薄膜开关制作工艺与材料介绍

发表时间:2017/12/18 浏览:26532

标签:薄膜开关 所属专题:模切加工专题

薄膜开关简介

薄膜开关又称轻触式键盘,是采用PC,PVC,PET,FPC及双面胶等软性材料,运用丝网印刷技术制作而成的 多平面组合密封的集图形、按键、标记符号显示、导电及电子开关功能于一体的塑胶电子制品。

薄膜开关的最主要特点在于:

1、小巧轻便:一般的薄膜开关重量为几克到几十克不等,非常便于携带和拆装;

2、美观: 现代完美的丝印技术,搭配上完美的设计,可以制作出您所需要的任何图案;

3、密封:运用特有的技术,可以使薄膜开关具有防水,防油,防污染,防静电干扰等功能;

4、导电性能优良:开关的电路可采用碳浆、银浆、铜铂等印刷,导电层可随意折叠;且电阻可以控制在您想需要的任何电阻,并且,采用特有的技术,所制成的薄膜开关甚至可以接受十几万伏的高压电击而不损伤其功能;

5、成本低:有的薄膜开关的售价甚至只有几分钱,相对于一个具有如此多功能的电子原器件产品来讲,它的价格优势并非是其它同类产品所能企及的。

6、使用寿命长:因为薄膜开关所采用的材料具有良好的绝缘性、耐热性、抗折性和较高的回弹性;并且图案的印刷均采用反面印刷,使丝印图案不致受损;所以,薄膜开关使用寿命一般可以达三年以上。

常见的薄膜开关拆装图示:

薄膜开关制作工艺与材料介绍

常见薄膜开关各部分组成材质

一、面板层

面板层一般在低于0.25MM的PET、PC等无色透光片材丝印上精美图案和文字制作而成,因面板层最主要的作用在于起标识和按键作用,所以选用材料必须具有高透明度、高油墨附着力、高弹性、防折性等特点。

二、垫胶层

垫胶层最主要的作用是将面板层与电路层紧密相连,以达到密封和连接的效果,此层一般要求厚度在0.02---0.05MM之间,具有高强的粘性和防老化性;在生产中,一般选用专用的薄膜开关双面胶,有些薄膜开关要求能防水防高温,因此垫胶层也必须根据需要而使用不同性质的材料。

三、控制电路上层和下层

此层均采用性能良好的聚酯薄膜(PET)作为开关电路图形的载体并在其上用特殊的工艺丝印上银浆碳浆或金浆使其具有导电性能,其厚度一般在0.05--0.175MM以内,最常见的是用0.125MM PET

四、夹胶层

它是处于上电路与下电路层之间并起密封和连接的作用,一般采用PET双面胶,其厚度有0.05--0.2MM不等;  在选择此层材质的时候应充分考虑产品的整体厚度,绝缘性,电路按键包手感和密封性。

五、背面胶层

背胶的采用与薄膜开关与何种材质相粘贴紧密相关,比较常采用的有普通双面胶、3M胶、防水胶等。

薄膜开关、面板的材质,除要求具有平整性和印刷适应性外,更主要的是要具有可挠性和高弹性的特点。

材料的种类

聚氯乙烯PVC\60℃\0.175~0.5/光面\常温下对酸、碱和盐类稳定。耐磨性好,耐燃自熄,消声消震,电绝缘性好。热稳定性较差。低廉普通标牌、面板

聚碳酸酯PC\-60~120℃\0.175~1.0\光面透光率高,吸水性低,尺寸稳定性好,抗弯、抗拉、抗压强度十分优越,耐热性耐寒性、电绝缘性和耐大气老化性优良。耐药品性较差,耐疲劳性较差,易产生应力开裂,输出接口端子电路一般是碳性材质印刷制成,并且没有保护涂层,受空气氧化逐渐形成脱落层,到最后导致断路而寿命终止,这是薄膜开关最容易出故障的地方,主要有环境所决定,不管使用与否,物理损坏时间是3-10年。一般适用范围最为广泛,除可满足大多数薄膜开关面板的要求外,其中光面PC的高透光率更可满足带液晶显示窗的要求。 

砂面聚酯(PET)\-30~120℃\0.1~0.2光面\耐药品性良好,不溶于一般有机溶剂,不耐碱。具有优良的机械性能、电性能、刚性、硬度和热塑性塑料中最大的强韧性,吸水性低,耐磨损、耐摩擦性优良,尺寸稳定性高。拉伸强度能与铝膜媲美,大大高于PC、PVC。低廉因表面难以加工成亚光型,故有纹理PET较贵 是制作薄膜开关电路最理想的基材。其中有纹理PET适合对表面要求较高或具有液晶显示窗的产品。

