧?。該額外的凸起可能會(huì)提高圓頂開(kāi)關(guān)的成本。進(jìn)一步地，由圓頂開(kāi)關(guān)提供的觸覺(jué)彈壓感可能取決于被沖壓來(lái)構(gòu)造開(kāi)關(guān)的金屬的加工硬化。然而，加工硬化難以控制和預(yù)測(cè)，因此可能需要耗時(shí)且昂貴的試錯(cuò)過(guò)程。作為最后的說(shuō)明性缺點(diǎn)，由諸如硅樹(shù)脂的彈性體構(gòu)造的圓頂可能無(wú)法以很小的行程正確地工作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本文涉及用于電鑄形成在圓頂開(kāi)關(guān)中使用的彈片圓頂(snap dome)的系統(tǒng)和方法。
[0004]為了消除上述的一些缺點(diǎn)，可以使用一不同的過(guò)程來(lái)構(gòu)造在圓頂開(kāi)關(guān)中使用的圓頂。具體來(lái)說(shuō)，可以使用電鑄過(guò)程。在電鑄過(guò)程中，材料經(jīng)由化學(xué)浴沉積到芯模上。材料以足夠的厚度沉積，以產(chǎn)生自支撐結(jié)構(gòu)，自支撐結(jié)構(gòu)隨后可以從芯模上移開(kāi)。因?yàn)椴牧暇鶆虻爻练e在芯模上，所以得到的圓頂可以具有可預(yù)測(cè)的和預(yù)期的機(jī)械性質(zhì)。
[0005]芯?？梢跃哂羞m合于構(gòu)造在圓頂開(kāi)關(guān)中使用的彈片圓頂?shù)娜魏涡螤?。在一些情況下，芯模可以包括圓頂形狀從其延伸的平面表面。圓頂形狀可以包括具有垂直于芯模的所述平面表面而延伸的平滑外表面的形狀。例如，圓頂形狀可以包括在所述平面表面之外延伸的球面的部分。在一些情況下，圓頂形狀可以被構(gòu)造為圍繞垂直于所述平面表面的軸線旋轉(zhuǎn)的樣條(spline)或曲線。
[0006]芯?？梢园ㄈ魏魏线m數(shù)目的圓頂形狀。在一些情況下，芯模可以包括以均勻的方式和相對(duì)高的密度分布的圓頂形狀。特別地，可能需要減少圓頂形狀之間的間距，使得最少量的材料被浪費(fèi)在圓頂之間。圓頂形狀可以在芯模上具有任何合適的尺寸或形狀。例如，芯?？梢园ň哂袉蝹€(gè)尺寸和形狀的圓頂形狀，或者可以包括具有各種尺寸和形狀的圓頂形狀。
[0007]—旦電鑄片材使用芯模而被構(gòu)造，則任何適合的方法可以被用來(lái)從所述片材分割出圓頂。例如，可以使用互補(bǔ)電化學(xué)蝕刻過(guò)程。另選地，所述圓頂可以使用光蝕刻過(guò)程而被分割。作為另一個(gè)例子，圓頂可以使用激光切割、水射流或機(jī)械加工而被分割。接著，每個(gè)單獨(dú)的圓頂可以被安裝為圓頂開(kāi)關(guān)的一部分并在電子設(shè)備中使用。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0008]在考慮了如下結(jié)合附圖的詳細(xì)描述后，本發(fā)明的上述和其它的目標(biāo)和優(yōu)點(diǎn)將是明顯的，其中各附圖中相同的附圖標(biāo)記代表相同的部件:
[0009]圖1A是說(shuō)明性的圓頂開(kāi)關(guān)的剖視圖；
[0010]圖1B是圖1A的說(shuō)明性圓頂開(kāi)關(guān)當(dāng)被致動(dòng)時(shí)的剖視圖；
[0011]圖2A-C是在圓頂開(kāi)關(guān)中使用的說(shuō)明性圓頂?shù)囊晥D；
[0012]圖3是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的說(shuō)明性電鑄過(guò)程的示意圖；
[0013]圖4是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的在電鑄過(guò)程中使用的說(shuō)明性芯模的透視圖；以及
[0014]圖5是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的說(shuō)明性的電鑄圓頂?shù)钠牡耐敢晥D；
[0015]圖6是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的在芯模之上沉積以形成圓頂?shù)牟牧系钠室晥D；
