La evolución de los interruptores de membrana en los mercados electrónicos actuales.
Era 1978 y un par de mis hermanos y yo estábamos viendo la televisión de cuatro canales con antenas de hojalata mientras desatascábamos los espaciadores de una nueva tecnología llamada interruptor de membrana. Mi padre había tenido una exitosa empresa de serigrafía durante años, pero hacía poco que unos socios de Rogers Corporation le habían presentado los interruptores de membrana. Se acercaron a él y le dijeron que estaban fabricando estos interruptores de membrana, pero que en realidad una empresa como la suya probablemente estaba mejor preparada para hacerlos a largo plazo. Querían saber si estaba interesado en fabricar interruptores de membrana. Así, papá pasó de imprimir calcomanías, placas de identificación y marcaje de flotas a fabricar interruptores de membrana, y el resto de la familia nos vimos arrastrados, nos gustara o no. ¿Quién iba a imaginar que cuarenta años más tarde mi carrera estaría definida por los interruptores de membrana y las pantallas táctiles?
Antes he mencionado el "desatascado". Esto significa que se eliminan los canales de ventilación y los orificios espaciadores que mantienen separadas dos almohadillas y trazas conductoras de plata serigrafiadas, para que no entren en contacto y se produzca un cortocircuito. Este era el método utilizado en 1978 y sigue siendo la principal forma de aislar los circuitos eléctricos. El proceso de desacoplamiento es duro y lleva mucho tiempo. Muchas empresas han desarrollado equipos para agilizar este proceso o han trasladado los montajes, que requieren mucha mano de obra, a centros de bajo coste. La producción de interruptores de membrana requiere mucha mano de obra. Para ponerlo en perspectiva, hay montajes para cada capa de un interruptor de membrana. Si una capa gráfica tiene 5 colores, hay 5 configuraciones para los procesos de impresión. Si hay dos capas de circuito, hay que imprimir y troquelar esas capas, así como los espaciadores. Como puede ver, todo esto se acumula rápidamente. Para combatir estos costes y maximizar el valor de los interruptores de membrana, VEXOS recurrió a China a finales de los 90 para la producción de sus interruptores de membrana.
Los interruptores de membrana han avanzado mucho desde 1978. Se introdujeron por primera vez en 1973, pero pasaron muchos años antes de que la tecnología se impusiera totalmente. Se prevé que el mercado mundial de interruptores de membrana alcance los 13.140 millones de dólares en 2025, según un nuevo informe de Grand View Research, Inc. Al principio, los interruptores de membrana eran simples circuitos no táctiles separados por una fina capa espaciadora. Estos interruptores alcanzaban 1-2 millones de ciclos antes de averiarse. Con el tiempo, el mercado exigió que los interruptores fueran táctiles, a lo que se respondió añadiendo cúpulas metálicas estampadas o cúpulas politáctiles termoformadas. Al principio, estas tecnologías planteaban muchos problemas. Las cúpulas metálicas se colocaban encima de los circuitos y a veces el circuito se cerraba antes de que la cúpula hiciera clic, o la cúpula hacía clic y el circuito no se activaba. Esto causaba frustración y daños al cliente. Las cúpulas de polietileno no eran mucho mejores. Las primeras cúpulas de polietileno eran blandas y tenían un ciclo de vida muy corto, de 250.000 ciclos, antes de romperse.
La interfaz preferida para multitud de aplicaciones
Con la gran cantidad de opciones de interfaz de usuario disponibles hoy en día, es fácil olvidar por qué el interruptor de membrana es una opción excelente para la instrumentación. Las ventajas básicas siguen siendo las mismas que hace dos décadas, cuando los interruptores de membrana se convirtieron en la interfaz elegida para multitud de aplicaciones, como productos de consumo, dispositivos médicos, electrodomésticos de gama alta, controladores industriales y controles de automoción. Estas aplicaciones se han mejorado gracias a los avances en materiales, procesos y conocimientos de diseño.
Las aplicaciones de interruptores de membrana son muy adecuadas para multitud de dispositivos electrónicos, que se limitan a un número específico o reducido de funciones, son portátiles y requieren un alto grado de visibilidad. Los interruptores de membrana son especialmente adecuados para aplicaciones de mano y dispositivos portátiles porque son ligeros, de perfil bajo, duraderos, fáciles de limpiar y cumplen la directiva RoHS.