材料的厚度

塑料基材厚度在0.25mm及以下称为薄膜,主要用作薄膜开关的面板层,其背面印有各种指示性的图案、文字来表示相应开关键位的操作区域,在厚度选择上应视面板及按键的大小而定,材料厚,触动力加大,反应迟钝;材料过薄,触动时手感差,回弹不明显。厚度在0.25mm以上称为板材,不适合立体键成型,可用作无按键操作区域的指示性的标牌面板,也可作为薄膜开关的衬板以提高其硬度。

线路层承印材料:

制作电路的基材应采用聚酯(聚邻苯二甲酸乙二醇酯)薄膜(Potyester简称PET)。它具有良好的绝缘性和耐热性,具有较高的机械强度、透明性和气密性,特别具有抗折性和高弹性,是制作薄膜开关电路的理想材料。 

薄膜开关结构

1)平面式无触感型:

使用寿命长,但无触感;

2)胶片凸面触感型:

有良好的触感,但使用寿命相对较短;

3)凸边框式无触感型:

外表美观,有较强的立体感,但无触感;

4) 凸边框式触感型:

外表美观, 有较强的立体感,且有触感;

5)面版打凸触感型:

(a)型:设计不当时,容易有两段现象, 但面版破损,电器性能亦然存在;

(b)型:不存在两段现象,且结构层少,较经济,若面版破损,电器性能将不存在;

6)金属弹片型:

(a)型:为最基本和最常用的结构.弹片既起触感的作用又起上线路的作用;

(b)型:结构复杂,用于弹片较多较密且不要有跳线的场合. 弹片放于上线路上,上、下线路导电面都向上,上线路需冲孔。此种结构导通时弹片的四个脚与中心点不在同一平面,有“两段”的情况出现。同时,弹片经常处于过度反凹的壮态,时间久了,弹片将出现不反弹的现象,不建议采用;

(c)型:弹片放于上线路上,只起触感的作用,其上线路导电面向下,下线路导电面向上,有“两段”的情况,不建议采用;

(d)型:弹片放于下线路,上、下线皆有走线,弹片既起触感的作用又起将上、下线路连接起来的作用;用于弹片较多、较密且不要有跳线的场合,较(b)型结构简单。设计时要注意线路走线要避开弹片的四条腿,以保证不短路。

7)发光体型:一定要开底胶模;

(a) LED线路与下线路同层:结构简单,但LED窗要打凸,否则,LED灯会顶起面版;适宜选用高度较矮的小LED灯或LED灯数量较少的场合;

(b) LED线路与下线路不同层:结构复杂,但LED窗不一定要打凸,适宜选用双色LED灯或LED灯数量较多的场合;需开冲孔模和底胶模;

8)对折式:

此类型多可避免跳线且不需灌孔可使导电面可向下,此结构的缺点在对折处容易线路容易折断。

9)内外框防水型:

外框是一个封闭的框,没有走线,对内框起保护作用,防止水气从出线凹槽处进入机壳。

开关类型

柔性薄膜开关

柔性薄膜开关是薄膜开关的典型形式。这类薄膜开关之所以称为柔性,是因为该薄膜开关的面膜层、隔离层、电路层全部由各种不同性质的软件薄膜所组成。

柔性薄膜开关的电路层,均采用电器性能良好的聚酯薄膜(PET)作为开关电路图形的载体,此层也分装手感弹片、上下电路。由于聚酯薄膜所具有性质的影响,使得该薄膜开关具有良好的绝缘性、耐热性、抗折性和较高的回弹性。开关电路的图形,包括开关的联机及其引出线均采用低电阻,低温条件下固化的导电性涂料印刷而成。因此,整个薄膜开关的组成,具有一定的柔软性,不仅适合于平面体上使用,还能与曲面体配合。柔性薄膜开关引出线与开关体的本身是一体的,在制作群体开关的联机时,将其汇集于薄膜的某一处,并按设计指定的位置和标准的线距向外延伸,作为柔软的、可任意弯曲的、密封的引出导线与整机的后置电路相连。

硬性薄膜开关

硬性薄膜开关是指开关的图形和线路是制作在普遍的印刷线路覆铜板上。硬性薄膜开关的特点是取材文便,工艺稳定,阻值低,并可在其背面直接焊接电路中的某些组件。在面积不大的情况下,可省去硬质衬板层。硬性薄膜开关一般都采用金属导片作为导通迷宫触点,故较好的手感。所不利的方面,是在整机中装联不及软性薄膜开关方便,往往需要焊接插件并通过扁平电缆将引线引出。硬性薄膜开关的信息反馈除蜂鸣信号、LED指示外,普遍可采用金属手感弹片。

