薄膜开关一、前言
    薄膜开关在我国的应用已经有10余年的历史。如今，无论是智能化的电子仪器还是一般的耐用型家用电器乃至儿童玩具，都普遍采用薄膜开关。事实证明：凡是采用薄膜开关的产品，其“身价”陡增，薄膜开关已经成为某些产品高品质和高档次的象征。
    正是因为薄膜开关这种对原产品的极大的增值作用以及它的较高的利润回报率和非常广阔的应用范围，使得不少个人或企业对投资生产薄膜开关产生了浓厚的兴趣。
    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，将导电印料网印在柔性聚酯(PET)薄膜上，然后将网印好电路的薄膜与网印好的柔性装璜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。
二、薄膜开关概述
    1．薄膜开关的功能及应用范围
    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／开关电路及引出线／读数显示窗／批示灯透明窗，部分薄膜开关还具有信息反馈功能，例如，键体透明薄膜开关、声响或语言提示功能薄膜开关等。
    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。
    作为新颖的电子件，尽管薄膜开关在国际上的应用、普及只是80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。薄膜开关在部分电子产品中的应用可参见表l。
    2．薄膜开关的工作原理与技术指标
    (1)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)，当对面板上某一功能按键施加l ~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，此时一次信号的输入已经建立，整机工作状态并不受触点分离的影响。
    (2)技术指标
    薄膜开关的技术性能参数见表2。
    3．薄膜开关新的功能的开发
    在薄膜开关的对外宣传以及所标明的技术性能参数中，我们经常能看到这样的诠释：“薄膜开关只适宜于在电压DC30V以下、电流小于100mA的工作环境中使用”。从字面上看，薄膜开关只适用于弱电环境，似乎在强电环境中薄膜开关已经失去了用武之地。但是，如今在很多强电场合，特别是耐用型家电产品中，薄膜开关却纷纷登场。例如松下电器爱妻号全自动洗衣机(规格型号XQB36—837p，电源220V，额定输入／输出功率400／130W)；海尔神童王洗衣机(规格型号XQB60-A，电源220V，洗涤功率250W，脱水功率255W)；海尔柜式空调；海信超级变频空调；海尔、美的、格力电风扇的主机控制
面板及遥控器上薄膜开关都赫然在目。事实证明薄膜开关并非仅仅只适用于弱电环境，在强电领域的大舞台上，薄膜开关依然可以充当重要的角色。
    薄膜开关除了在强电领域的应用之外，单个开关按键能够控制多种功能又是另一大特色。例如在格
力电风扇(规格型号FAS-35B)中，一个风型选择按键可分别控制自然风、睡眠风、普通风三种模式选择；
而在海尔神童王(规格型号XQB60-A)中，一个标准用水量按键居然可以控制十种功能(十种进水量控制)。
尽管上述薄膜开关在强电领域的应用以及单个开关按键的多功能的实现都是依赖主机电路的设计而完成的，但是，对薄膜开关的这类新功能，作为薄膜开关企业和工程技术人员是不可以不了解的。
    4．薄膜开关是否可靠
    虽然说薄膜开关经受了市场激烈竞争的考验后站稳了脚跟并且得到了广大用户的信任与喜爱，但是，由于薄膜开关制造业中一些拙劣的制造者因为技艺不精或粗制滥造败坏了薄膜开关的声誉，致使某
些用户对薄膜开关的信任产生了动摇，甚至于有的客户由于害怕而放弃了使用薄膜开关又倒退回到使用
传统的分立开关元件。究竟簿膜开关的可靠性如何?目前在各类产品中正常使用的薄膜开关是对持怀疑态度的人们的最好回答。有些用户加工的薄膜开关之所以无法正常工作，并不是说薄膜开关制造技术是
一个失败的技术，而是那—个薄膜开关生产厂家生产的薄膜开关的质量有问题，或者说是因为他们技术不精。这正如病人有病求医，如果您找到的是一位良医，即可药到病除、妙手回春。假若您找到的是一位江湖郎中一类的庸医，即便他所用的是好药，但是由于药不对症，轻则无法疗病，重则病人将有性命之忧。俗话说：“有病不可乱投医”，薄膜开关客户在寻觅合作者时是不是也情同此理呢?我们希望薄膜开关客户在寻找薄膜开关制造厂家时必须要小心谨慎，对那些以低价位相诱惑的以3 ~5人所组成的草台班子最好避而远之。当然，我们更加希望每一个薄膜开关制造工厂在技术上一定要精益求精，要争取做一个像华佗一样被人信赖的神医。