Seis características clave
Nos centramos en las seis características clave de los interruptores de membrana que contribuyen al diseño óptimo de cualquier producto electrónico de interfaz de usuario.
1. Gráficos
La mayor ventaja de una superposición gráfica en el instrumento de cualquier aparato es su capacidad para ser vista en un radio de 180°. Las luces de advertencia u otros indicadores funcionales pueden verse desde lejos en varios ángulos. Como capa superior del interruptor de membrana, la superposición gráfica es la interfaz directa entre el producto y el usuario final. Además de la función obvia de definir la ubicación y las funciones de los interruptores, también puede servir para mejorar y diferenciar el producto. Con una paleta de colores prácticamente ilimitada, el revestimiento gráfico puede aportar al producto características estéticas y funcionales. Unos ajustes muy sencillos del color y del diseño gráfico permiten realizar diferenciaciones funcionales o de modelo de bajo coste, aunque las capas de interruptores inferiores permanezcan constantes, lo que puede ayudar a mantener bajos los costes totales del programa.
Los materiales de recubrimiento duro presentan una excelente resistencia a entornos adversos. Las aplicaciones selectivas de revestimientos texturizados proporcionan zonas de fondo e interfaz duraderas y agradables, al tiempo que permiten que las pantallas de las capas inferiores sean muy visibles y no se distorsionen. Además, las pantallas de las capas inferiores y los LED pueden ocultarse utilizando frentes muertos y colores transparentes adecuados. El gofrado puede utilizarse para dar al panel un aspecto tridimensional.
2. Blindaje
Los interruptores de membrana pueden proteger fácilmente contra las descargas electrostáticas (ESD). Una capa interna del conjunto del interruptor puede llevar a tierra dichas descargas. El uso innovador de circuitos de polímero de doble cara (D/SPC®) puede proporcionar la ruta a tierra como parte de los circuitos del interruptor, eliminando así la necesidad de colas o lengüetas de blindaje adicionales. El uso de D/SPC también puede ayudar a reducir la huella del circuito de conmutación, eliminando posibles problemas de descargas en los bordes del panel de membrana. Esta capa de apantallamiento puede proporcionar simultáneamente protección EMI/RFI. Las capas de apantallamiento impresas pueden adaptarse a cada aplicación exclusiva para proporcionar efectos de apantallamiento óptimos y evitar interferencias no deseadas de señales entrantes o salientes. Por lo general, el apantallamiento puede lograrse sin comprometer el rendimiento o la estética del interruptor.
3. Capacidad de sellado
Una de las mayores amenazas para cualquier tipo de interfaz de usuario es el riesgo de entrada de agua o productos químicos en la cavidad del interruptor. Un interruptor de membrana puede sellarse contra varios tipos de entornos que suelen utilizarse en un entorno portátil de mano. Esto puede lograrse con un sellado perimetral completo o una junta dentro de la cual se enruta la salida de la cola del circuito. Con el diseño y los materiales adecuados, no sólo se puede sellar el conjunto de interruptores contra el entorno, sino que también se puede sellar la carcasa en la que está montado. El interruptor de membrana sellado también puede proporcionar una indicación de estado muy visible mediante el uso de LEDs de bajo perfil montados en superficie.
4. Iluminación
Existen dos métodos comunes y probados para iluminar un interruptor de membrana: Los LED y los paneles electroluminiscentes. El LED es una forma muy eficaz de comunicar -de cerca o a distancia- el estado de un dispositivo, incluso en ángulos oblicuos y condiciones de luz diferentes. Los avances en las tecnologías de montaje superficial de polímeros, así como los paquetes de LED de bajo perfil disponibles en el mercado, ofrecen una forma fiable y eficaz de incorporar indicadores de estado a un interruptor de membrana. La combinación de aglutinante de chips y epoxis conductores proporciona la resistencia y conductividad necesarias para fijar LED de 0,010″ de altura a circuitos de polímero flexible. Los LED son más adecuados para los indicadores de estado, pero pueden adaptarse para proporcionar retroiluminación. Esto se convierte en un reto de diseño, ya que la altura total del interruptor se incrementa cuando se utiliza la retroiluminación LED.
Las lámparas electroluminiscentes (EL) no son intercambiables con los LED a efectos de iluminación. La lámpara EL es más apropiada para retroiluminación en situaciones de poca luz. No es adecuada como luz indicadora ni en condiciones de luz diurna o brillante. La ventaja para la retroiluminación es una fuente de luz uniforme (no se aprecia ninguna fuente puntual de luz) y que puede proporcionarse en una capa muy fina. El grosor típico de EL es de aproximadamente 0,010″.