平面薄膜开关

薄膜开关上的按键,以色彩不同表示键体的位置、形体和大小,在薄膜开关的初始阶段较为普遍。立体薄膜开关: 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. 立体键的制作,必须在面板的设计阶段就要作好安排,备有工艺孔,以便在模具压制时有精确的定位, 其立体凸起的高度一般不宜超过基材厚度的两倍。为美观产品的外观,凸起薄膜开关的凸起可有多种变化。

技术参数

电性能

1、工作电压: ≤50VDC

2、工作电流: ≤100mA

3、接触电阻: 0.5~10Ω

4、绝缘电阻: ≥100MΩ(100VDC)

5、基材耐压: 2kDVC

6、回弹时间: ≤6ms

7、回路电阻: 50Ω、150Ω、350Ω三档,或以用户需要确定

8、绝缘油墨耐压: 100VDC

机械性能

1、可靠性使用寿命: >100万次

2、闭合位移: 0.1~0.4mm(无触觉型) 0.4~1.0mm

3、健标作力: 15~750g力

4、银浆迁移:在55℃,温度90%,56小时后,二线间为10MΩ/50VDC

5、银浆线上无氧化,无杂质

6、银浆线宽≥0.3mm,最小间隔0.3mm,线路毛边<1/3,线路缺口<1/4线宽

7、引脚间距标准 2.54 2.50 1.27 1.25mm

8、引出线抗曲度,用d=10mm钢棍压滚80次线路不断。

环境性能

1、工作温度: -20℃~+70℃

2、存贮温度: -40℃~+85℃ 温度95%±5%

3、大 气 压: 86~106KPa

印刷指标

1、印刷尺寸偏差±0.10mm,外型边线不清编差±0.1mm

2、套色偏差±0.11mm/100mm,绝缘油墨全部覆盖银浆线路

3、无油墨散,字迹无残缺

4、色差不大于二级

5、不得有折痕、脱漆

6、透明窗透明清洁,色泽均匀,不得有刮伤、针孔、杂质。

对于维修人员来说,一些老式设备在配不到原机使用的薄膜开关时,可以记录下按键所对应的线号,然后用一般按钮(轻触开关)加组线方式替换。效果完全一样,但比较费事!

薄膜开关专用3M双面胶

3M Tape

1、无纺布基材双面胶(由无纺布基材双面涂布丙烯酸胶组成):如3M9448、3M9080、3M9075等。胶的粘性及加工性好,一般长期耐温70-80℃,短期耐温100-120℃,厚度一般为0.08-0.15MM,适合于铭板,塑胶之贴合,汽车,手机,电器,海棉,橡胶,标牌,纸品,玩具等行业,家电和电子仪器零件组装,显示屏镜片。

2、无基材基材双面胶(直接由丙烯酸胶涂布而成):如3M467、3M468、3M9473等。无基材双面胶具有优良的粘合效果能防止脱落与优异的防水性能,加工性好、耐温性好,短期可耐温204-230℃,一般长期耐温120-145℃,厚度一般为0.05-0.13MM,适合于铭板、面板、装饰件的粘接。

3、PET基材双面胶(由PET基材双面涂布丙烯酸胶组成):如3M9495MP、3M9795B、3M9495LE。PET基材双面胶耐温性好、抗剪切性强,一般长期耐温100-125℃,短期耐温150-200℃,厚度一般为0.048-0.2MM,适合于铭板、LCD、装饰品、装饰件的粘接。

3M双面胶在粘接时,按以下方式操作,可获得较强的粘接效果:

1、先对粘着表面必进行清洗干燥,一般建议以布沾取1:1IPA(异丙醇)与水的混合液进行表面擦试清洁后,待表面完全干燥。

2、待清洁溶剂干燥后,将胶带贴合于粘着表面,以滚筒或其他方式施以约15PSI(1.05公斤/平方厘米)之压力,使其有效粘合。

3、将胶带离型纸撕除,然后将需贴合材料贴上,同样施以15PSI压力,使其有效贴合。如需去除气泡,应增加压力,以物品能承受限度为上限。

4、粘贴时理想的温度为15-38℃,勿低于10℃。

5、胶带粘接时,应以一端先贴合后,再缓压至另一端,边撕离形纸边粘贴,以减少气泡产生的机率。

3M双面胶储存的适宜环境要求:温度为19-23℃,湿度为40-60%。

3M双面胶广泛应用于电脑、手机、通讯、家用电器、视听设备、汽车等产品中,应根据应用的产品及环境需要选择,可参考以下说明:

