薄膜面板开关按键技术资料汇编.docx

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薄膜面板开关按键技术资料汇编

薄膜面板开关按键技术资料汇编

薄膜开关、薄膜面板是近年来国际流行的一种集装饰性与功能性为一体的电子整机产品的新的操纵系统，已成为我国电子产品升级换代、出口产品不可缺少的配套部件。

薄膜开关、面板集开关按键、面板功能文字、标记、商标、透明窗及显示于一体，并且采用多层整体密封结构。

因此它具有耐磨擦、防水、防尘、防有害气体、寿命长、性能稳定等特点。

为了整机的整洁，面板可以擦洗，字符不受损伤，色彩丰富、保新性好，安装方便。

不仅如此，薄膜开关、面板的应用，更能充分体现产品功能与色彩独具匠心的构思，以提高产品的外观质量和增加产品的时代气息。

薄膜开关、面板已广泛用于智能化电子测量仪器、医疗仪器计算机控制、数控机床、电子衡器、邮电通讯、复印机、电冰箱、微波炉、电风扇、洗衣机、电子游戏机等各类工业及家用电器产品。

薄膜面板

薄膜面板是一种由弹性薄膜（PVC/PC/PET）加工而成的具有一定功能字符指示的装饰性面板，具有防水、防尘、耐摩擦、不褪色等优良特点，目前广泛用于家用电器、通讯设备、仪器仪表、工业控制等领域。

薄膜面板的印刷工艺要分为正面和反面印刷，分别应用于不同材质和类型的薄膜面板上。

大致可以分为平面类和压鼓类。

平面类薄膜面板是最简单的面板类型，主要是用不同颜色的文字、线条、色块对各个功能部位加以指示或加以区分，用户可以根据自身的需要来选择不同的薄膜材料及双面胶。

压鼓类薄膜面板是在平面型薄膜面板的基础上新开发出的一种较为美观而且实用的面板。

它的制作流程是，是在普通面板的基础上，通过一种压制模具，将面板经过热压后使按键部位微微凸起形成立体按键。

这种立体键不仅能准确地给定键体的范围，提高辨认速度，使操作者的触觉比较敏感，同时还增进了产品外观的装饰效果。

制作面板的薄膜应当具备哪些条件？

面板薄膜是将彩色油墨丝印至透明高分子聚合物背面，一旦丝印完成并切割成形，此层就成为彩色面膜层。

面膜层为薄膜开关的组成部分，它能清楚地显示开关的功能、显示颜色、面膜类型以及开关的操作位置，它还能起保护作用。

作为薄膜开关的面板，它主要担负着产品外观的装饰与防护作用，因此用于制作面板的薄膜，至少应具备以下条件：

　　①良好的外观：

指制作面板的薄膜表面平整、光泽一致，没有机械性损伤、划痕、夹杂物及色斑等表面缺陷。

　　②较好的耐候性：

面板层是薄膜开关曝露在自然环境中的表面层，其面板材料要能在一定自然环境条件下，不变形、开裂、老化和变色等。

　　③较好的耐化学性：

面板层将有可能触及不同的化学药品，但对常见的大多数化学品而言，如醇类、醚类、矿物油类应有一定的耐受能力。

　　④尺寸稳定性好：

要求制作面板的薄膜，在一定的温度范围内（一般为-40℃~55℃）尺寸尺寸无明显变化。

　　⑤弹性要求：

要求面板层薄具有一定回弱性能，同时，弹性变形要小，可以用材料的延伸率判断，一般来说延伸率大，弹性变形量也大，加弹性能就差。

　　根据上述要求，常用于面板的薄膜通常有聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚酯及聚胺酯等几种薄膜。

如何选择薄膜面板的用材品种？

适合于制作面板层的薄膜材料，按照其种类通常可以分为PC、PVC、PET三种；按照其表面状态又可以分为砂面（半透3明膜）与光面（透明膜）。

　　PC材料的物理特性与化学特性的综合指标较好，其适应的油墨也较广泛，是薄膜开关面板层应用最为普遍的材料。

PC材料有砂面与光面之区分，选择砂面状材料的理由是因为薄膜开关的使用多是电子整机产品，作为操纵控制系统的面板不希望受光线的干扰，而砂面状的表面只呈漫反射状，不会产生明亮的反光；同时，由于表面呈紊乱的砂粒状，具有掩蔽划痕的作用，与之相反，光面材料就不具备以上特点。

