薄膜式鍵盤線路板的設計與應用

孔令海

廣東方舟智造科技有限公司，廣東肇慶，526400

0 引言

當前，設置在薄膜組件上用于控制每個觸點斷路或閉合的線路開關、電路的薄膜組件組合形成薄膜式鍵盤，其中在觸點的正上方位置設置線路開關導電體，對按鈕施加向下的按壓力以后，薄膜組件和導電體中的線路將會形成連通狀態，形成閉合回路。將按鈕松開以后，薄膜組件和導電體中的線路將會被分離，使得電路被斷開，從而完成該鍵的信息傳輸[1]。由于薄膜組件和線路開關兩者之間存在空腔，當按壓住某個按鍵的時候，空腔內的氣體將會流向其他按鍵線路開關所對應的腔體之內，把按鍵松開以后，氣體將會回流到原來的空腔內，將其填滿。但是，出現空氣不流通的問題，將會導致發生閉氣現象，由此會造成按壓按鈕時出現不能及時斷電或接觸不到位的問題，增加了鍵盤信息輸出的出錯率。

1 薄膜式鍵盤概述

1.1 薄膜式鍵盤的特點

（1）薄膜式鍵盤具有新穎且美觀的外表；

（2）薄膜式鍵盤具有良好的耐彎折性能，且可延長鍵盤使用壽命；

（3）薄膜式鍵盤具有強密封性和耐酸堿抗震性，能夠在應用中避免油污、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用可推動其朝向小、短、薄、輕和智能化方向發展。

1.2 薄膜式鍵盤分類

1.2.1 柔性薄膜式鍵盤

薄膜式鍵盤最為典型的形式之一是柔性薄膜式鍵盤，這種類型的薄膜式鍵盤之所以被稱之為柔性，主要是因為其電路層、隔離層、面膜層是通過各種類型的軟件薄膜組合而成。

制作柔性薄膜式鍵盤電路層時，開關電路圖形的載體可選擇應用電器性能良好的聚酯薄膜（PET）。聚酯薄膜的性質特殊，表現出良好的回彈性、抗折性、耐熱性和絕緣性。低溫、低電阻條件下固化的導電性涂料可以用來完成引出線、開關聯機和開關電路圖形制作，所以組成薄膜式鍵盤的各個部件均表現出良好的柔軟性，不僅在薄膜式鍵盤的平面體上使用，還可以與曲面體相結合使用[2]。

薄膜式鍵盤開關體和引出線本身便是一個有機的整體，在制作群體開關的聯機時，需要在薄膜的某個位置進行匯集，并且以設計工作所制定的具體位置與標準線距向外延伸的位置為依據，連接整機后置電路和密封的、可任意彎曲的、柔軟的引出導線。在產品優化設計階段，應綜合考量時間、質量和成本，保證柔性薄膜式鍵盤的應用效果[3]。

1.2.2 硬性薄膜式鍵盤

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

1.2.3 平面薄膜式鍵盤

安裝在平面薄膜式鍵盤上的按鍵，根據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初始階段出現得比較普遍。立體薄膜式鍵盤上的按鍵，只是選擇應用色彩對鍵體的大小、形狀和位置進行表示，操作人員在進行鍵盤操作的時候，只可憑借視覺準確地完成操作，但是因為接收不到合適的反饋信息對手指是否正確按壓按鍵作出反應，從而影響了對整個鍵盤運行監控的自信和操作的速度[5]。

立體鍵開關是一種可以讓開關鍵體微微凸起，比面板略高且形成立體形狀的薄膜式鍵盤。這種類型的鍵盤不僅可以對鍵體的范圍進行準確的界定，還能夠在一定程度上增加辨認的速度，保證操作人員在觸摸的時候可以有較為敏銳地感知，更可將產品的外觀效果體現出來。制作立體按鍵，必須要在設計薄膜式鍵盤面板的時候就要做好充分的安排，準備好工藝孔，為壓制模具的時候提供比較準確的定位。在控制立體薄膜式鍵盤凸起高度的時候，一般情況下不可使其突出的高度超過兩倍的基材厚度。為保證產品外觀具有良好的效果，在設計薄膜式鍵盤的凸起時，可采取多種多樣的形式。

1.3 薄膜式鍵盤應用

薄膜式鍵盤現如今已經被廣泛使用在數碼機床、醫療儀器、智能化電子測量儀器、洗衣機、電冰箱、計算機控制、電子衡器、電子游戲機、復印機、微波爐、郵電通信等各個工業和家電領域，提高了薄膜式鍵盤的應用質量，拓展了其應用范圍。

2 薄膜式鍵盤線路板設計思路

薄膜式鍵盤線路板上可科學化地安裝多個連接端，并且在各個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，為鍵盤的正常使用提供技術支撐。為了達到此設計目的，需要設計一種薄膜式鍵盤線路板連接結構，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，并且要對應設置最少兩組連接端，分別實現電性連接[6]。

薄膜式鍵盤上下層薄膜電路板之間的隔板對應每組的連接段位置要合理完成開孔設置，為上層薄膜電路板的連接端開孔，并同下層薄膜電路板連接端完成電性導通。通過導電膠可將一組連接端連接到可導電地，另一組連接端可借助壓力完成接觸，實現機械直接連接。通過下層薄膜電路板向上移動而實現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，可應用導電膠完成導電地連接，隔板所對應的連接端要合理地完成開孔設置，為上層薄膜電路板和下層薄膜電路板連接端借助開孔完成電性導通提供方便，將另一組的連接端從隔板內伸出方可實現直接接觸。通過導電膠將一組連接端和可導電地形成連接，通過壓力在另一組連接端位置實現接觸，達到機械直接連接的目的。通過將連接端的連接直接彎折，在彎折的位置施加壓力實現直接接觸。