1、无纺布基材双面胶粘性及加工性好,一般长期耐温70-80℃,短期耐温100-120℃,厚度一般为0.08-0.15MM,适合于铭板,塑胶之贴合 汽车,手机,电器,海棉,橡胶,标牌,纸品,玩具等行业,家电和电子仪器零件组装,显示屏镜片。

2、无基材双面胶具有优良的粘合效果能防止脱落与优异的防水性能,加工性好、耐温性好,短期可耐温204-230℃,一般长期耐温120-145℃,厚度一般为0.05-0.13MM,适合于铭板、面板、装饰件的粘接。

3、PET基材双面胶耐温性好、抗剪切性强,一般长期耐温100-125℃,短期耐温150-200℃,厚度一般为0.048-0.2MM,适合于铭板、LCD、装饰品、装饰件的粘接。

4、泡棉基材双面胶具有柔软、贴服性好、初粘性和持粘性好,抗溶剂性和抗紫外线好,一般厚度为0.4-1.0MM,短期耐温130-150℃,长期耐温80-93℃,适用于空调器、办公家具、通讯产品的粘接,可代替螺丝固定设计,使产品更美观。

5、热熔胶膜具有良好的一致性、均匀的粘接厚度,不含溶剂,易加工,对很多物体有良好的粘接性,厚度为0.1MM,颜色为半透明/琥珀色,热熔软化温度116-123℃。适用于铭牌、塑料、五金件的粘接;在不平整物体表面粘接也可获得好的效果,建议初始粘接条件为:温度132-138℃,粘接时间1-2秒,压力为10-20磅/平方英寸。

薄膜开关制作技术入门工艺

由于人们的喜爱和广泛应用,薄膜开关(MEMBRANESWITCHS)因而被冠之以多种称谓:电子开关、触摸开关、薄膜键盘、触摸键盘、触摸按键……本文从尊重人们的称谓习惯及与国际相关组织称谓相接轨.

〔例如国际网印及制像协会S(GIA)下设薄膜开关技术局〕的原则而称之为薄膜开关。薄膜开关的典型结构是由具有一定弹性的绝缘材料和导电材料层组成的一种多层结构、平面型自锁按键开关,它的制造工艺是采用丝网印刷的方法,按预先设计的接点和电路,将导电印料丝印在柔性聚碳酸醋P(C)或聚醋P(ET)薄膜上,然后将丝印好电路的薄膜与丝印好的柔性装横艺术面板等组合而成。薄膜开关与传统的机械开关相比具有结构简单、外形美观、耐环境性优良及使用寿命长等优点。

同时,由于薄膜开关这种独特的结构形式,更有利于电子整机向轻、薄、短、小和高智能化方向发展。薄膜开关既不是单一的新型面板,也不是单一的开关元件,而是一种新颖的电子器件,它至少包含如下功能:.整机面板.功能标记.外观装饰.开关按键.读数显示窗.指示灯透明窗.开关连线及引出线所以,人们称薄膜开关为集功能与装饰为一体的电子整机产品操纵的总成是恰如其分的。作为新颖的电子器件,尽管薄膜开关在国际上的应用与普及只是八十年代初期的事,然而其实用范围却遍及工业、农业、国防、科研、医疗、办公自动化、家用电器、玩具等各个领域,特别是现代电子仪器的操纵系统,更是非薄膜开关莫属。

工作原理与技术指标

工作原理薄膜开关实际上是一组点触式开关,它只担负传递操作指令给整机后置电路的作用。在常态下,由于薄膜开关中窗式隔离层的厚度所确定的间隙,上、下层电路的触点是分离的(即便是单层电路结构,其电路触盘也是以迷宫方式相分离),当对面板上某一个功能按键施加1一3N的外力时,按键所对应的两个触点瞬间闭合,与此同时,通过与整机相连的接插件将信号传递给后置电路,从而使整机按既定的指令工作。当去除外力后,鉴于薄膜开关基材的弹性,触点迅速分离、复位,此时一次信号的输人已经建立,整机工作状态并不受触点分离的影响。

薄膜开关的分类及结构特征:

薄膜开关可按使用环境或电路基材两大特征分别进行分类。按使用环境分类可分为商用薄膜开关和军用两大类;若按电路基材即按电路形成方式分类可分为网印导电印料电路和覆铜箔蚀刻电路两大类薄膜开关。

