孔令海

廣東方舟智造科技有限公司，廣東肇慶，526400

0 引言

當(dāng)前，設(shè)置在薄膜組件上用于控制每個(gè)觸點(diǎn)斷路或閉合的線路開(kāi)關(guān)、電路的薄膜組件組合形成薄膜式鍵盤(pán)，其中在觸點(diǎn)的正上方位置設(shè)置線路開(kāi)關(guān)導(dǎo)電體，對(duì)按鈕施加向下的按壓力以后，薄膜組件和導(dǎo)電體中的線路將會(huì)形成連通狀態(tài)，形成閉合回路。將按鈕松開(kāi)以后，薄膜組件和導(dǎo)電體中的線路將會(huì)被分離，使得電路被斷開(kāi)，從而完成該鍵的信息傳輸[1]。由于薄膜組件和線路開(kāi)關(guān)兩者之間存在空腔，當(dāng)按壓住某個(gè)按鍵的時(shí)候，空腔內(nèi)的氣體將會(huì)流向其他按鍵線路開(kāi)關(guān)所對(duì)應(yīng)的腔體之內(nèi)，把按鍵松開(kāi)以后，氣體將會(huì)回流到原來(lái)的空腔內(nèi)，將其填滿。但是，出現(xiàn)空氣不流通的問(wèn)題，將會(huì)導(dǎo)致發(fā)生閉氣現(xiàn)象，由此會(huì)造成按壓按鈕時(shí)出現(xiàn)不能及時(shí)斷電或接觸不到位的問(wèn)題，增加了鍵盤(pán)信息輸出的出錯(cuò)率。

1 薄膜式鍵盤(pán)概述

1.1 薄膜式鍵盤(pán)的特點(diǎn)

（1）薄膜式鍵盤(pán)具有新穎且美觀的外表；

（2）薄膜式鍵盤(pán)具有良好的耐彎折性能，且可延長(zhǎng)鍵盤(pán)使用壽命；

（3）薄膜式鍵盤(pán)具有強(qiáng)密封性和耐酸堿抗震性，能夠在應(yīng)用中避免油污、灰塵、潮濕和各種有害氣體影響；

（4）薄膜式鍵盤(pán)具有較輕的重量、較薄的厚度、較小的體積，在筆記本電腦中的應(yīng)用可推動(dòng)其朝向小、短、薄、輕和智能化方向發(fā)展。

1.2 薄膜式鍵盤(pán)分類

1.2.1 柔性薄膜式鍵盤(pán)

薄膜式鍵盤(pán)最為典型的形式之一是柔性薄膜式鍵盤(pán)，這種類型的薄膜式鍵盤(pán)之所以被稱之為柔性，主要是因?yàn)槠潆娐穼?、隔離層、面膜層是通過(guò)各種類型的軟件薄膜組合而成。

制作柔性薄膜式鍵盤(pán)電路層時(shí)，開(kāi)關(guān)電路圖形的載體可選擇應(yīng)用電器性能良好的聚酯薄膜（PET）。聚酯薄膜的性質(zhì)特殊，表現(xiàn)出良好的回彈性、抗折性、耐熱性和絕緣性。低溫、低電阻條件下固化的導(dǎo)電性涂料可以用來(lái)完成引出線、開(kāi)關(guān)聯(lián)機(jī)和開(kāi)關(guān)電路圖形制作，所以組成薄膜式鍵盤(pán)的各個(gè)部件均表現(xiàn)出良好的柔軟性，不僅在薄膜式鍵盤(pán)的平面體上使用，還可以與曲面體相結(jié)合使用[2]。

薄膜式鍵盤(pán)開(kāi)關(guān)體和引出線本身便是一個(gè)有機(jī)的整體，在制作群體開(kāi)關(guān)的聯(lián)機(jī)時(shí)，需要在薄膜的某個(gè)位置進(jìn)行匯集，并且以設(shè)計(jì)工作所制定的具體位置與標(biāo)準(zhǔn)線距向外延伸的位置為依據(jù)，連接整機(jī)后置電路和密封的、可任意彎曲的、柔軟的引出導(dǎo)線。在產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計(jì)階段，應(yīng)綜合考量時(shí)間、質(zhì)量和成本，保證柔性薄膜式鍵盤(pán)的應(yīng)用效果[3]。

1.2.2 硬性薄膜式鍵盤(pán)

