薄膜開關技術及設計要點

由(you)于人(ren)們(men)的(de)喜愛和廣泛應用,(Membrane Switchs)因而有多種行(xing)業叫法:電子開(kai)關、觸(chu)摸(mo)開(kai)關、薄膜鍵盤、觸(chu)摸(mo)鍵盤、觸(chu)摸(mo)按鍵 等……本文從尊重人(ren)們(men)的(de)稱謂習慣及與國際相關組織稱謂相接(jie)軌

　　〔例(li)如國(guo)際(ji)網印及制像協會S(GIA)下設薄膜(mo)(mo)開(kai)(kai)關(guan)(guan)技術局〕的(de)(de)(de)原則而稱(cheng)之為薄膜(mo)(mo)開(kai)(kai)關(guan)(guan)。薄膜(mo)(mo)開(kai)(kai)關(guan)(guan)的(de)(de)(de)典型(xing)結構(gou)是(shi)由具有一(yi)(yi)定彈性的(de)(de)(de)絕緣材(cai)(cai)料(liao)和導電(dian)材(cai)(cai)料(liao)層組成的(de)(de)(de)一(yi)(yi)種多層結構(gou)、平面型(xing)自(zi)鎖按(an)鍵開(kai)(kai)關(guan)(guan),它的(de)(de)(de)制造工藝是(shi)采用絲(si)網印刷的(de)(de)(de)方(fang)法(fa),按(an)預先設計的(de)(de)(de)結點和電(dian)路(lu),將導電(dian)材(cai)(cai)料(liao)絲(si)印在柔性聚碳酸醋(cu)P(C)或聚醋(cu)P(ET)薄膜(mo)(mo)上,然后將絲(si)印好電(dian)路(lu)薄膜(mo)(mo)與絲(si)印好的(de)(de)(de)柔性面板等組合而成。薄膜(mo)(mo)開(kai)(kai)關(guan)(guan)與傳(chuan)統的(de)(de)(de)機械開(kai)(kai)關(guan)(guan)相比具有結構(gou)簡單、外形美觀、耐環境(jing)性及使用壽(shou)命長等優點。

　　同時,由于薄膜(mo)開關這種獨(du)特的(de)結構(gou)形式,更有利于電(dian)子整機(ji)向輕、薄、短、小和高智能

方向發展。薄膜(mo)開(kai)(kai)關(guan)(guan)既不是(shi)(shi)單一的(de)新(xin)型面板,也不是(shi)(shi)單一的(de)開(kai)(kai)關(guan)(guan)元件,而(er)是(shi)(shi)一種新(xin)穎的(de)電(dian)(dian)子器件,它至少包含如下功能(neng):.整機面板.功能(neng)標記.外(wai)觀裝(zhuang)飾(shi).開(kai)(kai)關(guan)(guan)按鍵.讀數顯示窗.指示燈透明窗.開(kai)(kai)關(guan)(guan)連線及(ji)引出線,人(ren)們稱薄膜(mo)開(kai)(kai)關(guan)(guan)為(wei)集功能(neng)與裝(zhuang)飾(shi)為(wei)一體的(de)電(dian)(dian)子整機產品(pin)操作的(de)總成是(shi)(shi)恰如其分的(de)。作為(wei)新(xin)穎的(de)電(dian)(dian)子器件,盡管薄膜(mo)開(kai)(kai)關(guan)(guan)在國際上的(de)應(ying)用(yong)與普及(ji)只(zhi)是(shi)(shi)八十年代初期(qi)的(de)事(shi),然而(er)其實用(yong)范圍卻(que)遍及(ji)工(gong)業(ye)、農業(ye)、國防、科(ke)研(yan)、醫(yi)療、辦公(gong)自動化(hua)、家用(yong)電(dian)(dian)器、玩具等(deng)各個領(ling)域(yu),特別是(shi)(shi)現代電(dian)(dian)子儀器的(de)操縱系(xi)統(tong),更是(shi)(shi)非薄膜(mo)開(kai)(kai)關(guan)(guan)莫屬。

