薄膜开关的原理

薄膜开关的原理

一. 薄膜开关基本结构

一般来说，常见的薄膜开关主要由6层材料组成，按照从表到里的顺序分别为面板、面胶、上电路、隔离层、下电路、底胶。下面分别介绍各层结构的材料组成及作用：

1. 面板

面板是整个薄膜开关的"外衣"，在适当安排好按键的基础上，通过不同的颜色、图案、按键形状，对整个薄膜开关起到必要的装饰作用。对于各行各业来说，控制面板都是人机对话的基本途径，薄膜开关的外观效果直接影响到人们对机器设备的总体印象，所以，一般地人们都是把薄膜开关的面板与机器一起整体进行工业设计，以达到总体上外观和谐。

面板所采用的材料，一般的来说，主要是从寿命及外观两个方面来考虑。这里所说的寿命主要是指机械寿命，即开关面板在破损以前的使用周期，通常是由面板材料的机械性能来决定的，如材料的撕裂强度、防刮花性能等。而外观方面，由于薄膜开关主要是采用丝印工艺来印刷，为了保证面板印刷效果在长期使用过程中的稳定性，通常是在面板的背面进行反向印刷的，这样可以避免印刷油墨与人直接接触而脱落，同时，有的薄膜开关还要求有局部范围作为透明的窗口区以满足控制器上发光管的显示要求，所以这就要求面板的材料必须有足够的透明性。

目前面板常采用的材料主要有两种：PC（聚碳酸酯）与PET（聚酯）。两种材料之间各有优缺点：PC透明性好但是机械性能较差，一般来说，采用PC的薄膜开关机械寿命较短；PET透明性较差但是机械性能好，采用PET作为面板材料的薄膜开关寿命较长。但是对于丝网印刷来说，PC材料可以用PC、PET油墨来印刷，而普通的PET材料只能用PET油墨来印刷。一般来说，PET材料的价格比PC材料的价格要便宜，但是PET油墨的价格要比PC油墨的价格贵得多。目前，也有的PC、PET经过了特殊处理，在机械性能及适印性方面综合了两种材料的优点，如对PC的表面进行硬化、防刮花处理，以提高机械性能，而对PET 的表面则涂上一层预印涂层，以使得普通的PC油墨也能在其上面正常印刷。但是，经过特殊处理的材料价格往往都较贵。目前市场上常用材料的制造厂家主要有GE（美国通用公司）、Bayer（德国拜耳公司）、Autotype（英国柯图泰公司）。一般上，美国及亚洲的市场较多地利用PC作为面板材料，而欧洲市场则用PET 较多。

2. 上电路、下电路

上、下电路是薄膜开关的电气组成部分，也是"开关"的"关""键"所在。在性质上是属于一种柔性电路，主要是在薄膜上印上一层导电材料而形成。上、下电路在本质上来说并无什么差别，担当的是开关闭合所必备的两个触点的角色，只不过是由于在整个薄膜开关的结构上所出的位置不同而形成的称呼上的不同。上、下电路的性能直接影响到开关电气性能的好坏。

上下电路所用的材料主要有PET、银浆、碳浆、绝缘油。PET是作为开关柔性电路的基材，是银浆、碳浆的电气浆料存在的基础。"柔性"即是意味着柔软、

可弯曲，这是它与普通的PCB印制线路板的明显差别之一。为了保证"柔性"，就必须对材料有特定的要求。PET薄膜由于其机械性能好、强度高、薄膜的柔软性能良好、耐高温，所以完全可以满足"柔性"的要求，而且由于PET材料的绝缘性能高，被普遍用作电机线圈的绝缘材料，所以把它作为用于弱电控制的薄膜开关的电路材料，能够充分保证到开关的机械及电气性能。同时，由于柔性电路的导电浆料（银浆、碳浆）的固化必须在高温环境下进行，PET的耐高温性能同样也能够满足，这是普通PC材料所无法替代的。

银浆、碳浆是电路的导体，开关的触点及其与控制线路的连接都是通过附着在PET基材上的银浆、碳浆来实现的。银是电的良导体，方电阻小，碳也是电的良导体，而且碳还具有润滑、耐划伤、抗氧化的特性，所以利用银浆、碳浆来作为薄膜开关的电路连线，也充分保证了开关在电气性能方面的要求。另外，把银浆、碳浆按一定的比例混合，可以使得整个线路阻抗低、耐划伤、抗氧化，如果在开关的触点上、连接线的金手指上覆盖一层碳浆，则整个开关的触点、金手指耐磨性能都可以得到提高。绝缘油主要是用于开关线路中的跳线（也叫架桥）的绝缘作用，以把同一线路平面层中两条相互交叉的线路隔离开，这样对于整个开关的布线也可以类似以双面PCB板一样方便，而在电气绝缘方面也得到保障。同时，绝缘油对开关尾带上的引出线也可以起到保护作用，以防止线路中的银浆暴露在空气中而产生氧化、迁移，造成开关的阻抗变大、绝缘性能降低。

3. 面胶、隔离层、底胶

这三层结构的材料都是双面胶，由于在开关结构中所处的位置不同而有不同的名称。薄膜开关的面板、上下电路本身并无粘性，为了把这三层材料按照一定的顺序组合在一块，必须通过具有一定粘性的双面胶把它们粘合起来。也就是说，面板与上电路之间用面胶粘合，上下电路之间用隔离层粘合，下电路的背面还必须再粘上一层底胶，以便于用户把薄膜开关粘在机壳上。三层双面胶由于各自所处的层次不同而有不同的厚度，这主要是根据开关的厚度、按键的操作力来决定的。隔离层在每个按键的触点位置都有一个隔离孔，平时，上下电路通过隔离层隔开而起到电气的隔离作用，这时候，开关的触点是断开的，当用力按下按键时则上、下电路的相应触点则通过隔离孔而产生接触，这时候开关的触点便闭合起来，若放开，则开关有恢复到正常的常开状态。

双面胶的粘性直接影响到开关的使用寿命，底胶的粘性不好，会直接影响到开关的安装效果，使得开关容易从机壳上脱落；隔离层的粘性不好，会影响上下电路之间的密封性能，使得开关容易受外界环境影响而产生电气性能失效。双面胶的性能参数主要有剥离力、剪切力等等。

薄膜开关除了以上所介绍的基本结构以外，通常也有其他的变通方式，如把上电路直接印刷在用PET做材料的面板上，这样整个开关便只有四层结构；在例如，通过现在先进的SMD贴片技术，我们也可以在薄膜开关中集成LED发光管、IC等元器件，制成结构复杂的薄膜开关，利用光纤、ITO、EL等技术我们还可以使得薄膜开关具有背光指示、触摸平等先进的性能。

二. 薄膜开关的触感

另外，薄膜开关还有一种常见的工艺就是"压凸"，这种工艺通过表面板、上