薄膜開關技術及設計要點

由于(yu)人(ren)們的(de)喜愛(ai)和(he)廣(guang)泛應用,(Membrane Switchs)因而有(you)多種行業叫法:電子開(kai)(kai)關(guan)、觸(chu)摸(mo)開(kai)(kai)關(guan)、薄膜鍵(jian)(jian)盤、觸(chu)摸(mo)鍵(jian)(jian)盤、觸(chu)摸(mo)按鍵(jian)(jian) 等……本文從尊(zun)重(zhong)人(ren)們的(de)稱謂(wei)習(xi)慣及與(yu)國際相(xiang)關(guan)組織(zhi)稱謂(wei)相(xiang)接(jie)軌

　　〔例如(ru)國際網(wang)(wang)印(yin)及(ji)制像(xiang)協會S(GIA)下設薄(bo)(bo)膜(mo)開(kai)關技術局〕的(de)(de)(de)原(yuan)則而(er)稱之為薄(bo)(bo)膜(mo)開(kai)關。薄(bo)(bo)膜(mo)開(kai)關的(de)(de)(de)典型結(jie)構是(shi)由具有一定彈性(xing)(xing)的(de)(de)(de)絕緣材料和(he)導電(dian)材料層(ceng)組成(cheng)的(de)(de)(de)一種多層(ceng)結(jie)構、平面(mian)型自鎖按鍵開(kai)關,它的(de)(de)(de)制造工藝是(shi)采用絲網(wang)(wang)印(yin)刷的(de)(de)(de)方法,按預先設計的(de)(de)(de)結(jie)點(dian)和(he)電(dian)路,將導電(dian)材料絲印(yin)在柔性(xing)(xing)聚(ju)碳(tan)酸(suan)醋P(C)或(huo)聚(ju)醋P(ET)薄(bo)(bo)膜(mo)上,然后將絲印(yin)好(hao)電(dian)路薄(bo)(bo)膜(mo)與(yu)絲印(yin)好(hao)的(de)(de)(de)柔性(xing)(xing)面(mian)板等(deng)組合而(er)成(cheng)。薄(bo)(bo)膜(mo)開(kai)關與(yu)傳統的(de)(de)(de)機械開(kai)關相比具有結(jie)構簡(jian)單、外形美(mei)觀、耐環境性(xing)(xing)及(ji)使(shi)用壽命長等(deng)優點(dian)。

　　同時,由于(yu)薄膜(mo)開(kai)關這種獨特(te)的結構(gou)形式,更有利于(yu)電子(zi)整機(ji)向輕、薄、短、小(xiao)和高智能(neng)

方向發展。薄膜開關既不是(shi)單一的(de)(de)(de)(de)(de)新(xin)型面(mian)板(ban),也不是(shi)單一的(de)(de)(de)(de)(de)開關元件(jian),而是(shi)一種新(xin)穎的(de)(de)(de)(de)(de)電子器件(jian),它至少包含(han)如下功能(neng):.整機面(mian)板(ban).功能(neng)標記(ji).外觀裝飾.開關按鍵.讀數顯示窗.指示燈透明窗.開關連線及引出(chu)線,人們稱薄膜開關為(wei)(wei)集功能(neng)與裝飾為(wei)(wei)一體(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)電子整機產品操(cao)作(zuo)的(de)(de)(de)(de)(de)總成是(shi)恰(qia)如其分的(de)(de)(de)(de)(de)。作(zuo)為(wei)(wei)新(xin)穎的(de)(de)(de)(de)(de)電子器件(jian),盡(jin)管薄膜開關在(zai)國際上的(de)(de)(de)(de)(de)應用與普(pu)及只是(shi)八(ba)十年代初期的(de)(de)(de)(de)(de)事,然而其實用范圍卻遍及工(gong)業(ye)、農業(ye)、國防(fang)、科研(yan)、醫療、辦公自動化(hua)、家用電器、玩具等各個領域,特別(bie)是(shi)現代電子儀(yi)器的(de)(de)(de)(de)(de)操(cao)縱系統,更是(shi)非薄膜開關莫屬。