但是作为光面材料，一经在背面印刷后，色彩会显得更为鲜艳夺目，在装饰性要求较强且又不需经常触动的场合，往往选择光面材料制作面板，或者由于某些显示区域如LCD液晶显示屏的特殊需要而考虑，选用光面材料较为有利。

　　PVC薄膜材料的价格较低，约为PC材料的二分之一，当生产民用普及型的产品，如果选择PVC材料，可降低生产成本，同时PVC材料的延展性较好，可采用冷压加工立体的图文。

光面PVC板材一般的厚度在0.5毫米以上，两面均有PET或水胶纸保护，大部分用于制作装饰性的面板；砂面的PVC材料一般厚度在0.3毫米以下，它一般以定尺的片材供应，没有卷材。

　　因PET薄膜一般性能均能被PC薄膜所取代，故用于面板材料的情况并不太多，除非在某些特殊的场合，诸如对绝缘、回弹、耐溶剂性等是其它薄膜不能满足的情况下才有少量的应用。

PET薄膜的表面状态，一般都是光面透明膜，少数的情况也有砂面的制品如日本Kimoto公司的KB产品，但砂面很细，近似于一种漠光的表面层，在PET表面而获得漠光的表面，它不象PC那样是通过机械的方式由砂面的辊在机械压延过程中获得的，这也就决定了它的表面不及PC的砂面那样明显，如英国Autotype公司有纹理的聚酯片，是一种涂层膜。

涂层膜多以定尺的片材供应，但其价格较砂面PC约高3~5倍，使用者势必要有的放矢，从慎处之。

薄膜面板、标牌常用基材 

性能类别 

聚氯乙烯（PVC）

聚碳酸酯（PC）

聚酯（PET）

折曲寿命

异常

较好

优良

耐化学腐蚀能力

极好

一般

优良

耐磨损能力

较差

极好

优良（处理过的）

绝缘性能

极好

较差

优良

窗口透明度

不及PC，呈微蓝色

极好

稍差

压鼓清晰度

优良

很好

很好

耐温

60℃

120℃

150℃

温度级别

压鼓时有限制

优良　

优良

抗紫外线能力

可以

不可以

不可以

应用范围

一般面板、标牌

汽车仪表、薄膜开关面板

薄膜开关线路、高档薄膜开关面板

常用厚度（mm）

0.1/0.2/0.25/0.3/0.4

0.125/0.175/0.25/0.38/0.5

0.125/0.188/0.25

常用品牌

台湾南亚

美国GE/日本帝人

日本东丽/三菱/英国AUTOTYPE

如何选择面板材料的厚度？

无论PC、PVC或者是PET，其厚度尺寸常常有小数以下两位数字，则因它是以英尺经换算成公尺而来。

作为薄膜开关的面板层，考虑到它的回弹性能，疲劳寿命，敏感性等因素，通常听厚度为0.175毫米，在这个较为适中的厚度下，用户可以根据产品的特征，在适当的幅度内根据需要而调整。

