멤브레인 스위치의 구성

1. 멤브레인 스위치란?

멤브레인 스위치는 여러 층의 플라스틱 필름 또는 기타 유연한 재료로 구성되는 것이 특징인 일종의 인간-기계 인터페이스입니다. 전도성 재료와 그래픽 잉크는 이러한 플라스틱 필름의 표면에 인쇄되거나 적층되며 전기 회로를 일시적으로 닫거나 열어서 작동합니다. 멤브레인 스위치의 컴팩트하고 효율적인 구조는 가전 제품 및 산업 장비 인터페이스와 같은 광범위한 응용 분야에 적합합니다.

 

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2. 멤브레인 스위치 구성

멤브레인 스위치는 압력에 민감한 접착제 또는 열 밀봉 필름을 사용하여 조립된 층의 형태로 여러 부품으로 구성됩니다. 주요 부품은 그래픽 요소를 포함하는 오버레이; 전도성 트랙, 금속 돔, 회로 테일 및 단자를 포함하는 회로; 및 스위치 접점 사이의 간격을 유지하는 스페이서입니다.

 

 

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1) 멤브레인 스위치 오버레이

상단 또는 그래픽 오버레이라고도 하는 오버레이는 멤브레인 스위치의 가장 바깥쪽 레이어입니다. 이 층은 멤브레인 스위치의 노출된 면에 있기 때문에 유연성, 투명도, 내구성, 내화학성 및 장벽 특성이 우수한 재료로 만들어집니다. 오버레이를 만드는 데 사용되는 두 가지 일반적인 재료가 있습니다.

 

• 폴리에스테르: 일반적으로 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)로 알려진 플라스틱 소재입니다. 폴리에스터는 투명도, 유연성 및 내화학성으로 유명합니다. 유연성으로 인해 다른 재료보다 내구성이 뛰어나며, 특히 촉각 피드백이 있는 스위치에 사용할 때 더욱 그렇습니다. 펑크 및 찢어짐에 대한 우수한 내성을 얻기 위해 필름은 이축 방향을 통해 만들어집니다.
• 폴 리 탄산염: 폴리카보네이트는 하드 코팅과 같은 추가적인 표면 처리 없이도 고유한 난연성과 내마모성으로 인해 산업 응용 분야에 필요한 필름입니다. 폴리카보네이트는 또한 폴리에스터보다 경제적이고 가공하기 쉽습니다. 필름은 폴리에스테르 필름 작업에서 경험한 것처럼 수축 및 뒤틀림에 대한 걱정 없이 빠르게 생산 및 가공할 수 있습니다.

 

오버레이로 사용할 수 있는 다른 재료로는 아크릴, 비닐 및 PVC가 있습니다.

 

 

 

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그래픽은 뒷면 또는 앞면에 인쇄할 수 있습니다. 뒷면 또는 표면 아래 인쇄는 더 오래 지속되는 인쇄물을 생성하기 때문에 더 일반적인 방법입니다. 오버레이 플라스틱 필름은 마모 및 화학적 공격으로부터 그래픽을 보호합니다. 반면에 전면 또는 상단 인쇄는 선택적 질감 및 창과 같은 다양한 기능을 만듭니다.

 

 

 

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2) 멤브레인 스위치 돔

돔은 촉각 피드백을 제공하는 구성 요소이며 금속 또는 플라스틱으로 만들 수 있습니다. 멤브레인 스위치의 키 크기에 따라 돔의 크기가 결정되며 크기는 0.24-0.79인치(6-20mm)입니다. 또한 돔의 높이는 돔의 크기와 밀접한 관련이 있으며 0.010 - 0.057 인치 (0.25 - 1.45 mm)가 될 수 있습니다.

 

돔 사용의 중요한 측면은 돔을 누르고 스위치를 활성화하는 데 필요한 작동력 또는 트립력이며, 범위는 1.41온스에서 80온스(40에서 2250g)입니다. 돔은 다음과 같은 다양한 모양과 크기로 제공됩니다.

• 네 발 달린
• 트라이앵글
• 둥근
• 직사각형

 

금속 돔

금속 돔은 돔 리테이너 층 또는 스페이서 층에 의해 제자리에 고정되는 스테인리스 스틸 또는 구리 합금으로 만들어집니다. 촉각 피드백을 제공하는 것 외에도 금속 돔은 회로의 일부로도 기능합니다. 누르면 금속 돔이 스위치의 개방 접점을 단락시킵니다. 금속 돔은 프로파일이 매우 낮고 최대 1,000만 프레스의 수명 등급에 도달할 수 있어 많은 응용 분야에 이상적입니다.

 

 

 

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플라스틱 또는 폴리 돔

플라스틱 돔은 일반적으로 유연성 때문에 폴리에스터로 만들어지므로 "폴리" 돔이라는 이름이 붙습니다. 폴리 돔에는 자체 층이 있습니다. 일부 디자인에서는 폴리 돔 레이어가 오버레이 또는 그래픽 레이어가 될 수도 있습니다. 폴리 돔 층은 돔 또는 블리스터와 같은 특징을 가진 폴리에스터 필름입니다. 돔의 오목한 면에는 버튼을 누를 때 회로를 완성하는 인쇄된 전도성 잉크가 있습니다.

 

 

 

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3) 리테이너 층

금속 돔을 제자리에 고정하는 주요 기능을 가진 리테이너 층은 일반적으로 폴리 돔 층과 유사한 폴리 에스테르 필름으로 만들어집니다. 리테이너 층은 접착층 없이 돔을 제자리에 고정할 수 있습니다.

