本文關鍵字：

摘要  介紹了薄膜開關的工作原理、技術指標和應用范圍，并分別
論述了商用薄膜開關和軍用薄膜開關的結構特征、應用環境及應用領域。
同時指出，隨著高科技產品的迅速發展，薄膜開關的應用范圍將越來越廣。
關鍵詞  薄膜開關  印制電路板  絲網印刷
Abstract  The article introduces the operational principle,
technical specification and application field of the membrane switch.
It also explains the structure characteristic and application environ-
ment of membrane switches for commercial and military application.
It points out, with the development of high-tech products,
their applications will be expanded widely.
Key words  membrane switch, PCB, screen printing

一、前言
    薄膜開關在我國的應用已經有10余年的歷史。如今，無論是智能化的電子儀器還是一般的耐用型家用電器乃至兒童玩具，都普遍采用薄膜開關。事實證明：凡是采用薄膜開關的產品，其“身價”陡增，薄膜開關已經成為某些產品高品質和高檔次的象征。
    正是因為薄膜開關這種對原產品的極大的增值作用以及它的較高的利潤回報率和非常廣闊的應用范圍，使得不少個人或企業對投資生產薄膜開關產生了濃厚的興趣。
    薄膜開關的典型結構是由具有一定彈性的絕緣材料和導電材料層組成的一種多層結構、平面型自鎖按鍵開關，它的制造工藝是采用絲網印刷的方法，按預先設計的接點和電路，將導電印料網印在柔性聚酯(PET)薄膜上，然后將網印好電路的薄膜與網印好的柔性裝璜藝術面板等組合而成。
    薄膜開關與傳統的機械開關相比具有結構簡單、外形美觀、耐環境性優良及使用壽命長等優點。同時，由于薄膜開關這種獨特的結構形式，更有利于電子整機向輕、薄、短、小和高智能化方向發展。
 二、薄膜開關概述
    1．薄膜開關的功能及應用范圍
    薄膜開關既不是單一的新型面板，也不是單一的開關元件，而是新穎的電子器件，它至少包含如下功能。
    整機面板／功能標記／外觀裝飾／開關按鍵／開關電路及引出線／讀數顯示窗／批示燈透明窗，部分薄膜開關還具有信息反饋功能，例如，鍵體透明薄膜開關、聲響或語言提示功能薄膜開關等。
    所以，人們稱薄膜開關為集功能與裝飾為一體的電子整機產品操縱的總成是恰如其分的。
    作為新穎的電子件，盡管薄膜開關在國際上的應用、普及只是80年代初期的事，然而其實用范圍卻遍及工業、農業、國防、科研、醫療、辦公自動化、家用電器、玩具等各個領域，特別是現代電子儀器的操縱系統，更是非薄膜開關莫屬。薄膜開關在部分電子產品中的應用可參見表l。
    2．薄膜開關的工作原理與技術指標
    (1)工作原理
    薄膜開關實際上是一組點觸式開關，它只擔負傳遞操作指令給整機后置電路的作用。在常態下，由于薄膜開關中窗式隔離層的厚度所確定的間隙，上、下層電路的觸點是分離的(即便是單層電路結構，其電路觸盤也是以迷宮方式相分離)，當對面板上某一功能按鍵施加l ~3N的外力時，按鍵所對應的兩個觸點瞬間閉合，與此同時，通過與整機相連的接插件將信號傳遞給后置電路，從而使整機按既定的指令工作。當去除外力后，鑒于薄膜開關基材的彈性，觸點迅速分離、復位，此時一次信號的輸入已經建立，整機工作狀態并不受觸點分離的影響。
    (2)技術指標
    薄膜開關的技術性能參數見表2。