[0016]圖7是對(duì)于致動(dòng)沖壓式圓頂所測(cè)量的致動(dòng)力和回程力的曲線圖；
[0017]圖8是對(duì)于致動(dòng)根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的電鑄圓頂所測(cè)量的致動(dòng)力和回程力的曲線圖；
[0018]圖9是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的用于電鑄形成圓頂開(kāi)關(guān)的說(shuō)明性過(guò)程的流程圖；
[0019]圖10是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的用于構(gòu)造在電鑄過(guò)程中使用的芯模的說(shuō)明性過(guò)程的流程圖；以及
[0020]圖11是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的用于制作電鑄圓頂?shù)恼f(shuō)明性過(guò)程的流程圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0021]圓頂開(kāi)關(guān)一般用來(lái)檢測(cè)用戶的輸入。圓頂開(kāi)關(guān)包括放置于接觸區(qū)域之上的可變形圓頂(例如彈片圓頂)。圖1A是說(shuō)明性圓頂開(kāi)關(guān)的剖視圖。圖1B是圖1A的說(shuō)明性圓頂開(kāi)關(guān)當(dāng)被致動(dòng)時(shí)的剖視圖。開(kāi)關(guān)100可以包括基板102 (例如電路板)，其上安裝有所述開(kāi)關(guān)。若干導(dǎo)電路徑可以在基板102上或基板102內(nèi)被構(gòu)造，以在電子組件之間傳導(dǎo)信號(hào)。所述導(dǎo)電路徑中的一個(gè)或多個(gè)可以包括暴露在基板102的表面上的接觸墊104和106。例如，接觸墊104和106可以包括在基板102的表面上蝕刻的銅墊。然而，在一些情況下，開(kāi)關(guān)100可以無(wú)需實(shí)際的物理接觸而操作，而是可以檢測(cè)電容或其它可檢測(cè)的物理?xiàng)l件的變化。
[0022]每個(gè)接觸墊104和106可以具有任何合適的形狀和/或尺寸。在一些情況下，接觸墊104可以包括形成圓形或閉合的環(huán)路的一個(gè)或多個(gè)分段。例如，接觸墊104可以包括形成圓形的一部分的四個(gè)相區(qū)分的分段(例如四個(gè)分段的每個(gè)都限定了 60度的弧段)。作為另一個(gè)例子，接觸墊104可以包括形成閉合圓形的單個(gè)分段。接觸墊104可以具有任何合適的寬度(例如在基板102的平面內(nèi)所測(cè)量的)。在一些情況下，所述寬度可以基于與接觸墊104接觸放置的圓頂(例如圓頂110，在下面將更詳細(xì)地描述)的性質(zhì)或尺寸而選擇。接觸墊104可以具有任何合適的高度或厚度(例如垂直于基板102的表面所測(cè)量的)。在一些情況下，接觸墊104的厚度可以基于圓頂開(kāi)關(guān)100的期望使用壽命而選擇。例如，如果期望圓頂開(kāi)關(guān)100持續(xù)至少I百萬(wàn)次循環(huán)，則可以選擇接觸墊104的厚度，使得在將圓頂110按壓到接觸墊104中I百萬(wàn)次之后，接觸墊104的材料沒(méi)有被磨損掉。
[0023]為了使用圓頂開(kāi)關(guān)100來(lái)閉合電路，接觸墊106可以被定位為使得當(dāng)圓頂開(kāi)關(guān)100沒(méi)有閉合時(shí)其與接觸墊104電氣隔離。例如，接觸墊106可以通過(guò)區(qū)域108而與接觸墊104分開(kāi)。因此，為了閉合電路，可能需要在接觸墊104與接觸墊106之間提供導(dǎo)電路徑，旁路區(qū)域108。
[0024]為了閉合電路，圓頂開(kāi)關(guān)100可以包括定位于接觸墊104之上的圓頂110。特別地，圓頂100的周邊112可以對(duì)準(zhǔn)接觸墊104，使得周邊112接觸到接觸墊104。在其非致動(dòng)位置(例如圖1A)，圓頂110可以形成從接觸墊106偏移的凹形結(jié)構(gòu)。在其致動(dòng)位置(例如圖1B)，圓頂110可以變形并且呈現(xiàn)出凸形區(qū)域114，使得圓頂110的部分116接觸到接觸墊106。在部分116與接觸墊106之間所得到的接觸可以通過(guò)圓頂110在接觸墊104與106之間產(chǎn)生導(dǎo)電路徑。然而，這可能需要圓頂110由導(dǎo)電材料(例如金屬)構(gòu)造，或者圓頂110的內(nèi)部表面涂覆有導(dǎo)電材料。
