薄膜開關(guān)技術(shù)及設(shè)計要點
由于人們的喜愛和廣泛應(yīng)用,薄膜開關(guān)(Membrane Switchs)因而有多種行業(yè)叫法:電子開關(guān)、觸摸開關(guān)、薄膜鍵盤、觸摸鍵盤、觸摸按鍵 等……本文從尊重人們的稱謂習(xí)慣及與國際相關(guān)組織稱謂相接軌
〔例如國際網(wǎng)印及制像協(xié)會S(GIA)下設(shè)薄膜開關(guān)技術(shù)局〕的原則而稱之為薄膜開關(guān)。薄膜開關(guān)的典型結(jié)構(gòu)是由具有一定彈性的絕緣材料和導(dǎo)電材料層組成的一種多層結(jié)構(gòu)、平面型自鎖按鍵開關(guān),它的制造工藝是采用絲網(wǎng)印刷的方法,按預(yù)先設(shè)計的結(jié)點和電路,將導(dǎo)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(guān)與傳統(tǒng)的機(jī)械開關(guān)相比具有結(jié)構(gòu)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(guān)這種獨特的結(jié)構(gòu)形式,更有利于電子整機(jī)向輕、薄、短、小和高智能
方向發(fā)展。薄膜開關(guān)既不是單一的新型面板,也不是單一的開關(guān)元件,而是一種新穎的電子器件,它至少包含如下功能:.整機(jī)面板.功能標(biāo)記.外觀裝飾.開關(guān)按鍵.讀數(shù)顯示窗.指示燈透明窗.開關(guān)連線及引出線,人們稱薄膜開關(guān)為集功能與裝飾為一體的電子整機(jī)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(guān)在國際上的應(yīng)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(lǐng)域,特別是現(xiàn)代電子儀器的操縱系統(tǒng),更是非薄膜開關(guān)莫屬。
工作原理與技術(shù)指標(biāo)
工作原理薄膜開關(guān)實際上是一組點觸式開關(guān),它只擔(dān)負(fù)傳遞操作指令給整機(jī)后置電路的作用。在常態(tài)下,由于薄膜開關(guān)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(jié)構(gòu),其電路觸盤也是以搭橋方式相分離),當(dāng)對面板上某一個功能按鍵施加2-4N的外力時,按鍵所對應(yīng)的兩個觸點瞬間閉合,與此同時,通過與整機(jī)相連的接插件將信號傳遞給后置電路,從而使整機(jī)按既定的指令工作。當(dāng)去除外力后,鑒于薄膜開關(guān)基材的彈性,觸點迅速分離、復(fù)位,此時一次信號的輸人已經(jīng)建立,整機(jī)工作狀態(tài)并不受觸點分離的影響。
薄膜開關(guān)的分類及結(jié)構(gòu)特征:
薄膜開關(guān)可按使用環(huán)境或電路基材兩大特征分別進(jìn)行分類。按使用環(huán)境分類可分為商用薄膜開關(guān)/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(dǎo)電印料電路和覆銅箔蝕刻/觸摸透明/電路三大類薄膜開關(guān)。
1.東浦商用薄膜開關(guān)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(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T5405一91《薄膜鍵盤技術(shù)條件》中對薄膜開關(guān)高、低溫、恒定濕熱、溫度變化的考核標(biāo)準(zhǔn)為:高溫:55士2℃/72h低溫:一40士3℃/1h6恒定溫?zé)?0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(fù)h2。凡是能夠通過這種考核條件的薄膜開關(guān),通常都可以稱之為商用薄膜開關(guān)。商用薄膜開關(guān)是薄膜開關(guān)中最常見也是最具薄膜開關(guān)特色的產(chǎn)品,它的典型結(jié)構(gòu)。
商用薄膜開關(guān)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(dǎo)電銀漿、導(dǎo)電碳漿或銀碳混合漿料;導(dǎo)電印料的載體采用PET〔聚醋)薄膜。出干應(yīng)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(guān)
軍用薄膜開關(guān)與商用薄膜開關(guān)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(biāo)準(zhǔn)中,對4類海面(10萬ft),機(jī)載設(shè)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(guān)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(guān)的整體結(jié)構(gòu)并導(dǎo)致薄膜開關(guān)失效。所以,應(yīng)用干惡劣軍事環(huán)境中的薄膜開關(guān)在材料選擇上,甚至在整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計上作相應(yīng)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(guān)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(shè)計一、布Jl造技術(shù)中仍可采用商用薄膜開關(guān)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(dāng)惡劣,例如海上石油鉆井平臺、沙漠勘探、遠(yuǎn)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(guān)就需要作特殊處理。
3.按電路基材分類的薄膜開關(guān)按電路基材即按電路形成方式對薄膜開關(guān)進(jìn)行分類是薄膜開關(guān)的另一種分尖方法。早年,著名薄膜開關(guān)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(guān)稱之柔性板,因為該薄膜開關(guān)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(guān)與柔性板相對應(yīng)的是硬性板,它是指開關(guān)的圖形和線路是制作在普通的印制線路覆銅板上。筆者認(rèn)為這樣的分類方法抓住了這兩類薄膜開關(guān)的基本特征,同時,“柔性板”、“硬性板”,講起來也朗朗上口,應(yīng)該說這樣的分類是比較科學(xué)的。通過人與計算機(jī)之間的信息交流,使整個設(shè)計工作變得十分直觀,設(shè)計師在顯示器的屏幕上就可以觀察到未來薄膜開關(guān)的面板結(jié)構(gòu)、色彩設(shè)計、電路層設(shè)計、隔離層設(shè)計以及文字符號設(shè)計、裝飾設(shè)計等等。
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