Folientastaturen Es muss nicht immer Touch sein

Touchscreen-Eingabelösungen erobern immer weitere Bereiche auch außerhalb der Unterhaltungselektronik. Dennoch spielen Folientastaturen in vielen Bereichen weiterhin eine wichtige Rolle. Sie punkten mit ihrer geschlossenen Oberfläche, Resistenz gegen Chemikalien und ihrer Dichtheit gegenüber Flüssigkeiten und Staub.

Folientastaturen haben nahezu unbegrenzte Gestaltungsmöglichkeiten und bestehen aus einem Folienverbund, der sich aus mindestens vier Folien zusammensetzt:

Der Dekorfolie, der oberen und unteren Schaltfolie und einer Distanzfolie (Bild 1). Als oberste Lage der Tastatur besteht die Dekorfolie aus Polyester oder Polycarbonat und wird, um einen höchstmöglichen Schutz vor Abrieb zu gewährleisten, auf der Rückseite bedruckt. Für Anwendungen im medizinischen Bereich und Bereichen mit hohen hygienischen Anforderungen kann die Frontfolie mit einer antibakteriellen Beschichtung ausgestattet sein. Auch UV-beständiges Polyester für Anwendungen im Außenbereich ist möglich.

Funktionselemente der Folientastatur sind die untere Schaltungsfolie mit den darauf befindlichen Leiterbahnen, Schaltpunkten und der Anschlussfahne sowie die obere Schaltfolie mit den Kontaktflächen, die den Schaltpunkten auf der unteren Folie gegenüberliegen. Auf die obere Schaltfolie kann jedoch unter Umständen verzichtet werden, wenn sie durch Metallschnappscheiben ersetzt, oder die Kontaktflächen direkt auf die Dekorfolie gedruckt wird. Für besondere Anwendungen und komplexe Schaltungen wird die untere Schaltfolie aus Polyimid (Kapton) statt aus Polyester realisiert. Eine harte Leiterplatte aus FR4 eignet sich für den Schaltungsaufbau und fungiert gleichzeitig als Trägerplatte gegebenenfalls mit Gewindestiften oder Buchsen für die Montage. Die Distanzfolie als Isolator trennt die obere und untere Schaltfolie, bei einer Ausführung mit Metallschnappscheiben kommt ihr die Aufgabe einer Fixierfolie zu.

Integrierte Schnappscheiben sorgen für eine besonders prägnante Taktilität und eine höhere Betätigungskraft. Folientastaturen ohne Metallschnappscheiben können auch eine taktile Rückmeldung haben, indem eine Konstruktion mit Prägung verwendet wird. Die Prägung kann sowohl bei der Dekorfolie als auch bei der oberen Schaltfolie erfolgen. Dabei gibt es die Möglichkeit der Tasten-, Dome-, und Randprägung mit denen ergonomische Tastenformen realisierbar sind. Geprägte Tasten haben zusätzlich den Effekt der Fingerführung. Ein besonders edles Aussehen bekommen Tasten durch eine hochwertige Epoxybeschichtung. Anstatt der Prägung wird ein Epoxymaterial auf die Tasten aufgetragen, wodurch die Taste ein dreidimensionales Erscheinungsbild bekommt (Bild 2).

Weitere Bauteile integrieren

Eine weitere Variante ist die Kombination einer gängigen Folientastatur mit Tasten aus Silikon, die für eine griffige Tastenoberfläche sorgen, aber weiterhin die Haptik einer Folientastatur haben. Alternativ kann auch die gesamte Dekorfolie durch eine Silikonschicht ersetzt werden. Diese Silikonabdeckung mit Tasten lässt sich als reine Betätigungsschicht auf das Schaltungspaket einer normalen Folientastatur auflaminieren. Sie kann auch als Betätigungsoberfläche mit integrierten Kontakten (Karbonpillen) gestaltet werden. Ein wesentlicher Vorteil dieser Ausführung gegenüber einer Standardfolientastatur ist, dass sich sehr niedrige Betätigungskräfte bei gleichzeitig guter Haptik erzielen lassen.

Für bestimmte Einsatzgebiete wird zunehmend die Integration von elektronischen Bauteilen, zum Beispiel Status-LEDs in Folientastaturen gefordert. LEDs lassen sich einfach in die vorhandene Schaltfolie integrieren oder bei Bedarf in eine zusätzliche LED-Schaltfolie einbringen. Es kommen spezielle Klebstoffe und Abdichtmaterialien zum Einsatz, um die Funktion der LED auch in härterer Umgebung beispielsweise mit starkem Vibrationsaufkommen sicherzustellen.