[0025]圓頂110可以用于諸如開(kāi)關(guān)的二元環(huán)境中，或者用于模擬環(huán)境中。在模擬環(huán)境中，圓頂110可以用于傳感器應(yīng)用中，諸如壓強(qiáng)傳感器、力傳感器或者電容傳感器。
[0026]圓頂110可以具有任何合適的形狀，只要其包括至少一個(gè)與接觸墊104接觸放置的部分，和至少一個(gè)可以被移置以接觸到接觸墊106的部分。圖2A-C是用在圓頂開(kāi)關(guān)中的說(shuō)明性圓頂?shù)囊晥D。圓頂200A可以包括若干圍繞圓形中心區(qū)域203的延伸部分202。延伸部分202可以被構(gòu)造以接觸到接觸墊104。圓頂200A可以包括用于接觸到墊106的中心凸起204。圓頂200B可以包括規(guī)則的圓形形狀(例如球體表面的一部分)，使得所述圓頂?shù)闹苓?12可以接觸到圓形接觸墊104。圓頂200C可以包括大致三角形的形狀，其中三角形的頂點(diǎn)222接觸到接觸墊104。凸起224在圓形區(qū)域223的中心處，當(dāng)圓頂200偏斜時(shí)，凸起224可以接觸到接觸墊106。
[0027]可以使用不同的方法來(lái)構(gòu)造圓頂，諸如在圓頂開(kāi)關(guān)中所使用的圓頂。典型的方法包括沖壓預(yù)先形成的金屬片材以向所述片材賦予圓頂形狀。然而，如上面所討論的，該方法可能具有一些缺點(diǎn)。特別地，經(jīng)由沖壓提供很多需要一致的致動(dòng)力的圓頂可能是困難的。此外，沖壓式圓頂需要額外的塑料組件，其形成在圓頂?shù)捻旤c(diǎn)之上放置的凸起以幫助定向施加到圓頂?shù)牧ΑＡ硗?，每個(gè)沖壓式圓頂?shù)膹棄盒Ч赡苋Q于為被沖壓的材料片材的每個(gè)區(qū)域提供的加工硬化。不同的片材，甚至單個(gè)片材的不同區(qū)域，可能具有不同的加工硬化性質(zhì)，并且因此提供不同的彈壓效果。
[0028]因此，可能期望以不同的方法來(lái)嘗試更好地控制影響圓頂性能的一個(gè)或多個(gè)因素。例如，可能期望使用考慮到一致或可預(yù)測(cè)的片材或圓頂厚度、材料紋理、合金組成以及加工硬化的過(guò)程來(lái)構(gòu)造圓頂。一種這樣的方法可以包括電鑄。圖3是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的說(shuō)明性電鑄過(guò)程的示意圖。過(guò)程300被用來(lái)形成薄的組件，當(dāng)所述組件從限定了組件的支撐結(jié)構(gòu)的芯模移走時(shí)，其是自支撐的。在電鑄過(guò)程中，當(dāng)電流302被施加在陽(yáng)極310與陰極330之間時(shí)，材料312在浴320中從陽(yáng)極310朝向形成陰極330的芯模332移動(dòng)。材料312可以被沉積為芯模332的表面上的薄層334。
[0029]任何合適的材料可以被用作陽(yáng)極310以被沉積到芯模332上。在一些情況下，陽(yáng)極310可以包括基于鎳的金屬或合金，使得鎳為沉積在芯模332上的主要材料。另外，任何合適的材料可以被用于芯模322。特別地，可以選擇材料，使得當(dāng)層334的厚度足夠自支撐時(shí)層334可以容易地從芯模332移開(kāi)。例如，芯模332可以由鋼構(gòu)造。作為另一個(gè)例子，芯模332可以由具有導(dǎo)電涂層的非導(dǎo)電材料構(gòu)造。作為又一個(gè)例子，芯模332可以由鋁構(gòu)造，其可以容易地被溶解，同時(shí)使層334留下。
