模压硅橡胶键盘在电子行业的应用已有30多年的历史。橡胶按键具有三维操作表面，对终端用户很有吸引力。原始设备制造商（OEM）在尝试指定符合其要求的功能时仍会遇到一些复杂问题。本文在比较和对比两种基本样式之间的差异的同时，详细介绍了可用设计特性的范围。
键盘设计人员需要了解各种特性和权衡，以选择最适合其应用的设计风格。
模压硅橡胶键盘有两种基本款式：
导电橡胶键盘，背面带有一个整体半导电丸或球。
非导电橡胶按键，压在金属按扣开关上。
术语橡胶按键可以仅指模制硅橡胶部件或整个按键组件，包括支撑印刷电路板，有时还包括装饰边框。模压橡胶件是更大键盘组件的一个组成部分，需要将其理解为组件的一部分，而非独立部件。
模压硅橡胶按键的共同特点
橡胶键盘是一整块高级模压硅橡胶，将可视按键面与底垫结合在一起，底垫靠在印刷电路板上，按键面和底垫之间有一层薄薄的橡胶网（图1）。
大多数模制橡胶按键采用低压压缩成型工艺制造。少数模塑商使用高压液体注射成型工艺。模制橡胶按键可以是纯色、在个别区域内使用不同的纯色、半透明或半透明与纯色的组合。
按键面板的图例可通过丝网印刷硅胶油墨或激光蚀刻在半透明硅橡胶上实现，半透明硅橡胶表面喷涂一层或多层硅胶漆。由于硅橡胶具有一定的阻燃性，但不符合严格的UL 94V0要求，因此绝大多数硅橡胶按键都没有UL 94V0可燃性等级。硅橡胶可达到UL 94V0等级，但必须特别订购原材料橡胶，且最低购买量较大。很少有硅橡胶按键需要UL 94V0等级，从而节省了额外的交货时间和大量的最低采购量。
橡胶按键面板的前表面可涂覆与聚氨酯类似的耐磨涂层。涂层质地包括光泽、缎面或哑光。其他美观的表面处理包括双硬度按键面板和环氧树脂面板。表面处理选项仅为美观，不影响设计或操作参数的核心讨论。
导电橡胶键盘 – 结构
导电橡胶按键包含一个半导电丸或球，预先用碳颗粒和硅橡胶混合物成型（图2）。混合物中含有足够的碳颗粒，因此表面具有一定的导电性，但也有足够的硅橡胶将碳颗粒固定在一起。在最后的模塑过程中，药丸或药球被永久固定在每个开关位置的按键面板底部。在模具中放置药丸的方式类似于电连接器端子的嵌件成型。
导电橡胶按键在按下按键时，半导电药丸与印刷电路板上裸露的点阵间导体发生物理接触，形成电气开关闭合。开关闭合发生在按键行程的最末端，药丸表面必须与印刷电路板平行才能实现开关闭合。
导电橡胶按键通过键面底边与周围底座之间的力锥为用户提供触觉反馈或按压感。力锥在未触动位置支撑按键面板。
当按下按键时，力锥会压缩到一个点，然后塌陷，从而提供触感。力锥必须很薄，以便弯曲并提供触感。导电橡胶按键必须使用低硬度或软橡胶，以使力锥能多次弯曲而不会撕裂或开裂。
非导电橡胶按键 – 结构
非导电橡胶按键的外观与导电橡胶按键相同，但在其他结构上存在一些显著差异。非导电橡胶按键的功能是机械致动器推动开关机构，如金属快动圆顶开关（图3）。
键面背面没有半导电丸，触感由金属扣球开关提供，而不是力锥。按键面板与底座之间由更厚的材料网支撑，使其弯曲度更小，不易撕裂或开裂。按键面板必须移动，但受力锥的限制已不复存在。与导电橡胶按键相比，硅橡胶的硬度可以而且应该更高（更坚固），为最终用户提供更坚固的触感，同时大大减少了按键面板的晃动。
两种橡胶键盘的特性比较
在了解基本结构后，可对导电和非导电橡胶键盘的特性和设计参数进行比较和对比。我们将对每种特性进行单独研究，但应注意的是，有些特性是相互关联的，不能割裂开来。
- 开关密封
开关腔是两个开关触点的位置以及两个触点周围的直接空气容积。导电橡胶按键的开关腔在设计上不能密封。按下导电橡胶按键时，开关腔内的空气必须能够自由流动。这些按键可结合设计特性，以尽量减少外部污染通过橡胶按键或其周围，但开关腔本身不能密封。
非导电橡胶按键的开关腔可进行环境密封，并结合设计特点，以尽量减少外部污染通过橡胶按键或其周围。在导电橡胶键盘中，位于键盘背面的药丸是碳颗粒和硅橡胶的混合物。全新键盘的开关电阻小于50欧姆，但随着时间的推移和使用，随着污染使药丸表面老化，电阻会增加。出现这种现象时，没有可行的方案通过密封开关腔来消除问题。然而，将开关电路电阻阈值设置得更高，如1,000至10,000欧姆，可减缓污染随着使用和时间的推移而恶化的速度。