硬性薄膜式鍵盤(pán)是指在普通的印刷線路覆銅板上制作完成的開(kāi)關(guān)圖形和線路。硬性薄膜式鍵盤(pán)最為突出的特點(diǎn)是阻值不高、工藝相對(duì)穩(wěn)定且取材十分便捷，并且可以將電路中的某些組件直接焊接在薄膜式鍵盤(pán)背面。在面積較小的前提之下，可以將硬質(zhì)襯板層省略。一般情況下，硬性薄膜式鍵盤(pán)的導(dǎo)通迷宮觸點(diǎn)選擇應(yīng)用金屬導(dǎo)片完成制作，所以擁有比較好的手感。但是，硬性薄膜式鍵盤(pán)的缺點(diǎn)也較為明顯，在整機(jī)中裝聯(lián)的便利性比軟性薄膜式鍵盤(pán)差，往往需要將插件進(jìn)行焊接并借助扁平電纜引出引線[4]。硬性薄膜式鍵盤(pán)在反饋信息的時(shí)候，除了LED指示燈和蜂鳴信號(hào)之外，還可使用金屬手感彈片。

1.2.3 平面薄膜式鍵盤(pán)

安裝在平面薄膜式鍵盤(pán)上的按鍵，根據(jù)顏色的差異可以完成鍵體大小、形體和位置的表示，這種處理方式在薄膜式鍵盤(pán)初始階段出現(xiàn)得比較普遍。立體薄膜式鍵盤(pán)上的按鍵，只是選擇應(yīng)用色彩對(duì)鍵體的大小、形狀和位置進(jìn)行表示，操作人員在進(jìn)行鍵盤(pán)操作的時(shí)候，只可憑借視覺(jué)準(zhǔn)確地完成操作，但是因?yàn)榻邮詹坏胶线m的反饋信息對(duì)手指是否正確按壓按鍵作出反應(yīng)，從而影響了對(duì)整個(gè)鍵盤(pán)運(yùn)行監(jiān)控的自信和操作的速度[5]。

立體鍵開(kāi)關(guān)是一種可以讓開(kāi)關(guān)鍵體微微凸起，比面板略高且形成立體形狀的薄膜式鍵盤(pán)。這種類型的鍵盤(pán)不僅可以對(duì)鍵體的范圍進(jìn)行準(zhǔn)確的界定，還能夠在一定程度上增加辨認(rèn)的速度，保證操作人員在觸摸的時(shí)候可以有較為敏銳地感知，更可將產(chǎn)品的外觀效果體現(xiàn)出來(lái)。制作立體按鍵，必須要在設(shè)計(jì)薄膜式鍵盤(pán)面板的時(shí)候就要做好充分的安排，準(zhǔn)備好工藝孔，為壓制模具的時(shí)候提供比較準(zhǔn)確的定位。在控制立體薄膜式鍵盤(pán)凸起高度的時(shí)候，一般情況下不可使其突出的高度超過(guò)兩倍的基材厚度。為保證產(chǎn)品外觀具有良好的效果，在設(shè)計(jì)薄膜式鍵盤(pán)的凸起時(shí)，可采取多種多樣的形式。

1.3 薄膜式鍵盤(pán)應(yīng)用

薄膜式鍵盤(pán)現(xiàn)如今已經(jīng)被廣泛使用在數(shù)碼機(jī)床、醫(yī)療儀器、智能化電子測(cè)量?jī)x器、洗衣機(jī)、電冰箱、計(jì)算機(jī)控制、電子衡器、電子游戲機(jī)、復(fù)印機(jī)、微波爐、郵電通信等各個(gè)工業(yè)和家電領(lǐng)域，提高了薄膜式鍵盤(pán)的應(yīng)用質(zhì)量，拓展了其應(yīng)用范圍。

2 薄膜式鍵盤(pán)線路板設(shè)計(jì)思路

薄膜式鍵盤(pán)線路板上可科學(xué)化地安裝多個(gè)連接端，并且在各個(gè)層面中連接起這些連接端，從而保證不同層的薄膜電路板形成電性連接，為鍵盤(pán)的正常使用提供技術(shù)支撐。為了達(dá)到此設(shè)計(jì)目的，需要設(shè)計(jì)一種薄膜式鍵盤(pán)線路板連接結(jié)構(gòu)，整合上下層薄膜電路板、上下層薄膜電路板之間的隔板、上下層薄膜電路板，并且要對(duì)應(yīng)設(shè)置最少兩組連接端，分別實(shí)現(xiàn)電性連接[6]。