[0030]在構(gòu)造用于圓頂開(kāi)關(guān)的圓頂方面，電鑄過(guò)程可以具有若干優(yōu)點(diǎn)或益處。例如，沉積在芯模上的材料的精確組成可以是已知的，并可以通過(guò)選擇用于陽(yáng)極310的材料來(lái)控制。特別地，可以確保沉積在芯模332上的高百分比的材料是純鎳。例如，層334 (即所得組件)的鎳純度可以大于95%、大于98%、大于99%、大于99.5%、大于99.8%、或大于99.9%。通過(guò)提供非常純的電鑄組件或者至少是具有已知化學(xué)組成的電鑄組件，所述組件中的合金波動(dòng)可以被減小，所述組件的機(jī)械響應(yīng)可以基于該化學(xué)組成的機(jī)械性質(zhì)而容易地被預(yù)測(cè)并計(jì)算。
[0031]另一個(gè)相關(guān)的益處可以包括知曉電鑄組件的機(jī)械和材料性質(zhì)。特別地，電鑄組件將不包括任何加工硬化或熱處理(即不同于被沖壓的材料片材)，從而將具有無(wú)應(yīng)力且無(wú)應(yīng)變的結(jié)構(gòu)。另外，材料紋理將不包括任何意外的或不期望的不連續(xù)性或奇點(diǎn)。作為又一個(gè)益處，電鑄組件將不包括由制造過(guò) 程(例如輥軋或沖壓)引起的任何應(yīng)力或應(yīng)變。因此，所得到的電鑄組件將以可預(yù)測(cè)的并且可以使用經(jīng)典力學(xué)、量子力學(xué)、有限元分析或任何其它的分析方式而容易地被計(jì)算的方式來(lái)反應(yīng)。因此，該方法使得工程師能夠合理設(shè)計(jì)具有特定機(jī)械性質(zhì)的圓頂，并能夠生產(chǎn)按照設(shè)計(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)的圓頂。
[0032]電鑄過(guò)程的又一個(gè)益處可以包括電鑄組件厚度的高精度。特別地，借助于浴，來(lái)自陽(yáng)極的材料均勻地沉積在芯模上。沉積的材料的特定厚度是由例如以下因素確定的:施加在陽(yáng)極與陰極之間的電流量，浴的化學(xué)性質(zhì)，陽(yáng)極和陰極的化學(xué)性質(zhì)，芯模被留在浴中的時(shí)間量，電流被施加在陽(yáng)極與陰極之間的時(shí)間量，或者這些的組合。然而，這些因素可以容易地被控制并在批次之間重復(fù)，以確保所有的電鑄組件具有基本相同的厚度。電鑄圓頂可以具有任何合適的厚度，包括例如在15至800微米、15到500微米、15到100微米、15到50微米、15到30微米、或15到20微米范圍內(nèi)的厚度。
[0033]另外，由于鎳或其它材料是在嚴(yán)格控制的化學(xué)和物理環(huán)境中逐個(gè)原子被沉積的，沉積的材料的厚度的波動(dòng)可以被嚴(yán)格控制。例如，沉積的材料的公差可以是+/-1500納米、+/-1000 納米、+/-500 納米、+/-200 納米、+/-100 納米、+/-50 納米、+/-30 納米、或 +/-10納米。這可以確保所需的致動(dòng)力是如所預(yù)測(cè)或設(shè)計(jì)的，因?yàn)榱﹄S著厚度的立方變化(即，圓頂?shù)暮穸葘?duì)致動(dòng)力準(zhǔn)確度具有重大影響)。另外，這可以使得額外的材料能夠在圓頂?shù)奶囟▍^(qū)域中沉積，例如以產(chǎn)生凸起。例如，圍繞中心區(qū)域的圓頂部分可以被掩蔽，額外的材料可以被沉積在掩蔽物之上，使得當(dāng)掩蔽物被移開(kāi)時(shí)，圓頂具有限定凸起的額外材料。
[0034]電鑄過(guò)程進(jìn)一步的益處可以是使用鎳來(lái)代替鋼以用于圓頂。鎳可具有比一些不銹鋼合金高得多的拉伸強(qiáng)度(例如鋼為500MPa，而鎳為2000MPa)，因此可以潛在地產(chǎn)生更可靠的部件。另外，鎳圓頂可以相比厚度相當(dāng)?shù)匿搱A頂具有更長(zhǎng)的使用壽命(例如多于一百萬(wàn)次致動(dòng))。例如，鎳圓頂相比具有相同厚度的鋼圓頂更不容易失效。
[0035]通過(guò)消除對(duì)在沖壓式圓頂上放置不同且分開(kāi)的凸起的需要，電鑄過(guò)程還可以減少成本。相反，用于限定圓頂?shù)男螤畹男灸？梢园ńY(jié)合在圓頂中(例如基本在圓頂?shù)捻旤c(diǎn)處或其附近)的凸起。以該方法，不需要構(gòu)造分開(kāi)的凸起，也不需要將該分開(kāi)的凸起定位并固定到圓頂。另選地，芯模可以被構(gòu)造為包括從圓頂形狀的表面延伸的凸起，使得作為電鑄過(guò)程的一部分，沉積在芯模之上的材料可以包括凸起。
