Claviers à membrane
Bandeaux claviers sur mesure
LES APPLICATIONS CIBLEES
Industrie lourde, supervision industrielle, distribution automatique, machine spéciale
HISTORIQUE DES CLAVIERS MEMBRANE
Les premiers claviers plats, apparus dans les années 1970, bénéficient aujourd’hui de 5 décennies de perfectionnement technologiques et ils demeurent encore très utilisés de nos jours dans la conception de dispositifs industriels et médicaux.
Nous sommes très loin des premiers claviers à membrane en polycarbonate, peu robustes, peu fiables et n’offrant aucune sensation tactile.
Depuis les années 80, la sensation tactile s’est grandement améliorée avec la technologie à dômes métalliques (ou coupelles) et les touches peuvent également être thermoformées pour réaliser des embossages (gaufrages) ou des guides doigts.
L’utilisation de nouveaux matériaux comme le Polyester et la possibilité d’intégrer des voyants LED, des résistances et des connecteurs ont totalement changé la donne. Enfin, l’arrivée de la technologie des interfaces capacitives a par ailleurs élargi la famille des claviers à membrane, qui offrent désormais des solutions robustes, fiables et toujours économiques pour la réalisation de bon nombre d’interfaces Homme / Machine.
STRUCTURE D'UN CLAVIER MEMBRANE
Structure d’un clavier membrane standard
Structure d’un clavier membrane à coupelles
La face décor est généralement du PET (*) ou du PC (**) et la face contact est un circuit imprimé souple ou FPC (***).
Le choix des colles est bien entendu très important et nous préconisons les adhésifs de qualité de la société 3M.
L’épaisseur de ces claviers dépasse rarement le millimètre, elle est généralement aux alentours de 8 à 9 dixièmes de millimètres.
(*) PET : Polytéréphtalate d’éthylène est un polyester avec une densité relativement élevée, on lui reconnait une résistance mécanique élevée, une bonne tenue au fluage et une bonne résistance chimique aux acides.
(**)PC : Polycarbonate
(***) FPC : circuit imprimé souple en polyimide comme par exemple le Kapton® de la société DuPont.
SPECIFICATIONS TECHNIQUES DES CLAVIERS MEMBRANE
Aujourd’hui, la majorité des claviers membrane utilise une face décor en Polyester (PET).
A la base, sans impression, ce matériau est translucide un peu comme une feuille de papier calque et sa surface est légèrement granuleuse.
L’impression est toujours réalisée à l’arrière de la face décor, ce qui fait qu’il n’est pas possible de la dégrader par agression mécanique ou chimique en façade, c’est un énorme avantage.
L’impression peut être réalisée par sérigraphie, dans ce cas pour chacune des couleurs il faut développer une soie de sérigraphie spécifique et coûteuse. Le nombre de couleurs est limité et plus il y a de couleurs, plus l’outillage coûte cher, tout comme la face décor elle-même puisqu’il faut changer la soie de sérigraphie pour chaque couleur.
Cette technologie donne d’excellents résultats, mais elle tend à être remplacée par l’impression numérique de plus en plus performante et beaucoup moins couteuse, illimitée en couleurs et ne nécessitant pas d’outillage.
CHOIX DES COULEURS
Pour les impressions par sérigraphie, nous utilisons le système de correspondance Pantone (aussi appelé PMS en anglais) et le système de correspondance des couleurs RAL qui sont les normes de couleur les plus courantes. Chaque couleur est représentée par un code unique.
Pour les marquages en impression numérique, il est également possible d’utiliser le système de correspondance des couleurs CMYK.
BOUTONS PLATS, BOUTONS EMBOSSES ET BOUTONS AVEC GUIDE-DOIGTS :
Les boutons d’un clavier membrane peuvent rester plats. Cependant, par thermoformage ou par déformation à froid (peu utilisé) il est possible de cloquer le bouton pour une meilleure sensation tactile. Il est également possible de réaliser des guide-doigts par thermoformage d’un liseré en relief tout autour du bouton. La réalisation d’un guide-doigt ou d’un cloquage nécessite un outillage cher et du temps machine. Nous réalisons 9 claviers sur 10 avec des faces décors plates et la technologie coupelle, c’est ce qu’il y a de plus économique et qui donne les meilleurs résultats en terme de sensation tactile.