5．薄膜开关与丝网印刷、印制电路板行业的关系
印制电路板(PCB)与薄膜开关有什么关系?我们可以一言以蔽之：“凡是有薄膜开关的地方，绝对离
不开PCB。”如果打个比方将PCB比作电子仪器之“皮”；薄膜开关则为电子仪器之“毛”。古语云：“皮之不存，毛将安傅”。正是因为这个缘故，再加上薄膜开关足以丝网印刷作为主要工艺手段，而PCB业界对丝网印刷又相当熟悉，故不少PCB企业既生产PCB又投资生产薄膜开关，这样做一是“肥水不流外人田”，二是凡是加工薄膜开关的客户同时也需要加工PCB，他们亦不愿意分别找两家生产厂家，因为若如此既拉长了生产周期，同时也加大了加工成本。
无论是PCB企业还是丝网印刷企业生产薄膜开关都无须加大设备投入，技术上(加工工艺)与薄膜开关的加工工艺又颇有相通之处，在市场竞争如此激烈的今天，一个企业多一种业务范围也可使企业多
一条生路、多一分竞争实力，既然能够左右逢源，又何乐而不为之?丝网印刷企业、PCB企业投入到薄膜开关制造实在不失为明智之举。
三、薄膜开关的分类及结构特征
薄膜开关可以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薄膜开关两大类；若按电路基材，即按电路形成方式分类可分为印导电印料电路和覆铜箔蚀刻电路两大类薄膜开关。
1．商用薄膜开关及结构特征
1991年7月1日发布、1992年7月1日实施的中华人民共和国机械行业标准JB／T5405-91《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 ±2℃／72h
低温：－40±3℃／16h
恒定湿热：40±2℃／相对湿度为96±2／3％历时96h
温度变化：－40～50℃，5次温度循环试验后，在正常大气条件下恢复2h”
凡是能够通过这种考核条件的且具有薄膜开关一般功能的薄膜开关，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。
商用薄膜开关的面板层通常以PC(聚碳酸酯)或PVC(聚氯乙烯)薄膜为基材。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PFT(聚酯)薄膜。出于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－54～71℃、同时它还需要接受－55～95℃、循环三次的温度冲击(参看GJB511-88)。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℃，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。首先作为隔离基材的PVC薄膜在超过60℃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，应用于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电路板(PWB)或挠性印制电路板(FPC)。
实际上簿膜开关在我军的海军及空军以及二炮部队的电子仪器上均有使用。据世界著名的新闻媒体美国CNN报道：在前些年的海湾战争中，美(国)军和英(国)军向伊拉克发射的(车载或机载)导弹的控制台上就能见到薄膜开关。
由于一些军队系统和薄膜开关企业对薄膜开关在军事领域的应用所表示出的特殊兴趣，本文将以较多的笔墨作较为详细的介绍。
(1) 研究军用薄膜开关的意义
包括薄膜开关在内的各种军用电子仪器在各种恶劣环境条件下可靠运行是实现国防现代化的一项迫切任务。众所周知，军用电子仪器的使用对提高武器系统的命中精度，缩短反应时间，增强军事实力都具有极为明显的效果，而武器系统使用的环境条件往往是很恶劣的。发展抗恶劣环境薄膜开关及军用电子仪器对推动我国现代电子仪器高可靠性技术的研究，提高整个现代电子仪器的可靠性水平具有重要意义。
(2)军用电子仪器应用环境及要求
军用电子仪器和军用薄膜开关在军事上的用途非常广泛，具体要求也是多种多样的。但是各类战场使用电子仪器和军用薄膜开关有一个共同的特点，就是使用的环境极其恶劣，例如，要经受严寒、显热、高低温冲击、暴晒、淋雨、砂尘、雷电的影响，以及盐雾、油雾霉菌、生物蛀蚀的严重侵蚀；