[0036]在電鑄過(guò)程中使用的芯?？梢跃哂腥魏魏线m的使得能夠構(gòu)建圓頂?shù)臉?gòu)造。圖4是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的在電鑄過(guò)程中使用的說(shuō)明性芯模的透視圖。芯模400可以包括具有頂表面412的基部結(jié)構(gòu)410，電鑄的材料沉積在頂表面412上。頂表面412可以包括不同的構(gòu)造，這些構(gòu)造對(duì)應(yīng)于被電鑄的組件。例如，頂表面412可以包括若干圓頂形狀422，其限定了將由在圓頂形狀422之上電鍍的材料形成的圓頂?shù)膬?nèi)表面?？梢砸匀魏魏线m的方式分布各個(gè)圓頂形狀，包括例如以均勻或規(guī)則的分布。
[0037]圓頂形狀422可以包括延伸到頂表面412的平面之外的三維形狀。例如，圓頂形狀422可以包括繞垂直于頂表面412的平面的軸線旋轉(zhuǎn)的樣條。作為另一個(gè)例子，圓頂形狀422可以包括從頂表面412的平面延伸的球面的一部分(例如，使得所得到的電鑄圓頂形成球體表面的一部分)。在一些情況下，圓頂形狀422可以包括平滑的三維形狀或表面。例如，不同于沿著所述形狀的厚度的表面的至少一個(gè)表面的平面可以變化(例如，圓頂?shù)膬?nèi)表面或外表面的平面可以變化)。作為另一個(gè)例子，圓頂形狀422可以包括在三維上彎曲的表面。因此，圓頂形狀422可以包括被設(shè)置在平面中的閉合周邊(例如，圓頂在頂表面412的平面中的部分)和延伸到所述閉合周邊的平面之外的平滑且連續(xù)的結(jié)構(gòu)。
[0038]芯模400可以包括任何合適數(shù)目的圓頂形狀422，其每個(gè)都具有任何合適的性質(zhì)。例如，圓頂形狀422可以都具有相同的直徑、形狀、尺寸、高度、或其它幾何性質(zhì)。在一些情況下，單個(gè)芯模400可以包括與不同類型的圓頂開(kāi)關(guān)或具有不同性質(zhì)的圓頂開(kāi)關(guān)(例如，需要不同的致動(dòng)力或者不同的行程的圓頂開(kāi)關(guān))相對(duì)應(yīng)的圓頂形狀422。例如，芯模400可以包括與特定數(shù)目的電子設(shè)備中的圓頂開(kāi)關(guān)所需的所有圓頂(例如，構(gòu)造一個(gè)、五個(gè)、五十個(gè)或一百個(gè)設(shè)備所需的所有圓頂)相對(duì)應(yīng)的圓頂形狀422。在一些情況下，單個(gè)芯模400可以包括與單個(gè)類型的圓頂開(kāi)關(guān)相對(duì)應(yīng)的圓頂形狀422。作為另一個(gè)例子，芯模400可以包括可以形成諸如小鍵盤的單個(gè)部件的一個(gè)或多個(gè)圓頂。
[0039]可能希望向芯模400提供高密度的圓頂形狀的以使圓頂?shù)闹圃爝^(guò)程更高效(例如，在芯模400上提供與使用沖壓過(guò)程`通常在鋼片材中所提供的一樣多或更多的圓頂)。另外，可能希望減少或限制相鄰圓頂形狀422之間的間隔以減少在圓頂之間沉積的材料的浪費(fèi)。
[0040]圖5是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的說(shuō)明性的電鑄圓頂?shù)钠牡耐敢晥D。圖6是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的在芯模之上沉積以形成圓頂?shù)牟牧系钠室晥D。片材500可以對(duì)應(yīng)于芯模400的頂表面412 (圖4),作為電鑄過(guò)程的一部分,鎳被沉積在其上。片材500可以包括分布在片材500上的圓頂520 (例如，根據(jù)芯模400上的圓頂形狀的圖案而分布)。圓頂520可以由中間材料522而彼此區(qū)分，中間材料522被沉積在芯模400的不包括圓頂形狀422的部分上(圖4)。憑借電鑄過(guò)程，每個(gè)圓頂520可以具有基本相同的厚度，因此可以具有對(duì)所施加的力的可預(yù)測(cè)的響應(yīng)。
[0041]在一些情況下，額外的材料可以被電鍍或沉積在圓頂?shù)钠纳稀＠?，片?00可以被放置在電鍍?cè)≈幸杂酶邔?dǎo)電的材料(例如金)涂覆圓頂?shù)谋砻?例如內(nèi)表面)。在一些情況下，一旦各個(gè)單獨(dú)的圓頂520被從片材500移開(kāi)，所述額外的材料就可以被電鍍。然而，應(yīng)當(dāng)理解，在一些情況下，向圓頂片材提供預(yù)定的間隔可能是有益的(例如，以提供小鍵盤)。在這樣的情況下，分割為單個(gè)的方法反而可能不是必需的，或者可以包括將圓頂?shù)募媳舜朔珠_(kāi)。
