薄膜開關技術及設計要點

由于人們的喜愛和廣泛(fan)應用,(Membrane Switchs)因而有多種(zhong)行業叫(jiao)法:電子開關(guan)、觸(chu)(chu)摸(mo)開關(guan)、薄(bo)膜鍵盤(pan)、觸(chu)(chu)摸(mo)鍵盤(pan)、觸(chu)(chu)摸(mo)按鍵 等(deng)……本文從(cong)尊重人們的稱(cheng)謂(wei)習慣及與(yu)國(guo)際相(xiang)關(guan)組(zu)織稱(cheng)謂(wei)相(xiang)接軌

　　〔例如國(guo)際網(wang)印(yin)及制(zhi)像協會S(GIA)下設薄膜(mo)(mo)開(kai)(kai)(kai)關技術(shu)局〕的原則而稱之為薄膜(mo)(mo)開(kai)(kai)(kai)關。薄膜(mo)(mo)開(kai)(kai)(kai)關的典型結(jie)構(gou)是由具有一定(ding)彈性(xing)的絕緣(yuan)材料(liao)和(he)導(dao)電材料(liao)層組(zu)成的一種(zhong)多層結(jie)構(gou)、平面型自鎖(suo)按(an)鍵開(kai)(kai)(kai)關,它的制(zhi)造工藝是采用絲網(wang)印(yin)刷的方法(fa),按(an)預先設計(ji)的結(jie)點(dian)和(he)電路,將導(dao)電材料(liao)絲印(yin)在柔(rou)性(xing)聚(ju)碳酸醋P(C)或聚(ju)醋P(ET)薄膜(mo)(mo)上,然后將絲印(yin)好(hao)電路薄膜(mo)(mo)與絲印(yin)好(hao)的柔(rou)性(xing)面板等組(zu)合而成。薄膜(mo)(mo)開(kai)(kai)(kai)關與傳(chuan)統的機械開(kai)(kai)(kai)關相比(bi)具有結(jie)構(gou)簡單、外(wai)形美觀、耐環境性(xing)及使用壽命長等優點(dian)。

　　同時,由于薄膜開關這種獨特(te)的(de)結構(gou)形式,更(geng)有利(li)于電子整機向輕、薄、短、小和高智能(neng)

方(fang)向(xiang)發(fa)展。薄膜開(kai)關(guan)(guan)既不是(shi)(shi)單一(yi)的(de)新型面(mian)板,也不是(shi)(shi)單一(yi)的(de)開(kai)關(guan)(guan)元件(jian),而(er)是(shi)(shi)一(yi)種新穎的(de)電(dian)(dian)子器件(jian),它至少包含如(ru)下(xia)功(gong)(gong)能(neng):.整機面(mian)板.功(gong)(gong)能(neng)標記(ji).外觀裝(zhuang)(zhuang)飾(shi).開(kai)關(guan)(guan)按鍵.讀數顯(xian)示窗.指(zhi)示燈透明窗.開(kai)關(guan)(guan)連(lian)線(xian)及引出(chu)線(xian),人們稱薄膜開(kai)關(guan)(guan)為(wei)(wei)集功(gong)(gong)能(neng)與(yu)裝(zhuang)(zhuang)飾(shi)為(wei)(wei)一(yi)體(ti)的(de)電(dian)(dian)子整機產品操(cao)作的(de)總成是(shi)(shi)恰如(ru)其分的(de)。作為(wei)(wei)新穎的(de)電(dian)(dian)子器件(jian),盡管薄膜開(kai)關(guan)(guan)在國(guo)際上的(de)應用(yong)與(yu)普及只是(shi)(shi)八十年代(dai)初(chu)期的(de)事,然而(er)其實用(yong)范圍卻遍(bian)及工(gong)業、農業、國(guo)防、科研、醫療、辦公(gong)自動化、家用(yong)電(dian)(dian)器、玩具等各個領(ling)域,特別是(shi)(shi)現代(dai)電(dian)(dian)子儀器的(de)操(cao)縱(zong)系統,更是(shi)(shi)非薄膜開(kai)關(guan)(guan)莫(mo)屬(shu)。