面板层过薄，回弹无力，立体成型不够明显，在较大面积的情况下，更难以保持平整；面板层过厚，手感迟钝，操作力度增加。

电路薄膜的厚度应如何考虑？

作为电路层的薄膜，考虑开关触点的分离、回弹及引线对连接器接插或铆接的可靠性，所以电路材料的厚度宜选择在0.125毫米至0.15毫米之间为宜。

过薄则回弹无力，触点的分离不敏捷，过厚，动作迟钝，增加操作力度。

从具体的情况看，选择薄膜的厚度还与下列因素有关。

（1）键体的大小

键体较大，如对角线长度或园形键的直径大于12毫米时选用0.15毫米厚的薄膜。

薄膜稍厚，反弹有力，键体经多次按后薄膜松弛的倾向较小，从而保证了触点的正常工作。

（2）隔离层的厚度

当隔离层愈薄，电路基材薄膜厚度应该要厚，过薄的薄膜容易出现触点的自通。

（3）键体的形状

平面型按键允许选用稍厚一点的薄膜，而用作于电路触点鼓泡的薄膜一般宜采用0.125毫米厚的薄膜，只有在鼓泡球径大而球顶的弦高较小的情况下，才宜采用较厚的薄膜。

什么是面板薄膜设计时最重要的考虑因素？

每种单独的颜色（包括背景色）需要不同的丝网印刷操作。

彩色油墨印刷在感光材料的下表面，每次操作均需要进行颜色分选、油墨调配、丝网准备，并对此单独进行准备和登记。

因此，颜色对开关的价格也有一定的影响。

（1）原图和各种标志能由高清晰度的扫描仪进行扫描，高质量、高对比度的“原图”可以减少工时。

（2）客户提供原图对生产商的设计师有帮助，生产商可以根据客户要求及色标号调制油墨颜色，以保证质量和效率。

   （3）面膜图纸中的线条要清晰、连贯，否则会给丝印带来很大的困难。

关于面膜窗口

什么是面膜窗口？

   面膜窗口是面板上透明或半透明的区域，以便于使用者观察面板后面发光二板管或液晶显示器的显示。

窗口的选项如下：

（1）透明窗口：

没有任何颜色的透明区域。

（2）滤光窗口：

印刷有半透明油墨的区域，颜色通常为红色、绿色或黄色，以便于区别发光二极管的颜色。

（3）不透明窗口：

印刷了多层背景色的区域，除非背后的指示灯发光，否则它们是不可见的，用于指示图例和图形。

   注意：

印刷窗口:

窗口底层粗糙，表面印刷有特制的油墨，形成一透明区域以便于液晶显示器或发光二极管的显示。

有哪些优点？

（1）在高亮度环境的时候，采用各种涂层和形式的窗口可以加强显示器的清晰度。

（2）采用这种窗口避免了在面板上开孔，以免影响包装和面板的外观。

（3）粗糙的表面可以有利于发光二极管的漫反射并增加可视度。

重要的设计考虑因素有哪些？

（1）由于增加印刷涂层，采用窗口通常会增加面板造价。

（2）LCD显示器窗口为清楚的、无反射或光滑的窗口。

（3）LED显示窗口为清楚的或滤波的窗口，此窗口应为无反射的。

（4）显示器应布置在窗口后面，靠近窗口以增加清晰度。

（5）特制的窗口涂层具有防划伤特性。

关于面膜表面结构

什么是表面结构?

   表面结构就是面板前部的表面涂层（实际应用的或标准的），它的结构有多种形式.下面为四种比较常用的形式:

（1）砂面：

较粗糙

（2）光面：

较光亮

（3）表面反射处理：

以减少光亮面反射光

（4）表面光泽处理：

涂层光滑、有光泽

 注意：

可选择的表面结构就是将不同的涂层混合在普通面板表面的方法。

有哪些优点？

（1）粗糙结构可以隐藏手指印，甚至是刮痕。

（2）可以增加可视能力，并提高手指按键的定位能力。

（3）无反射表面可以通过减少反射光，以提高面板和显示器的可读性。

（4）涂层可以优化显示窗口的性能

重要的设计考虑因素有哪些？

（1）应用涂层会增加一些单位成本。

（2）聚酯和聚碳酸脂可选择性地应用于以上四种和其它种。

薄膜开关

薄膜开关装置有许多种不同形式和结构的按键。

按键的基本性能例如行程、操作力和机械寿命主要由按键类型和材料决定。

薄膜开关包括单片线路开关和双片线路开关。

通常，薄膜开关上的按键只是用色彩来表达键体的位置、形状和大小。

这样，只能凭操作者的视觉来识别操作的准确性，由于没有适当的反馈信息表明手指是否按在了开关的有效范围使开关动作，因而影响了对整机监控的自信和操作的速度。

一种使开关键体微微凸起，略高于面板，构成立体形状的薄膜开关，称为立体键开关。

立体键不仅能准确地给定键体的范围，提高辨认速度，使操作者的触觉比较敏感，同时还增进了产品外观的装饰效果.