[0042]任何合適的方法可以被用來(lái)將圓頂520從片材500移開(kāi)或分開(kāi)(即分割出圓頂)。在一些情況下，可以通過(guò)使用互補(bǔ)電化學(xué)蝕刻過(guò)程來(lái)分割出圓頂。另選地，可以使用光蝕刻過(guò)程來(lái)分割出圓頂。作為另一個(gè)例子，可以使用激光切割或機(jī)械加工來(lái)分割出圓頂。分割出的圓頂之間或周圍的過(guò)剩材料(例如中間材料522)可以被處理并作為另外的電鑄過(guò)程中的陽(yáng)極的一部分或者與另外的電鑄過(guò)程中的陽(yáng)極一起被重新使用(例如，以形成新批次的圓頂)。以這種方式，浪費(fèi)可以被最小化，其轉(zhuǎn)而減少了成本并限制了該過(guò)程對(duì)環(huán)境的影響。
[0043]使用電鑄過(guò)程構(gòu)造的圓頂?shù)囊粋€(gè)益處可能是圓頂?shù)拈L(zhǎng)期致動(dòng)力和/或回程力可以在第1次致動(dòng)時(shí)確定。相比之下，由沖壓構(gòu)造的圓頂呈現(xiàn)出“怠工(work-1n)”效應(yīng)，其中對(duì)于開(kāi)始的二十次左右的致動(dòng)，致動(dòng)力和回程力有明顯波動(dòng)。在“怠工”致動(dòng)之后，沖壓式圓頂達(dá)到其長(zhǎng)期致動(dòng)和回程力。圖7是對(duì)于致動(dòng)沖壓式圓頂所測(cè)量的致動(dòng)力和回程力的曲線圖。曲線圖700包括描繪圓頂?shù)闹聞?dòng)的橫軸702，和描繪所測(cè)量的力的縱軸704。當(dāng)圓頂被致動(dòng)時(shí)，按壓圓頂所需的力被測(cè)量并繪制在曲線圖700中，當(dāng)按壓力被釋放時(shí)，圓頂?shù)幕爻塘Ρ粶y(cè)量并繪制在曲線圖700中。
[0044]如線710所示，在所述圓頂最初被致動(dòng)時(shí)，所測(cè)量的回程力在大約55 (第5次致動(dòng))與78 (第11次致動(dòng))之間變動(dòng)。直到第14次致動(dòng)，回程力達(dá)到大約為63的基本穩(wěn)定或長(zhǎng)期的值，如線710的平坦部分712所指示的。類似地，如線720所示，所測(cè)量的致動(dòng)力在大約105 (第2次致動(dòng))與115 (第3次致動(dòng))之間變動(dòng)，直到第14次致動(dòng)，此時(shí)所測(cè)得的力達(dá)到111的基本穩(wěn)態(tài)或長(zhǎng)期的致動(dòng)力(例如，由線720的基板平坦的部分722所指示的)。由于該怠工效應(yīng)，可能無(wú)法知曉沖壓式圓頂是否滿足制造需求，直到圓頂已經(jīng)被致動(dòng)到足以克服怠工效應(yīng)(例如20次致動(dòng))。這耗費(fèi)時(shí)間，因而可能很昂貴。
[0045]與沖壓式圓頂形成對(duì)比的是，電鑄圓頂從第1次致動(dòng)就提供了基本恒定或長(zhǎng)期的致動(dòng)力和回程力。圖8是對(duì)于致動(dòng)根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的電鑄圓頂所測(cè)量的致動(dòng)力和回程力的曲線圖。曲線圖800包括描繪圓頂?shù)闹聞?dòng)的橫軸802，和描繪所測(cè)量的力的縱軸804。當(dāng)圓頂被致動(dòng)時(shí)，按壓圓頂所需的力被測(cè)量并繪制在曲線圖800中，當(dāng)按壓力被釋放時(shí)，圓頂?shù)幕爻塘Ρ粶y(cè)量并繪制在曲線圖800中。
[0046]用于電鑄圓頂?shù)闹聞?dòng)力針對(duì)每次致動(dòng)而被測(cè)量，并繪制為曲線圖800中的線810。如從基本水平或平坦的線810可以看出的，對(duì)于電鑄圓頂?shù)乃兄聞?dòng)(例如測(cè)量460次)，所測(cè)量的電鑄圓頂?shù)闹聞?dòng)力保持基本恒定。由于該性質(zhì)，電鑄圓頂?shù)氖状沃聞?dòng)的僅僅單次測(cè)量可以足以確定所述圓頂是否是以滿足制造規(guī)格的方式構(gòu)造的。另外，因?yàn)樵陔婅T過(guò)程中材料沉積的一致性，測(cè)試單個(gè)圓頂可以足以測(cè)試由單個(gè)芯模構(gòu)造的所有圓頂。這可以導(dǎo)致節(jié)省大量的時(shí)間和金錢。