Attention : un embossage des touches réduit la durée de vie d’un contact aux environs de 500 000 manœuvres alors qu’un montage face décor plate + coupelle offre une durée de vie du contact d’environ 1 million de manœuvres.
Touches plates
Touches embossées (cloquées)
Touches avec
guide-doigts
FENETRES TRANSPARENTES POUR ECRANS ET AFFICHEURS LCD
La face avant ou face décor est généralement texturée (grainée) et lorsque c’est nécessaire, un traitement de surface est appliqué sur les fenêtres transparentes afin d’améliorer la lisibilité de l’afficheur ou de l’écran LCD placé derrière.
Exemple de fenêtre transparente désopacifiée
ZONES DE TOUCHES RELEGENDABLES - CLAVIERS PORTE-ETIQUETTES
Dans certains cas, il est nécessaire de pouvoir changer les légendes des touches car les pictogrammes peuvent changer d’une version de machine à une autre. Et pour cela nous pouvons réaliser des faces décors avec des zones transparentes sous lesquelles on vient placer une étiquette papier ou polyester. L’avantage de l’étiquette papier, c’est que vous pouvez l’imprimer vous même, mais le papier reste fragile et déformable, ce qui n’est pas le cas avec une étiquette en polyester.
RETROECLAIRAGE DES LEGENDES
Les claviers à membrane rétroéclairés sont dotés d’une source de lumière située à l’arrière qui éclaire des zones de la face décor comme des légendes ou des liserés.
Ils sont particulièrement adaptés pour les dispositifs utilisés dans des environnements sombres ou la nuit.
Il existe principalement 3 types de rétroéclairage pour les claviers à membrane, notamment :
1. Les claviers à membrane rétroéclairés par LED ;
2. Les claviers à membrane rétroéclairés par électroluminescence (EL) ;
3. Les claviers à membrane rétroéclairés par film lumineux (LGF : Light Guide Film) ;
Dans le cas des claviers à membrane rétroéclairés par LED, la face décor est éclairée par des LED montées sur la couche inférieure des contacts. Cette méthode est simple et économique, mais elle ne permet pas d’obtenir un éclairage uniforme en surface. Pour les claviers nécessitant un rétroéclairage de chaque bouton, la technologie coupelle est recommandée, ainsi les LED sont placées sous le centre des touches. Dans ce cas, nous utilisons des coupelles ou dômes métalliques percés en leur centre et une couleur diffusante est imprimée sur la face décor. De cette manière, le bouton central sera beaucoup plus lumineux que les côtés. Cette méthode est facile à mettre en œuvre et son coût reste très raisonnable. Cette technique convient lorsqu’il s’agit de rétroéclairer les pictogrammes au centre des touches.
Pour les claviers à membrane rétroéclairés par EL, le rétroéclairage est réalisé par une couche EL électroluminescente située sous la face décor. L’électroluminescence est produite par des électrons qui sont accélérés dans des poudres de phosphore lorsque du courant alternatif est appliqué au film EL. La lumière de la lampe EL fournit un rétroéclairage uniforme et le processus de fabrication est également simple. Cependant, dans l’empilement des couches, il faut compter une couche supplémentaire pour la couche EL. De plus, ce type de rétroéclairage nécessite une petite alimentation externe que nous pouvons fournir.
En ce qui concerne les claviers à membrane rétro-éclairés par une face guide de lumière LGF, il s’agit de la technologie de rétro-éclairage la plus performante à l’heure actuelle. Ce guide de lumière n’est pas à proprement parler une source de lumière, il faudra prévoir des LED sur la face active inférieure. Il s’agit d’une technique plus délicate à mettre en œuvre et les frais d’outillages sont aussi plus élevés.
| Avantages et inconvénients des différents modes de rétroéclairage : | |||
| Rétroéclairage LED | Rétroéclairage EL | Rétroéclairage LGF | |
| Difficulté de fabrication | Facile | Facile | Difficile |
| Uniformité du rétroéclairage | Mauvaise | Bien meilleure | Meilleure |
| Coût des outillages | Faible | Moyen | Elevé |
| Coût du produit | Normal | Plus élevé | Moyen |
CHOIX DES COUPELLES
Le clavier à coupelle offre une très bonne sensation tactile, identique pour chaque touche. En fonction du choix des coupelles, nous pouvons modifier cette sensation tactile.