机载、舰载、车载平台条件苛刻。例如，要经受机械冲击、振动、摇摆、离心加速度、颠震、低气压、噪声、电磁干扰等的影响，以及核电磁辐射的影响；
工作条件限制严格。例如机载、舰载与车载空间狭小，对使用的电子仪器的体积、重量、功耗都有严格限制。由于高空与海洋生理反应，操作人员精力与体力消耗很大，要求操作简单、便于维修；
工作时间长。例如，野战使用的电子仪器，由于电子战场需要，可能连续工作时间很长。再如，舰载仪器离开岸基时间可达几个月，对维修、操作、后勤支援都有特殊的要求；
环境温度变化大。例如军用电子仪器和军用薄膜开关的应用从热带海洋性气候、大陆干燥性气候到寒带大陆性气候，温度变化达几十摄氏度以上等等。
目前，国内外各类战场使用的电子仪器和军用薄膜开关，其单机平均故障时间(预测值或统计值)MTBF一般都在2000～5000h以上，有的可以达到10000h以上、平均修复间隔时间MTTR一般为15～30min左右。就我军而言，中华人民共和国国军标规定，在标准大气条件下，MTBF的指标应大于10000h，其下限应不低于5000h。
工作在军事环境中的电子设备和薄膜开关还须接受噪声要求、自由跌落要求、冲击要求、静电放电敏感度要求等等的考验，在此就不一一叙述了。
评价薄膜开关在军用环境下的适应能力，显然应该是将作为军用装备的薄膜开关放到军用设备的气候极限中去进行考验，也就是说，我们在进行军用薄膜开关的结构设计、材料选择及制造工艺时，必须考虑最恶劣环境条件对薄膜开关的影响。当然，在具体操作时，可以根据应用环境严酷等级的不同给予适当的处理，这一考虑的基点是在保证薄膜开关能够可靠工作的前提下控制制造成本。
军用薄膜开关是指使用环境极恶劣，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0～50℃、－40～50℃这两个军事级别要求范围之中，在设计、制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做特殊处理。
3．军用薄膜开关的结构特征
军用薄膜开关的结构特征大致可分为如下两种类型。
(1)柔性基材结构
其面板层、隔离层及电路层基材(薄膜)在选择上要与相应的军用使用环境的级别相适应。
(2)PCB结构
在绝缘基材上，按预定设计，制成印制线路、印制元件或由两者组合而成的导电图形，称为印制电路。
在绝缘基材上，提供元、器件之间电气连接的导电图形，称为印制线路。它不包括印制元件。
印制电路或印制线路的成品板称为印制电路板或印制线路板，亦称印制板，简称PCB。
PCB按所用基材是刚性还是挠性可分为两大类即PWB和FRC。近年来已出现了刚性／挠性结合的刚挠PCB。
挠性及刚挠PCB作为一种特殊的互联技术，由于它们能够满足三维组装的要求，以及具有轻、薄、短、小的特点，已经被广泛应用于军事仪器中，同时，在军用电子仪器的薄膜开关中以PWB或FRC作为电路已不为怪。
所渭军用薄膜开关的PCB结构是指该类薄膜开关的电路部分为PCB，但是在PCB的电路中的与薄膜开关面板层上的按键相对应的部位不是通常的PCB焊盘，而是薄膜开关中的迷宫式触盘。PCB电路中的迷宫式触盘只是军用薄膜开关下电路的一部分，在它的薄膜面板上面还需安装一片专用金属弹片作为触头。
军用簿膜开关的PCB结构实际上就是将薄膜开关电路设计成集主机电路和薄膜开关电路为—体的一体化电路。
4．按电路基材类的薄膜开关
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类分类方法。
早年，吴松山先生曾经将以银浆作为电路基材的薄膜开关称之为柔性薄膜开关，简称柔性板。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。与柔性薄膜开关相对应的是硬性薄膜开关简称硬性板，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。
四、未结束语
21世纪是知识经济时代，从某种意义上讲也是高科技时代，在这个伟大的时代里，无论是对于那些刚刚跨入丝网印刷门槛正在考虑从事丝网印刷哪一个行当，还是对于那些准备从普通丝网印刷转入高科技丝网印刷的朋友们，您如果选择薄膜开关行业将肯定是明智的。首先，从高科技发展来看，21世纪对薄膜开关的要求(量)只会越来越多、越来越普遍。其次，投资薄膜开关与投资其它高科技项目最大的不同是投资的灵活性，在投资者投资资金不是太宽裕的情况下，仅十余万元甚至更少一些资金也可筹办起一家薄膜开关工厂。