[0047] 下面的流程圖描述了用于電鑄形成在圓頂開(kāi)關(guān)中使用的圓頂?shù)恼f(shuō)明性過(guò)程。圖9是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的用于電鑄形成圓頂開(kāi)關(guān)的說(shuō)明性過(guò)程的流程圖。過(guò)程900可以開(kāi)始于步驟902。在步驟904，可以提供電鑄浴。例如，可以提供一種用于電鑄的裝置，其包括要沉積的材料(例如鎳)的陽(yáng)極。在步驟906，芯模可以被放置在浴中。例如，具有與用在圓頂開(kāi)關(guān)中的圓頂相對(duì)應(yīng)的圓頂形狀的芯?？梢员环胖迷谒鲈≈幸杂米麝帢O。在步驟908，電流可以被施加到電鑄浴以使材料在芯模上沉積。例如，鎳顆?？梢栽谠≈袕年?yáng)極輸送到形成陰極的芯模。鎳顆粒可以被沉積在芯模上以形成薄的自支撐片材，其與芯模的形狀相匹配。在步驟910，電鑄的片材可以從芯模上移開(kāi)。例如，具有若干電鑄圓頂?shù)钠目梢詮男灸Ｉ弦崎_(kāi)。在步驟912，片材的各個(gè)單獨(dú)圓頂可以被分割。例如，蝕刻過(guò)程或切割過(guò)程可以被用于切割出每個(gè)圓頂。過(guò)程900可以接著在步驟914結(jié)束。
[0048]圖10是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的用于構(gòu)造在電鑄過(guò)程中使用的芯模的說(shuō)明性過(guò)程的流程圖。過(guò)程1000可以開(kāi)始于步驟1002。在步驟1004，在圓頂開(kāi)關(guān)中使用的圓頂?shù)钠谕憫?yīng)可以被限定。例如，設(shè)計(jì)者可以確定在電子設(shè)備中使用的圓頂開(kāi)關(guān)的期望的行程、致動(dòng)力、以及響應(yīng)力。在步驟1006，具有所期望的響應(yīng)的圓頂?shù)男螤羁梢员淮_定。例如，分析工具(例如有限元模型)可以被用于構(gòu)造特定的圓頂形狀。在一些情況下，圓頂?shù)男螤羁梢匀Q于用于圓頂?shù)奶囟ú牧弦约皥A頂?shù)暮穸?。然而，在一些情況下，圓頂?shù)暮穸瓤梢允且粋€(gè)變量，該變量可以由分析工具來(lái)確定。例如，分析工具可以被用來(lái)確定由使用鎳的電鑄所構(gòu)造的圓頂?shù)膱A頂形狀和圓頂厚度。在步驟1008，具有所確定的圓頂形狀的芯模可以被構(gòu)造。例如，芯?？梢员粯?gòu)造為使得至少一個(gè)圓頂形狀延伸到平面表面之外以提供三維結(jié)構(gòu)。在一些情況下，芯?？梢员粯?gòu)造為包括若干從平面表面延伸的圓頂形狀，使得芯?？梢员挥糜谝淮坞婅T多于一個(gè)的圓頂。過(guò)程1000可以接著在步驟1010結(jié)束。
[0049]圖11是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的用于制作電鑄圓頂?shù)恼f(shuō)明性過(guò)程的流程圖。過(guò)程1100可以開(kāi)始于步驟1102。在步驟1104，可以提供芯模。芯?？梢园ㄆ矫姹砻?，至少一個(gè)三維圓頂形狀從其延伸到所述平面表面的平面之外。在步驟1106，作為電鑄過(guò)程的一部分，鎳可以被沉積在芯模上。例如，鎳可以被沉積以形成鎳片材，其具有與所述平面表面的形狀相對(duì)應(yīng)的形狀，并且具有至少一個(gè)三維圓頂形狀。在步驟1108，具有與所述至少一個(gè)三維圓頂形狀相對(duì)應(yīng)的所述鎳片材的一部分可以被分割出來(lái)。特別地，所述部分可以從所述鎳片材分離以 形成在圓頂開(kāi)關(guān)中使用的圓頂。過(guò)程1100可以結(jié)束于步驟1110。
[0050]本發(fā)明的上述實(shí)施例是出于舉例說(shuō)明的目的，而并非是限制性的，本發(fā)明僅由權(quán)利要求限定。