    3．薄膜開關新的功能的開發
    在薄膜開關的對外宣傳以及所標明的技術性能參數中，我們經常能看到這樣的詮釋：“薄膜開關只適宜于在電壓DC30V以下、電流小于100mA的工作環境中使用”。從字面上看，薄膜開關只適用于弱電環境，似乎在強電環境中薄膜開關已經失去了用武之地。但是，如今在很多強電場合，特別是耐用型家電產品中，薄膜開關卻紛紛登場。例如松下電器愛妻號全自動洗衣機(規格型號XQB36—837p，電源220V，額定輸入／輸出功率400／130W)；海爾神童王洗衣機(規格型號XQB60-A，電源220V，洗滌功率250W，脫水功率255W)；海爾柜式空調；海信超級變頻空調；海爾、美的、格力電風扇的主機控制
面板及遙控器上薄膜開關都赫然在目。事實證明薄膜開關并非僅僅只適用于弱電環境，在強電領域的大舞臺上，薄膜開關依然可以充當重要的角色。
    薄膜開關除了在強電領域的應用之外，單個開關按鍵能夠控制多種功能又是另一大特色。例如在格
力電風扇(規格型號FAS-35B)中，一個風型選擇按鍵可分別控制自然風、睡眠風、普通風三種模式選擇；
而在海爾神童王(規格型號XQB60-A)中，一個標準用水量按鍵居然可以控制十種功能(十種進水量控制)。
盡管上述薄膜開關在強電領域的應用以及單個開關按鍵的多功能的實現都是依賴主機電路的設計而完成的，但是，對薄膜開關的這類新功能，作為薄膜開關企業和工程技術人員是不可以不了解的。
    4．薄膜開關是否可靠
    雖然說薄膜開關經受了市場激烈競爭的考驗后站穩了腳跟并且得到了廣大用戶的信任與喜愛，但是，由于薄膜開關制造業中一些拙劣的制造者因為技藝不精或粗制濫造敗壞了薄膜開關的聲譽，致使某
些用戶對薄膜開關的信任產生了動搖，甚至于有的客戶由于害怕而放棄了使用薄膜開關又倒退回到使用
傳統的分立開關元件。究竟簿膜開關的可靠性如何?目前在各類產品中正常使用的薄膜開關是對持懷疑態度的人們的最好回答。有些用戶加工的薄膜開關之所以無法正常工作，并不是說薄膜開關制造技術是
一個失敗的技術，而是那—個薄膜開關生產廠家生產的薄膜開關的質量有問題，或者說是因為他們技術不精。這正如病人有病求醫，如果您找到的是一位良醫，即可藥到病除、妙手回春。假若您找到的是一位江湖郎中一類的庸醫，即便他所用的是好藥，但是由于藥不對癥，輕則無法療病，重則病人將有性命之憂。俗話說：“有病不可亂投醫”，薄膜開關客戶在尋覓合作者時是不是也情同此理呢?我們希望薄膜開關客戶在尋找薄膜開關制造廠家時必須要小心謹慎，對那些以低價位相誘惑的以3 ~5人所組成的草臺班子最好避而遠之。當然，我們更加希望每一個薄膜開關制造工廠在技術上一定要精益求精，要爭取做一個像華佗一樣被人信賴的神醫。
5．薄膜開關與絲網印刷、印制電路板行業的關系
印制電路板(PCB)與薄膜開關有什么關系?我們可以一言以蔽之：“凡是有薄膜開關的地方，絕對離
不開PCB?！比绻騻€比方將PCB比作電子儀器之“皮”；薄膜開關則為電子儀器之“毛”。古語云：“皮之不存，毛將安傅”。正是因為這個緣故，再加上薄膜開關足以絲網印刷作為主要工藝手段，而PCB業界對絲網印刷又相當熟悉，故不少PCB企業既生產PCB又投資生產薄膜開關，這樣做一是“肥水不流外人田”，二是凡是加工薄膜開關的客戶同時也需要加工PCB，他們亦不愿意分別找兩家生產廠家，因為若如此既拉長了生產周期，同時也加大了加工成本。
 無論是PCB企業還是絲網印刷企業生產薄膜開關都無須加大設備投入，技術上(加工工藝)與薄膜開關的加工工藝又頗有相通之處，在市場競爭如此激烈的今天，一個企業多一種業務范圍也可使企業多
一條生路、多一分競爭實力，既然能夠左右逢源，又何樂而不為之?絲網印刷企業、PCB企業投入到薄膜開關制造實在不失為明智之舉。
三、薄膜開關的分類及結構特征