　　工作原理與技術指(zhi)標

　　工作(zuo)原理(li)薄(bo)(bo)膜開(kai)關(guan)實際上(shang)是(shi)一(yi)(yi)組(zu)點(dian)觸(chu)式開(kai)關(guan),它只擔負傳遞(di)操作(zuo)指(zhi)令給整(zheng)機(ji)(ji)后(hou)置電(dian)路(lu)的(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)。在(zai)常態下(xia),由于(yu)(yu)薄(bo)(bo)膜開(kai)關(guan)中窗式隔(ge)離(li)層(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)厚度所確定的(de)(de)(de)間隙,上(shang)、下(xia)層(ceng)(ceng)電(dian)路(lu)的(de)(de)(de)觸(chu)點(dian)是(shi)分(fen)離(li)的(de)(de)(de)(即便是(shi)單層(ceng)(ceng)電(dian)路(lu)結(jie)構(gou),其(qi)電(dian)路(lu)觸(chu)盤(pan)也是(shi)以搭橋方式相(xiang)分(fen)離(li)),當對(dui)面板上(shang)某一(yi)(yi)個功(gong)能(neng)按鍵(jian)(jian)施加(jia)2-4N的(de)(de)(de)外力時,按鍵(jian)(jian)所對(dui)應的(de)(de)(de)兩(liang)個觸(chu)點(dian)瞬間閉(bi)合,與此同時,通過與整(zheng)機(ji)(ji)相(xiang)連的(de)(de)(de)接插件將信(xin)號傳遞(di)給后(hou)置電(dian)路(lu),從而使整(zheng)機(ji)(ji)按既定的(de)(de)(de)指(zhi)令工作(zuo)。當去除外力后(hou),鑒于(yu)(yu)薄(bo)(bo)膜開(kai)關(guan)基材的(de)(de)(de)彈性,觸(chu)點(dian)迅速分(fen)離(li)、復位(wei),此時一(yi)(yi)次信(xin)號的(de)(de)(de)輸(shu)人已經建立(li),整(zheng)機(ji)(ji)工作(zuo)狀(zhuang)態并不受觸(chu)點(dian)分(fen)離(li)的(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)。

　　薄膜(mo)開關的(de)分類及結構特征:

　　薄(bo)膜開(kai)關(guan)可按(an)使(shi)用(yong)環境或電(dian)路(lu)基材兩大特征(zheng)分別進行分類(lei)。按(an)使(shi)用(yong)環境分類(lei)可分為商用(yong)薄(bo)膜開(kai)關(guan)/軍用(yong)/家用(yong)/醫療等四大類(lei);若按(an)電(dian)路(lu)基材即(ji)按(an)電(dian)路(lu)形(xing)成方式(shi)分類(lei)可分為網印導電(dian)印料電(dian)路(lu)和覆銅箔(bo)蝕刻/觸摸透明(ming)/電(dian)路(lu)三大類(lei)薄(bo)膜開(kai)關(guan)。

　　1.東浦商用薄(bo)膜(mo)(mo)開(kai)(kai)關(guan)1991年7月1日發布、1992年7月l日實施的(de)(de)中華人民共和國機械行業標準(zhun)JB/T5405一(yi)91《薄(bo)膜(mo)(mo)鍵盤技(ji)術條件》中對薄(bo)膜(mo)(mo)開(kai)(kai)關(guan)高、低溫(wen)、恒定濕熱(re)、溫(wen)度變化的(de)(de)考核標準(zhun)為:高溫(wen):55士2℃/72h低溫(wen):一(yi)40士3℃/1h6恒定溫(wen)熱(re)40士2℃相對濕度為96士且%歷時96h溫(wen)度變化一(yi)40~50℃,5次溫(wen)度循(xun)環試驗后(hou),在正常大氣條件下恢復h2。凡是(shi)能夠通過這種考核條件的(de)(de)薄(bo)膜(mo)(mo)開(kai)(kai)關(guan),通常都可以稱(cheng)之為商用薄(bo)膜(mo)(mo)開(kai)(kai)關(guan)。商用薄(bo)膜(mo)(mo)開(kai)(kai)關(guan)是(shi)薄(bo)膜(mo)(mo)開(kai)(kai)關(guan)中最(zui)常見也(ye)是(shi)最(zui)具薄(bo)膜(mo)(mo)開(kai)(kai)關(guan)特色(se)的(de)(de)產品,它(ta)的(de)(de)典型(xing)結構。