　　工作原(yuan)理與技(ji)術指標

　　工作(zuo)原理薄(bo)膜開(kai)關(guan)(guan)實際上是(shi)(shi)(shi)一組(zu)點(dian)觸式(shi)開(kai)關(guan)(guan),它只擔負傳遞(di)操(cao)作(zuo)指令給整(zheng)(zheng)機后置電路(lu)的(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)用。在常態下,由于(yu)薄(bo)膜開(kai)關(guan)(guan)中窗式(shi)隔離(li)層的(de)(de)(de)(de)(de)厚度(du)所(suo)(suo)確(que)定(ding)的(de)(de)(de)(de)(de)間隙(xi),上、下層電路(lu)的(de)(de)(de)(de)(de)觸點(dian)是(shi)(shi)(shi)分離(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(即便是(shi)(shi)(shi)單層電路(lu)結構(gou),其(qi)電路(lu)觸盤(pan)也(ye)是(shi)(shi)(shi)以搭橋方(fang)式(shi)相分離(li)),當對(dui)面(mian)板上某(mou)一個功(gong)能按鍵(jian)施加(jia)2-4N的(de)(de)(de)(de)(de)外力(li)時(shi),按鍵(jian)所(suo)(suo)對(dui)應的(de)(de)(de)(de)(de)兩個觸點(dian)瞬間閉合,與此同時(shi),通(tong)過與整(zheng)(zheng)機相連(lian)的(de)(de)(de)(de)(de)接插件將信號傳遞(di)給后置電路(lu),從而(er)使整(zheng)(zheng)機按既定(ding)的(de)(de)(de)(de)(de)指令工作(zuo)。當去(qu)除外力(li)后,鑒于(yu)薄(bo)膜開(kai)關(guan)(guan)基材(cai)的(de)(de)(de)(de)(de)彈(dan)性,觸點(dian)迅速分離(li)、復位(wei),此時(shi)一次信號的(de)(de)(de)(de)(de)輸人已(yi)經(jing)建立,整(zheng)(zheng)機工作(zuo)狀態并(bing)不受觸點(dian)分離(li)的(de)(de)(de)(de)(de)影響。

　　薄膜開關的分類及結構特征:

　　薄膜(mo)開關可(ke)按(an)使(shi)用環境或電(dian)路基(ji)(ji)材(cai)兩(liang)大(da)特征(zheng)分別進行分類(lei)(lei)。按(an)使(shi)用環境分類(lei)(lei)可(ke)分為商用薄膜(mo)開關/軍用/家用/醫療(liao)等(deng)四大(da)類(lei)(lei);若按(an)電(dian)路基(ji)(ji)材(cai)即按(an)電(dian)路形成(cheng)方式分類(lei)(lei)可(ke)分為網印(yin)導(dao)電(dian)印(yin)料電(dian)路和(he)覆銅箔蝕刻/觸摸透明(ming)/電(dian)路三大(da)類(lei)(lei)薄膜(mo)開關。

　　1.東浦商(shang)(shang)用薄膜開關(guan)(guan)1991年7月1日發布、1992年7月l日實施的(de)中(zhong)(zhong)華人民共和國機械行業標(biao)(biao)準JB/T5405一91《薄膜鍵盤(pan)技術條件(jian)》中(zhong)(zhong)對薄膜開關(guan)(guan)高、低(di)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)、恒(heng)定濕(shi)熱(re)、溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)變(bian)化的(de)考(kao)核(he)標(biao)(biao)準為(wei):高溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen):55士(shi)2℃/72h低(di)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen):一40士(shi)3℃/1h6恒(heng)定溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)熱(re)40士(shi)2℃相對濕(shi)度(du)為(wei)96士(shi)且%歷時96h溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)變(bian)化一40~50℃,5次溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)循環試驗(yan)后,在正常大氣(qi)條件(jian)下恢復h2。凡是(shi)能夠通過(guo)這種考(kao)核(he)條件(jian)的(de)薄膜開關(guan)(guan),通常都可以稱(cheng)之為(wei)商(shang)(shang)用薄膜開關(guan)(guan)。商(shang)(shang)用薄膜開關(guan)(guan)是(shi)薄膜開關(guan)(guan)中(zhong)(zhong)最常見也(ye)是(shi)最具薄膜開關(guan)(guan)特(te)色(se)的(de)產品,它的(de)典(dian)型結(jie)構。