【權(quán)利要求】
1.一種用于在圓頂開(kāi)關(guān)中使用的電鑄圓頂，包括: 電鑄的金屬結(jié)構(gòu)，其包括: 具有基本均勻的厚度的三維圓頂形狀，并且由至少95%的鎳組成。
2.如權(quán)利要求1所述的電鑄圓頂，其中: 所述金屬結(jié)構(gòu)由至少98%的鎳組成。
3.如權(quán)利要求1所述的電鑄圓頂，其中: 所述厚度在15微米到500微米的范圍內(nèi)。
4.如權(quán)利要求1所述的電鑄圓頂，其中: 所述厚度在15微米到30微米的范圍內(nèi)。
5.如權(quán)利要求1所述的電鑄圓頂，其中: 所述金屬結(jié)構(gòu)的所述厚度波動(dòng)正或負(fù)500納米。
6.如權(quán)利要求1所述的電鑄圓頂，其中所述金屬結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包括: 與所述金屬結(jié)構(gòu)的頂點(diǎn)基本相鄰設(shè)置的凸起。
7.如權(quán)利要求1所述的電鑄圓頂，其中所述金屬結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包括: 限定了單個(gè)平面的閉合周邊；以及 其中所述三維圓頂形狀延伸到所述單個(gè)平面之外，并且其中所述單個(gè)平面與所述三維圓頂形狀之間的過(guò)渡是平滑的。
8.如權(quán)利要求7所述的電鑄圓頂，其中: 所述三維形狀包括圍繞垂直于所述單個(gè)平面的軸線旋轉(zhuǎn)的樣條。
9.如權(quán)利要求7所述的電鑄圓頂，其中: 所述三維形狀包括球體表面的一部分。
10.如權(quán)利要求1所述的電鑄圓頂，進(jìn)一步包括: 施加到所述金屬結(jié)構(gòu)的表面的金涂層。
11.一種電鑄彈片圓頂?shù)钠模? 平面片材，其具有均勻的厚度并且由至少98%的鎳組成； 多個(gè)三維圓頂形狀，其包括分布在所述平面片材上的在三維上彎曲的表面，其中所述多個(gè)三維圓頂形狀中的每個(gè)具有等于所述平面片材的厚度的均勻厚度，其中所述平面片材的厚度和所述多個(gè)三維圓頂形狀的厚度的波動(dòng)小于3微米。
12.如權(quán)利要求11所述的片材，其中: 所述多個(gè)三維圓頂形狀均勻地分布在所述平面片材上。
13.如權(quán)利要求11所述的片材，其中: 所述多個(gè)三維圓頂形狀具有相同的大小和形狀。
14.如權(quán)利要求11所述的片材，其中: 所述多個(gè)三維圓頂形狀包括具有第一尺寸和第一形狀的第一組圓頂形狀，以及具有第二尺寸和第二形狀的第二組圓頂形狀。
15.如權(quán)利要求14所述的片材，其中: 第一形狀與第二形狀不同。
16.如權(quán)利要求14所述的片材，其中: 第一尺寸與第二尺寸不同。
17.一種制作用于在圓頂開(kāi)關(guān)中使用的電鑄圓頂?shù)姆椒?，包? 提供包括平面表面的芯模，其中至少一個(gè)三維圓頂形狀從該平面表面延伸到該平面表面的平面之外； 使用電鑄過(guò)程在所述芯模上沉積鎳，以形成具有與所述平面表面的形狀相對(duì)應(yīng)的形狀以及至少一個(gè)三維圓頂形狀的鎳片材；以及 分割出所述鎳片材的具有與所述至少一個(gè)三維圓頂形狀相對(duì)應(yīng)的形狀的部分，以將電鑄圓頂從所述片材分離。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中分割進(jìn)一步包括: 電化學(xué)蝕刻所述鎳片材的所述部分以將所述電鑄圓頂從所述片材分離。
19.如權(quán)利要求17所述的方法，其中分割進(jìn)一步包括: 光蝕刻所述鎳片材的所述部分以將所述電鑄圓頂從所述片材分離。
20.權(quán)利要求17所述的方法，其中分割進(jìn)一步包括: 激光切割所述鎳片材的所述部分以將所述電鑄圓頂從所述片材分離。
【文檔編號(hào)】C25D1/02GK103748268SQ201280041045
【公開(kāi)日】2014年4月23日 申請(qǐng)日期:2012年9月19日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月21日
【發(fā)明者】J·C·迪方佐, M·希爾曼, C·萊坦伯格, G·泰斯 申請(qǐng)人:蘋果公司