　　商用(yong)薄膜(mo)開關的(de)(de)面板層通常以PC(聚(ju)碳(tan)(tan)酸醋)或(huo)PVC(聚(ju)氯(lv)乙烯)薄膜(mo)作基材。電路(lu)基材為導電銀(yin)漿、導電碳(tan)(tan)漿或(huo)銀(yin)碳(tan)(tan)混合(he)漿料;導電印料的(de)(de)載體采用(yong)PET〔聚(ju)醋)薄膜(mo)。出(chu)干應用(yong)環境和降低制(zhi)造成本的(de)(de)考慮,其隔離層通常采用(yong)價(jia)廉(lian)的(de)(de)PVC薄膜(mo)。

　　2.軍用薄膜開關

　　軍用薄(bo)(bo)膜(mo)開(kai)(kai)關與商(shang)用薄(bo)(bo)膜(mo)開(kai)(kai)關的最大區別(bie)在于(yu)其使用的環(huan)境極端惡劣(lie)。僅就環(huan)境溫(wen)度(du)而(er)言,其工作(zuo)條(tiao)件不僅需(xu)要滿足一54一71℃,同時它還需(xu)要接(jie)受一55~95℃、循(xun)環(huan)三次的溫(wen)度(du)沖擊(參(can)看GJB5n一88)。而(er)在美(mei)國軍用標準中(zhong),對4類海面(10萬ft),機載(zai)設備的基本環(huan)境試驗的考核中(zhong),高溫(wen)試驗規定工作(zuo)溫(wen)度(du)為125`C,高溫(wen)存放溫(wen)度(du)為150℃,很顯然商(shang)用薄(bo)(bo)膜(mo)開(kai)(kai)關是不適宜在這樣惡劣(lie)的軍事(shi)環(huan)境中(zhong)工作(zuo)的。

　　首先作為隔(ge)(ge)離層基(ji)材(cai)的(de)(de)(de)(de)PVC薄(bo)膜(mo)(mo)在超過(guo)60’C的(de)(de)(de)(de)環境(jing)溫度(du)下(xia),它的(de)(de)(de)(de)物理(li)特性(xing)(xing)就會發生劇烈改變,從而(er)破壞了薄(bo)膜(mo)(mo)開關(guan)的(de)(de)(de)(de)整體(ti)結(jie)構(gou)并(bing)導致(zhi)薄(bo)膜(mo)(mo)開關(guan)失效(xiao)。所(suo)以,應(ying)用干(gan)惡劣軍(jun)事環境(jing)中的(de)(de)(de)(de)薄(bo)膜(mo)(mo)開關(guan)在材(cai)料選擇(ze)上(shang),甚至在整體(ti)結(jie)構(gou)的(de)(de)(de)(de)設計上(shang)作相(xiang)應(ying)的(de)(de)(de)(de)調整是非常重要(yao)的(de)(de)(de)(de)。例(li)如選擇(ze)物理(li)特性(xing)(xing)較PVC薄(bo)膜(mo)(mo)優(you)良的(de)(de)(de)(de)PC或PET薄(bo)膜(mo)(mo)作為隔(ge)(ge)離層基(ji)材(cai),或者(zhe)摒棄(qi)銀漿電路(lu)(lu)而(er)采用硬質(zhi)印制(zhi)線路(lu)(lu)板(PWB)或撓性(xing)(xing)印制(zhi)的(de)(de)(de)(de)電路(lu)(lu)板(FPC)。軍(jun)用薄(bo)膜(mo)(mo)開關(guan)所(suo)使用的(de)(de)(de)(de)環境(jing)極端惡劣,如果是一般的(de)(de)(de)(de)軍(jun)事環境(jing)

