触摸感应按键设计指南

触摸感应按键设计指南 张伟林
２００９－１２－０９
ｓａｌｅｓ＠ｓｏｕｊｅｔ．ｃｏｍ
ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓｏｕｊｅｔ．ｃｏｍ
1. 概述
对触摸屏与触摸按键在手机中的设计与应用进行介绍，对设计的经验数据进行总结。

达到设计资料和经验的共享，避免低级错误的重复发生。

2. 触摸按键设计指导 2.1 触摸按键的功能与原理
2.1.1触摸按键的功能
触摸按键起keypad 的作用。

与keypad 不同的是，keypad 通过开关或metaldome 的通断发挥作用，触摸按键通过检测电容的变化，经过触摸按键集成芯片处理后，输出开关的通断信号。

2.1.2触摸按键的原理
如下图，是触摸按键的工作原理。

在任何两个导电的物体之间都存在电容，电容的大小与介质的导电性质、极板的大小与导电性质、极板周围是否存在导电物质等有关。

PCB 板（或者FPC ）之间两块露铜区域就是电容的两个极板，等于一个电容器。

当人体的手指接近PCB 时，由于人体的导电性，会改变电容的大小。

触摸按键芯片检测到电容值大幅升高后，输出开关信号。

在触摸按键PCB 上，存在电容极板、地、走线、隔离区等，组成触摸按键的电容环境，如下图所示。

Finger
Time Capacitance C
2.1.3 触摸按键的按键形式
触摸按键可以组成以下几种按键
z单个按键
z条状按键（包括环状按键）
z块状按键
单个按键
条状按键块状按键
2.1.4触摸按键的电气原理图如下：
在PCB板上的露铜区域组成电容器，即触摸按键传感器。

传感器的信号输入芯片，芯片经过检测并计算后，输出开关信号并控制灯照亮与否。

灯构成触摸按键的背光源。

2.2 触摸按键的尺寸设计
按键可以是圆形、矩形、椭圆形或者任何其他的形状。

其中以矩形和圆形应用最为普遍，如图所示：
通常在按键的中间挖空，使PCB下方的光线可以通过挖空导到PCB上方，照亮LENS上的字符。

根据ADI公司的推荐，按键大小尺寸如下表：
按键的挖空尺寸与按键的大小相关，如下表
2.3 触摸按键的结构设计指导
2.3.1 LENS 的材料、厚度与表面处理
LENS 的材料可以是塑料和玻璃等非导电物质，最常用的是PMMA 。

