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触摸按键
阅读:20117时间:2010-10-13 11:23:29

  触摸按键起 keypad 的作用。与keypad 不同的是,keypad 通过开关或metaldome 的通断发挥作用,触摸按键通过检测电容的变化,经过触摸按键集成芯片处理后,输出开关的通断信号。

原理

  如下图,是触摸按键的工作原理。在任何两个导电的物体之间都存在电容,电容的大小与介质的导电性质、极板的大小与导电性质、极板周围是否存在导电物质等有关。PCB 板(或者FPC)之间两块露铜区域就是电容的两个极板,等于一个电容器。当人体的手指接近PCB 时,由于人体的导电性,会改变电容的大小。触摸按键芯片检测到电容值大幅升高后,输出开关信号。

触摸按键的工作原理图

  在触摸按键 PCB 上,存在电容极板、地、走线、隔离区等,组成触摸按键的电容环境,如下图所示。

按键形式

  触摸按键可以组成以下几种按键

单个按键

  单个按键

条状按键

  条状按键(包括环状按键)

块状按键

  块状按键

电气原理图

  触摸按键的电气原理图如下:

触摸按键的电气原理图

  在 PCB 板上的露铜区域组成电容器,即触摸按键传感器。传感器的信号输入芯片,芯片经过检测并计算后,输出开关信号并控制灯照亮与否。灯构成触摸按键的背光源。

结构设计指导

  1、 LENS 的材料、厚度与表面处理

  LENS 的材料可以是塑料和玻璃等非导电物质,最常用的是PMMA。但是上面不能有金属。按键正上方1mm 以内不能有金属。触摸按键50mm 以内的金属必须接地,否则,金属会影响按键的灵敏度。

  所以在采用电镀、蒸镀、IMD、丝印等表面处理工艺时,要特别注意。

  (1) PMMA, PC, 玻璃等lens 材料的电镀性都不好,所以不会采用电镀工艺。

  (2) 蒸镀/溅镀(VM): 由于蒸镀/溅镀具有金属属性,它们对触摸按键灵敏度有影响。在采用蒸镀/溅镀工艺时,必须注意触摸按键的正上方1mm 以内不能镀。

  注意这有可能会影响 ID 效果。需要在ID 与触摸按键之间平衡。

  (3) NCVM 不影响触摸按键。这是经过实验检查的结果,所以NCVM 可以用在触摸按键的LENS 上不受任何限制。

  (4) 丝印/移印:如果丝印/移印具有Mirror 效果的油墨,这种油墨中都含有金属离子,具有金属属性,所以这种油墨会影响触摸按键的灵敏度。这种情况与VM 类似,必须注意触摸按键的正上方1mm 以内不能印刷。

  Lens 的厚度不超过2mm,1.5mm 以内更好。根据触摸按键的工作原理,lens 的厚度是越薄越好。由于触摸按键的LENS 位于手机表面,需要承受外力作用。厚度太薄,强度会不够。所以触摸按键的LENS 厚度在1.0~1.5mm 之间。

  2、 双面胶

  触摸按键 PCB 与lens 通过双面胶粘接。双面胶的厚度取0.1~0.15mm 比较合适,多个公司推荐采用3M 468MP,其厚度0.13mm.

  要求 PCB 与LENS 间没有空气。因为空气的介电系数为1,与LENS 的介电系数4 相差很大。空气会对触摸按键的灵敏度影响很大。所以双面胶与lens,双面胶与PCB 粘接,都是触摸按键生产装配中的关键工序,必须保证质量。

  (1) 首先PCB 与双面胶粘接,如上图所示,要用定位夹具完成装配,装配完成后,要人工或者用夹具压紧。

  (2) 在PCB 带双面胶与LENS 装配时,要求有定位装置,可以是夹具或者手机自身的限位。装配到位后,压紧最重要。批量生产中,需要用夹具压紧。如果不能压紧,触摸按键的灵敏度和可靠性就会降低。

  为了保证 PCB 板与LENS 之间没有空气,需要在双面胶上开孔和排气槽,并且PCB 上开孔配合。就像Dome 上开排气槽一样。

  设计双面胶压紧夹具时,重点压触摸按键的部位,确保 Sensor 部位没有空气。

  实际证明,一些不灵敏、不稳定的按键,重贴双面胶并压紧后就好了!

PCB 板与FPC

  从理论上,触摸按键无论做在 PCB 板还是FPC 上都能工作。事实上也有多个触摸按键做在FPC 上的例子。的方案是PCB 板,如果因为结构限制,PCB 板实在困难,不得已才采用FPC。即使采用FPC,与触摸按键芯片配合的地方必须是平面,因为芯片不能弯曲与扭曲。如下图鼠标按键所示。

  FPC 与曲面粘胶配合,实际加工装配中不如PCB 与平面粘胶配合可靠,故导致触摸按键的可靠性降低。

  触摸按键与芯片在FPC 上,手机键盘, Cypress Psoc 方案

Cypress Psoc 方案图

  触摸按键与芯片在FPC 上,鼠标按键, Sypnatics 方案

触摸按键与芯片在FPC 上

  对于弧面的lens,为了能够使用使用触摸按键PCB 而不是FPC,要将与触摸按键PCB 配合的部位设计为平面。如下图,为一个翻盖机sublens 的背面,sublens 上有触摸按键。ID 坚持要在背面丝印,所以必须保证背面非常光滑,否则丝印质量无法保证。为了能够使用PCB 而不是FPC,在与触摸按键板配合的地方设计成平面,平面与周围弧面处通过曲面圆滑过渡,成功解决了背面丝印并且能够与PCB 配合。

PCB 开口设计

  触摸按键背光是重要的方面。背光设计不好,会对整个触摸按键都有影响。首先 PCB 板的开空尺寸确定。

触摸按键PCB 开口设计图

  PCB 开孔尺寸必须根据LENS 上字符的大小决定。如图所示,PCB 开孔尺寸比字符周边大0.1~0.3mm。反面例子:如果开孔尺寸比字符小,这透过字符的空隙,可以看到开孔以内的物体,和开孔以外的物体,即PCB 板的绿色。这样会产生非常不好的视觉效果,给人以设计粗糙、产品低档的感觉。

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