　　工作原理與技術指標

　　工作(zuo)原(yuan)理薄膜(mo)開關實際(ji)上(shang)(shang)是(shi)一(yi)組點觸(chu)式(shi)開關,它只(zhi)擔負(fu)傳遞操作(zuo)指令給整機后(hou)(hou)置電(dian)路(lu)的(de)(de)(de)作(zuo)用。在常(chang)態下,由于薄膜(mo)開關中窗式(shi)隔離(li)層(ceng)的(de)(de)(de)厚度所確定(ding)(ding)的(de)(de)(de)間隙(xi),上(shang)(shang)、下層(ceng)電(dian)路(lu)的(de)(de)(de)觸(chu)點是(shi)分離(li)的(de)(de)(de)(即便是(shi)單層(ceng)電(dian)路(lu)結構,其電(dian)路(lu)觸(chu)盤也是(shi)以搭橋方式(shi)相分離(li)),當對(dui)面板上(shang)(shang)某一(yi)個(ge)功(gong)能按(an)鍵(jian)施(shi)加2-4N的(de)(de)(de)外(wai)力時(shi),按(an)鍵(jian)所對(dui)應的(de)(de)(de)兩個(ge)觸(chu)點瞬間閉(bi)合,與(yu)此同時(shi),通過與(yu)整機相連的(de)(de)(de)接插(cha)件將信(xin)號傳遞給后(hou)(hou)置電(dian)路(lu),從而使整機按(an)既定(ding)(ding)的(de)(de)(de)指令工作(zuo)。當去除外(wai)力后(hou)(hou),鑒于薄膜(mo)開關基材的(de)(de)(de)彈性,觸(chu)點迅(xun)速分離(li)、復位,此時(shi)一(yi)次信(xin)號的(de)(de)(de)輸人已(yi)經建立,整機工作(zuo)狀態并不受觸(chu)點分離(li)的(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)。

　　薄(bo)膜(mo)開關的(de)分(fen)類及(ji)結構特征:

　　薄膜開(kai)關可按使用環(huan)境或電路基(ji)材兩大(da)(da)特征分(fen)別(bie)進行分(fen)類(lei)。按使用環(huan)境分(fen)類(lei)可分(fen)為商用薄膜開(kai)關/軍用/家用/醫療(liao)等四大(da)(da)類(lei);若(ruo)按電路基(ji)材即按電路形(xing)成方式分(fen)類(lei)可分(fen)為網印導電印料電路和覆(fu)銅箔蝕刻/觸(chu)摸(mo)透明/電路三大(da)(da)類(lei)薄膜開(kai)關。

　　1.東(dong)浦商用薄(bo)(bo)膜(mo)開(kai)(kai)(kai)關1991年(nian)7月1日(ri)發布、1992年(nian)7月l日(ri)實施的中(zhong)華人(ren)民(min)共和(he)國機(ji)械行業(ye)標(biao)(biao)準(zhun)JB/T5405一(yi)91《薄(bo)(bo)膜(mo)鍵盤技(ji)術條件(jian)(jian)》中(zhong)對薄(bo)(bo)膜(mo)開(kai)(kai)(kai)關高(gao)、低(di)溫(wen)、恒定濕熱、溫(wen)度變(bian)化(hua)的考核標(biao)(biao)準(zhun)為:高(gao)溫(wen):55士(shi)(shi)(shi)2℃/72h低(di)溫(wen):一(yi)40士(shi)(shi)(shi)3℃/1h6恒定溫(wen)熱40士(shi)(shi)(shi)2℃相對濕度為96士(shi)(shi)(shi)且%歷時96h溫(wen)度變(bian)化(hua)一(yi)40~50℃,5次溫(wen)度循環試(shi)驗(yan)后,在(zai)正常(chang)大(da)氣條件(jian)(jian)下恢復h2。凡是(shi)能(neng)夠通過(guo)這種考核條件(jian)(jian)的薄(bo)(bo)膜(mo)開(kai)(kai)(kai)關,通常(chang)都可以稱之為商用薄(bo)(bo)膜(mo)開(kai)(kai)(kai)關。商用薄(bo)(bo)膜(mo)開(kai)(kai)(kai)關是(shi)薄(bo)(bo)膜(mo)開(kai)(kai)(kai)關中(zhong)最常(chang)見也是(shi)最具(ju)薄(bo)(bo)膜(mo)開(kai)(kai)(kai)關特(te)色的產(chan)品,它的典型結構(gou)。