- 开关反弹
导电橡胶按键在按下时会出现较高的开关反弹，这取决于手指的施力以及按键与印刷电路板之间的垂直度。如果按压键面的中心而非边缘或角落，则键面可能会摇晃，从而降低按键与印刷电路板之间的接触面。这种情况会增加闭合接触电阻并增加开关跳动。根据按键的按压方式，寿命测试数据很容易与实际操作结果产生偏差（图4）。
在非导电橡胶键盘中，开关跳动由金属按扣圆顶开关的设计以及圆顶开关和印刷电路板的接触面控制。与导电橡胶按键相比，圆顶开关的闭合电阻要低几个量级，从而进一步降低了开关弹跳。
- 操作力
导电橡胶键盘在键盘边缘使用受力锥来提供触感和行程。受力锥的实际限制，无法在开关周期寿命合理的情况下实现较高的操作力。导电橡胶键盘的典型操作力介于60至200克之间。
非导电橡胶按键的操作力几乎是被动的，会略微增加开关的操作力。有效操作力为非导电橡胶按键的线性位移力与金属按扣圆顶开关的操作力之和。带有圆顶开关的非导电橡胶键盘组件的操作力范围为240克至2000克，具体取决于圆顶开关的设计。
- 间歇性开关操作
当导电橡胶按键的药丸被非导电污染物涂覆时，会出现间歇性开关操作。导电橡胶按键与印刷电路板上相互接触的裸露导体之间的开关腔无法密封。键帽底部和印刷电路板之间的空气体积必须移动，这样键帽和药丸才能移动，而不会影响有限的触感。如果将开关腔密封，就会抵消有限的触感。因此，按键释放时吸入开关腔的任何空气中的灰尘或绒毛都会积聚在焊丸和印刷电路板的裸露接触面上。将开关电路阈值电阻设置得更高有助于延缓污染的影响，但并不能防止使用过程中的老化。
非导电橡胶按键的触感和电气开关闭合依赖于金属按扣圆顶开关。橡胶按键本身只是一个机械致动器。金属按扣圆顶开关可设计为在环境密封的开关腔中操作，从而消除了有害的外部通信，并消除了开关间歇操作。
- 键面行程
导电橡胶键盘的键面行程较长，需要力锥折叠以获得触感。有限的触感和键面行程相结合，给用户一种开关已动作的感觉。较长的按键行程会缩短力锥的循环寿命，而较短的按键行程则会降低用户按下按键时的触感。导电橡胶键盘的典型键顶行程为0.03至0.07英寸。
非导电橡胶键盘具有更高的控制力和更高的触感。触觉快感由金属快动圆顶开关提供。行程限制为0.022英寸或更小，取决于具体的圆顶开关。橡胶按键顶的压缩增加了圆顶开关的行程，因此按键顶的行程将大于圆顶开关。装配键顶行程可高达0.04英寸，这取决于所选择的特定圆顶，包括直径、圆顶操作力和橡胶致动器设计。
- 开关操作点和超程
导电橡胶键盘在行程结束时，药丸与印刷电路板上的裸露导体发生物理接触之前，不会发生电气接触。事实上，按下时键面会有一定的压缩，因此用户在开关闭合后会感觉到少量的超程。通常情况下，导电橡胶按键的有效开关工作点接近按键行程（包括超程）的90%。需要注意的是，可以 “挑逗 “导电橡胶键盘，即用户可以缓慢地按压键面，使力锥塌陷（触觉），但又不至于使药丸实际接触到外露的印刷电路板导体（开关闭合）。
非导电橡胶按键在金属按扣圆顶开关塌陷时产生电接触。塌陷点接近行程的70%。同样，橡胶按键在按下时会有一定的压缩，增加了超程。典型的有效开关操作点接近键顶行程（包括超程）的60%。使用设计合理的非导电橡胶键盘组件和金属圆顶开关，在没有电气开关闭合的情况下，几乎不可能感觉到圆顶塌陷的卡扣。
- 键面晃动
导电橡胶按键在按压偏离中心时，键面有摇晃或晃动的趋势。键面周围的力锥会独立于力锥的其他部分而塌陷，从而导致键面晃动。键面晃动可能会被用户误判为开关闭合，因为即使开关没有电动闭合，用户也能感觉到触感。
非导电橡胶按键由硬度更高的橡胶模压而成，不包含用于触感扣合的力锥。在没有力锥的情况下，偏离中心按下时的键面运动或摆动非常有限。按下偏离中心的按键会使开关闭合。对用户而言，消除了键面运动和开关闭合的模糊性。
摘要
模压橡胶键盘的使用为OEM设计人员提供了用户界面的选择。了解更多有关结构、特性和局限性的信息可为特定应用提供最佳选择。将模制橡胶按键视为具有交互式组件的组件，而非独立组件，是设计人员可以实现的最大飞跃。
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