开关可以按照特性分为下述三种主要触觉结构（分类法一）：

金属弹片按键：

   金属弹片按键采用成形的金属弹片，布置在开关结构的内部。

弹片上带有按钮接头，用于形成电气回路。

优点：

（1）此结构具有良好的触觉性能。

（2）高温状态下使用寿命仍就很长。

缺点：

（1）用于柔软的面板时，若面板在凸起区域弯曲则面板可能被损坏。

（2）此结构最好用于印刷电路板或刚性面板。

聚脂按键:

   聚脂按键是在薄膜开关结构中的线路层轧出凸起的按键，此结构非常耐用，行程比金属弹片按键要小一些。

在一些应用中，聚脂按键可以被轧到面膜层，此种方式可以减少薄膜开关的总层数。

按键的操作力与材料厚度、按键直径和按键凸起高度有关。

优点：

（1）非常耐用

（2）可以很好地使用数百万次

缺点：

（1）最大使用温度为约50摄氏度

无感按键:

   无手感开关没有触感，此种操作面板通常采用其它方式表示开关的动作状态。

优点：

（1）使用寿命长（可以使用上千万次）。

（2）有效面积大。

     （3）在所有的开关形式中价格最低

缺点：

（1）没有手感。

（2）若面膜层有凸起，此时推荐不采用此种开关。

贴片薄膜开关是指在薄膜开关的基础上，广泛的应用贴片技术，使原来单一的开关增加了相应的控制器件，有效地减小空间，加大了薄膜开关的科技含量，使整机体积小型化、微型化、集成化、使薄膜开关登上新的层次，风光无限。

另：

薄膜面板开关按键基本类型（分类法二）

1.平面式无触感型

2.胶片凸面式触感型

3.金属弹片凸面触感型

4.铭板圆顶式触感型

5.加发光体薄膜开关

关于按键凸起

什么是按键凸起？

按键凸起是用压鼓机将面膜层上的键体区域压起。

此方法依据材料的自然特性和凸凹特性，有严格的温度和压力要求。

基本形式如下：

（1）框线凸起：

开关边缘凸起的时候采用。

（2）平面凸起：

整个开关都高于面板表面时采用。

（3）球凸：

用于加工球形按键。

（4）框线凸起+球凸：

不常用。

 有哪些优点？

（1）增进了薄膜开关外观的装饰效果。

（2）操作者的触觉比较敏感。

（3）准确给定键体的范围。

（4）提高辨认速度。

 重要的设计考虑因素有哪些？

（1）需要专用的模具机加工。

（2）用力过大会减少机械寿命（对于聚碳酸酯面膜来说机械寿命应能操作不少于10万次）。

（3）凸起的聚脂的极限温度为50℃。

（4）凸起高度应不超过材料厚度的1.5倍。

（5）平面凸起应距边缘最少3mm或5mm。

（6）框线凸起的按键距离边缘最少5mm。

薄膜按键开关性能参数

1、电子特性

电路等级：

35V（DC），100mA，1W

接触电阻：

10Ω-500Ω（根据引线长度及所用材所用材料的不同而变化）

绝缘阻抗：

100MΩ100V

介质耐压：

250VRms（50-60Hz1min）

触点抖动时间：

≤50ms

使用寿命：

平面型≥五百万次

触感型≥一百万次

2、机械特性

操作压力：

平面型：

60-300g（2～100z）

触感型：

105-400g（6～140z）

开关行程：

平面型：

0.1～0.5mm

触感型：

0.6～1.5mm

3、环境参数

操作温度：

-40℃—+80℃

储存温度：

-40℃—+85℃

湿度：

40℃，90%～95%，240小时

振动：

20G，smax.（10~200Hz,MIL-STD-202,M204,ConditionB）

关于线路层

线路层是将导电银油墨丝印在不导电的聚酯材料上制造而成的，代表性的聚酯材料是具有高性能、强热稳定性的，我厂也能提供其他板材的线路板，请参考工厂更详细的资料。

暴露的线路需涂有碳层作为附加保护，线路必要时也需要通过架桥将UV绝缘油丝印在两组交叉线路之间起绝缘作用，为了防止线路被氧化和导电银脱落需涂有UV绝缘油作为保护。

简单的线路图只用一个完整的单回路，而不需要有架桥；复杂的线路图只有个别的方案可用一个完整的单回路；更复杂的线路图通常是由于客户所设计图案的束缚而产生的，我厂的设计师会提供给工程师最合理的解决方案。

