薄膜开关技术及设计要点

由于人们的喜爱和广泛应用,薄膜开关(Membrane Switchs)因而有多种行业叫法:电子开关、触摸开关、薄膜键盘、触摸键盘、触摸按键 等……本文从尊重人们的称谓习惯及与国际相关组织称谓相接轨

　　〔例如国际网印及制像协会S(GIA)下设薄膜开关技术局〕的原则而称之为薄膜开关。薄膜开关的典型结构是由具有一定弹性的绝缘材料和导电材料层组成的一种多层结构、平面型自锁按键开关,它的制造工艺是采用丝网印刷的方法,按预先设计的结点和电路,将导电材料丝印在柔性聚碳酸醋P(C)或聚醋P(ET)薄膜上,然后将丝印好电路薄膜与丝印好的柔性面板等组合而成。薄膜开关与传统的机械开关相比具有结构简单、外形美观、耐环境性及使用寿命长等优点。

　　同时,由于薄膜开关这种独特的结构形式,更有利于电子整机向轻、薄、短、小和高智能

方向发展。薄膜开关既不是单一的新型面板,也不是单一的开关元件,而是一种新颖的电子器件,它至少包含如下功能:.整机面板.功能标记.外观装饰.开关按键.读数显示窗.指示灯透明窗.开关连线及引出线,人们称薄膜开关为集功能与装饰为一体的电子整机产品操作的总成是恰如其分的。作为新颖的电子器件,尽管薄膜开关在国际上的应用与普及只是八十年代初期的事,然而其实用范围却遍及工业、农业、国防、科研、医疗、办公自动化、家用电器、玩具等各个领域,特别是现代电子仪器的操纵系统,更是非薄膜开关莫属。

　　工作原理与技术指标

　　工作原理薄膜开关实际上是一组点触式开关,它只担负传递操作指令给整机后置电路的作用。在常态下,由于薄膜开关中窗式隔离层的厚度所确定的间隙,上、下层电路的触点是分离的(即便是单层电路结构,其电路触盘也是以搭桥方式相分离),当对面板上某一个功能按键施加2-4N的外力时,按键所对应的两个触点瞬间闭合,与此同时,通过与整机相连的接插件将信号传递给后置电路,从而使整机按既定的指令工作。当去除外力后,鉴于薄膜开关基材的弹性,触点迅速分离、复位,此时一次信号的输人已经建立,整机工作状态并不受触点分离的影响。

　　薄膜开关的分类及结构特征:

　　薄膜开关可按使用环境或电路基材两大特征分别进行分类。按使用环境分类可分为商用薄膜开关/军用/家用/医疗等四大类;若按电路基材即按电路形成方式分类可分为网印导电印料电路和覆铜箔蚀刻/触摸透明/电路三大类薄膜开关。

　　1.东浦商用薄膜开关1991年7月1日发布、1992年7月l日实施的中华人民共和国机械行业标准JB/T5405一91《薄膜键盘技术条件》中对薄膜开关高、低温、恒定湿热、温度变化的考核标准为:高温:55士2℃/72h低温:一40士3℃/1h6恒定温热40士2℃相对湿度为96士且%历时96h温度变化一40~50℃,5次温度循环试验后,在正常大气条件下恢复h2。凡是能够通过这种考核条件的薄膜开关,通常都可以称之为商用薄膜开关。商用薄膜开关是薄膜开关中最常见也是最具薄膜开关特色的产品,它的典型结构。

　　商用薄膜开关的面板层通常以PC(聚碳酸醋)或PVC(聚氯乙烯)薄膜作基材。电路基材为导电银浆、导电碳浆或银碳混合浆料;导电印料的载体采用PET〔聚醋)薄膜。出干应用环境和降低制造成本的考虑,其隔离层通常采用价廉的PVC薄膜。

　　2.军用薄膜开关

　　军用薄膜开关与商用薄膜开关的最大区别在于其使用的环境极端恶劣。仅就环境温度而言,其工作条件不仅需要满足一54一71℃,同时它还需要接受一55~95℃、循环三次的温度冲击(参看GJB5n一88)。而在美国军用标准中,对4类海面(10万ft),机载设备的基本环境试验的考核中,高温试验规定工作温度为125`C,高温存放温度为150℃,很显然商用薄膜开关是不适宜在这样恶劣的军事环境中工作的。

　　首先作为隔离层基材的PVC薄膜在超过60’C的环境温度下,它的物理特性就会发生剧烈改变,从而破坏了薄膜开关的整体结构并导致薄膜开关失效。所以,应用干恶劣军事环境中的薄膜开关在材料选择上,甚至在整体结构的设计上作相应的调整是非常重要的。例如选择物理特性较PVC薄膜优良的PC或PET薄膜作为隔离层基材,或者摒弃银浆电路而采用硬质印制线路板(PWB)或挠性印制的电路板(FPC)。军用薄膜开关所使用的环境极端恶劣,如果是一般的军事环境

　　例如环境使用条件(工作温度范围)在。一50℃、一40一50℃这两个军事级别要求范围之中,在设计一、布Jl造技术中仍可采用商用薄膜开关的选材、制造法;同样,在某些民用产品中,由于其使用环境相当恶劣,例如海上石油钻井平台、沙漠勘探、远洋船舶、炼钢炉旁等高温高湿、盐雾等环境下工作的薄膜开关就需要作特殊处理。

　　3.按电路基材分类的薄膜开关按电路基材即按电路形成方式对薄膜开关进行分类是薄膜开关的另一种分尖方法。早年,著名薄膜开关专家昊松山先生曾经将以银浆作为电路基材的薄膜开关称之柔性板,因为该薄膜开关的面板层、隔离层、电路层全部由各种不同性质的软性薄膜所组成。

　　东浦薄膜开关与柔性板相对应的是硬性板,它是指开关的图形和线路是制作在普通的印制线路覆铜板上。笔者认为这样的分类方法抓住了这两类薄膜开关的基本特征,同时,“柔性板”、“硬性板”,讲起来也朗朗上口,应该说这样的分类是比较科学的。通过人与计算机之间的信息交流,使整个设计工作变得十分直观,设计师在显示器的屏幕上就可以观察到未来薄膜开关的面板结构、色彩设计、电路层设计、隔离层设计以及文字符号设计、装饰设计等等。

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