這種薄膜式鍵盤的設計思路可通過多組連接端設置進而實現不同層薄膜電路板電性連接。換言之，通過多重保護和雙重保護確保薄膜電路板之間的電性連接，為鍵盤的正常使用提供保障。

3 薄膜式鍵盤設計具體實施方式

為了對薄膜式鍵盤設計所采取的功效和手段進行更進一步的分析，在此具體介紹薄膜式鍵盤的設計成果。

薄膜式鍵盤線路板連接結構具體可細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置的兩個出線端，出線端的主要作用是與外部形成連接，從而將鍵盤信號傳輸出去。在上層薄膜電路板和下層薄膜電路板上還分別對應設置了兩組連接端，隔板所對應的每組連接端都設置開孔，開孔設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通。

（1）設計方案一。設計薄膜式鍵盤時，通過使用導電膠可將第一組的兩個連接端和可導電地形成連接，通過壓力使得第二組的兩個連接端接觸，達到機械直接連接的目的。通過設置在鍵盤下蓋位置上的凸起抵靠結構提供壓力，下層薄膜線路板的其中一個連接端向上移動，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連接端直接連接到下層薄膜電路板的兩個連接端。自然，第二組的兩個連接端在進行連接的時候使用導電膠可以實現。

（2）設計方案二。在設計薄膜式鍵盤時，分別在上層薄膜電路板和下層薄膜電路板上設置出線端，通過出線端實現對外連接，從而保證將鍵盤的信號輸出。在上層薄膜電路板和下層薄膜電路板上分別設置第一組和第二組四個連接端。由隔板所對應的第一組兩個連接端上要設置開孔，便于通過開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行電性導通。第二組的兩個連接端分別從隔板中伸出并直接接觸。在薄膜式鍵盤設計的時候，第一組的兩個連接端可利用導電膠連接到可導電地，第二組的兩個連接端可通過施加壓力實現連接，進而達到機械直接連接的目的。對于壓力的來源，可將上層薄膜電路板和下層薄膜電路板的第二組兩個連接端進行直接彎曲，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連接端直接接觸，從而確保第二組兩個連接端直接連接。為了保證讓第二組的兩個連接端形成良好的彎折狀態，從而保證電性連接處于良好的狀態，在進行組裝的時候可在薄膜式鍵盤按鍵模組的下方位置放置連接端，由其完成壓合，兩個連接端可利用導電膠完成導電連接。

4 薄膜式鍵盤應用

根據設計，薄膜式鍵盤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。薄膜式鍵盤是集合儀器面板、指示元件、按鍵功能于一體的操作系統，當將薄膜開關按下以后，上電路的觸點將會向下方變形，與下電路的極板發生接觸而導通，當把手指松開以后，上電路的觸點會出現反彈，斷開電路，回路將會觸發信號[7]。薄膜式鍵盤具有嚴謹的結構，密封性良好且外形美觀。

當沒有按壓面板的時候，薄膜式鍵盤會處于常規狀態，上觸點和下觸點都以斷開的形式存在，上線路和下線路會通過隔離層隔開。當按下面板以后，上電路的觸點會發生變形，與下線路發生重合，保證線路導通。線路被導通以后就會為外部連接設備提供信號，實現其相應的功能。

薄膜式鍵盤的壽命較長，其按壓次數可達到100萬次，彈性薄膜垂直方向的彈動是薄膜式鍵盤動作實現的關鍵。彈性薄膜雖然需要經過百萬次的蠕動，但是其運動的幅度相對較小，僅僅為0.1～0.3mm。在選擇材料的時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次的按壓而不出現變形，這些特點都決定了薄膜式鍵盤具有耐久性。

薄膜式鍵盤具有嚴格的密封性，所以在設計完成薄膜式鍵盤線路板以后，不必擔心受到有害氣體等物質的影響，在應用中也不易出現氧化問題，防塵、防油、防水，甚至在各種惡劣的環境下都可以使用。在設計薄膜式鍵盤線路板的時候，對其各部件做出合理化的排列，并且注重其特性優化，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，降低了其質量。相比較于傳統的薄膜式鍵盤，這種設計理念下的鍵盤，安裝簡潔方便，只需要輕輕地粘貼，將背膠紙揭去，再將引線出口插入整機后置電路插座，便可在瞬間完成通電，成為可以正常使用產品。

5 結語

本文首先從外表、性能、重量等方面概述了薄膜式鍵盤的特點，按照形式不同將薄膜式鍵盤劃分為柔性薄膜式鍵盤、硬性薄膜式鍵盤和平面薄膜式鍵盤，并論述了不同鍵盤膜的特點和應用。然后詳細地介紹了薄膜式鍵盤線路板的設計思路和方案，并提出了兩種設計方案。最后概述了薄膜式鍵盤的應用，掌握其應用特性和價值，主要目的是幫助相關技術人員了解薄膜式鍵盤線路板的設計方式和設計內容，為其優化設計提供借鑒。