Interruptor de membrana

Un interruptor de membrana es un conjunto de interruptores personalizado que puede abrir o cerrar la ruta conductora en un circuito eléctrico y requiere al menos un contacto hecho de un sustrato flexible o adherido a él. Su conjunto difiere de los interruptores mecánicos tradicionales: la construcción de un interruptor de membrana consta de varias capas delgadas intercaladas entre sí mediante adhesivos sensibles a la presión. ^[1] Cada capa de un conjunto de interruptor de membrana tiene un propósito diferente y las características personalizadas requieren la adición de capas especiales. Las implementaciones típicas organizan 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.

Son exclusivos de los interruptores de membrana y son los únicos que pueden aprovechar los beneficios de la electrónica impresa flexible. Estos circuitos generalmente se imprimen en sustratos de tereftalato de polietileno ( PET ) u óxido de indio y estaño ( ITO ). La tinta que se utiliza para imprimir el circuito suele estar llena de cobre , plata o grafito y, por lo tanto, es conductora.

La ASTM define un interruptor de membrana como "un dispositivo de conmutación momentánea en el que al menos un contacto está sobre un sustrato flexible o está hecho de dicho sustrato".

Un interruptor de membrana normalmente tiene 5 o más capas hechas de sustrato flexible.

Capas de conmutación de membrana comunes ^[2]

•Superposición gráfica: la capa superior de un interruptor de membrana es la superposición gráfica. Esta capa funciona como interfaz de usuario, ya que normalmente le mostrará al usuario cómo operar el dispositivo. Esta capa se suele realizar mediante impresión digital o serigrafía de tinta sobre la parte posterior de un sustrato de policarbonato o PET con revestimiento duro .

•Adhesivo superior espaciador: La capa adhesiva superior espaciadora generalmente va debajo del gráfico y adhiere el gráfico al resto del interruptor de membrana.

• Retenedor de cúpula: el retenedor de cúpula va debajo de la capa adhesiva superior del espaciador. La capa de retenedor de cúpula sostiene las cúpulas metálicas o las almohadillas de cortocircuito que se utilizarán para activar el interruptor. Esta capa generalmente está hecha de PET delgado y flexible .

• Adhesivo espaciador: la capa adhesiva espaciadora va debajo del retenedor de la cúpula. Esta capa incluye cortes de ventilación que permiten que el aire fluya cuando se activan los interruptores táctiles.

• Capa de circuito: Normalmente, se imprimen tintas conductoras sobre PET flexible y delgado para crear la capa de circuito. Las tintas de plata y carbono son las más utilizadas. A veces, se utilizan FPC o PCB en su lugar. La capa de circuito es lo que permite que funcione el interruptor de membrana. Cuando el interruptor no está activado, el circuito está abierto y no fluye corriente. 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 activa 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 hay diseños económicos que se pueden mantener unidos mediante otros medios mecánicos, como una carcasa de teclado. ^[3]

Hay tres métodos estándar para retroiluminar los interruptores de membrana.

La primera opción es utilizar diodos emisores de luz (LED) para la retroiluminación. 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 de encendido superior brillan directamente hacia arriba y son luces indicadoras adecuadas. Los LED de encendido lateral brillan lateralmente y son ideales para usar con una película guía de luz para iluminar de manera uniforme 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 tejido de fibra óptica para formar un área rectangular emisora ​​de luz. 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 útil. Las fibras ópticas no se ven afectadas por los extremos 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 las de fibra óptica y ofrecen una mayor flexibilidad de diseño. El color de la luz emitida por una lámpara EL puede variar según los fósforos que se utilicen. Algunos colores comunes son el azul/verde y el amarillo/verde, el blanco, el azul y el naranja. Las lámparas EL tienen una vida media de aproximadamente 3000 a 8000 horas, según 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 la lámpara está encendida durante un período prolongado de tiempo. El desvanecimiento o el parpadeo podrían duplicar la vida útil de la lámpara.

Un interruptor de membrana es un interruptor eléctrico que se utiliza para encender y apagar un circuito. Se diferencia de un interruptor mecánico, que suele estar hecho de piezas de cobre y plástico. Un interruptor de membrana es una solución más integrada y fiable 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 suelen estar impresas sobre películas de poliéster y se utilizan por su alta conductividad eléctrica. Forman una parte fundamental de la estructura del interruptor y ofrecen protección contra las interrupciones eléctricas causadas por la electricidad estática o los 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 ventanas de visualización, al tiempo que proporcionan un blindaje electromagnético eficaz.

3.  Lámina de aluminio : la lámina de aluminio se utiliza por su conductividad superior y es especialmente eficaz para proporcionar protección contra interferencias electromagnéticas y de radiofrecuencia en condiciones ambientales adversas. Su uso en interruptores de membrana garantiza la durabilidad y la fiabilidad de los componentes electrónicos en diversas condiciones ambientales.

Puesta a tierra y eficacia

Para garantizar la eficacia de estos materiales de protección, deben estar correctamente conectados a tierra. Esto se consigue normalmente conectándolos a una carcasa 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 fiabilidad y el rendimiento generales del interruptor de membrana. ^[4]

Las aplicaciones clásicas de los interruptores de membrana incluyen paneles de hornos microondas , paneles de control de aire acondicionado , controles remotos de TV , etc. La respuesta táctil de las teclas se puede proporcionar grabando en relieve la capa superior de PET o incrustando cúpulas metálicas a presión, cúpulas de poliéster o formando la capa gráfica.

Las ventajas de los interruptores de membrana incluyen la facilidad de limpieza, la capacidad de sellado y su bajo perfil. Los interruptores de membrana se pueden utilizar junto con otros sistemas de control, como pantallas táctiles, teclados e iluminación, y también pueden ser complejos como los teclados de membrana y los paneles de interruptores de los teléfonos móviles y las computadoras. 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]