CN1275272C

CN1275272C - 可提供静电放电保护的薄膜开关结构

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Publication number: CN1275272C
Application number: CNB001348353A
Authority: CN
Inventors: 道森·伊
Original assignee: Microsoft Corp
Current assignee: Microsoft Corp
Priority date: 2000-04-28
Filing date: 2000-11-30
Publication date: 2006-09-13
Anticipated expiration: 2020-11-30
Also published as: US6323445B1; CN1321996A; TW536718B

Abstract

可提供静电放电(ESD)保护的薄膜开关结构具有三层绝缘材料，两个外层内侧相对表面上，带有印刷电路图形，通过中间绝缘层上设置的接触孔，可以使电路图形有选择地彼此形成电接触。例如，在一个外层的背面，通过以相同的方式印制电路图形，在紧靠着两个外层的至少一个上配置有静电放电保护电路。静电放电保护电路图形通常至少复制了导电的电路图形布局图的全部或一部分。可以有效地进行制作并可防止薄膜开关的静电放电现象。

Description

可提供静电放电保护的薄膜开关结构

本发明一般地涉及薄膜开关。本发明特别涉及保护使用薄膜开关的系统或子系统避免静电放电的装置。

薄膜开关是一种瞬时开关装置，具有至少一个配置在柔性基片上的或由柔性基片制成的一个接触器件。薄膜开关通常用于计算机键盘和多种其它用途。在一个传统的薄膜开关装置中，将三层薄聚酯(例如，Mylar^TM)片层叠在一起。薄膜开关可以由一个刚性层构成，例如，在触摸板薄膜开关，接触片或按键片中使用的一个玻璃层，塑料层，或印刷电路板。在两个外层相对的每个内表面上形成有导电的开关电路图形。在两个外层之间配置有一个中间层，起到将开关电路图形彼此隔开的作用。然而，开关电路图形可以有选择地通过配置在中间层上的接触孔彼此形成电接触。当在相对的开关电路图形之间选择接触时，电路实施一个预定的动作。

参照图1，一个传统的计算机键盘100可以使用一个传统的薄膜开关结构200，如图2所示，该结构安装在一组键盘按键101之下，将按键选择转换为代表相应字母数字符号或各种功能的电信号。薄膜开关结构200通常具有三层201，202和203。外层201和202夹有中间层203。三个层通常由薄绝缘片制成，例如，聚酯，玻璃，塑料或平整的普通印刷电路板材料。每个外层201和202，在其相应的相对内侧面210和211上，具有开关电路图形(分别为208和209)，图形可通过转印(例如，丝网遮蔽法)，喷射或其它技术进行沉积。电路图形的印刷，可以使用适当的导电印剂，例如，一种基于聚酯的导电印剂(ink)，其中含有悬浮状态的银，碳，和/或其它导电微粒。通常，每个键盘按键和一个柔性柱相连，柱的位置可使其与薄膜开关的两个外层上面一个的背面相接触。按下一个所选择的键盘按键101，将使相应的柱在薄膜开关上部的外层作用一个压力。所产生的压力通过中间层上所配置的接触孔，使印制在顶部外层内表面上的电路与印制在薄膜开关底部外层内表面上的对应的电路可弹性电接触。电接触产生一个信号，输入到位于键盘内的一个集成电路(IC)。IC再提供一个相关计算机可读的数字输出信号。

适当设计电路图形208和209，为传统的开关矩阵内的每个键盘按键101提供触点和导电线。于是，例如，通过按下212处的按键，上部薄膜开关电路208与下部薄膜开关电路209通过中间层203上的接触孔204形成电接触。相对电路208和209上指定触点之间的电接触，导致在键盘开关矩阵特定的线路上产生一个电信号(高或低电压)。通过识别产生信号的线路，以及其同步计时，键盘安装的IC可以辨识按下了哪一个键盘按键101。

