薄膜式键盘线路板的设计与应用

孔令海

广东方舟智造科技有限公司，广东肇庆，526400

0 引言

当前，设置在薄膜组件上用于控制每个触点断路或闭合的线路开关、电路的薄膜组件组合形成薄膜式键盘，其中在触点的正上方位置设置线路开关导电体，对按钮施加向下的按压力以后，薄膜组件和导电体中的线路将会形成连通状态，形成闭合回路。将按钮松开以后，薄膜组件和导电体中的线路将会被分离，使得电路被断开，从而完成该键的信息传输[1]。由于薄膜组件和线路开关两者之间存在空腔，当按压住某个按键的时候，空腔内的气体将会流向其他按键线路开关所对应的腔体之内，把按键松开以后，气体将会回流到原来的空腔内，将其填满。但是，出现空气不流通的问题，将会导致发生闭气现象，由此会造成按压按钮时出现不能及时断电或接触不到位的问题，增加了键盘信息输出的出错率。

1 薄膜式键盘概述

1.1 薄膜式键盘的特点

（1）薄膜式键盘具有新颖且美观的外表；

（2）薄膜式键盘具有良好的耐弯折性能，且可延长键盘使用寿命；

（3）薄膜式键盘具有强密封性和耐酸碱抗震性，能够在应用中避免油污、灰尘、潮湿和各种有害气体影响；

（4）薄膜式键盘具有较轻的重量、较薄的厚度、较小的体积，在笔记本电脑中的应用可推动其朝向小、短、薄、轻和智能化方向发展。

1.2 薄膜式键盘分类

1.2.1 柔性薄膜式键盘

薄膜式键盘最为典型的形式之一是柔性薄膜式键盘，这种类型的薄膜式键盘之所以被称之为柔性，主要是因为其电路层、隔离层、面膜层是通过各种类型的软件薄膜组合而成。

制作柔性薄膜式键盘电路层时，开关电路图形的载体可选择应用电器性能良好的聚酯薄膜（PET）。聚酯薄膜的性质特殊，表现出良好的回弹性、抗折性、耐热性和绝缘性。低温、低电阻条件下固化的导电性涂料可以用来完成引出线、开关联机和开关电路图形制作，所以组成薄膜式键盘的各个部件均表现出良好的柔软性，不仅在薄膜式键盘的平面体上使用，还可以与曲面体相结合使用[2]。

薄膜式键盘开关体和引出线本身便是一个有机的整体，在制作群体开关的联机时，需要在薄膜的某个位置进行汇集，并且以设计工作所制定的具体位置与标准线距向外延伸的位置为依据，连接整机后置电路和密封的、可任意弯曲的、柔软的引出导线。在产品优化设计阶段，应综合考量时间、质量和成本，保证柔性薄膜式键盘的应用效果[3]。

1.2.2 硬性薄膜式键盘

硬性薄膜式键盘是指在普通的印刷线路覆铜板上制作完成的开关图形和线路。硬性薄膜式键盘最为突出的特点是阻值不高、工艺相对稳定且取材十分便捷，并且可以将电路中的某些组件直接焊接在薄膜式键盘背面。在面积较小的前提之下，可以将硬质衬板层省略。一般情况下，硬性薄膜式键盘的导通迷宫触点选择应用金属导片完成制作，所以拥有比较好的手感。但是，硬性薄膜式键盘的缺点也较为明显，在整机中装联的便利性比软性薄膜式键盘差，往往需要将插件进行焊接并借助扁平电缆引出引线[4]。硬性薄膜式键盘在反馈信息的时候，除了LED指示灯和蜂鸣信号之外，还可使用金属手感弹片。

1.2.3 平面薄膜式键盘

安装在平面薄膜式键盘上的按键，根据颜色的差异可以完成键体大小、形体和位置的表示，这种处理方式在薄膜式键盘初始阶段出现得比较普遍。立体薄膜式键盘上的按键，只是选择应用色彩对键体的大小、形状和位置进行表示，操作人员在进行键盘操作的时候，只可凭借视觉准确地完成操作，但是因为接收不到合适的反馈信息对手指是否正确按压按键作出反应，从而影响了对整个键盘运行监控的自信和操作的速度[5]。

