Folientastaturen

Schaltebenen

Aufbaumöglichkeiten der Schaltebenen bei einer Folientastatur

Die Schaltebene liegt hinter der graphischen Ebene (Frontfolie) und sorgt für die Funktion der Tastatur. Technisch können die Schaltebenen als Folie mit bedrucktem Leitsilber (Ein- und Zwei-Lagen-Technik) oder als Leiterplatte (PCB/Platine auf FR4-Basis) ausgeführt werden.

Ein-Lagen-Technik

Die klassische Folientastatur wird in sogenannter Ein-Lagen-Technik hergestellt, d.h. es gibt nur eine bedruckte Schaltebene für Tasten und LEDs. Die Schaltebenen bestehen dabei aus einer geprimerten PET-Folie auf die Leitsilberbahnen mittels Siebdruck (silberfarben im Bild) aufgebracht werden. Um die Leiterbahnen vor Korrosion zu schützen werden diese anschließend mit einer Isolationsschicht überdruckt (grün im Bild). Die Kontaktstellen des Leitsilbers – bei Schnappscheiben und im Anschlussbereich der Fahne – werden parallel mit einer Graphitschicht überzogen (schwarz im Bild). Dadurch ist das Leitsilber noch elektrisch leitend mit der Außenwelt verbunden, kann an diesen Stellen aber nicht mehr korrodieren bzw. anlaufen.

Wenn sich Leiterbahnen bei dieser Umsetzungsvariante überschneiden muss mit „Brückendruck“ gearbeitet werden. Das muss man sich in etwa analog zu Vias in Leiterplatten vorstellen: Es wird eine Isolationsschicht oberhalb der bestehenden Leiterbahn aufgebracht um darauf nochmals eine Leitsilberbahn (die „Brücke“) zu drucken.

SWT

Zwei-Lagen-Technik ( Tropentauglichkeit )

Gedruckte Leitsilberbahnen sind nicht so filigran wie Kupferbahnen auf einer Leiterplatte und benötigen daher meist mehr Platz. Zudem kann es schaltungsbedingt zu einer Vielzahl von Brücken kommen, so dass sich hier eine andere Schaltungsvariante anbietet: Die Zwei-Lagen-Technik.

Hierbei wird die Schnappscheibe zwischen zwei innenseitig leitfähig bedruckten Folien eingeschlossen. Bei Betätigung schließt die Schnappscheibe dann den Schaltkreis zwischen Ober- und Unterseite. Durch die zweite Leitsilberebene steht mehr Platz zur Verfügung und es können aufwendigere Layouts mit mehr Bauteilen realisiert werden.

Die Eigenschaftsbezeichnung „tropenfest“ bei der Zwei-Lagen-Technik bezieht sich darauf, dass durch die zweite bedruckte Ebene kein Brückendruck (s.o.) notwendig ist. Brückendruck hat nämlich den Nachteil, dass bei dauerhaft hoher Temperatur und Luftfeuchtigkeit (also “tropisch”) das Leitsilber sich durch die Isolationsschicht hindurchschlängeln kann (Silbermigration). Dadurch kann es nach längeren Zeiträumen zu Kurzschlüssen und einem Ausfall der Tastatur kommen. Ohne Brückendruck kann es aber logischerweise keine Silbermigration geben und daher auch die Bezeichnung „tropenfest“.

Eine anderes Anwendungsgebiet der Zwei-Lagen-Technik liegt in der Beleuchtung der Folientastatur. Neben der Ebene mit den Tasten („Switch“- bzw. „SWT“-Ebene) kann eine zweite gedruckte Leitsilberebene für LEDs (LED-Ebene) eingeführt werden. Diese wird unterhalb der SWT-Ebene eingefügt so dass der Abstand zwischen den LEDs und dem Auftreffpunkt Ihres Lichtkegels (auf der Unterseite der Frontfolie) vergrößert wird. Dies hat zum Vorteil dass das LED-Fenster vollflächiger und satter ausgeleuchtet wird als das bei der Ein-Lagen-Technik der Fall ist.

Leitsilber
HMI Eingabesysteme

Leiterplattenbasis

Folientastaturen können aber nicht nur mit gedrucktem Leitsilber ausgeführt werden sondern auch mit einer herkömmlichen Leiterplatte (PCB=Printed Circuit Board) als Schaltebene. Eine Leiterplatte bietet nicht nur unmittelbare mechanische Stabilität für die Tastatur sondern auch mehr Design-Freiheit bei Bauteilen (THT wie SMT z.B., Reverse-Mount-LEDs, Widerstände, Optokoppler etc.) sowie mehr Platz im Layout. Auch kann der Anschluss an weitere Hardware flexibler gestaltet werden (alle THT- oder SMT-Bauteile) als bei einer gedruckten Schaltebene (welche notwendigerweise immer erst einen Folientail/FPC hat).

Leiterplatine

Anschlussmöglichkeiten bei einer Folientastatur

Anschlussmöglichkeiten mittels Flachbandkabel bei einer Folientastatur

Naturgemäß hat eine Folientastatur einen Folientail aus Anschlussmöglichkeit. Der Abstand bzw. Pitch der Leiterbahnen wird standardmäßig im 2,54mm (0,1”) oder 1,27mm (0,05”) ausgeführt.  Hierfür muss die passende Buchse (z.B. ein ZIF-Connector) hardware-seitig zur Verfügung stehen.

Alternativ kann das Flachbandkabel bereits im Crimp-Kontakten ausgestattet werden (Standard sind bei uns Amphenol ICC (FCI) Berg-Clincher oder Duflex sowie Tyco/Amp) für die hardware-seitig der passende Stecker bereitgestellt werden muss.

Stecker 4-polig

Anschlussmöglichkeiten mit und für USB bei einer Folientastatur

Um einen Folientastatur mittels USB anzuschließen muss entweder die Schaltebene auf Leiterplattenbasis ausgeführt werden und der Tastaturcontroller über einen USB-Ausgang ausgeführt werden oder eine kleine Adapterplatine (Folientail zu USB, ggf. mit Auswerte-Baustein) hinzugefügt werden.

Soll jedoch für den Nutzer eine USB-Anschlussmöglichkeit geschaffen werden so bietet sich die Integration einer USB-Buchse direkt in die Folientastatur an.

Eingabesysteme HMI

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