　　商用薄(bo)膜開關(guan)的面(mian)板層通(tong)常以PC(聚(ju)碳酸醋)或PVC(聚(ju)氯乙烯)薄(bo)膜作基(ji)材。電路基(ji)材為(wei)導電銀漿、導電碳漿或銀碳混合漿料;導電印料的載(zai)體采(cai)用PET〔聚(ju)醋)薄(bo)膜。出(chu)干應用環境和(he)降(jiang)低(di)制造(zao)成(cheng)本的考慮(lv),其隔離(li)層通(tong)常采(cai)用價廉的PVC薄(bo)膜。

　　2.軍用薄膜開關

　　軍(jun)(jun)用(yong)薄膜(mo)開關與商用(yong)薄膜(mo)開關的(de)(de)最大區別在于其使用(yong)的(de)(de)環境(jing)極端惡劣。僅(jin)就環境(jing)溫(wen)度而言,其工作(zuo)條(tiao)件不(bu)僅(jin)需(xu)要(yao)滿足一(yi)54一(yi)71℃,同時它還需(xu)要(yao)接(jie)受一(yi)55~95℃、循環三次的(de)(de)溫(wen)度沖擊(參看GJB5n一(yi)88)。而在美(mei)國軍(jun)(jun)用(yong)標(biao)準中,對(dui)4類海面(10萬ft),機載設備(bei)的(de)(de)基本環境(jing)試驗的(de)(de)考核中,高溫(wen)試驗規定工作(zuo)溫(wen)度為(wei)125`C,高溫(wen)存放溫(wen)度為(wei)150℃,很(hen)顯然商用(yong)薄膜(mo)開關是(shi)不(bu)適(shi)宜(yi)在這樣惡劣的(de)(de)軍(jun)(jun)事環境(jing)中工作(zuo)的(de)(de)。

　　首先作為隔離層基(ji)材(cai)的(de)(de)(de)(de)PVC薄(bo)(bo)(bo)膜在(zai)超(chao)過60’C的(de)(de)(de)(de)環(huan)(huan)境(jing)溫度下,它的(de)(de)(de)(de)物理特性(xing)就會發(fa)生劇(ju)烈(lie)改變,從而(er)破壞了(le)薄(bo)(bo)(bo)膜開(kai)關的(de)(de)(de)(de)整體結構(gou)(gou)并導(dao)致薄(bo)(bo)(bo)膜開(kai)關失(shi)效。所以,應用(yong)(yong)干(gan)惡劣(lie)軍事環(huan)(huan)境(jing)中的(de)(de)(de)(de)薄(bo)(bo)(bo)膜開(kai)關在(zai)材(cai)料選(xuan)擇上,甚至(zhi)在(zai)整體結構(gou)(gou)的(de)(de)(de)(de)設計上作相應的(de)(de)(de)(de)調整是非常(chang)重要的(de)(de)(de)(de)。例如(ru)(ru)選(xuan)擇物理特性(xing)較PVC薄(bo)(bo)(bo)膜優良的(de)(de)(de)(de)PC或PET薄(bo)(bo)(bo)膜作為隔離層基(ji)材(cai),或者摒棄銀(yin)漿電路(lu)(lu)而(er)采用(yong)(yong)硬(ying)質印制(zhi)線路(lu)(lu)板(PWB)或撓(nao)性(xing)印制(zhi)的(de)(de)(de)(de)電路(lu)(lu)板(FPC)。軍用(yong)(yong)薄(bo)(bo)(bo)膜開(kai)關所使(shi)用(yong)(yong)的(de)(de)(de)(de)環(huan)(huan)境(jing)極端惡劣(lie),如(ru)(ru)果是一般的(de)(de)(de)(de)軍事環(huan)(huan)境(jing)