立体键开关是一种可以让开关键体微微凸起，比面板略高且形成立体形状的薄膜式键盘。这种类型的键盘不仅可以对键体的范围进行准确的界定，还能够在一定程度上增加辨认的速度，保证操作人员在触摸的时候可以有较为敏锐地感知，更可将产品的外观效果体现出来。制作立体按键，必须要在设计薄膜式键盘面板的时候就要做好充分的安排，准备好工艺孔，为压制模具的时候提供比较准确的定位。在控制立体薄膜式键盘凸起高度的时候，一般情况下不可使其突出的高度超过两倍的基材厚度。为保证产品外观具有良好的效果，在设计薄膜式键盘的凸起时，可采取多种多样的形式。

1.3 薄膜式键盘应用

薄膜式键盘现如今已经被广泛使用在数码机床、医疗仪器、智能化电子测量仪器、洗衣机、电冰箱、计算机控制、电子衡器、电子游戏机、复印机、微波炉、邮电通信等各个工业和家电领域，提高了薄膜式键盘的应用质量，拓展了其应用范围。

2 薄膜式键盘线路板设计思路

薄膜式键盘线路板上可科学化地安装多个连接端，并且在各个层面中连接起这些连接端，从而保证不同层的薄膜电路板形成电性连接，为键盘的正常使用提供技术支撑。为了达到此设计目的，需要设计一种薄膜式键盘线路板连接结构，整合上下层薄膜电路板、上下层薄膜电路板之间的隔板、上下层薄膜电路板，并且要对应设置最少两组连接端，分别实现电性连接[6]。

薄膜式键盘上下层薄膜电路板之间的隔板对应每组的连接段位置要合理完成开孔设置，为上层薄膜电路板的连接端开孔，并同下层薄膜电路板连接端完成电性导通。通过导电胶可将一组连接端连接到可导电地，另一组连接端可借助压力完成接触，实现机械直接连接。通过下层薄膜电路板向上移动而实现另一组连接端和上层薄膜电路板连接端接触。所有连接端在完成安装连接以后，可应用导电胶完成导电地连接，隔板所对应的连接端要合理地完成开孔设置，为上层薄膜电路板和下层薄膜电路板连接端借助开孔完成电性导通提供方便，将另一组的连接端从隔板内伸出方可实现直接接触。通过导电胶将一组连接端和可导电地形成连接，通过压力在另一组连接端位置实现接触，达到机械直接连接的目的。通过将连接端的连接直接弯折，在弯折的位置施加压力实现直接接触。

这种薄膜式键盘的设计思路可通过多组连接端设置进而实现不同层薄膜电路板电性连接。换言之，通过多重保护和双重保护确保薄膜电路板之间的电性连接，为键盘的正常使用提供保障。

3 薄膜式键盘设计具体实施方式

为了对薄膜式键盘设计所采取的功效和手段进行更进一步的分析，在此具体介绍薄膜式键盘的设计成果。

薄膜式键盘线路板连接结构具体可细分为上层薄膜电路板、下层薄膜电路板、安装在上下层薄膜电路板中间的隔板，在上下层薄膜电路板上安装设置的两个出线端，出线端的主要作用是与外部形成连接，从而将键盘信号传输出去。在上层薄膜电路板和下层薄膜电路板上还分别对应设置了两组连接端，隔板所对应的每组连接端都设置开孔，开孔设置的主要目的是方便上层薄膜电路板连接端与下层薄膜电路板形成电性导通。

（1）设计方案一。设计薄膜式键盘时，通过使用导电胶可将第一组的两个连接端和可导电地形成连接，通过压力使得第二组的两个连接端接触，达到机械直接连接的目的。通过设置在键盘下盖位置上的凸起抵靠结构提供压力，下层薄膜线路板的其中一个连接端向上移动，能够直接接触到上层薄膜电路板的连接端，从而可以保证将上层薄膜电路板的两个连接端直接连接到下层薄膜电路板的两个连接端。自然，第二组的两个连接端在进行连接的时候使用导电胶可以实现。