1.商用薄膜开关1991年7月1日发布、1992年7月l日实施的中华人民共和国机械行业标准JB/T5405一91《薄膜键盘技术条件》中对薄膜开关高、低温、恒定湿热、温度变化的考核标准为:高温:55士2℃/72h低温:一40士3℃/1h6恒定温热40士2℃相对湿度为96士且%历时96h温度变化一40~50℃,5次温度循环试验后,在正常大气条件下恢复h2。凡是能够通过这种考核条件的薄膜开关,通常都可以称之为商用薄膜开关。商用薄膜开关是薄膜开关中最常见也是最具薄膜开关特色的产品,它的典型结构。

商用薄膜开关的面板层通常以PC(聚碳酸醋)或PVC(聚氯乙烯)薄膜作基材。电路基材为导电银浆、导电碳浆或银碳混合浆料;导电印料的载体采用PET〔聚醋)薄膜。出干应用环境和降低制造成本的考虑,其隔离层通常采用价廉的PVC薄膜。

2.军用薄膜开关

军用薄膜开关与商用薄膜开关的最大区别在于其使用的环境极端恶劣。仅就环境温度而言,其工作条件不仅需要满足一54一71℃,同时它还需要接受一55~95℃、循环三次的温度冲击(参看GJB5n一88)。而在美国军用标准中,对4类海面(10万ft),机载设备的基本环境试验的考核中,高温试验规定工作温度为125`C,高温存放温度为150℃,很显然商用薄膜开关是不适宜在这样恶劣的军事环境中工作的。

首先作为隔离层基材的PVC薄膜在超过60’C的环境温度下,它的物理特性就会发生剧烈改变,从而破坏了薄膜开关的整体结构并导致薄膜开关失效。所以,应用干恶劣军事环境中的薄膜开关在材料选择上,甚至在整体结构的设计上作相应的调整是非常重要的。例如选择物理特性较PVC薄膜优良的PC或PET薄膜作为隔离层基材,或者摒弃银浆电路而采用硬质印制线路板(PWB)或挠性印制的电路板(FPC)。军用薄膜开关所使用的环境极端恶劣,如果是一般的军事环境。

例如环境使用条件(工作温度范围)在。一50℃、一40一50℃这两个军事级别要求范围之中,在设计一、布Jl造技术中仍可采用商用薄膜开关的选材、制造法;同样,在某些民用产品中,由于其使用环境相当恶劣,例如海上石油钻井平台、沙漠勘探、远洋船舶、炼钢炉旁等高温高湿、盐雾等环境下工作的薄膜开关就需要作特殊处理。

3.按电路基材分类的薄膜开关按电路基材即按电路形成方式对薄膜开关进行分类是薄膜开关的另一种分尖方法。早年,著名薄膜开关专家昊松山先生曾经将以银浆作为电路基材的薄膜开关称之柔性板,因为该薄膜开关的面板层、隔离层、电路层全部由各种不同性质的软性薄膜所组成。

与柔性板相对应的是硬性板,它是指开关的图形和线路是制作在普通的印制线路覆铜板上。笔者认为这样的分类方法抓住了这两类薄膜开关的基本特征,同时,“柔性板”、“硬性板”,讲起来也朗朗上口,应该说这样的分类是比较科学的。通过人与计算机之间的信息交流,使整个设计工作变得十分直观,设计师在显示器的屏幕上就可以观察到未来薄膜开关的面板结构、色彩设计、电路层设计、隔离层设计以及文字符号设计、装饰设计等等。

薄膜开关术语

薄膜开关常用技术术语在交流中经常遇到,现将薄膜开关的一些常用术语总结如下,仅供参考。

1.薄膜开关

2.薄膜面板

3.薄膜键盘

4.薄膜键单元(简称薄膜键)

5.薄膜键阵列(又称薄膜按键盘)

6.Y系列。导电层的载体具有一定的硬度,通常以印刷线路板覆铜板为基材制作而成的、各种组合式的薄膜开关产品。又称硬性薄膜开关系列。以汉语拼音“硬”的第一个字母“Y”表示。

7.R系列。导电层的载体为具有一定弹性的薄膜,整个薄膜开关是由多层薄膜黏合而成的一类产品。又称柔性板薄膜开关系列。以汉语拼音“柔”字的第一个字母“R”表示。

8.开关电路

9.开关触点

10.开关连线

11.开关引线

12.后置电路

13.上电路

14.下电路

15.触盘

16.触头

17.显示窗

18.显示窗孔

19.指示窗

20.指示窗孔

21.立体键

22.平面键

23.有感键

24.操作力

25.寿命

26.回线电阻

27.绝缘电阻


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杨生 发表于:2017/12/19 10:06:46
想找些好的商机一直有关注这块。