5. Retroalimentación táctil
La respuesta táctil mejora la introducción de datos sin errores y puede conseguirse con dos materiales diferentes. Los domos metálicos se utilizan para aplicaciones de alta fiabilidad en las que se prevé un elevado número de accionamientos y ciclos de temperatura extrema. Las cúpulas metálicas se ofrecen en diversos tamaños, formas y fuerzas de accionamiento. Una segunda opción es una cúpula de poliéster conformado. La fuerza de accionamiento es muy personalizable con este método, ya que existen numerosas combinaciones de alturas, tamaños y formas de cúpula. Con cualquiera de los dos materiales, el usuario confirma el cierre del interruptor "sintiendo" el colapso de la cúpula del interruptor, que actúa como un parche de cortocircuito para cerrar el bucle del interruptor.
6. Conformidad RoHS
El cumplimiento de la directiva RoHS es un requisito para la mayoría de los dispositivos electrónicos que se fabrican hoy en día en múltiples sectores. Normalmente, no hay sustancias prohibidas en los componentes básicos de los interruptores de membrana si se utilizan tintas conductoras serigrafiadas. Los adhesivos sensibles a la presión, la película de poliéster utilizada para el sustrato y las tintas utilizadas para los gráficos tampoco suelen contener sustancias restringidas.
Elección de Vexos como socio de conmutadores de membrana
La industria de los interruptores de membrana ha avanzado mucho desde aquellos primeros días. En VEXOS, ahora tenemos interruptores planos no táctiles que superan los 10.000.000 de accionamientos. Nuestras cúpulas metálicas están disponibles en una amplia gama de fuerzas de accionamiento y están diseñadas para colocarse directamente en el circuito, lo que garantiza una conexión/desconexión uniforme del interruptor y la cúpula. VEXOS y sus proveedores han desarrollado una capa gráfica politáctil exclusiva que proporciona una respuesta táctil excepcional, un uso reducido de material y una vida útil de 2 millones de ciclos. También hemos desarrollado epoxis patentadas para colocar LED y pantallas de 7 segmentos directamente en los circuitos de membrana. Nuestros interruptores pueden terminarse con colas abiertas recubiertas de carbono o con conectores clincher macho o hembra.
Puedo asegurarles que en 1978 nunca soñé que mi carrera giraría en torno a las industrias de los interruptores de membrana y las pantallas táctiles. Dicho esto, estoy encantado de haber formado parte de la evolución de las tecnologías y del crecimiento de la industria.
Los ingenieros de VEXOS son capaces de ayudar a llevar un concepto a un producto acabado y están listos para ayudar. Diseñando el interruptor y el utillaje en nuestras instalaciones, fabricando todas las herramientas duras, troqueles de regla de acero y herramientas de estampado en nuestras instalaciones, podemos proporcionar las piezas más fiables a un coste competitivo con plazos de entrega líderes en la industria. Toque el futuro con VEXOS.
Para obtener más información sobre los interruptores de membrana, póngase en contacto con VEXOS hoy mismo.
o llame al 855-711-3227
Vexos, es una empresa global de tamaño medio de servicios de fabricación electrónica (EMS) y soluciones de materiales a medida (CMS), que ofrece soluciones completas de gestión de la cadena de suministro de extremo a extremo en productos electrónicos y mecánicos para fabricantes de equipos originales (OEM) y nuevas empresas tecnológicas emergentes.
Los servicios de Vexos abarcan todo el ciclo de vida de los productos electrónicos, desde los servicios de ingeniería de valor para el desarrollo de productos hasta la creación de prototipos y la introducción de nuevos productos (NPI), pasando por las fases de crecimiento, madurez y fin de vida, con un fuerte enfoque y compromiso con la calidad y la satisfacción del servicio al cliente.
Con plantas de fabricación en LaGrange Ohio (Estados Unidos), Markham Ontario (Canadá) y dos centros en China. Vexos puede competir eficazmente en el mercado actual, centrándose principalmente en los segmentos de mercado de la automoción, la industria, las redes, las comunicaciones, la medicina y la seguridad. Vexos permite a sus clientes centrarse en su actividad principal, reducir costes, acelerar el tiempo de comercialización y obtener una ventaja competitiva.