薄膜開關可以按使用環境或電路基材兩大特征分別進行分類。按使用環境分類可分為商用薄膜開關和軍用薄膜開關兩大類；若按電路基材，即按電路形成方式分類可分為印導電印料電路和覆銅箔蝕刻電路兩大類薄膜開關。
1．商用薄膜開關及結構特征
1991年7月1日發布、1992年7月1日實施的中華人民共和國機械行業標準JB／T5405-91《薄膜鍵盤技術條件》中對薄膜開關高、低溫，恒定濕熱，溫度變化的考核標準為：
高溫：55 ±2℃／72h
低溫：－40±3℃／16h
恒定濕熱：40±2℃／相對濕度為96±2／3％歷時96h
溫度變化：－40～50℃，5次溫度循環試驗后，在正常大氣條件下恢復2h”
凡是能夠通過這種考核條件的且具有薄膜開關一般功能的薄膜開關，通常都可以稱之為商用薄膜開關。商用薄膜開關是薄膜開關中最常見也是最具薄膜開關特色的產品。
商用薄膜開關的面板層通常以PC(聚碳酸酯)或PVC(聚氯乙烯)薄膜為基材。電路基材為導電銀漿、導電碳漿或銀碳混合漿料；導電印料的載體采用PFT(聚酯)薄膜。出于應用環境和降低制造成本的考慮，其隔離層通常采用價廉的PVC薄膜。
2．軍用薄膜開關
軍用薄膜開關與商用薄膜開關的最大區別在于其使用的環境極端惡劣。僅就環境溫度而言，其工作條件不僅需要滿足－54～71℃、同時它還需要接受－55～95℃、循環三次的溫度沖擊(參看GJB511-88)。而在美國軍用標準中，對4類海面(10萬ft)，機載設備的基本環境試驗的考核中，高溫試驗規定工作溫度為125℃，高溫存放溫度為150℃，很顯然商用薄膜開關是不適宜在這樣惡劣的軍事環境中工作的。首先作為隔離基材的PVC薄膜在超過60℃的環境溫度下，它的物理特性就會發生劇烈改變，從而破壞了薄膜開關的整體結構并導致薄膜開關失效。所以，應用于惡劣軍事環境中的薄膜開關在材料選擇上，甚至在整體結構的設計上作相應的調整是非常重要的。例如選擇物理特性較PVC薄膜優良的PC或PET薄膜作為隔離層基材，或者摒棄銀漿電路而采用硬質印制電路板(PWB)或撓性印制電路板(FPC)。
實際上簿膜開關在我軍的海軍及空軍以及二炮部隊的電子儀器上均有使用。據世界著名的新聞媒體美國CNN報道：在前些年的海灣戰爭中，美(國)軍和英(國)軍向伊拉克發射的(車載或機載)導彈的控制臺上就能見到薄膜開關。
由于一些軍隊系統和薄膜開關企業對薄膜開關在軍事領域的應用所表示出的特殊興趣，本文將以較多的筆墨作較為詳細的介紹。
(1) 研究軍用薄膜開關的意義
包括薄膜開關在內的各種軍用電子儀器在各種惡劣環境條件下可靠運行是實現國防現代化的一項迫切任務。眾所周知，軍用電子儀器的使用對提高武器系統的命中精度，縮短反應時間，增強軍事實力都具有極為明顯的效果，而武器系統使用的環境條件往往是很惡劣的。發展抗惡劣環境薄膜開關及軍用電子儀器對推動我國現代電子儀器高可靠性技術的研究，提高整個現代電子儀器的可靠性水平具有重要意義。
(2)軍用電子儀器應用環境及要求
軍用電子儀器和軍用薄膜開關在軍事上的用途非常廣泛，具體要求也是多種多樣的。但是各類戰場使用電子儀器和軍用薄膜開關有一個共同的特點，就是使用的環境極其惡劣，例如，要經受嚴寒、顯熱、高低溫沖擊、暴曬、淋雨、砂塵、雷電的影響，以及鹽霧、油霧霉菌、生物蛀蝕的嚴重侵蝕；
機載、艦載、車載平臺條件苛刻。例如，要經受機械沖擊、振動、搖擺、離心加速度、顛震、低氣壓、噪聲、電磁干擾等的影響，以及核電磁輻射的影響；
工作條件限制嚴格。例如機載、艦載與車載空間狹小，對使用的電子儀器的體積、重量、功耗都有嚴格限制。由于高空與海洋生理反應，操作人員精力與體力消耗很大，要求操作簡單、便于維修；
工作時間長。例如，野戰使用的電子儀器，由于電子戰場需要，可能連續工作時間很長。再如，艦載儀器離開岸基時間可達幾個月，對維修、操作、后勤支援都有特殊的要求；
環境溫度變化大。例如軍用電子儀器和軍用薄膜開關的應用從熱帶海洋性氣候、大陸干燥性氣候到寒帶大陸性氣候，溫度變化達幾十攝氏度以上等等。
