Un interruptor de membrana es un conjunto de interruptor personalizado que puede abrir o cerrar la ruta conductora en un circuito eléctrico y requiere al menos un contacto hecho o unido a un sustrato flexible. Su ensamblaje difiere de los interruptores mecánicos tradicionales: la construcción de un interruptor de membrana consta de varias capas delgadas intercaladas mediante adhesivos sensibles a la presión. [1] Cada capa en un conjunto de interruptor de membrana tiene un propósito diferente y las características personalizadas requieren la adición de capas especiales. Las implementaciones típicas disponen múltiples interruptores de membrana a lo largo de su estructura en capas para formar una interfaz de teclado que permite la interacción humana para controlar los sistemas electrónicos.
Exclusivos de los interruptores de membrana, son los únicos interruptores que pueden aprovechar los beneficios de la electrónica impresa flexible. Estos circuitos generalmente se imprimen sobre sustratos de tereftalato de polietileno ( PET ) u óxido de indio y estaño ( ITO ). La tinta utilizada para imprimir el circuito suele estar rellena de cobre , plata o grafito y, por tanto, conductora.
La ASTM define un interruptor de membrana como "un dispositivo de interruptor momentáneo en el que al menos un contacto está sobre un sustrato flexible o está hecho de él".
Un interruptor de membrana normalmente tiene 5 o más capas hechas de sustrato flexible.
Capas de interruptores de membrana comunes [2]
•Superposición gráfica: la capa superior de un interruptor de membrana es la superposición gráfica. Esta capa sirve como interfaz de usuario, ya que normalmente le mostrará al usuario cómo operar el dispositivo. Esta capa a menudo se fabricará mediante impresión digital o tinta de serigrafía sobre la parte posterior de un sustrato de policarbonato o PET con recubrimiento duro .
•Adhesivo superior del espaciador: la capa adhesiva superior del espaciador generalmente va debajo del gráfico y adhiere el gráfico al resto del interruptor de membrana.
•Retenedor de domo: El retenedor de domo va debajo de la capa adhesiva superior del espaciador. La capa de retención del domo sostiene los domos metálicos o las almohadillas de cortocircuito que se utilizarán para activar el interruptor. Esta capa suele estar hecha de PET fino y flexible .
•Adhesivo espaciador: La capa de adhesivo espaciador va debajo del retenedor del domo. Esta capa incluye cortes de ventilación que permiten que el aire fluya cuando se accionan los interruptores táctiles.
•Capa de circuito: normalmente, las tintas conductoras se imprimen en PET fino y flexible para formar la capa del circuito. Las tintas de plata y carbón son las más utilizadas. A veces se utilizan FPC o PCB en su lugar. La capa del circuito es lo que permite que funcione el interruptor de membrana. Cuando el interruptor no se acciona, el circuito está abierto y la corriente no fluye. Cuando el usuario activa el interruptor presionando hacia abajo la cúpula metálica o la almohadilla de cortocircuito, el circuito se cierra y la corriente puede fluir, lo que desencadena la respuesta adecuada del interruptor de membrana.
•Adhesivo de montaje: La capa inferior de un interruptor de membrana es el adhesivo de montaje, que se utiliza para fijar el interruptor de membrana a la aplicación deseada.
Las capas de un interruptor de membrana normalmente se ensamblan utilizando adhesivos sensibles a la presión, aunque los diseños económicos pueden mantenerse unidos mediante otros medios mecánicos, como la carcasa de un teclado. [3]
Existen tres métodos estándar para los interruptores de membrana de retroiluminación.
La primera opción es utilizar diodos emisores de luz (LED) para retroiluminar. Los LED pueden montarse en la superficie de la capa del circuito o colocarse en una capa de LED separada. Hay dos tipos de LED que se utilizan normalmente en la retroiluminación de interruptores de membrana. Los LED Top Fire brillan directamente hacia arriba y son luces indicadoras adecuadas. Los LED de fuego lateral brillan hacia los lados y son ideales para usar con una película guía de luz para iluminar uniformemente grandes áreas de un interruptor de membrana.
