薄膜開關技術及設計要點
由于人們的喜愛和廣泛應用,薄膜開關(Membrane Switchs)因而有多種行業(yè)叫法:電子開關、觸摸開關、薄膜鍵盤、觸摸鍵盤、觸摸按鍵 等……本文從尊重人們的稱謂習慣及與國際相關組織稱謂相接軌
〔例如國際網(wǎng)印及制像協(xié)會S(GIA)下設薄膜開關技術局〕的原則而稱之為薄膜開關。薄膜開關的典型結構是由具有一定彈性的絕緣材料和導電材料層組成的一種多層結構、平面型自鎖按鍵開關,它的制造工藝是采用絲網(wǎng)印刷的方法,按預先設計的結點和電路,將導電材料絲印在柔性聚碳酸醋P(C)或聚醋P(ET)薄膜上,然后將絲印好電路薄膜與絲印好的柔性面板等組合而成。薄膜開關與傳統(tǒng)的機械開關相比具有結構簡單、外形美觀、耐環(huán)境性及使用壽命長等優(yōu)點。
同時,由于薄膜開關這種獨特的結構形式,更有利于電子整機向輕、薄、短、小和高智能
方向發(fā)展。薄膜開關既不是單一的新型面板,也不是單一的開關元件,而是一種新穎的電子器件,它至少包含如下功能:.整機面板.功能標記.外觀裝飾.開關按鍵.讀數(shù)顯示窗.指示燈透明窗.開關連線及引出線,人們稱薄膜開關為集功能與裝飾為一體的電子整機產(chǎn)品操作的總成是恰如其分的。作為新穎的電子器件,盡管薄膜開關在國際上的應用與普及只是八十年代初期的事,然而其實用范圍卻遍及工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防、科研、醫(yī)療、辦公自動化、家用電器、玩具等各個領域,特別是現(xiàn)代電子儀器的操縱系統(tǒng),更是非薄膜開關莫屬。
工作原理與技術指標
工作原理薄膜開關實際上是一組點觸式開關,它只擔負傳遞操作指令給整機后置電路的作用。在常態(tài)下,由于薄膜開關中窗式隔離層的厚度所確定的間隙,上、下層電路的觸點是分離的(即便是單層電路結構,其電路觸盤也是以搭橋方式相分離),當對面板上某一個功能按鍵施加2-4N的外力時,按鍵所對應的兩個觸點瞬間閉合,與此同時,通過與整機相連的接插件將信號傳遞給后置電路,從而使整機按既定的指令工作。當去除外力后,鑒于薄膜開關基材的彈性,觸點迅速分離、復位,此時一次信號的輸人已經(jīng)建立,整機工作狀態(tài)并不受觸點分離的影響。
薄膜開關的分類及結構特征:
薄膜開關可按使用環(huán)境或電路基材兩大特征分別進行分類。按使用環(huán)境分類可分為商用薄膜開關/軍用/家用/醫(yī)療等四大類;若按電路基材即按電路形成方式分類可分為網(wǎng)印導電印料電路和覆銅箔蝕刻/觸摸透明/電路三大類薄膜開關。
1.東浦商用薄膜開關1991年7月1日發(fā)布、1992年7月l日實施的中華人民共和國機械行業(yè)標準JB/T5405一91《薄膜鍵盤技術條件》中對薄膜開關高、低溫、恒定濕熱、溫度變化的考核標準為:高溫:55士2℃/72h低溫:一40士3℃/1h6恒定溫熱40士2℃相對濕度為96士且%歷時96h溫度變化一40~50℃,5次溫度循環(huán)試驗后,在正常大氣條件下恢復h2。凡是能夠通過這種考核條件的薄膜開關,通常都可以稱之為商用薄膜開關。商用薄膜開關是薄膜開關中最常見也是最具薄膜開關特色的產(chǎn)品,它的典型結構。
商用薄膜開關的面板層通常以PC(聚碳酸醋)或PVC(聚氯乙烯)薄膜作基材。電路基材為導電銀漿、導電碳漿或銀碳混合漿料;導電印料的載體采用PET〔聚醋)薄膜。出干應用環(huán)境和降低制造成本的考慮,其隔離層通常采用價廉的PVC薄膜。
2.軍用薄膜開關
軍用薄膜開關與商用薄膜開關的最大區(qū)別在于其使用的環(huán)境極端惡劣。僅就環(huán)境溫度而言,其工作條件不僅需要滿足一54一71℃,同時它還需要接受一55~95℃、循環(huán)三次的溫度沖擊(參看GJB5n一88)。而在美國軍用標準中,對4類海面(10萬ft),機載設備的基本環(huán)境試驗的考核中,高溫試驗規(guī)定工作溫度為125`C,高溫存放溫度為150℃,很顯然商用薄膜開關是不適宜在這樣惡劣的軍事環(huán)境中工作的。
首先作為隔離層基材的PVC薄膜在超過60’C的環(huán)境溫度下,它的物理特性就會發(fā)生劇烈改變,從而破壞了薄膜開關的整體結構并導致薄膜開關失效。所以,應用干惡劣軍事環(huán)境中的薄膜開關在材料選擇上,甚至在整體結構的設計上作相應的調(diào)整是非常重要的。例如選擇物理特性較PVC薄膜優(yōu)良的PC或PET薄膜作為隔離層基材,或者摒棄銀漿電路而采用硬質(zhì)印制線路板(PWB)或撓性印制的電路板(FPC)。軍用薄膜開關所使用的環(huán)境極端惡劣,如果是一般的軍事環(huán)境
例如環(huán)境使用條件(工作溫度范圍)在。一50℃、一40一50℃這兩個軍事級別要求范圍之中,在設計一、布Jl造技術中仍可采用商用薄膜開關的選材、制造法;同樣,在某些民用產(chǎn)品中,由于其使用環(huán)境相當惡劣,例如海上石油鉆井平臺、沙漠勘探、遠洋船舶、煉鋼爐旁等高溫高濕、鹽霧等環(huán)境下工作的薄膜開關就需要作特殊處理。
3.按電路基材分類的薄膜開關按電路基材即按電路形成方式對薄膜開關進行分類是薄膜開關的另一種分尖方法。早年,著名薄膜開關專家昊松山先生曾經(jīng)將以銀漿作為電路基材的薄膜開關稱之柔性板,因為該薄膜開關的面板層、隔離層、電路層全部由各種不同性質(zhì)的軟性薄膜所組成。
東浦薄膜開關與柔性板相對應的是硬性板,它是指開關的圖形和線路是制作在普通的印制線路覆銅板上。筆者認為這樣的分類方法抓住了這兩類薄膜開關的基本特征,同時,“柔性板”、“硬性板”,講起來也朗朗上口,應該說這樣的分類是比較科學的。通過人與計算機之間的信息交流,使整個設計工作變得十分直觀,設計師在顯示器的屏幕上就可以觀察到未來薄膜開關的面板結構、色彩設計、電路層設計、隔離層設計以及文字符號設計、裝飾設計等等。
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