薄膜开关线路系统往往易于遭受静电放电(静电放电)的干扰。静电放电现象可在薄膜开关的电路上引发干扰电压和电流，导致设备操作上的问题。已知有各种用以降低薄膜开关静电放电敏感性的方案。最为普通地，在全部开关电路图形下面配置一个金属接地板以提供静电放电保护。虽然金属接地板可以屏蔽相关的开关线路避免静电放电现象，使用金属接地板将明显地增加键盘的成本和产品的重量。第二种已知的方法包括使用一个其上印制有连续的导电材料层的一个绝缘薄片。印制的薄片以较低的成本模拟了金属接地板的存在。虽然绝缘薄片上的一个连续的导电材料层不象金属接地板那样昂贵，而用于制作连续的导电层的导电印剂所需费用明显增加。另一种已知的方法是在绝缘薄片上印制一个直线性导电网格图形301(见图3)，或一个同心圆网格图形401(见图4)。利用这些网格图形降低与导电印剂连续层相关的费用。然而，根据网格线相对于开关电路图形线路的间隔和位置，网格图形必定不保证开关电路图形的所有线路都能恰当地被保护避免静电放电。增加网格线的密度可以达到提高静电放电保护的目的，但只有在大约等于连续导电层成本的高费用时才能达到。

这就需要在降低成本的条件下有一种能够提供优化地提供静电放电保护的薄膜开关结构。

第一方面，本发明提供了用于薄膜开关的一个层。该层具有相对的第一和第二表面。在第一表面上设置有薄膜开关电路图形，静电放电保护电路图形设置在第二表面上。保护电路图形包括一个部分，该部分通常至少复制至少一部分薄膜开关电路图形。

第二方面，本发明提供了一种薄膜开关，该开关具有一个绝缘材料的第一外层，其内表面带有第一开关电路图形；和一个绝缘材料的第二外层，其内表面带有第二开关电路图形。薄膜开关还具有一个配置在第一和第二外层之间的中间绝缘层。中间层带有接触孔，用以使第一和第二开关电路图形的电接触部分选择性地形成相互的电接触。一个静电放电保护电路设置在紧靠在第一和第二外层的地方。至少一部分静电放电保护电路通常至少复制了至少一部分的第一和第二电路图形复合布局图(layout)。

第三方面，本发明提供了静电放电保护键盘，该键盘具有许多键盘按键和与这些键盘按键相关联的薄膜开关结构。薄膜开关包括一个薄膜开关电路图形，该图形确定了一个按键开关矩阵和一个静电放电保护电路图形。至少一部分静电放电保护电路图形通常至少复制了至少一部分的薄膜开关电路图形的设计线路。

与金属接地板，或印制导电层或网格相比，通过使下方的开关电路图形形成印刷线，更为有效地和经济地使用了导电材料。根据本发明，可以和印制开关电路图形自身相同的方式，由丝网遮蔽法印制用开关电路图形有利地复制静电放电图形。根据本发明的静电放电保护电路图形的优点可在计算机键盘和其它混合薄膜开关应用中实现。

本发明的上述和其它性能和优点，由以下连同附图对优选实施例的详细说明，将会很容易地看清和充分地理解。

图1为一个传统的计算机键盘示意的透视图。

图2为一个传统的三层薄膜开关结构示意的部分横截面图。

图3为表示一个薄膜开关层的平面视图，该层包括一个已知形式的用于提供静电放电保护的直线性网格图形。

图4为表示一个薄膜开关层的平面视图，该层包括一个已知形式的用于提供静电放电保护的同心圆网格图形。

图5A为一个示范的薄膜开关电路图形的平面视图，该图形设置在根据本发明的薄膜开关结构的第一外层。

图5B为一个示范的薄膜开关电路图形的平面视图，该图形设置在薄膜开关结构的第二外层，用以和图5A所示的开关电路图形形成有选择地配合接触。

图6为根据本发明的一个示范的三层薄膜开关结构的示意的部分的横截面视图。

图7为一个示范的薄膜开关外层的平面视图，该层包括位于其外侧上的印制的静电放电保护电路图形，该图形为图5A和5B所示的电路图形设计线路的复合。

根据本发明，利用静电放电保护电路可使薄膜开关结构避免遭受静电放电，该电路复制了至少一部分或一段的复合电路图形设计线路，该设计线路是由一对彼此叠置的薄膜开关电路图形所形成的。参照图5A和5B，分别示出了上部和下部的薄膜开关层201，202，其上分别带有开关电路图形208，209。开关电路图形208印制在顶部薄膜开关层201的内表面210上，并包括有相应于键盘按键位置的示范的感应(或驱动)线504，505，以及示范的触点501，502。开关电路图形还包括连接端503，用以将开关线路系统连接到键盘上安装的IC。开关电路图形209包括示范的驱动(或感应)线506，507，以及示范的触点511，512。开关电路图形209还包括端部触点508，用以适当地和键盘上安装的IC相连。IC以循环的形式驱动开关矩阵的驱动线，并接收开关矩阵相关的传感线上的电压信号。开关电路图形208和209共同包括一个键盘开关电路矩阵，使能通过IC进行键盘按键辨识。

