薄膜開關技術及設計要點
由于人們的喜愛和廣泛的應用,薄膜開關被許多行業稱為:電子開關,觸摸開關,薄膜鍵盤,觸摸鍵盤,觸摸鍵等...本文從尊重人們的稱謂習慣出發,聯系相關國際組織的稱謂。
比如國際絲網印刷和圖像制作協會S(GIA)就有薄膜開關技術局,它叫薄膜開關。開關的典型結構是由絕緣材料和具有一定彈性的導電材料組成的多層平面自鎖按鍵開關。其制造工藝是將導電材料按照預先設計好的節點和電路絲網印刷在柔性聚碳酸酯P(C)或poly(ET)薄膜上,然后將絲網印刷的電路薄膜與絲網印刷的柔性面板結合在一起。與傳統的機械開關相比,薄膜開關具有結構簡單、外形美觀、耐環境、使用壽命長等優點。
同時,由于薄膜開關獨特的結構形式,更有利于電子整機的輕、薄、短、小和高度智能化。
發展方向。薄膜開關既不是單一的新面板,也不是單一的開關元件,而是一種新穎的電子器件,它至少包括以下功能:整面板、功能標記、外觀裝飾、開關按鍵、讀數顯示窗、指示燈透明窗、開關連接和引出。人們把薄膜開關稱為集功能和裝飾于一體的電子整體產品的集合體。薄膜開關作為一種新穎的電子器件,雖然在世界范圍內的應用和普及只是在20世紀80年代初,但其實際應用已經遍布工業、農業、國防、科研、醫療、辦公自動化、家用電器、玩具等領域,尤其是現代電子儀器的控制系統,尤其是非薄膜開關。
工作原理和技術指標
工作原理薄膜開關實際上是一組觸摸開關,只承擔向整機后部電路傳遞操作指令的功能。在正常情況下,由于薄膜開關中窗口隔離層厚度決定的間隙,上下電路的觸點是分開的(即使在單層電路結構中,電路觸點焊盤也是橋接分開的)。當面板上的某個功能鍵受到2-4N的外力時,該鍵對應的兩個觸點瞬間閉合。同時通過連接整機的連接器將信號傳輸到后方電路,使整機按照既定指令工作。當外力移除時,鑒于薄膜開關基板的彈性,觸點迅速分離并復位。此時一次信號的輸入已經建立,整機的工作狀態不受觸點分離的影響。
薄膜開關的分類和結構特點:
薄膜開關可以根據使用環境或電路基板兩個特征來分類。根據使用環境可以分為商用膜開關/軍用/家用/醫用四大類。按電路基板,即按電路形成的方式,可分為絲網印刷導電印刷電路和覆銅蝕刻/觸摸透明/電路三種。
1.商用薄膜開關,1991年7月1日發布,1992年7月1日實施,是中華人民共和國機械行業標準JB/T5405-91《薄膜鍵盤技術條件》。高低溫、恒濕、變溫薄膜開關的考核標準為:高溫:55±2℃/72h低溫:一個40±3℃/1 h6恒溫:40±2℃。凡是能通過這個檢查條件的薄膜開關,通常都可以稱為商用薄膜開關。商用薄膜開關是薄膜開關中最常見、最具特色的產品,其典型結構。
商用薄膜開關的面板層通常由PC(聚碳酸酯醋)或PVC(聚氯乙烯)薄膜制成?;诪閷щ娿y漿、導電碳漿或銀碳混合漿;導電印刷材料的載體是PET膜??紤]到干燥的應用環境和降低制造成本,其隔離層通常采用廉價的PVC膜。
2.軍用薄膜開關
軍用薄膜開關和商用薄膜開關****的區別在于使用的環境極其惡劣。就環境溫度而言,其工作條件不僅需要滿足54-71℃的溫度,還需要接受三個循環的55-95℃的溫度沖擊(見GJB5n-88)。在美軍標中,四類海面(10萬英尺)和機載設備的基本環境試驗考核中,高溫試驗規定工作溫度為125′C,高溫貯存溫度為150℃。顯然,商用薄膜開關不適合在如此惡劣的軍事環境下工作。
首先,當作為隔離層基材的PVC薄膜的環境溫度超過60'C時,其物理特性會發生劇烈變化,從而破壞薄膜開關的整體結構,導致薄膜開關失效。因此,將薄膜開關應用在惡劣的軍事環境中,在材料選擇上,甚至在整體結構的設計上做出相應的調整是非常重要的。比如選擇物理性能比PVC膜更好的PC或PET膜作為隔離層的基材,或者用硬印刷電路板(PWB)或柔性印刷電路板(FPC)代替銀漿電路。軍用薄膜開關使用的環境極其惡劣,如果是一般的軍用環境。
例如,環境條件(工作溫度范圍)在。在50℃、40℃、50℃的要求中,Jl制造工藝的設計和布局仍可采用商用薄膜開關的材料選擇和制造方法;同樣,在一些民用產品中,由于其環境惡劣,如海上石油鉆井平臺、沙漠勘探、遠洋船舶、煉鋼爐等高溫高濕和鹽霧環境,薄膜開關需要特殊處理。
3.薄膜開關按電路基板分類薄膜開關按電路基板分類,即按電路形成方式分類,是另一種區分薄膜開關的方法。早年著名薄膜開關專家郝松山先生曾把以銀漿為電路基板的薄膜開關稱為柔性板,因為薄膜開關的面板層、隔離層、電路層都是由各種性質不同的軟膜組成。
薄膜開關對應的是柔性板,也就是說開關的圖案和電路是做在普通的印刷電路覆銅板上的。我認為這種分類方法抓住了這兩類薄膜開關的基本特征。同時“柔性板”和“剛性板”比較朗朗上口,應該說這種分類比較科學。通過人與計算機之間的信息交流,整個設計工作變得非常直觀。設計者可以在顯示屏上觀察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、字符符號設計、裝飾設計等等。