L'évolution des commutateurs à membrane dans les marchés électroniques d'aujourd'hui.

C'était en 1978 et quelques uns de mes frères et sœurs et moi regardions la télévision à quatre canaux avec des antennes en tôle tout en débranchant des entretoises pour une nouvelle technologie appelée commutateur à membrane. Mon père possédait depuis des années une entreprise de sérigraphie prospère, mais ce n'est que récemment que des associés de Rogers Corporation lui ont fait découvrir les commutateurs à membrane. Ils l'ont approché et lui ont dit qu'ils fabriquaient ces interrupteurs à membrane, mais qu'une entreprise comme la sienne était probablement mieux placée pour s'en occuper à long terme. Ils voulaient savoir s'il était intéressé à essayer de fabriquer des interrupteurs à membrane. C'est ainsi que papa est passé de l'impression de décalcomanies, de plaques signalétiques et de marquage de flotte à la fabrication de commutateurs à membrane, et que le reste de la famille a été entraîné, que cela nous plaise ou non. Qui aurait pu deviner que, quarante ans plus tard, ma carrière serait définie par des commutateurs à membrane et des écrans tactiles ?

J'ai mentionné le "désenfouissement" ci-dessus. Il s'agit de retirer les canaux d'aération et les trous d'espacement qui maintiennent à distance deux pastilles et traces conductrices en argent sérigraphié, afin d'éviter qu'elles n'entrent en contact et ne créent un court-circuit électrique. C'était la méthode utilisée en 1978 et c'est toujours le principal moyen d'isoler les circuits électriques. Le processus de désaccouplement est difficile et prend beaucoup de temps. De nombreuses entreprises ont soit développé des équipements pour accélérer ce processus, soit déplacé les assemblages à forte intensité de main-d'œuvre vers des centres de coûts situés dans des pays à faible revenu. La production de commutateurs à membrane nécessite beaucoup de main-d'œuvre. Pour mettre cela en perspective, il y a des montages pour chaque couche d'un commutateur à membrane. Si une superposition graphique comporte 5 couleurs, il y a 5 réglages pour les processus d'impression. S'il y a deux couches de circuit, il y a des réglages pour imprimer et découper ces couches, ainsi que les entretoises. Vous pouvez voir comment cela s'accumule très rapidement. Pour lutter contre ces coûts et maximiser la valeur des interrupteurs à membrane, VEXOS s'est tourné vers la Chine à la fin des années 1990 pour la production de ses interrupteurs à membrane.

Les commutateurs à membrane ont parcouru un long chemin depuis 1978. Ils ont été introduits pour la première fois en 1973, mais il a fallu de nombreuses années avant que la technologie ne soit totalement adoptée. Selon un nouveau rapport de Grand View Research, Inc., le marché mondial des commutateurs à membrane devrait atteindre 13,14 milliards USD d'ici 2025. Au début, les commutateurs à membrane étaient de simples circuits non tactiles séparés par une fine couche d'espacement. Ces interrupteurs atteignaient 1 à 2 millions de cycles avant de tomber en panne. Le marché a fini par demander un retour tactile sur les interrupteurs, ce à quoi on a répondu en ajoutant des dômes métalliques estampés ou des dômes poly-tactiles thermoformés. Au départ, ces technologies présentaient de nombreux problèmes. Les dômes métalliques étaient placés au-dessus des circuits et parfois le circuit se fermait avant que le dôme ne clique, ou le dôme cliquait et le circuit ne s'activait pas. Cela provoquait des frustrations et des dommages chez le client. Les poly-dômes n'étaient pas beaucoup mieux. Les premiers poly-dômes étaient mous et avaient un cycle de vie très court de 250 000 cycles avant de tomber en panne. 

L'interface de choix pour une multitude d'applications

Avec le grand nombre d'options d'interface utilisateur disponibles aujourd'hui, il est facile d'oublier pourquoi le commutateur à membrane est un excellent choix pour l'instrumentation. Les avantages fondamentaux sont toujours les mêmes qu'il y a vingt ans, lorsque les commutateurs à membrane sont devenus l'interface de choix pour une multitude d'applications, telles que les produits de consommation, les dispositifs médicaux, les appareils haut de gamme, les contrôleurs industriels et les commandes automobiles. Ces applications ont été améliorées par l'évolution des matériaux, des processus et de l'expertise en matière de conception.

Les applications de commutateurs à membrane sont bien adaptées à une multitude d'appareils électroniques, qui sont limités à un nombre spécifique ou restreint de fonctions, sont portables et nécessitent un haut degré de visibilité. Les commutateurs à membrane sont particulièrement adaptés aux applications portatives et aux appareils portables car ils sont légers, peu encombrants, durables, faciles à nettoyer et conformes à la directive RoHS.