（1）双片线路

   这种线路主要应用于矩阵及X-Y转换输出，一套薄膜开关的连接处位于下线路，其它的位于上线路层。

（2）带有架桥的单片线路

   当两组线路交叉时，应在它们之间丝印UV绝缘油墨，这个程序将增加丝印次数，费用也将随之增加。

设计师再设计线路时，应尽量避免线路交叉。

（3）双面PCB线路板

  相似于线路的特性也可在刚硬的PCB材料上制作，线路的连接是从一个线路平面穿透到另一个线路平面，另外切边和丝印流程也是这个技术中必要的一部分。

关于引出线

简介

    引出线为一个或多个柔性线路回路的引出部分，用于连接连接器。

此线路可承载多重回路，它的宽度和倾斜度根据需要而定。

我厂在倾斜度上的要求处于领先地位。

常有的误区

    引出线是薄膜内一层或多层线路回路引出的一个独立的和完整的线路，改变引出线的长度对于薄膜开关的性能有一定的影响。

可以通过增加引出线的宽度而达到增加引出线长度的性能。

设计考虑因素

对于每一个项目，生产商通常会根据以下因素设计引出线：

（1）电路结构

（2）顾客所使用的联接器。

（3）屏蔽层和联接器的要求。

（4）保证与其它元件完好联接的机械结构设计。

 引出线的典型截面图

 1     导电银层

 2     热稳定聚脂

 3     绝缘保护层

 4     碳保护层

注意：

（1）引出线不能随意被折叠，或是弯曲半径超过2.5mm。

（2）如果要求引出线折弯，我厂会提供可靠的压力、高温定型以满足客户的要求。

（3）引出线不必被精确地切割成直线，它们可以被修成各种形状以满足不同装配的要求。

（4）因为引出线是线路层的外延部分，它们不能离开开关触点的下方。

（5）线路绝缘选项：

  ①碳保护层用于防止银氧化，并保证线路与插针良好联接。

  ②用绝缘油涂印在引出线上的成本较低。

  ③为保证静电和防止磨损，我厂会提供一层聚脂层用于密封传导线路。

薄膜开关专用连接器

　　连接器，又称接插件，是电子元器件的一大门类。

薄膜开关专用连接器，由于受引线线距、引线线数、连接方式、插拔力度等的制约，有别于市场上通用的接插元件，作为薄膜开关的用户是很难在市场上自行配购的。

为此，生产商通常会将薄膜开关常用的各种连接器的性能、特点、参数等有关情况提供给用户，以便用户在设计整机结构时，预先获得有关的数据而使产品更臻完美。

用户也可根据自身产品的特点，选择符合产品属性（包括高可靠性、易换性、经济性等）的连接形式，向生产商提出配套要求。

图例

类型

说明

缺点

可靠性

价格

适用范围

插接式

属单件型连接器，外形类似于插座，下端是针脚，直接焊于线路板上，上端的插口供薄膜引线带插入。

安装具有方向性，可防止线序接反。

不适用于双片式薄膜开关的引线

经常插拔有可能损伤引线的导体。

一般

低廉

属普及型，适用于一般性的电子产品

锁紧式

基本同上，特点是设有锁定机构，抗拉强度可达40N以上

需在引线带上冲制两个锁定孔，安装不便

高

较高

适用于有防振要求的产品。

铆针式

是将金属铆针用专用的铆压工具将其铆合在薄膜引线上，铆针与线路板的连接，尚无专用插座，可用IC插座代用，也可直接焊于线路板上。

采用焊接方式安装，颇为不便。

一般

一般

属经济型，适用于低值民用性产品。

铆锁式

是将金属孔端子用专用的铆压工具将其铆合在薄膜引线带上，配上相应的塑壳插座，可与线路板上的排针任意插拔。

插拔次数多会松动，影响接触效果。

较高

一般

适用范围广

2-36线杜邦插件

我厂部分常用线数备有现货，供进口薄膜开关国产化和部分要求较高的薄膜开关使用。

无

最高

很高

适用于高档的电子产品,可靠性极高。

关于胶层和隔层

通常生产商主要依据客户对薄膜开关性能及可靠性的要求来正确选择胶层和隔层。

胶层和隔层是用来粘合结合物的和绝缘、隔离线路层的，被选用的胶的阻力及回弹力必须能达到某一恒定的冲压值。

我们一定要考虑到薄膜开关有可能遇到非常恶劣的环境，恶劣的环境会影响薄膜开关的功能性及使用寿命，因此，应依据不同的环境确定适合的胶，选择适合的胶是很必要的，不能不重视它。