La taille de la coupelle et sa force d’activation sont deux paramètres à prendre en compte. Si le clavier doit être utilisé par exemple avec des gants, il conviendra de choisir une force d’activation plus importante. La force d’activation s’exprime en Newton (N) ou en grammes et un newton représente très grossièrement le poids d’une masse de 100 grammes.
Voici par exemple quelques modèles de coupelles proposées par Nicomatic, un leader dans le domaine :
| Diamètre de la coupelle | Forces d’activation (+/- 30g) | Course approximative |
| 6 mm | 170g 220g | 0,3 mm |
| 8,4 mm | 220g 280g 340g 400g | 0,4 mm |
| 10 mm | 220g 280g 340g 400g | 0,6 mm |
| 12,2 mm | 220g 280g 340g 420g | 0,6 mm |
Voir la documentation coupelles, cliquez ici.
Détail d’une coupelle
Coupelles en blocs (source CSI Keyboards)
BLINDAGE DES CLAVIERS MEMBRANE
Dans certains domaines industriels soumis à des environnements sévères, les interférences électromagnétiques et les décharges électrostatiques peuvent perturber la performance des dispositifs électroniques. Afin de prévenir ces risques, il est possible de blinder le clavier membrane. Pour y parvenir, il est nécessaire alors de rajouter une couche conductrice supplémentaire qui sera reliée à une masse mécanique ou électrique de l’appareil qui reçoit le clavier membrane.
Voici à quoi ressemble une couche de blindage :
LA CONNECTIQUE DES CLAVIERS MEMBRANE
Une remarque concernant la limande (ou nappe) sur laquelle sortent tous les signaux du clavier membrane : Il est préférable de prévoir la bonne longueur car le prix du clavier membrane peut en dépendre puisque c’est de la matière découpée dans une même feuille pour le circuit contacts inférieur. Ces limandes sont des circuits imprimés souples avec des pistes en encre argent qui ne supportent pas d’être pliées et écrasées. Le rayon de courbure de la limande ne doit pas être inférieur à 3 mm, 5 mm étant idéal.
En bout de limande, il est possible de réaliser un dépôt carbone sur les pistes pour les protéger et pour une meilleure insertion dans un connecteur ZIF par exemple. Il est possible aussi de sertir des connecteurs femelles ou des picots droits en bout de nappe. Les possibilités sont multiples et seront discutées en fonction de votre cahier des charges.
Les possibilités sont multiples, contactez-nous.
LE CLAVIER MEMBRANE CAPACITIF
Le clavier membrane nécessite un appui avec une certaine force sur la touche. On apprécie généralement la sensation tactile sur les touches.
L’utilisation des smartphones, des tablettes et des écrans tactiles nous ont aussi habitué à faire de la saisie sans sensation tactile, juste en effleurant une surface. Un clavier membrane capacitif réagit donc à un simple effleurement et plus à une pression.
Ces touches peuvent être imprimées sur un circuit en utilisant la technologie ITO (*). Un composant spécialisé est nécessaire pour contrôler la gestion des touches.
Les touches capacitives peuvent être placées derrière un verre épais, un PMMA, du polycarbonate, etc.
(*) La technologie ITO est une technique de fabrication de dispositifs électroniques qui utilise un matériau appelé oxyde d’indium-étain (ITO). Ce matériau est un conducteur transparent qui peut être appliqué en fine couche sur une surface pour créer des circuits électroniques invisibles à l’œil nu. Les circuits ITO sont couramment utilisés dans les écrans tactiles, les panneaux solaires, les dispositifs d’affichage à cristaux liquides, et les boutons tactiles capacitifs, entre autres applications.
Membrane capacitive