薄膜式鍵盤(pán)上下層薄膜電路板之間的隔板對(duì)應(yīng)每組的連接段位置要合理完成開(kāi)孔設(shè)置，為上層薄膜電路板的連接端開(kāi)孔，并同下層薄膜電路板連接端完成電性導(dǎo)通。通過(guò)導(dǎo)電膠可將一組連接端連接到可導(dǎo)電地，另一組連接端可借助壓力完成接觸，實(shí)現(xiàn)機(jī)械直接連接。通過(guò)下層薄膜電路板向上移動(dòng)而實(shí)現(xiàn)另一組連接端和上層薄膜電路板連接端接觸。所有連接端在完成安裝連接以后，可應(yīng)用導(dǎo)電膠完成導(dǎo)電地連接，隔板所對(duì)應(yīng)的連接端要合理地完成開(kāi)孔設(shè)置，為上層薄膜電路板和下層薄膜電路板連接端借助開(kāi)孔完成電性導(dǎo)通提供方便，將另一組的連接端從隔板內(nèi)伸出方可實(shí)現(xiàn)直接接觸。通過(guò)導(dǎo)電膠將一組連接端和可導(dǎo)電地形成連接，通過(guò)壓力在另一組連接端位置實(shí)現(xiàn)接觸，達(dá)到機(jī)械直接連接的目的。通過(guò)將連接端的連接直接彎折，在彎折的位置施加壓力實(shí)現(xiàn)直接接觸。

這種薄膜式鍵盤(pán)的設(shè)計(jì)思路可通過(guò)多組連接端設(shè)置進(jìn)而實(shí)現(xiàn)不同層薄膜電路板電性連接。換言之，通過(guò)多重保護(hù)和雙重保護(hù)確保薄膜電路板之間的電性連接，為鍵盤(pán)的正常使用提供保障。

3 薄膜式鍵盤(pán)設(shè)計(jì)具體實(shí)施方式

為了對(duì)薄膜式鍵盤(pán)設(shè)計(jì)所采取的功效和手段進(jìn)行更進(jìn)一步的分析，在此具體介紹薄膜式鍵盤(pán)的設(shè)計(jì)成果。

薄膜式鍵盤(pán)線路板連接結(jié)構(gòu)具體可細(xì)分為上層薄膜電路板、下層薄膜電路板、安裝在上下層薄膜電路板中間的隔板，在上下層薄膜電路板上安裝設(shè)置的兩個(gè)出線端，出線端的主要作用是與外部形成連接，從而將鍵盤(pán)信號(hào)傳輸出去。在上層薄膜電路板和下層薄膜電路板上還分別對(duì)應(yīng)設(shè)置了兩組連接端，隔板所對(duì)應(yīng)的每組連接端都設(shè)置開(kāi)孔，開(kāi)孔設(shè)置的主要目的是方便上層薄膜電路板連接端與下層薄膜電路板形成電性導(dǎo)通。

（1）設(shè)計(jì)方案一。設(shè)計(jì)薄膜式鍵盤(pán)時(shí)，通過(guò)使用導(dǎo)電膠可將第一組的兩個(gè)連接端和可導(dǎo)電地形成連接，通過(guò)壓力使得第二組的兩個(gè)連接端接觸，達(dá)到機(jī)械直接連接的目的。通過(guò)設(shè)置在鍵盤(pán)下蓋位置上的凸起抵靠結(jié)構(gòu)提供壓力，下層薄膜線路板的其中一個(gè)連接端向上移動(dòng)，能夠直接接觸到上層薄膜電路板的連接端，從而可以保證將上層薄膜電路板的兩個(gè)連接端直接連接到下層薄膜電路板的兩個(gè)連接端。自然，第二組的兩個(gè)連接端在進(jìn)行連接的時(shí)候使用導(dǎo)電膠可以實(shí)現(xiàn)。

（2）設(shè)計(jì)方案二。在設(shè)計(jì)薄膜式鍵盤(pán)時(shí)，分別在上層薄膜電路板和下層薄膜電路板上設(shè)置出線端，通過(guò)出線端實(shí)現(xiàn)對(duì)外連接，從而保證將鍵盤(pán)的信號(hào)輸出。在上層薄膜電路板和下層薄膜電路板上分別設(shè)置第一組和第二組四個(gè)連接端。由隔板所對(duì)應(yīng)的第一組兩個(gè)連接端上要設(shè)置開(kāi)孔，便于通過(guò)開(kāi)孔將上層薄膜電路板的連接端和下層薄膜電路板的連接端進(jìn)行電性導(dǎo)通。第二組的兩個(gè)連接端分別從隔板中伸出并直接接觸。在薄膜式鍵盤(pán)設(shè)計(jì)的時(shí)候，第一組的兩個(gè)連接端可利用導(dǎo)電膠連接到可導(dǎo)電地，第二組的兩個(gè)連接端可通過(guò)施加壓力實(shí)現(xiàn)連接，進(jìn)而達(dá)到機(jī)械直接連接的目的。對(duì)于壓力的來(lái)源，可將上層薄膜電路板和下層薄膜電路板的第二組兩個(gè)連接端進(jìn)行直接彎曲，在彎曲的位置形成壓力，造成上層薄膜電路板、下層薄膜電路板的第二組兩個(gè)連接端直接接觸，從而確保第二組兩個(gè)連接端直接連接。為了保證讓第二組的兩個(gè)連接端形成良好的彎折狀態(tài)，從而保證電性連接處于良好的狀態(tài)，在進(jìn)行組裝的時(shí)候可在薄膜式鍵盤(pán)按鍵模組的下方位置放置連接端，由其完成壓合，兩個(gè)連接端可利用導(dǎo)電膠完成導(dǎo)電連接。