目前，國內外各類戰場使用的電子儀器和軍用薄膜開關，其單機平均故障時間(預測值或統計值)MTBF一般都在2000～5000h以上，有的可以達到10000h以上、平均修復間隔時間MTTR一般為15～30min左右。就我軍而言，中華人民共和國國軍標規定，在標準大氣條件下，MTBF的指標應大于10000h，其下限應不低于5000h。
工作在軍事環境中的電子設備和薄膜開關還須接受噪聲要求、自由跌落要求、沖擊要求、靜電放電敏感度要求等等的考驗，在此就不一一敘述了。
評價薄膜開關在軍用環境下的適應能力，顯然應該是將作為軍用裝備的薄膜開關放到軍用設備的氣候極限中去進行考驗，也就是說，我們在進行軍用薄膜開關的結構設計、材料選擇及制造工藝時，必須考慮最惡劣環境條件對薄膜開關的影響。當然，在具體操作時，可以根據應用環境嚴酷等級的不同給予適當的處理，這一考慮的基點是在保證薄膜開關能夠可靠工作的前提下控制制造成本。
軍用薄膜開關是指使用環境極惡劣，如果是一般的軍事環境，例如環境使用條件(工作溫度范圍)在0～50℃、－40～50℃這兩個軍事級別要求范圍之中，在設計、制造技術中仍可采用商用薄膜開關的選材、制造法；同樣，在某些民用產品中，由于其使用環境相當惡劣，例如海上石油鉆井平臺、沙漠勘探、遠洋船舶、煉鋼爐旁等高溫高濕、鹽霧等環境下工作的薄膜開關就需要做特殊處理。
3．軍用薄膜開關的結構特征
軍用薄膜開關的結構特征大致可分為如下兩種類型。
(1)柔性基材結構
其面板層、隔離層及電路層基材(薄膜)在選擇上要與相應的軍用使用環境的級別相適應。
(2)PCB結構
在絕緣基材上，按預定設計，制成印制線路、印制元件或由兩者組合而成的導電圖形，稱為印制電路。
在絕緣基材上，提供元、器件之間電氣連接的導電圖形，稱為印制線路。它不包括印制元件。
印制電路或印制線路的成品板稱為印制電路板或印制線路板，亦稱印制板，簡稱PCB。
PCB按所用基材是剛性還是撓性可分為兩大類即PWB和FRC。近年來已出現了剛性／撓性結合的剛撓PCB。
撓性及剛撓PCB作為一種特殊的互聯技術，由于它們能夠滿足三維組裝的要求，以及具有輕、薄、短、小的特點，已經被廣泛應用于軍事儀器中，同時，在軍用電子儀器的薄膜開關中以PWB或FRC作為電路已不為怪。
所渭軍用薄膜開關的PCB結構是指該類薄膜開關的電路部分為PCB，但是在PCB的電路中的與薄膜開關面板層上的按鍵相對應的部位不是通常的PCB焊盤，而是薄膜開關中的迷宮式觸盤。PCB電路中的迷宮式觸盤只是軍用薄膜開關下電路的一部分，在它的薄膜面板上面還需安裝一片專用金屬彈片作為觸頭。
軍用簿膜開關的PCB結構實際上就是將薄膜開關電路設計成集主機電路和薄膜開關電路為—體的一體化電路。
4．按電路基材類的薄膜開關
按電路基材即按電路形成方式對薄膜開關進行分類是薄膜開關的另一類分類方法。
早年，吳松山先生曾經將以銀漿作為電路基材的薄膜開關稱之為柔性薄膜開關，簡稱柔性板。因為該薄膜開關的面板層、隔離層、電路層全部由各種不同性質的軟性薄膜所組成。與柔性薄膜開關相對應的是硬性薄膜開關簡稱硬性板，它是指開關的圖形和線路是制作在普通的印制線路覆銅板上。筆者認為這樣的分類方法抓住了這兩類薄膜開關的基本特征，同時，“柔性板”、“硬性板”，講起來也朗朗上口，應該說這樣的分類是比較科學的。
四、未結束語
21世紀是知識經濟時代，從某種意義上講也是高科技時代，在這個偉大的時代里，無論是對于那些剛剛跨入絲網印刷門檻正在考慮從事絲網印刷哪一個行當，還是對于那些準備從普通絲網印刷轉入高科技絲網印刷的朋友們，您如果選擇薄膜開關行業將肯定是明智的。首先，從高科技發展來看，21世紀對薄膜開關的要求(量)只會越來越多、越來越普遍。其次，投資薄膜開關與投資其它高科技項目最大的不同是投資的靈活性，在投資者投資資金不是太寬裕的情況下，僅十余萬元甚至更少一些資金也可籌辦起一家薄膜開關工廠。