1. 개요

키보드 스위치는 인간-기계 상호작용 장치의 핵심 구성 요소로, 그 성능은 입력 장치의 신뢰성, 터치감 및 수명을 직접적으로 결정합니다. 전자 장치가 고정밀·고신뢰성 방향으로 발전함에 따라 키보드 스위치에 대한 기술 요구사항은 점점 더 엄격해지고 있습니다. 본문은 기술 특성, 응용 분야 및 핵심 매개변수 세 가지 차원에서 체계적으로 분석합니다.

2. 작동 원리

1) 기계적 접점식

• 금속 스프링 접촉을 통한 도통 구현
• 전형적 구조:
  • 상부 커버와 베이스로 구성된 밀폐 공간
  • 이중 금속 스프링(가동편/고정편)
  • 탄성 요소(스프링 또는 실리콘)
• 작동 시 가동편의 탄성 변형으로 고정편과 접촉, 회복 시 탄성 요소에 의해 복원

2) 멤브레인식

• 3층 구조(상부 회로층/절연층/하부 회로층)
• 실리콘 버튼을 통한 압력 전달
• 도전성 은 페이스트 또는 카본 필름 접점 사용
• 초박형 설계 가능하지만 피드백 감도 낮음

3) 정전용량식

• 물리적 접촉 없음
• 키 누름 시 전극판 간격 변화로 인한 정전용량 변화 신호 발생
• 이론적 무한 수명(고급 키보드 적용)

3. 핵심 매개변수 체계

(1) 전기적 특성

(2) 기계적 특성

• 작동력 곡선:

  • 선형 축: Cherry MX Red(45cN)
  • 단계식 축: Cherry MX Blue(60cN)
  • 무소음 축: Topre 45g

• 스트로크 매개변수:

  • 예비 스트로크: 0.5-2.0mm
  • 전체 스트로크: 3.0-4.0mm
  • 복위 차: ≤0.1mm

• 삽입력 특성:

  • 삽입력: 20-50N(UL 1977)
  • 인발 강도: ≥15N(MIL-DTL-83513)

(3) 환경 적응성

• 작동 온도: -40℃~+85℃(자동차 등급 요구)
• 내습열성: 85℃/85%RH 1000시간
• 염분 분무 테스트: 96시간(중성 5% NaCl)

4. 핵심 기술 지표 상세

1) 접촉 저항 제어

• 표면 처리 공정:
  • 도금(0.2-0.5μm)
  • 은 도금(황화물 부식 방지)
  • 주석 도금(저비용 솔루션)
• 접촉 압력: ≥50cN(안정적 접촉 보장)
• 미세 마모량: ≤3μm/백만 회

2) 절연 시스템 설계

• 소재 선택:
  • PBT(내열 130℃)
  • LCP(내열 240℃)
  • 세라믹 충전 PPA
• 표면 누전 거리: ≥1.5mm(300V AC)
• CTI 값: ≥250V(IEC 60112)

3) 기계적 내구성

• 스프링 소재:
  • 베릴륨 구리 합금(C17200)
  • 인 청동(C5191)
• 피로 수명:
  • 소비자 등급: 500만 회
  • 산업 등급: 1000만 회
  • 군용 등급: 5000만 회

5. 특수 유형 분석

1) 방수형 스위치

• IP67 방수 구조
• 배수 홈 설계
• 실리콘 씰링 압축률 30%

2) 방진 스위치

• 미로형 방진 구조
• 접점 보호 커버 설계
• 자가 청소 접점 기술

3) 방폭형 설계

• 본질 안전 회로
• 스파크 에너지 제한 <20μJ
• ATEX/IECEx 표준 준수

6. 제조 공정 관리

1) 사출 성형

• 금형 온도 제어 ±1℃
• 몰드 유동 해석 최적화
• 치수 공차 제어 ±0.02mm

2) 도금 공정

• 도금층 균일성 제어
• 기공률 검사(질산 증기법)
• 접착력 테스트(열충격 시험)

3) 조립 공정

• AOI(자동 광학 검사)
• 힘 곡선 테스트 시스템
• 100% 스트로크 검사

7. 응용 분야 분석

1) 소비자 전자제품

• 게이밍 키보드: 트리거 스트로크(1.2-1.5mm) 중시
• 노트북 키보드: 초박형 설계(총 높이 ≤3mm)
• POS 키보드: 액체 방수 설계

2) 산업 제어

• 운영 패널: IP65 방진방수
• CNC 머신: 오염 방지 설계
• 방폭 환경: 본질 안전형

3) 특수 분야

• 의료 장비: 항균 코팅(Ag+ 이온)
• 항공우주: 광온도 범위(-55~+125℃)
• 차량 장비: 진동 저항 설계(10-2000Hz)

8. 테스트 인증 체계

1) 납땜성 테스트

• 납땜 확산 시험(J-STD-002)
• 납땜점 강도 테스트(≥30N)
• 무연 납땜 호환성(260℃/10s)

2) 환경 시험

• 온도 사이클(-40℃~+85℃ 1000회)
• 기계적 충격(1500G, 0.5ms)
• 랜덤 진동(10Grms)

3) 안전 인증

• UL/cUL
• TÜV
• CCC