Six caractéristiques clés

Nous nous concentrons sur les six caractéristiques clés des interrupteurs à membrane qui contribuent à la conception optimale de tout produit électronique à interface utilisateur.

1. Graphiques

Le plus grand avantage d'une superposition graphique sur un instrument est sa capacité à être vu dans un rayon de 180°. Les voyants d'avertissement ou autres voyants fonctionnels peuvent être vus à distance sous différents angles. En tant que couche supérieure de l'interrupteur à membrane, la superposition graphique constitue l'interface directe entre le produit et l'utilisateur final. Outre la fonction évidente de définition de l'emplacement et des fonctions du commutateur, elle peut également servir à l'amélioration et à la différenciation du produit. Avec une palette de couleurs essentiellement illimitée, la superposition graphique peut conférer au produit des caractéristiques à la fois esthétiques et hautement fonctionnelles. Des ajustements très simples des couleurs et du graphisme permettent de différencier à moindre coût les modèles ou les fonctions, même si les couches inférieures des commutateurs restent constantes, ce qui peut contribuer à maintenir le coût total du programme à un niveau peu élevé. 

Les matériaux de revêtement à revêtement dur ont une excellente résistance aux environnements défavorables. Des applications sélectives de revêtements texturés permettent d'obtenir des arrière-plans et des zones d'interface durables et agréables, tout en permettant aux écrans des couches inférieures d'être très visibles et non déformés. En outre, les écrans de couche inférieure et les LED peuvent être cachés en utilisant des façades mortes et des couleurs transparentes appropriées. Le gaufrage peut être utilisé pour donner au panneau un aspect et une sensation tridimensionnels.

2. Blindage

Les commutateurs à membrane peuvent facilement assurer une protection contre les décharges électrostatiques (ESD). Une couche interne de l'ensemble du commutateur peut amener ces décharges à la terre. Des utilisations innovantes de circuits polymères double face (D/SPC®) peuvent fournir le chemin vers la terre en tant que partie du circuit du commutateur, éliminant ainsi le besoin de queues ou de languettes de blindage supplémentaires. L'utilisation de D/SPC peut également contribuer à réduire l'empreinte du circuit de commutation, éliminant ainsi les problèmes potentiels de décharges sur les bords du panneau de la membrane. Cette couche de blindage peut simultanément fournir une protection EMI/RFI. Les couches de blindage imprimées peuvent être adaptées à chaque application unique afin de fournir des effets de blindage optimaux et de prévenir les interférences indésirables des signaux entrants ou sortants. Le blindage peut généralement être réalisé sans compromettre les performances ou l'esthétique du commutateur.

3. Capacité de scellage

L'une des plus grandes menaces pour tout type d'interface utilisateur est le risque d'infiltration d'eau ou de produits chimiques dans la cavité de l'interrupteur. Un interrupteur à membrane peut être scellé contre divers types d'environnements généralement utilisés dans un environnement portable. Cela peut être réalisé avec un joint d'étanchéité ou un joint de périmètre complet dans lequel la sortie de la queue du circuit est acheminée. Avec une conception et des matériaux appropriés, non seulement l'ensemble de commutateurs peut être scellé contre l'environnement, mais il peut également sceller le boîtier sur lequel il est monté. Le commutateur à membrane scellé peut également fournir une indication d'état très visible grâce à l'utilisation de DEL à profil bas montées en surface.

4. Eclairage

Il existe deux méthodes courantes et éprouvées pour éclairer un interrupteur à membrane : les LED et les panneaux électroluminescents. La LED est un moyen très efficace de communiquer - de près ou de loin - l'état d'un dispositif, même sous des angles obliques et dans des conditions d'éclairage différentes. Les progrès réalisés dans les technologies de montage en surface des polymères, ainsi que les boîtiers de DEL à profil bas disponibles dans le commerce, offrent un moyen fiable et efficace d'intégrer des indicateurs d'état dans un interrupteur à membrane. La combinaison d'un liant pour puces et d'époxies conductrices fournit la résistance et la conductivité nécessaires pour fixer des LED de .010″ de hauteur sur des circuits polymères flexibles. Les LED sont mieux adaptées aux indicateurs d'état, mais peuvent être adaptées pour fournir un rétroéclairage. Cela devient un défi de conception car la hauteur totale du commutateur est augmentée lors de l'utilisation du rétroéclairage par LED.