选择胶的标准主要取决于薄膜开关表面的性能，薄膜开关所处的环境及所用的原材料决定了薄膜开关的制作工艺。

我们另外要考虑到对于应用在特殊领域的，应做初步的测试和模拟实验；正确的保存及使用，对薄膜开关的性能及可靠性也是非常重要的。

通常生产商通常都备有各种不同型号的美国3M胶，3M胶抗恶劣环境干扰的性能很强，对于同一开关，使用3M胶的寿命要比使用普通胶的寿命长，主要由客户自主自愿选择。

关于衬板

技术说明

   可用于制造衬板的材料种类广泛，以下列出了常用的几种材料：

（1）铝合金

（2）钢板

                  　　（3）有机玻璃

                                                  （4）PVC板

                                                 （5）环氧树脂板

   以上材料都可以做各种不同尺寸及厚度的衬板，衬板上有各式各样的孔，同时配有螺丝、螺母。

通常生产商能够提供完整的装备，并经核准后包装。

如果所要做的薄膜开关配有衬板，那么要在设计薄膜面板图前考虑下列各项：

（1）应详细做一份完整的立体机械制图，其中包含所有原理（镙孔位置、引出线出孔、通孔、窗孔位置等）。

（2）应详细做一份剖析图。

（3）应对衬板材料的构成做详细说明。

关于外形和冲孔

外形和冲孔都是薄膜开关的一个组成部分，它们是用专用的机器通过精确度极高的模具压制而成的。

外形和冲孔的形式：

（1）直角矩形

（2）圆角矩形

（3）圆形

（4）椭圆形

（5）特殊形

   外形和冲孔的模具全部由我厂用专用模具机制造，精确度高、成本低。

重要的设计考虑因素有哪些？

（1）薄膜开关要求精度高的，必须用模具

（2）模具对薄膜开关的价格有影响

（3）模具精度、形状复杂程度的不同，价格也有所不同

（4）同种薄膜开关（模具不需重新制造）再次加工时，不需再付模具费

关于屏蔽层

简介

屏蔽层是薄膜开关的组成部分，起到以下或更多的作用：

（1）将可能存在的有害静电安全地释放，避免敏感的电子元件受损害。

（2）屏蔽的薄膜开关，免受周围环境的射频干扰和电磁干扰。

（3）通过反射或吸收的方式减少或消除射频干扰和电磁干扰的辐射。

屏蔽层的效力和性能取决于屏蔽层材料的特性和结构，还取决于屏蔽源的频率和距离。

电磁干扰屏蔽通常用于医学设备、军事、电信和许多其它的电子设备。

因为这些设备安装了新式的辐射和抗干扰部件，屏蔽的重要性也就随此增加。

生产商以往应用的典型组装结构如下

        丝印导电银：

通常被印刷在网状结构的聚脂上，以满足作业的特殊要求，此层在面膜层之下。

设计考虑因素:

（1）根据装配的条件，面膜层材料应具有足够的绝缘，以抵御静电，如：

厚度为125µm的聚脂面膜层应可以承受15kV的电压。

（2）因为它应对面膜层表面提供足够的屏蔽，面板边缘处的薄弱处应给予细致的考虑。

即使面膜层的绝缘相当良好，面板边缘附近的静电也会干扰面膜层周围，通过电路层的边缘进入面板。

生产商通常会认真设计以保证避免此类现象并对此进行保护。

（3）生产商的技术人员通常具有各种压片经验，能够帮助解决各种特殊的有关屏蔽层的困难。

（4）客户通常应当提供一份详尽的所需屏蔽层的说明。

一些高技术要求的屏蔽层价格比较昂贵，只是在特别需要的时候才考虑使用。

    注意：

磁场强度的减少由频率、屏蔽层材料导电率和材料厚度决定。

屏蔽材料削弱或减少辐射场能量的等级与其屏蔽效率（SE）有关。

SE的标准单位为分贝（dB）。

它的值为屏蔽前后的电磁场强度的比值。

SE的值每增加20分贝，表现为电磁干扰通过屏蔽物的泄漏值减少十倍。

一