　　例如環境(jing)使(shi)用(yong)條(tiao)件(工作(zuo)溫度范(fan)圍(wei))在。一(yi)50℃、一(yi)40一(yi)50℃這兩(liang)個軍事級別要(yao)求范(fan)圍(wei)之中(zhong),在設計一(yi)、布Jl造(zao)技術中(zhong)仍可采(cai)用(yong)商用(yong)薄膜(mo)開(kai)關的選(xuan)材、制造(zao)法;同樣,在某(mou)些(xie)民用(yong)產品中(zhong),由于(yu)其使(shi)用(yong)環境(jing)相(xiang)當(dang)惡劣(lie),例如海上石油鉆井平臺、沙漠勘探、遠(yuan)洋船舶、煉鋼爐(lu)旁等高溫高濕(shi)、鹽霧(wu)等環境(jing)下(xia)工作(zuo)的薄膜(mo)開(kai)關就(jiu)需要(yao)作(zuo)特殊處(chu)理(li)。

　　3.按電(dian)路(lu)(lu)基(ji)材分類的(de)薄(bo)(bo)膜開關(guan)(guan)按電(dian)路(lu)(lu)基(ji)材即按電(dian)路(lu)(lu)形(xing)成方式對薄(bo)(bo)膜開關(guan)(guan)進行分類是(shi)薄(bo)(bo)膜開關(guan)(guan)的(de)另一種分尖方法。早年,著名薄(bo)(bo)膜開關(guan)(guan)專家昊松山先生(sheng)曾經(jing)將(jiang)以銀漿作為電(dian)路(lu)(lu)基(ji)材的(de)薄(bo)(bo)膜開關(guan)(guan)稱之柔性板,因為該(gai)薄(bo)(bo)膜開關(guan)(guan)的(de)面板層(ceng)、隔離層(ceng)、電(dian)路(lu)(lu)層(ceng)全部(bu)由各種不同性質的(de)軟性薄(bo)(bo)膜所組(zu)成。

　　東浦薄膜(mo)開關(guan)與柔性板(ban)(ban)相(xiang)對應的(de)(de)(de)是(shi)(shi)硬性板(ban)(ban),它是(shi)(shi)指開關(guan)的(de)(de)(de)圖形(xing)和線(xian)路是(shi)(shi)制(zhi)作(zuo)在(zai)普通的(de)(de)(de)印制(zhi)線(xian)路覆銅(tong)板(ban)(ban)上。筆者認為這樣的(de)(de)(de)分(fen)類方法抓住了(le)這兩類薄膜(mo)開關(guan)的(de)(de)(de)基(ji)本特(te)征,同時,“柔性板(ban)(ban)”、“硬性板(ban)(ban)”,講起來也朗朗上口,應該說(shuo)這樣的(de)(de)(de)分(fen)類是(shi)(shi)比較(jiao)科學的(de)(de)(de)。通過人與計(ji)算機(ji)之間的(de)(de)(de)信息交流,使整(zheng)個(ge)設(she)(she)計(ji)工作(zuo)變得(de)十分(fen)直觀,設(she)(she)計(ji)師在(zai)顯示器的(de)(de)(de)屏幕上就(jiu)可以觀察到未來薄膜(mo)開關(guan)的(de)(de)(de)面板(ban)(ban)結構、色(se)彩設(she)(she)計(ji)、電路層(ceng)設(she)(she)計(ji)、隔離層(ceng)設(she)(she)計(ji)以及文字(zi)符號(hao)設(she)(she)計(ji)、裝飾設(she)(she)計(ji)等等。

化