　　商用(yong)薄膜開關的(de)面板(ban)層通常以(yi)PC(聚碳酸(suan)醋)或(huo)PVC(聚氯(lv)乙(yi)烯)薄膜作基材(cai)。電(dian)路基材(cai)為導電(dian)銀(yin)漿、導電(dian)碳漿或(huo)銀(yin)碳混合漿料(liao);導電(dian)印(yin)料(liao)的(de)載體采用(yong)PET〔聚醋)薄膜。出干(gan)應(ying)用(yong)環(huan)境和降低(di)制造成本的(de)考慮,其隔(ge)離層通常采用(yong)價廉的(de)PVC薄膜。

　　2.軍用(yong)薄膜開(kai)關(guan)

　　軍用薄(bo)膜開關(guan)與商用薄(bo)膜開關(guan)的(de)最大(da)區別(bie)在于(yu)其使用的(de)環境(jing)(jing)極端(duan)惡(e)(e)劣(lie)。僅(jin)就(jiu)環境(jing)(jing)溫(wen)(wen)(wen)度(du)而言,其工(gong)(gong)作條件不僅(jin)需要滿足一(yi)54一(yi)71℃,同時它(ta)還需要接受(shou)一(yi)55~95℃、循環三次的(de)溫(wen)(wen)(wen)度(du)沖(chong)擊(參看GJB5n一(yi)88)。而在美(mei)國軍用標準(zhun)中,對(dui)4類海面(mian)(10萬(wan)ft),機載設備的(de)基本環境(jing)(jing)試(shi)驗(yan)的(de)考核中,高(gao)溫(wen)(wen)(wen)試(shi)驗(yan)規定工(gong)(gong)作溫(wen)(wen)(wen)度(du)為(wei)125`C,高(gao)溫(wen)(wen)(wen)存放溫(wen)(wen)(wen)度(du)為(wei)150℃,很顯然(ran)商用薄(bo)膜開關(guan)是不適宜在這(zhe)樣(yang)惡(e)(e)劣(lie)的(de)軍事環境(jing)(jing)中工(gong)(gong)作的(de)。

　　首先作為(wei)隔(ge)離(li)層基材(cai)(cai)的(de)PVC薄(bo)(bo)膜(mo)在超(chao)過60’C的(de)環(huan)(huan)境(jing)溫度下,它的(de)物理(li)特性(xing)就會發(fa)生劇烈改變,從而(er)破(po)壞了(le)薄(bo)(bo)膜(mo)開(kai)關(guan)的(de)整(zheng)體結構并導致薄(bo)(bo)膜(mo)開(kai)關(guan)失效。所以,應用(yong)干惡劣(lie)軍事(shi)(shi)環(huan)(huan)境(jing)中的(de)薄(bo)(bo)膜(mo)開(kai)關(guan)在材(cai)(cai)料選(xuan)擇(ze)(ze)上(shang)(shang),甚(shen)至在整(zheng)體結構的(de)設計(ji)上(shang)(shang)作相應的(de)調(diao)整(zheng)是非常重(zhong)要的(de)。例如(ru)選(xuan)擇(ze)(ze)物理(li)特性(xing)較PVC薄(bo)(bo)膜(mo)優良(liang)的(de)PC或(huo)PET薄(bo)(bo)膜(mo)作為(wei)隔(ge)離(li)層基材(cai)(cai),或(huo)者摒棄銀漿電路(lu)而(er)采用(yong)硬質印制線路(lu)板(PWB)或(huo)撓(nao)性(xing)印制的(de)電路(lu)板(FPC)。軍用(yong)薄(bo)(bo)膜(mo)開(kai)關(guan)所使(shi)用(yong)的(de)環(huan)(huan)境(jing)極端惡劣(lie),如(ru)果(guo)是一般的(de)軍事(shi)(shi)環(huan)(huan)境(jing)