4 薄膜式鍵盤(pán)應(yīng)用

根據(jù)設(shè)計(jì)，薄膜式鍵盤(pán)從外到里的組成材料分別為面板、面膠、上電路、隔離層、下電路、底膠。薄膜式鍵盤(pán)是集合儀器面板、指示元件、按鍵功能于一體的操作系統(tǒng)，當(dāng)將薄膜開(kāi)關(guān)按下以后，上電路的觸點(diǎn)將會(huì)向下方變形，與下電路的極板發(fā)生接觸而導(dǎo)通，當(dāng)把手指松開(kāi)以后，上電路的觸點(diǎn)會(huì)出現(xiàn)反彈，斷開(kāi)電路，回路將會(huì)觸發(fā)信號(hào)[7]。薄膜式鍵盤(pán)具有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕Y(jié)構(gòu)，密封性良好且外形美觀。

當(dāng)沒(méi)有按壓面板的時(shí)候，薄膜式鍵盤(pán)會(huì)處于常規(guī)狀態(tài)，上觸點(diǎn)和下觸點(diǎn)都以斷開(kāi)的形式存在，上線路和下線路會(huì)通過(guò)隔離層隔開(kāi)。當(dāng)按下面板以后，上電路的觸點(diǎn)會(huì)發(fā)生變形，與下線路發(fā)生重合，保證線路導(dǎo)通。線路被導(dǎo)通以后就會(huì)為外部連接設(shè)備提供信號(hào)，實(shí)現(xiàn)其相應(yīng)的功能。

薄膜式鍵盤(pán)的壽命較長(zhǎng)，其按壓次數(shù)可達(dá)到100萬(wàn)次，彈性薄膜垂直方向的彈動(dòng)是薄膜式鍵盤(pán)動(dòng)作實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。彈性薄膜雖然需要經(jīng)過(guò)百萬(wàn)次的蠕動(dòng)，但是其運(yùn)動(dòng)的幅度相對(duì)較小，僅僅為0.1～0.3mm。在選擇材料的時(shí)候因注意到了材料的合理性，所以薄膜材料可以承受住一百萬(wàn)次的按壓而不出現(xiàn)變形，這些特點(diǎn)都決定了薄膜式鍵盤(pán)具有耐久性。

薄膜式鍵盤(pán)具有嚴(yán)格的密封性，所以在設(shè)計(jì)完成薄膜式鍵盤(pán)線路板以后，不必?fù)?dān)心受到有害氣體等物質(zhì)的影響，在應(yīng)用中也不易出現(xiàn)氧化問(wèn)題，防塵、防油、防水，甚至在各種惡劣的環(huán)境下都可以使用。在設(shè)計(jì)薄膜式鍵盤(pán)線路板的時(shí)候，對(duì)其各部件做出合理化的排列，并且注重其特性優(yōu)化，各部件之間的連接線和引出線是一次性完成的，總厚度只在1～3mm，大幅度地縮小了其體積，降低了其質(zhì)量。相比較于傳統(tǒng)的薄膜式鍵盤(pán)，這種設(shè)計(jì)理念下的鍵盤(pán)，安裝簡(jiǎn)潔方便，只需要輕輕地粘貼，將背膠紙揭去，再將引線出口插入整機(jī)后置電路插座，便可在瞬間完成通電，成為可以正常使用產(chǎn)品。

5 結(jié)語(yǔ)

本文首先從外表、性能、重量等方面概述了薄膜式鍵盤(pán)的特點(diǎn)，按照形式不同將薄膜式鍵盤(pán)劃分為柔性薄膜式鍵盤(pán)、硬性薄膜式鍵盤(pán)和平面薄膜式鍵盤(pán)，并論述了不同鍵盤(pán)膜的特點(diǎn)和應(yīng)用。然后詳細(xì)地介紹了薄膜式鍵盤(pán)線路板的設(shè)計(jì)思路和方案，并提出了兩種設(shè)計(jì)方案。最后概述了薄膜式鍵盤(pán)的應(yīng)用，掌握其應(yīng)用特性和價(jià)值，主要目的是幫助相關(guān)技術(shù)人員了解薄膜式鍵盤(pán)線路板的設(shè)計(jì)方式和設(shè)計(jì)內(nèi)容，為其優(yōu)化設(shè)計(jì)提供借鑒。