Una segunda opción es la fibra óptica . En un diseño típico, se utilizan dos o más capas de tela de fibra óptica tejida para formar un área rectangular de emisión de luz. Luego, las fibras que salen de un extremo se agrupan en una férula circular y se acoplan a una o más fuentes de luz LED. Las fuentes de luz remotas ofrecen entre 10.000 y 100.000 horas de vida. Las fibras ópticas no se ven afectadas por condiciones extremas de humedad (0% a 100%) o temperatura (-40 a + 85 grados C).
La tercera opción estándar es utilizar lámparas electroluminiscentes (EL). Tienen un precio más bajo en comparación con la fibra óptica y ofrecen flexibilidad de diseño adicional. El color de la luz emitida por una lámpara EL puede variar según los fósforos que se utilicen. Algunos colores comunes son azul/verde y amarillo/verde, blanco, azul y naranja. Las lámparas EL tienen una vida media de aproximadamente 3000 a 8000 horas, dependiendo de la calidad del fósforo. Una vez que alcanzan su vida media, el brillo comienza a desvanecerse rápidamente. Por lo tanto, las lámparas EL no son una buena opción si permanecen encendidas durante un período de tiempo prolongado. La decoloración o el parpadeo podrían duplicar la vida útil de la lámpara.
Un interruptor de membrana es un interruptor eléctrico para encender y apagar un circuito. Se diferencia de un interruptor mecánico, que suele estar fabricado con piezas de cobre y plástico. Un interruptor de membrana es una solución más integrada y confiable que consta de capas, incluido un circuito impreso flexible. Los componentes clave en el diseño y la funcionalidad de los interruptores de membrana son los materiales conductores utilizados para proteger contra descargas electrostáticas ( ESD ), interferencias electromagnéticas (EMI) e interferencias de radiofrecuencia (RFI).
Tipos de materiales conductores
1. Rejillas conductoras impresas : estas rejillas generalmente se imprimen en películas de poliéster y se utilizan por su alta conductividad eléctrica. Forman una parte crucial de la estructura del interruptor y ofrecen protección contra interrupciones eléctricas causadas por electricidad estática o campos electromagnéticos externos.
2. Películas de óxido de indio y estaño (ITO) : conocidas por su excelente conductividad y transparencia, las películas de ITO se utilizan en áreas de interruptores de membrana que requieren una visibilidad clara, como escaparates, y al mismo tiempo proporcionan un blindaje electromagnético eficaz.
3. Papel de aluminio : El papel de aluminio se emplea por su conductividad superior y es particularmente eficaz para proporcionar protección EMI y RFI en condiciones ambientales adversas. Su uso en interruptores de membrana garantiza la durabilidad y confiabilidad de los componentes electrónicos bajo diversas tensiones ambientales.
Fundamento y eficacia
Para garantizar la eficacia de estos materiales de protección, deben estar conectados a tierra adecuadamente. Por lo general, esto se logra conectándolos a una caja metálica, una placa posterior metálica o mediante cables de conexión a tierra que se extienden desde la cola del circuito. Una conexión a tierra adecuada es esencial para disipar las cargas eléctricas acumuladas y minimizar el riesgo de interferencias de campos electromagnéticos externos, mejorando así la confiabilidad general y el rendimiento del interruptor de membrana. [4]
Las aplicaciones clásicas de los interruptores de membrana incluyen paneles de hornos microondas , paneles de control de aire acondicionado , control remoto de TV , etc. La retroalimentación táctil de las teclas se puede proporcionar estampando la capa superior de PET o incrustando cúpulas metálicas, cúpulas de poliéster o formando la capa gráfica.
Los beneficios de los interruptores de membrana incluyen la facilidad de limpieza, la capacidad de sellado y su bajo perfil. El interruptor de membrana se puede utilizar junto con otros sistemas de control, como pantallas táctiles, teclados, iluminación, y también pueden ser complicados, como los teclados de membrana y los paneles de interruptores en móviles y ordenadores. Son interfaces de usuario confiables, efectivas y de bajo costo, adecuadas para una amplia gama de productos y disponibles con muchas opciones creativas. [5]
Dependiendo de la industria y la aplicación, los interruptores de membrana también se denominan teclados de membrana y teclados de membrana. [6]