　　例(li)如環(huan)境(jing)使用條件(工作溫(wen)度范圍)在。一(yi)50℃、一(yi)40一(yi)50℃這兩個軍事級別要求范圍之中(zhong),在設計一(yi)、布Jl造(zao)技(ji)術中(zhong)仍(reng)可采用商用薄膜開關(guan)的選材、制造(zao)法;同樣(yang),在某些民用產品中(zhong),由于其使用環(huan)境(jing)相當(dang)惡劣(lie),例(li)如海(hai)上石油(you)鉆井平(ping)臺、沙漠勘探、遠洋船舶(bo)、煉鋼爐(lu)旁等(deng)高(gao)(gao)溫(wen)高(gao)(gao)濕(shi)、鹽霧等(deng)環(huan)境(jing)下工作的薄膜開關(guan)就需要作特殊處理。

　　3.按(an)電路基材(cai)分(fen)類(lei)的薄(bo)(bo)膜(mo)(mo)(mo)開關按(an)電路基材(cai)即按(an)電路形成方(fang)式對薄(bo)(bo)膜(mo)(mo)(mo)開關進行分(fen)類(lei)是薄(bo)(bo)膜(mo)(mo)(mo)開關的另一種(zhong)分(fen)尖方(fang)法。早年,著名薄(bo)(bo)膜(mo)(mo)(mo)開關專家(jia)昊松山先生曾經將以銀漿(jiang)作為(wei)電路基材(cai)的薄(bo)(bo)膜(mo)(mo)(mo)開關稱之柔性板,因為(wei)該薄(bo)(bo)膜(mo)(mo)(mo)開關的面板層(ceng)、隔離層(ceng)、電路層(ceng)全(quan)部由(you)各種(zhong)不同性質的軟性薄(bo)(bo)膜(mo)(mo)(mo)所組(zu)成。

　　東浦薄(bo)膜開(kai)關(guan)與柔(rou)性(xing)板相對應的(de)(de)是(shi)(shi)硬(ying)(ying)性(xing)板,它是(shi)(shi)指開(kai)關(guan)的(de)(de)圖形和(he)線路(lu)是(shi)(shi)制(zhi)作在普通(tong)的(de)(de)印制(zhi)線路(lu)覆銅板上。筆(bi)者認為(wei)這樣(yang)(yang)的(de)(de)分(fen)類(lei)方法抓住了(le)這兩類(lei)薄(bo)膜開(kai)關(guan)的(de)(de)基本特征,同時,“柔(rou)性(xing)板”、“硬(ying)(ying)性(xing)板”,講起來也朗朗上口(kou),應該說(shuo)這樣(yang)(yang)的(de)(de)分(fen)類(lei)是(shi)(shi)比較科學的(de)(de)。通(tong)過人與計(ji)算機之間的(de)(de)信息交流,使(shi)整(zheng)個(ge)設(she)(she)(she)計(ji)工作變得十分(fen)直觀,設(she)(she)(she)計(ji)師在顯(xian)示器的(de)(de)屏幕上就可以觀察到未來薄(bo)膜開(kai)關(guan)的(de)(de)面板結構、色彩設(she)(she)(she)計(ji)、電路(lu)層設(she)(she)(she)計(ji)、隔(ge)離層設(she)(she)(she)計(ji)以及文(wen)字符號設(she)(she)(she)計(ji)、裝飾設(she)(she)(she)計(ji)等(deng)等(deng)。

化