（2）设计方案二。在设计薄膜式键盘时，分别在上层薄膜电路板和下层薄膜电路板上设置出线端，通过出线端实现对外连接，从而保证将键盘的信号输出。在上层薄膜电路板和下层薄膜电路板上分别设置第一组和第二组四个连接端。由隔板所对应的第一组两个连接端上要设置开孔，便于通过开孔将上层薄膜电路板的连接端和下层薄膜电路板的连接端进行电性导通。第二组的两个连接端分别从隔板中伸出并直接接触。在薄膜式键盘设计的时候，第一组的两个连接端可利用导电胶连接到可导电地，第二组的两个连接端可通过施加压力实现连接，进而达到机械直接连接的目的。对于压力的来源，可将上层薄膜电路板和下层薄膜电路板的第二组两个连接端进行直接弯曲，在弯曲的位置形成压力，造成上层薄膜电路板、下层薄膜电路板的第二组两个连接端直接接触，从而确保第二组两个连接端直接连接。为了保证让第二组的两个连接端形成良好的弯折状态，从而保证电性连接处于良好的状态，在进行组装的时候可在薄膜式键盘按键模组的下方位置放置连接端，由其完成压合，两个连接端可利用导电胶完成导电连接。

4 薄膜式键盘应用

根据设计，薄膜式键盘从外到里的组成材料分别为面板、面胶、上电路、隔离层、下电路、底胶。薄膜式键盘是集合仪器面板、指示元件、按键功能于一体的操作系统，当将薄膜开关按下以后，上电路的触点将会向下方变形，与下电路的极板发生接触而导通，当把手指松开以后，上电路的触点会出现反弹，断开电路，回路将会触发信号[7]。薄膜式键盘具有严谨的结构，密封性良好且外形美观。

当没有按压面板的时候，薄膜式键盘会处于常规状态，上触点和下触点都以断开的形式存在，上线路和下线路会通过隔离层隔开。当按下面板以后，上电路的触点会发生变形，与下线路发生重合，保证线路导通。线路被导通以后就会为外部连接设备提供信号，实现其相应的功能。

薄膜式键盘的寿命较长，其按压次数可达到100万次，弹性薄膜垂直方向的弹动是薄膜式键盘动作实现的关键。弹性薄膜虽然需要经过百万次的蠕动，但是其运动的幅度相对较小，仅仅为0.1～0.3mm。在选择材料的时候因注意到了材料的合理性，所以薄膜材料可以承受住一百万次的按压而不出现变形，这些特点都决定了薄膜式键盘具有耐久性。

薄膜式键盘具有严格的密封性，所以在设计完成薄膜式键盘线路板以后，不必担心受到有害气体等物质的影响，在应用中也不易出现氧化问题，防尘、防油、防水，甚至在各种恶劣的环境下都可以使用。在设计薄膜式键盘线路板的时候，对其各部件做出合理化的排列，并且注重其特性优化，各部件之间的连接线和引出线是一次性完成的，总厚度只在1～3mm，大幅度地缩小了其体积，降低了其质量。相比较于传统的薄膜式键盘，这种设计理念下的键盘，安装简洁方便，只需要轻轻地粘贴，将背胶纸揭去，再将引线出口插入整机后置电路插座，便可在瞬间完成通电，成为可以正常使用产品。

5 结语

本文首先从外表、性能、重量等方面概述了薄膜式键盘的特点，按照形式不同将薄膜式键盘划分为柔性薄膜式键盘、硬性薄膜式键盘和平面薄膜式键盘，并论述了不同键盘膜的特点和应用。然后详细地介绍了薄膜式键盘线路板的设计思路和方案，并提出了两种设计方案。最后概述了薄膜式键盘的应用，掌握其应用特性和价值，主要目的是帮助相关技术人员了解薄膜式键盘线路板的设计方式和设计内容，为其优化设计提供借鉴。