再参照图6，示出了根据本发明的薄膜开关600，包含印制在上部外开关层201背面613上的静电放电电路图形607。电路图形607连接在键盘/计算机的公用的地线上。所示薄膜开关600具有分别设置在外层201，202内表面210，211上的电路图形208，209。一个示范的键盘按键601与薄膜开关600在212处相连。键盘按键601连同柱602的下降，在柔性的外层201上于212处作用一个压力。压力使位于顶部外层201内表面上的触点501和位于底部外层202内表面上的触点511之间产生一个瞬时的电接触。瞬时的电接触导致瞬时形成一个开关矩阵的电回路通路，该回路是由开关电路图形208和209所形成的，这在特定的感应线上于特定的时间(相应于一个时钟脉冲)产生一个信号，该信号被输入到连接着IC的键盘上，以进行键盘按键辨识。

根据本发明，静电放电保护电路607设置在紧靠在开关电路图形208和209的地方。最好，静电放电保护电路607印制在薄膜开关600的顶部外层201的背面613上，如图6所示。作为另一种选择，静电放电保护电路607可以印制在下部外层202的背面614上。静电放电保护电路图形607可以有利地利用相同的丝网遮蔽法印制在薄膜开关600的各层上，该方法是在印制电路图形208，209时所使用的。在本发明的另一个实施例中，静电放电保护电路可印制在一个附加的(第四个)聚酯薄片上，该片直接接触或紧靠薄膜开关600的一个外层。

现在参照图7，图中清楚地示出了薄膜开关外层201的背面613。可以看出，静电放电保护电路607为电路208和209的开关电路图形布局图的复合。在所述的本发明的优选实施例中，静电放电保护电路607，作为一个整体，复制了由开关电路图形208，209(它们是彼此重叠着的)所形成的复合布局图。例如，静电放电保护电路607包括印制在顶部外层201上的开关电路图形208的回路线504，505，和印制在底部外层202上的开关电路图形209的回路线506，507。静电放电保护电路607最好还包括与设置在开关电路中各自的触点相对应的圆形区域，例如，圆形接触区域701和702。区域701相应于相配合的接触器501和511的位置，而圆形区域702相应于相配合的接触器502和512的位置。

虽然上述的装置是优选的，但如果静电放电保护电路只复制了相关的开关电路图形208和/或209的一部分或一个区段，即使在略小的程度上，也可以具有其优点。最好，静电放电保护电路607的各个线路的宽度和形状基本上按开关电路相应的回路线的宽度和形状进行复制。然而，在本发明的另一个实施例中，通过将其上的导电线路按照形状变化的回路线路形成，例如，更薄的线路，间断线等，从而可进一步减少用于形成静电放电保护电路607所需导电印剂的数量。作为另一种改变，由复制开关电路图形208的全部或一部分的第一静电放电保护电路可以印制在外层201的背面，而复制开关电路图形209的全部或一部分的第二静电放电保护电路可以印制在外层202的背面。

与已有技术的方法不同，本发明在操作上并不寻求通过阻断静电放电引发的干扰去模拟金属接地板。代之以，保护电路图形607的有效性是由消除静电放电感应的噪声电压和/或电流达到的。特别是，可以确信电磁场在薄膜开关电流图形和保护电流图形上将感应相同的干扰电压(和电流)，设备的电子线路最终将消除共模噪声电压。噪声电压是共模的，因为任何电磁场同样地贯穿开关电路和静电放电保护电路图形，而开关电路和静电放电保护电路图形是最大地电容性耦合着的。