但是上面不能有金属。

按键正上方1mm 以内不能有金属。

触摸按键50mm 以内的金属必须接地，否则，金属会影响按键的灵敏度。

所以在采用电镀、蒸镀、IMD 、丝印等表面处理工艺时，要特别注意。

（1） PMMA, PC, 玻璃等lens 材料的电镀性都不好，所以不会采用电镀工艺。

（2） 蒸镀/溅镀(VM): 由于蒸镀/溅镀具有金属属性，它们对触摸按键灵敏度有影响。

在采用蒸
镀/溅镀工艺时，必须注意触摸按键的正上方1mm 以内不能镀。

注意这有可能会影响ID 效果。

需要在ID 与触摸按键之间平衡。

（3） NCVM 不影响触摸按键。

这是经过实验检查的结果，所以NCVM 可以用在触摸按键的
LENS 上不受任何限制。

（4） 丝印/移印：如果丝印/移印具有Mirror 效果的油墨，这种油墨中都含有金属离子，具有金
属属性，所以这种油墨会影响触摸按键的灵敏度。

这种情况与VM 类似，必须注意触摸按键的正上方1mm 以内不能印刷。

Lens 的厚度不超过2mm ，1.5mm 以内更好。

根据触摸按键的工作原理，lens 的厚度是越薄越好。

由于触摸按键的LENS 位于手机表面，需要承受外力作用。

厚度太薄，强度会不够。

所以触摸按键的LENS 厚度在1.0~1.5mm 之间。

2.3.2 双面胶
触摸按键PCB 与lens 通过双面胶粘接。

双面胶的厚度取0.1~0.15mm 比较合适，多个公司推荐采用3M 468MP
要求PCB 与LENS 间没有空气。

因为空气的介电系数为1，与LENS 的介电系数4相差很大。

空气
会对触摸按键的灵敏度影响很大。

所以双面胶与lens，双面胶与PCB粘接，都是触摸按键生产装配中的关键工序，必须保证质量。

（1） 首先PCB与双面胶粘接，如上图所示，要用定位夹具完成装配，装配完成后，要人工或者用夹具压紧。

（2） 在PCB带双面胶与LENS装配时，要求有定位装置，可以是夹具或者手机自身的限位。

装配到位后，压紧最重要。

批量生产中，需要用夹具压紧。

如果不能压紧，触摸
按键的灵敏度和可靠性就会降低。

为了保证PCB板与LENS之间没有空气，需要在双面胶上开孔和排气槽，并且PCB上开孔配合。

就像Dome上开排气槽一样。

设计双面胶压紧夹具时，重点压触摸按键的部位，确保Sensor部位没有空气。

实际证明，一些不灵敏、不稳定的按键，重贴双面胶并压紧后就好了！
2.3.3触摸按键PCB板与FPC
从理论上，触摸按键无论做在PCB板还是FPC上都能工作。

事实上也有多个触摸按键做在FPC上的例子。

首选的方案是PCB板，如果因为结构限制，PCB板实在困难，不得已才采用FPC。

即使采用FPC，与触摸按键芯片配合的地方必须是平面，因为芯片不能弯曲与扭曲。

如下图鼠标按键所示。

FPC与曲面粘胶配合，实际加工装配中不如PCB与平面粘胶配合可靠，故导致触摸按键的可靠性降低。

触摸按键与芯片在FPC上，手机键盘， Cypress Psoc方案
触摸按键与芯片在FPC上，鼠标按键， Sypnatics方案
对于弧面的lens，为了能够使用使用触摸按键PCB而不是FPC，要将与触摸按键PCB配合的部位设计为平面。

如下图，为一个翻盖机sublens的背面，sublens上有触摸按键。

ID坚持要在背面丝印，所以必须保证背面非常光滑，否则丝印质量无法保证。

为了能够使用PCB而不是FPC，在与触摸按键板配合的地方设计成平面，平面与周围弧面处通过曲面圆滑过渡，成功解决了背面丝印并且能够与PCB配合。

2.3.4 触摸按键PCB开口设计
触摸按键背光是重要的方面。

背光设计不好，会对整个触摸按键都有影响。

首先PCB板的开空尺寸确定。

PCB开孔尺寸必须根据LENS上字符的大小决定。

如图所示，PCB开孔尺寸比字符周边大0.1~0.3mm。

反面例子：如果开孔尺寸比字符小，这透过字符的空隙，可以看到开孔以内的物体，和开孔以外的物体，即PCB板的绿色。

这样会产生非常不好的视觉效果，给人以设计粗糙、产品低档的感觉。

2.3.5触摸按键背光设计
触摸按键背光有两种方案，下面分别介绍。

(1). LED + 反光膜
LED + 反光纸LED的光线照到反光纸上，反光穿过PCB切口，照亮LENS上的字符。

泡棉起两个作用，一个作用是密封作用，灰尘不会进入LENS赃污字符；另一个作用是支撑作用，支撑PCB紧贴着lens，防止PCB从LENS脱落。

(2). LED + 导光膜
导光膜是一种透明导光的薄膜材料，厚度在0.1~0.2mm之间。

在按键的位置，印刷有特殊的透光油墨，光线从这里垂直于导光膜向上射出。

如下图所示，导光膜紧贴于PCB背面。

在PCB背面布置2个以上侧发光LED灯，LED的光线照入导光膜内，在字符处射出，形成触摸按键的背光。

如果LED+导光膜方案的背光亮度不够，可以在导光膜的背面再加一层反光纸。

这种方法比第一种方案背光效果好。

光线更均匀，省电。

缺点是各个按键的背光不能单独控制，
要亮都亮，要不亮就都不亮。

LED + 导光膜
如果透过lens 的光线太强，感觉光线刺眼。

硬件上可以通过调节LED 的电流调节等的亮度。

结构上可以通过半透效果使光线变得柔和。

Tinted 的程度（遮光率）在30%~60%之间。

太高则可视性差，太低则效果不明显。

60% tinted 意味60%的光线被挡住了，只有40%的光线可以透过。

1）采用tinted lens 。

由于lens 本身具有半透的效果，穿过lens 的光线减少，降低光的强度。

同时透过lens ，看手机内面的物体的清晰度也降低。

2）在字符上加印一层半透油墨。

字符处效果与上同，lens 其它地方的透光率不变。

等于局部tinted 。

要特别注意，透过LENS 直接看到LED ，就会刺眼。

所以设计时，要注意这点。

2.4． 触摸按键供应商
触摸按键虽然是一个比较老的技术，但是由于工艺技术问题，直到最近才用到产品上。

有多家供应商提供触摸按键解决方案。

其产品就是触摸按键的处理芯片。

供应商做的事情就是卖芯片、提供技
详细的技术资料可以从公司的网站上得到。

术支持。

国内主要的供应商为：
深圳市速杰通科技有限公司 ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓｏｕｊｅｔ．ｃｏｍ　。