 

4) 스페이서 레이어

스페이서 레이어는 스위치의 두 도체 사이에 접점 차단을 만드는 데 사용되며  스위치가 열린 위치를 가질 수 있습니다. 촉각형 멤브레인 스위치의 일부 설계에서는 금속 돔을 제자리에 고정하는 리테이너 역할도 할 수 있습니다. 스페이서 레이어에는 빈 캐비티 또는 공기 배출을 위한 키패드 측면 사이에 채널이 있습니다. 이렇게 하면 키를 누를 때 캐비티에서 공기가 압축되는 것을 방지할 수 있습니다.

 

 

 

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5) 회로 계층

회로 계층은 스위치의 전도성 경로가 적용되는 곳이며  전도성 경로는 스크린 인쇄 및 광화학 에칭으로 생성할 수 있습니다.

• 스크린 인쇄: 이 방법은 회로의 패턴이 포함된 스텐실을 사용합니다. 은 전도성 잉크는 기판 위에 놓인 스텐실에 범람합니다. 사용되는 기판은 일반적으로 폴리에스테르 필름입니다. 이 방법은 더 얇고 유연한 멤브레인 키패드에 사용됩니다.

 

 

 

• 광화학 에칭: 포토리소그래피 및 화학적 에칭을 통해 선택적으로 패터닝된 구리 적층 기판을 사용합니다. 그 결과 스크린 인쇄 멤브레인 키패드보다 더 두껍고 내구성이 뛰어난 인쇄 회로 기판(PCB) 또는 연성 인쇄 회로(FPC)가 될 수 있습니다.

 

 

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멤브레인 스위치의 유형에 따라 회로는 두 가지 방법으로 설계 및 구축될 수 있습니다.

 

• 2층 회로: 이 설계에서 회로층은 상부 회로와 하부 회로로 분리됩니다. 각 회로 레이어에는 스위치로 연결되거나 스위치에서 나가는 전도성 경로가 포함되어 있습니다. 스페이서 층은 두 층을 분리합니다. 스위치를 누르면 상부 회로가 편향되어 하부 회로에 닿아 회로를 완성합니다.
  
  
  

 

 

• 단층 또는 단면 회로: 단층 스위치에는 회로 층이 하나만 있습니다. 불연속성은 기판에 인쇄되는 전도성 경로의 회로에 틈을 만들며 회로는 금속 돔 또는 플라스틱 돔의 뒷면에 인쇄된 전도성 잉크를 사용하여 완성됩니다. 키를 누르면 돔이 회로층에 대해 평평해지면서 단일 전도성 경로가 생성됩니다.

 

 

 

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서킷 테일

회로 테일은 멤브레인 스위치를 기계의 제어 장치에 연결하는 회로의 일부입니다. 폴리에스터 스트립에 인쇄된 여러 전도성 트랙으로 구성된 평평하고 유연한 리본입니다. 회로 테일의 끝에는 제어 장치의 종단 블록과 일치하는 표준 커넥터가 있습니다. 일반적인 커넥터 옵션은 일반 헤더, 래칭 헤더 또는 납땜 탭입니다.

 

회로 테일은 ZIF(제로 삽입력) 스타일일 수도 있으며, 이는 회로 테일과 제어 장치 단자 사이에 가해지는 힘에 따라 다릅니다. ZIF는 제어 장치 단자가 약하고 손상되기 쉬운 보다 섬세한 회로에 사용됩니다.

 

 

 

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6) 마운팅 접착제

장착 접착제는 멤브레인 스위치 뒷면에 배치되어 멤브레인 스위치와 장착 표면 사이에 안전한 결합을 만듭니다. 접착 강도, 두께 및 작동 온도에 따라 선택됩니다. 마운팅 접착제는 고강도 또는 변성 아크릴로 구성된 엘라스토머 화합물입니다.

 

아크릴 접착제

아크릴 접착제는 금속 및 플라스틱에 대한 탁월한 접착력으로 인해 업계 표준입니다. 플라스틱과 접착할 때 더 큰 배치 정확도를 위해 위치를 변경할 수 있습니다.

 

아크릴 점착제의 장점은 다음과 같습니다.

• 습도 저항: 습도는 아크릴 접착제에 영향을 미치지 않습니다. 상대 습도 90%에서 32°C(90°F)의 열에 노출된 후에도 접착력이 감소하지 않습니다.
• UV 저항: 멤브레인 스위치는 자외선을 포함한 모든 기후 조건을 견딜 수 있도록 설계되었습니다.
• 내수성: 물에 담그는 것은 아크릴 접착제의 접착 강도에 영향을 미치지 않습니다.
• 온도 사이클링 저항: 접착 강도는 158°F(70°C)에서 -20°F(-29°C)의 낮은 온도까지 유지됩니다.
• 내화학성: 아크릴 접착제는 기름, 약산 및 알칼리에 대한 노출의 영향을 받지 않습니다
• 본드 형성: 아크릴 점착제의 접착 강도는 시간이 지남에 따라 그리고 온도 변동을 경험한 후에 증가합니다
• 열저항: 최대 204°C(400°F)의 온도에 단기간 노출되면 아크릴 접착제는 접착 상태를 유지합니다. 몇 주 또는 며칠과 같이 장기간 노출되는 경우 접착 강도는 최대 300°F(149°C)의 온도를 견딜 수 있습니다.

 

장착 접착제의 두께는 특정 멤브레인 스위치의 요구 사항에 맞는 올바른 접착제를 선택하는 데 중요한 요소입니다. 멤브레인 스위치를 매끄러운 표면에 접착할 때 허용되는 두께는 0.079mm(2인치)입니다. 질감이 있는 표면의 경우 접착제가 접착될 수 있는 표면을 최대화하기 위해 장착 접착제의 두께는 0.2mm(5인치)여야 합니다.