Die Hinterleuchtung einer Folientastatur kann durch den Einsatz von LGF (Light Guide Film) erfolgen (Bild 3). Dabei bleiben die typisch flache Bauform und die Flexibilität erhalten. Bei der LGF-Technologie werden LEDs am Rand in eine nur 0,1 mm bis 0,2 mm dicken, stark lichtbrechende Folie eingesetzt.

Durch die hohe Lichtbrechung sind je nach Größe der Folientastatur nur sehr wenige LEDs für eine homogene Ausleuchtung erforderlich. Die Hinterleuchtung jeder Taste kann in verschiedenen Farben erfolgen. Im Gegensatz zu einer Elektrolumineszenz-Hinterleuchtung kommt LGF ohne hochfrequente Wechselspannungsquelle aus.

Die Integration von Signalgebern (Piezo-Summern) als elektronisches Bauteil ist auch möglich. Die »Duraswitch«-Technologie ermöglicht zudem die Integration von Drucktastern mit taktiler Rückmeldung, Drehgebern (Drehencoder und analoge Potentiometer; Bild 4) und Cursorsteuerungen. Gegenüber separaten Lösungen ist die integrierte Lösung kostengünstiger, da Verdrahtungs- und Lötprozesse entfallen und sich die Montagezeit verkürzt.

Ergänzung zu Touchscreens

Gerade durch ihre Vielfalt ist die Folientastatur eine sinnvolle Ergänzung für moderne Touchscreen-Lösungen. So kann ein zusätzliches Tastenfeld neben dem Touchscreen eine benutzerfreundliche Menüführung wesentlich erleichtern, indem Eingabebefehle oder voreingestellte Parameter einfach und übersichtlich abgerufen werden können. Für die Ausführung mit Touchscreens lassen sich Sichtfenster in die Folientastatur integrieren. Je nach Anforderung können diese glänzend, matt, entspiegelt, kratzfest, UV-beständig und farbig individuell spezifiziert werden. Die Verbindung von Folientastatur und Touchscreen realisiert eine hochtransparente Klebeschicht mit einem Lichttransmissionsgrad von über 99%. Durch dieses Verfahren wird die Entstehung Newtonscher Ringe vermieden. Die Verklebung findet in Reinräumen statt.

Die EMV-Abschirmung einer Folientastatur wird zum Beispiel durch Einlaminieren einer aluminium- oder kupferbeschichteten Polyesterfolie realisiert. Abhängig vom individuellen Design lässt sich eine vollständige Wasserdichtigkeit erreichen. Auch kann die Folientastatur direkt auf eine Trägerplatte beispielsweise aus Aluminium, Edelstahl oder Kunststoff montiert werden. In diese Frontplatten lassen sich zur leichteren Montage Gewindestifte oder Buchsen integrieren.

Beim Design sind der Folientastatur fast keine Grenzen gesetzt. Durch den Einsatz von Werkzeugen kann sie nahezu jede beliebige Form annehmen. Ergänzend zum Siebdruckverfahren bietet sich gerade in der Realisierung von Farbverläufen und bei Prototypen und Kleinserien der Digitaldruck an. Jedoch ist auch eine Kombination des Digital- und des Siebdrucks (Hybriddruck) möglich.

Eine hohe Flexibilität erreicht man durch die Einschubtechnik. In entsprechend gearbeitete Einschubtaschen können kunden- beziehungsweise länderspezifische Beschriftungen als individuelle Lösungen eingesteckt werden. Eine Besonderheit sind Beschriftungen mit Verschwindeeffekt. Hierbei handelt es sich um eine Beschriftung, die im unbeleuchteten Zustand nicht erkennbar und erst bei Beleuchtung sichtbar ist.

Über den Autor:

Stephan Hoffmann ist Vertriebsingenieur bei N&H Technology.

Komplettservice beim Thema Folientastaturen 
N&H Technology bietet ihren Kunden einen umfassenden Komplettservice an, der meist schon bei der Produktentwicklung anfängt. Zum Kerngeschäft des Unternehmens gehört unter anderem die Entwicklung und Fertigung von Eingabegeräten wie Folientastaturen und Silikonschaltmatten. Als Systemlieferant mit eigenem technischem Know-how verfolgt N&H die Strategie, das gesamte Eingabesystem und die Montage zu optimieren. Durch deutsche und chinesische Ingenieure am Standort Willich kann N&H auch über komplexe technische Sachverhalte mit den Produktionswerken in China kommunizieren und den Kunden verschiedene Lösungswege aufzeigen und wettbewerbsfähige Produkte liefern – und das nach europäischen Qualitätsstandards. Ergänzend bietet N&H eine umfassende technische Broschüre über Folientastaturen als Leitfaden für Entwickler und Interessenten zur Verfügung, die von der Homepage heruntergeladen werden kann.