Les lampes électroluminescentes (EL) ne sont pas interchangeables avec les LED pour l'éclairage. La lampe EL est plus appropriée pour le rétro-éclairage dans des situations de faible luminosité. Elle ne convient pas comme indicateur lumineux ou dans des conditions de jour ou de lumière vive. L'avantage pour le rétroéclairage est une source de lumière uniforme (aucune source de lumière ponctuelle n'est évidente) et peut être fournie dans une couche très fine. L'épaisseur typique de l'EL est d'environ 0,010″.

5. Rétroaction tactile

Le retour tactile améliore la saisie de données sans erreur et peut être réalisé avec deux matériaux différents. Les dômes métalliques sont utilisés pour des applications de haute fiabilité où l'on prévoit un nombre élevé d'actionnements et des cycles de température extrêmes. Les dômes métalliques sont proposés dans une variété de tailles, de formes et de forces d'actionnement. Une deuxième option est un dôme en polyester formé. La force d'actionnement est très personnalisable avec cette approche car il existe de nombreuses combinaisons de hauteurs, de tailles et de formes de dômes. Avec l'un ou l'autre de ces matériaux, l'utilisateur confirme la fermeture de l'interrupteur en "sentant" l'effondrement du dôme de l'interrupteur, qui agit comme une pièce de court-circuit pour fermer la boucle de l'interrupteur.

6. Conformité à la directive RoHS

La conformité à la directive RoHS étant une exigence pour la plupart des appareils électroniques fabriqués aujourd'hui dans de multiples secteurs. En règle générale, il n'y a pas de substances interdites dans les composants de base des commutateurs à membrane si des encres conductrices sérigraphiées sont utilisées. Les adhésifs sensibles à la pression, le film polyester utilisé pour le substrat et les encres utilisées pour les graphiques sont généralement exempts de substances interdites également. 

Choisir Vexos comme partenaire de Membrane Switch

L'industrie des interrupteurs à membrane a parcouru un long chemin depuis ces premiers jours. Chez VEXOS, nous avons maintenant des interrupteurs plats non tactiles qui dépassent les 10 000 000 d'actionnements. Nos dômes métalliques sont disponibles dans un large éventail de forces d'actionnement et sont formés pour être placés directement sur le circuit, ce qui garantit un fonctionnement constant de l'interrupteur et du dôme. VEXOS et ses partenaires fournisseurs ont développé une couche graphique poly-tactile unique qui offre une réponse tactile exceptionnelle, une utilisation réduite des matériaux et une durée de vie de 2 millions de cycles. Nous avons également développé des époxies exclusives pour placer des LED et des écrans à 7 segments directement sur les circuits à membrane. Nos interrupteurs peuvent être terminés par des queues ouvertes recouvertes de carbone ou par des connecteurs mâles ou femelles. 

Je peux vous assurer qu'en 1978, je n'aurais jamais imaginé que ma carrière tournerait autour des industries des commutateurs à membrane et des écrans tactiles. Cela dit, je suis ravi d'avoir participé à l'évolution des technologies et à la croissance de l'industrie. 

Les ingénieurs de VEXOS sont capables d'aider à transformer un concept en produit fini et sont prêts à vous aider. En concevant le commutateur et l'outillage en interne, en fabriquant tous les outils durs, les matrices en acier et les outils de gaufrage en interne, nous pouvons fournir les pièces les plus fiables à un coût compétitif avec des délais de livraison parmi les meilleurs du secteur. Touchez l'avenir avec VEXOS.

Pour plus d'informations sur les commutateurs à membrane, contactez VEXOS dès aujourd'hui ! 

ou appelez le 855-711-3227

Vexos est une entreprise internationale de taille moyenne spécialisée dans les services de fabrication de produits électroniques (EMS) et les solutions matérielles personnalisées (CMS). Elle fournit des solutions complètes de gestion de la chaîne d'approvisionnement de bout en bout pour les produits électroniques et mécaniques aux fabricants d'équipements d'origine (OEM) et aux nouvelles entreprises technologiques émergentes.  

Les services de Vexos s'étendent sur l'ensemble du cycle de vie des produits électroniques, depuis les services d'ingénierie de la valeur pour le développement de produits jusqu'au prototypage et à l'introduction de nouveaux produits (NPI), en passant par les phases de croissance, de maturité et de fin de vie, avec un accent et un engagement forts sur la qualité et la satisfaction du service client.

Avec des sites de production à LaGrange Ohio (États-Unis), Markham Ontario (Canada) et 2 sites en Chine. Vexos est en mesure d'affronter efficacement la concurrence sur le marché actuel, en se concentrant principalement sur les segments de marché de l'automobile, de l'industrie, des réseaux, de la communication, du médical et de la sécurité. Vexos permet à ses clients de se concentrer sur leur activité principale, de réduire leurs coûts, d'accélérer leur mise sur le marché et d'acquérir un avantage concurrentiel.