　　例如(ru)環境使用(yong)條件(工(gong)作(zuo)(zuo)溫度范(fan)圍(wei))在(zai)。一(yi)50℃、一(yi)40一(yi)50℃這兩(liang)個軍(jun)事級別(bie)要求(qiu)范(fan)圍(wei)之中,在(zai)設計一(yi)、布Jl造(zao)技術中仍可采用(yong)商(shang)用(yong)薄(bo)膜開(kai)關的選材、制(zhi)造(zao)法(fa);同(tong)樣(yang),在(zai)某些(xie)民用(yong)產品中,由于(yu)其使用(yong)環境相當惡(e)劣,例如(ru)海上石(shi)油(you)鉆(zhan)井平臺、沙漠勘(kan)探、遠洋船舶、煉鋼爐旁等(deng)高溫高濕、鹽霧(wu)等(deng)環境下工(gong)作(zuo)(zuo)的薄(bo)膜開(kai)關就需要作(zuo)(zuo)特殊處理(li)。

　　3.按(an)電路(lu)(lu)基材分類(lei)的(de)薄(bo)膜(mo)(mo)開(kai)關按(an)電路(lu)(lu)基材即按(an)電路(lu)(lu)形成方式對(dui)薄(bo)膜(mo)(mo)開(kai)關進(jin)行分類(lei)是薄(bo)膜(mo)(mo)開(kai)關的(de)另一(yi)種(zhong)分尖(jian)方法。早年,著名薄(bo)膜(mo)(mo)開(kai)關專家昊松山先生曾(ceng)經將以銀(yin)漿作為電路(lu)(lu)基材的(de)薄(bo)膜(mo)(mo)開(kai)關稱之柔性(xing)板(ban),因為該薄(bo)膜(mo)(mo)開(kai)關的(de)面板(ban)層、隔離層、電路(lu)(lu)層全部由各種(zhong)不同性(xing)質的(de)軟(ruan)性(xing)薄(bo)膜(mo)(mo)所(suo)組(zu)成。

　　東浦薄膜開(kai)關(guan)與柔性(xing)(xing)板(ban)(ban)相對(dui)應(ying)的是硬性(xing)(xing)板(ban)(ban),它是指開(kai)關(guan)的圖形(xing)和線路(lu)是制(zhi)作(zuo)在(zai)普(pu)通的印制(zhi)線路(lu)覆銅板(ban)(ban)上。筆者(zhe)認為(wei)這樣的分類(lei)方法抓住了這兩類(lei)薄膜開(kai)關(guan)的基(ji)本(ben)特征(zheng),同時,“柔性(xing)(xing)板(ban)(ban)”、“硬性(xing)(xing)板(ban)(ban)”,講(jiang)起來也朗朗上口(kou),應(ying)該說這樣的分類(lei)是比(bi)較(jiao)科學的。通過人與計算機之間(jian)的信息交(jiao)流,使(shi)整個設(she)(she)(she)(she)計工作(zuo)變得十分直(zhi)觀,設(she)(she)(she)(she)計師(shi)在(zai)顯(xian)示器(qi)的屏幕上就可以觀察(cha)到未(wei)來薄膜開(kai)關(guan)的面板(ban)(ban)結構、色彩設(she)(she)(she)(she)計、電(dian)路(lu)層設(she)(she)(she)(she)計、隔離層設(she)(she)(she)(she)計以及文字符(fu)號設(she)(she)(she)(she)計、裝飾(shi)設(she)(she)(she)(she)計等等。

化