通过优选的和示范的实施例对本发明进行了描述。熟悉此项技术的普通人员根据本公开内容，可在不脱离本发明的技术方案的的范围内进行修改和改变。

Claims

1.用于薄膜开关的一个层，该层包括：

相对的第一和第二表面；

形成于第一表面上的薄膜开关电路图形；和

形成于第二表面上的静电放电保护电路图形，其特征在于，该静电放电保护电路图形包括一个包括多个保护电路线路的部分，该部分具有一布局图，该布局图复制及记录有含至少一部分薄膜开关电路图形中的多个开关电路线路布局图和/或被形成来包括构成在所述开关电路线路上的变化的线路。

2.根据权利要求1中所说的层，其特征在于，静电放电保护电路图形复制了全部薄膜开关电路图形。

3.根据权利要求1中所说的层，其特征在于，薄膜开关电路图形和静电放电保护电路图形包括对应的印刷导电图形。

4.根据权利要求1中所说的层，其特征在于该层包括一个聚酯薄片。

5.根据权利要求1所述的层，其中，所述静电放电保护电路图形包括比对应的所述开关电路线路更薄的线路。

6.根据权利要求1所述的层，其中，所述静电放电保护电路图形包括对应于至少某些所述开关电路线路的间断线。

7.一个薄膜开关，包括：

一个第一绝缘外层，其内表面上具有一个第一开关电路图形；

一个第二绝缘外层，其内表面上具有一个第二开关电路图形；

一个配置在第一和第二外层之间的中间绝缘层，中间层带有接触孔，用以可选择地使第一和第二开关电路图形的电接触部分彼此形成电接触；和

一个静电放电保护电路，该电路配置在紧靠第一和第二外层处，其特征在于，静电放电保护电路的至少一部分包括多个保护电路线路，该部分具有一布局图，该布局图复制及记录有含第一和第二开关电路图形复合布局图中的至少一部分的多个开关电路线路布局图和/或被形成来包括构成在所述开关电路线路上的变化的线路。

8.根据权利要求7中所说的薄膜开关，其特征在于，静电放电保护电路图形的布局图全部复制了第一和第二电路图形复合布局图。

9.根据权利要求7中所说的薄膜开关，其特征在于，绝缘材料的第一外层包含一个聚酯薄片。

10.根据权利要求9中所说的薄膜开关，其特征在于，绝缘材料的第二外层包含一个聚酯薄片。

11.根据权利要求10中所说的薄膜开关，其特征在于，中间绝缘层包含一个聚酯薄片。

12.根据权利要求7中所说的薄膜开关，其特征在于，至少一部分静电放电保护电路图形印制在第一和第二外层之中一个的背面上。

13.根据权利要求12中所说的薄膜开关，其特征在于全部静电放电保护电路图形印制在第一和第二外层之中一个的背面上。

14.如权利要求7所述的薄膜开关，其中，所述静电放电保护电路图形包括比对应的所述开关电路线路更薄的线路。

15.如权利要求7所述的薄膜开关，其中，所述静电放电保护电路图形包括对应于至少某些所述开关电路线路的间断线。

16.一个静电放电保护键盘，包括：

许多键盘按键；

一个与许多键盘按键相关联的薄膜开关结构，该薄膜开关包括一个确定按键开关矩阵的薄膜开关电路图形和一个静电放电保护电路图形，其特征在于，静电放电保护电路图形的至少一部分包括多个保护电路线路，该部分具有一布局图，该布局图复制及记录有含至少一部分薄膜开关电路图形的多个开关电路线路布局图和/或被形成来包括构成在所述开关电路线路上的变化的线路。

17.根据权利要求16中所说的静电放电保护键盘，其特征在于静电放电保护电路图形复制了全部薄膜开关电路图形的布局图。

18.根据权利要求17中所说的静电放电保护键盘，其特征在于，开关电路图形各分开的部分印制在对应的绝缘材料外层上，外层夹着一个中间绝缘材料层，其特征在于，至少一部分静电放电保护电路图形印制在所说的绝缘材料外层之中一个的背面上。

19.根据权利要求18中所说的静电放电保护键盘，其特征在于，所说的每个绝缘材料层包含一个聚酯薄片。

20.如权利要求16所述的静电放电保护键盘，其中，所述静电放电保护电路图形包括比对应的所述开关电路线路更薄的线路。

21.如权利要求16所述的静电放电保护键盘，其中，所述静电放电保护电路图形包括对应于至少某些所述开关电路线路的间断线。