定制的小尺寸键盘组件，结合正确的材料和结构选择，可以提供高可靠性的用户界面键盘。准备发现高可靠性定制键盘组件与过早失效的键盘组件之间的区别。

有许多因素会对键盘可靠性产生不利影响。其中三个因素对键盘可靠性的影响最大，包括

进入开关腔的外部污染。
开关腔内部污染。
超出开关触点的电气额定值。
在研究这些因素之前，有必要回顾一下定制小尺寸键盘所使用的基本结构样式。

定制小尺寸键盘

定制小尺寸键盘组件通常分为两大类。一种是传统的柔性印刷薄膜按键，其开关电路由银导电聚合物油墨丝网印刷在1.25毫米（5密耳）的聚酯薄膜上（见图1）。两个相对的聚酯电路层由薄薄的粘合剂/聚酯层隔开，每个开关位置都有一个孔。在开关位置的手指压力可使前电路层通过小孔变形，并完成与底电路层的电路连接。触感通常由金属扣环或聚酯薄膜中的压花扣环（有时称为聚酯扣环）提供。

第二种薄型键盘组件是将印刷电路板与金属按扣圆顶结合在一起（见图2）。键盘的所有电路都在印刷电路板上，按扣圆顶提供触感，并为单个开关提供完成电路路径的方法。无论哪种款式的键盘，都可以通过装饰性图形覆盖层或其他致动机构（如塑料按键顶或模制橡胶按键顶）来完成。

外部污染
我们研究的第一个对键盘高可靠性产生不利影响的因素是进入开关腔的外部污染（见图3）。外部污染总是会造成问题。外部污染的形式可以是不导电的 “污垢”，如纸屑、灰尘和其他空气中的颗粒，也可以是带有悬浮 “污垢 “或溶解污染的液体。

每种款式的超薄键盘在开关区域（通常称为开关腔）内都含有一定量的空气。当手指按压开关位置以关闭开关时，开关腔内的空气需要减少体积。

如果开关腔完全密封，则开关腔内的空气无法排出。密封开关腔内的空气量减少会增加开关腔内的气压，并通过向后推压来降低触感。保持触感的简便解决方案是为开关腔内的空气提供逸出通道。

丝网印刷银膜键盘的外部通风口可通过在开关腔银印刷聚酯电路层与外围边缘之间的间隔层上切割狭窄的空气通道来实现。印刷电路板按键的外部通风口可通过在按键圆顶下的印刷电路板上的通孔来实现。

解决了一个问题–失去触感–却为外部污染进入开关腔创造了通道。按下开关时，开关腔内的部分空气会排出到键盘外部。当手指移开时，开关腔内形成部分真空，吸入外部空气和该区域的任何污染物。外部污染物，无论是固体还是液体，都会阻碍开关的正常闭合，因为大多数污染物都是不导电的。任何带有非导电涂层的开关接触点都会导致开关电阻增大、电气开关跳动增加或开关完全断开。

保持触感和防止外部污染是可以实现的，但必须使用某些设计和构造细节。了解问题的原因始终是解决问题的第一步。

顺便提一下，另一种定制键盘结构是导电橡胶键盘，常见于有线电视遥控器和其他低成本应用中。橡胶按键顶端和周围的橡胶套在开关按键顶端下侧的底面上有充碳模制橡胶 “丸 “或 “球”，可使印刷电路板上的裸电路短路。

这种类型的键盘不被视为高可靠性键盘，因为从设计和结构上讲，这种键盘是不密封的，容易因外部污染积聚在开关接触面上而导致使用寿命有限。由于导电橡胶键盘不被认为是高可靠性键盘，我们将不考虑这种结构，以进一步讨论高可靠性键盘。

内部污染
对键盘高可靠性产生不利影响的第二个因素是开关腔内的内部污染。内部污染的形式是开关接触面上的氧化物生长。除银以外，所有常见的金属氧化物都具有高电阻性或不导电性。不导电的开关表面会产生很差的电气开关。

银印刷聚酯薄膜开关本身不会产生不导电的氧化物，因为银是氧化物完全导电的唯一常见金属。在基于印刷电路板的金属按键键盘中，还有其他带有金属表面的导体需要控制氧化物的生长。在这种类型的键盘中，开关表面位于印刷电路板和金属开关圆顶上。

在镍屏障电镀层上镀金可以很容易地防止印刷电路板上的非导电氧化物生长。现成的无电解镀金工艺可提供2至4微英寸的金厚度。我们的经验表明，至少需要5微英寸的金厚度，因为金属卡扣圆顶脚会擦拭金表面，并会磨损较薄的镀金层（见图4）。

如今，几乎所有的金属开关罩都是由不锈钢合金冲压而成。关于不锈钢的一个常见误解是不锈钢表面不易生锈。然而，事实恰恰相反，不锈钢表面氧化铬 “锈 “的形成防止了可见锈的形成。所有不锈钢合金中都含有少量铬。氧化铬是透明的，密封表面，使铁颗粒不会形成氧化铁。氧化铬使不锈钢成为 “不锈 “钢。

与大多数常见的金属氧化物一样，氧化铬不导电，不适合作为开关表面。通过反复擦拭金属扣脚，氧化铬会被磨掉，但氧化铬会很快恢复。不锈钢圆顶可以镀镍，镍可以有效防止氧化铬的生长。但是，镀金可以防止氧化铬的生长，而且作为开关表面的电气性能更好。作者在不锈钢圆顶镀金方面有28年的经验，他很早就发现，标准镀金工艺会对高度受力的冲压不锈钢卡扣圆顶造成严重的机械损伤。

标准镀金化学反应以氢为基础，会导致不锈钢氢脆。氢脆严重影响金属卡扣穹顶的工作循环寿命。在我进行的受控测试中，氢脆使金属卡扣穹顶的循环寿命缩短了90%。幸运的是，通过正确选择镀金化学成分和工艺，我们的镀金不锈钢卡扣圆顶完全消除了氢脆。

在不了解正确的化学和工艺选择的情况下，盲目指定镀金按键是一种等待发生的灾难。我的经验表明，大多数按键应用设计者都没有意识到氧化铬问题或潜在的循环寿命问题，很少有客户会进行循环寿命测试来验证他们的规格和设计。

超过开关接触点的电气额定值
对键盘高可靠性产生不利影响的第三个因素是开关接触面的电气额定值超标。低矮型键盘用于逻辑电平电路。过高的开路电压、过高的闭路电流或开关负载中的无功元件（如电感器或电容器）都会迅速损坏开关表面。

一旦开关表面因超出额定值而损坏，就会出现开关性能问题，如开关间歇性工作、触点在接通或断开时长时间跳动以及电阻过高等，并且这些问题是不可逆转的。虽然这个因素在三个因素中被放在最后讨论，但这个因素的问题压倒了对键盘高可靠性产生不利影响的所有其他因素。

当切换高压大电流或无功负载时，必须通过固态继电器或电子缓冲器将负载与键盘的开关表面隔离。设计人员不会超出其他电气部件的额定值，键盘的处理方式也不应有所不同。

概述
总之，高可靠性键盘的使用寿命不应短于包含键盘的应用。反之，应用的好坏取决于键盘的好坏。

由于键盘是用户界面，因此在设计时应与应用程序的其他部分一样受到重视。高可靠性按键的最大优点是，对于知识渊博、能力出众的按键供应商而言，解决这里讨论的因素的方法要么非常便宜，要么不增加任何成本。