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薄膜鍵盤(Membrane Keyboard)
薄膜鍵盤通常由三層組成。薄膜鍵盤中間的一層為絕緣層,但是在上下兩側(cè)接觸的地方有一個開口,平時用來保證上下兩層線路板處于斷開狀態(tài),當用戶按壓鍵帽,鍵盤底下的立柱會下壓硅膠腕,硅膠腕下壓到底后,會讓上層的線路板與底層的線路板接觸(圖2),發(fā)出信號。鍵盤的控制芯片通過檢測所有的行列線,判斷哪一行哪一列的點位被打開,并將這個信號傳遞給主機。
這個硅膠腕(或者部分低價產(chǎn)品使用橡膠腕)其實是薄膜鍵盤的壽命關(guān)鍵,非人為因素,隨著它的老化,某按鍵出現(xiàn)觸發(fā)不靈敏的問題就源自于此。鍵盤廠商當然也明白這個問題,所以現(xiàn)在不少薄膜鍵盤還采用了一個加強設計進行優(yōu)化——剪刀腳開關(guān)(Scissor Switch),也就是俗稱的X形構(gòu)架(圖3),它是在傳統(tǒng)薄膜鍵盤的硅膠腕基礎上增加了剪刀形機械支撐的鍵盤。其實看看筆記本鍵盤,絕大部分都是使用這種構(gòu)造設計。
薄膜鍵盤的優(yōu)點在于輕便(圖4),成本優(yōu)勢明顯,至于使用壽命,倒也不必過分擔憂,雖然比不上機械鍵盤,但是日常使用毫無問題,畢竟單鍵敲擊壽命也都有幾百萬次的,損壞幾率并不高。
機械鍵盤(Mechanical Keyboard)
機械鍵盤的每一個按鍵都由一個獨立的微動開關(guān)(Switch),即所謂的“軸”組成(圖5),因此按鍵段落感較強。其實機械鍵盤的出現(xiàn)時間比薄膜鍵盤早多了—一它是世界上最早使用的鍵盤型式,隨著電腦的發(fā)明,機械鍵盤也隨之引進作為電腦的標準輸入裝置,其盛行期約在1980年~1995年代,隨著硅膠腕薄膜鍵盤的發(fā)展和成本大幅降低,造價相對高昂的機械鍵盤逐漸被其取代。直到近幾年,機械鍵盤才因其獨特的優(yōu)勢重新回到大眾視野。
現(xiàn)在大家日常見到的機械鍵盤軸,主流是Cherry軸和國產(chǎn)軸,也有部分羅技鍵盤使用歐姆龍軸(G軸)。實際上軸體類型可不止這些,在機械鍵盤盛行期,依軸心可略分為:IBM、ALPS、Cherry MX、MLK、Mitsumi和其他軸。其中IBM作為行業(yè)先驅(qū),發(fā)明了兩種軸體,即橫梁彈簧軸(Beam-spring Switch)和屈蹲彈簧軸(Buckling-spring Switch),雖然堅固耐用,但是成本極為高昂,1980年代便停產(chǎn)了。而ALPS是日本ALPS公司推出的一種機械軸體,其外觀特色在與鍵帽接口處為口字型(圖6),現(xiàn)在幾乎也很難見到了(二手古董市場偶爾可以看到),至于現(xiàn)在一部分所謂的“ALPS軸”不過是其他廠商改進形成的ALPS軸和簡易ALPS軸鍵盤而已。至于MLK、Mitsumi之類的,實在是難得一見,這里也不多講了。
⑥·左側(cè)兩顆為ALPS軸體,右側(cè)兩顆為Cherry軸體
目前市面上銷售的機械鍵盤絕大多數(shù)使用Cherry公司的MX軸,在專利保護結(jié)束之后,開始有越來越多不同的軸體出現(xiàn)在市面上(如凱華等)。MX系列軸體常見的有茶軸、青軸、黑軸以及紅軸四種,并有白軸、灰軸、綠軸等少見或停產(chǎn)軸體。
靜電容鍵盤(Capacitive Keyboard)
靜電容鍵盤的原理是利用電容開關(guān),按鍵壓下時會改變電極間的距離,從而產(chǎn)生電容量的變化,產(chǎn)生輸入信號(圖7)。其特點是手感出眾且壽命極高,而且有一個十分明顯的優(yōu)勢,那就是擁有極低的按鍵延遲。得益于電容式觸發(fā)原理的優(yōu)勢,通過主控調(diào)節(jié),延遲時間完全可以達到理論上的最低值,也就是1ms延遲(相當于1000Hz,USB接口刷新率的極限)。
目前鍵盤電容開關(guān)的專利掌握在Topre公司手里,市面上最主要的靜電容鍵盤,基本都是由Topre代工的。因此,我們能接觸到的靜電容鍵盤的手感,嚴格來說其實就是Topre軸的手感。最近一段時間,Topre也開放了部分授權(quán)生產(chǎn),所以靜電容鍵盤的價格有望逐步降低。
無論是哪一種鍵盤,鍵帽的生產(chǎn)材料萬變不離其宗,常見的無非就是三種,ABS、PBT及POM。
ABS鍵帽
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(Acrylonitrile-Butadiene-Styrene,簡稱ABS)是一種通用型熱塑性聚合物。這一材質(zhì)的優(yōu)點就是成本低、強度高、韌性好、可塑性高,著色也容易,應用范圍非常廣泛,缺點是不耐高溫,材質(zhì)硬度較低,耐磨損能力差,長時間使用會打油,也就是將頂部完全磨光(圖8),使手感和美觀性都大幅下降。絕大多數(shù)薄膜鍵盤,無論筆記本還是臺式機鍵盤都是采用此類鍵帽。
PBT鍵帽
聚對苯二甲酸丁二醇酯(英文名Polybutylene terephthalate,簡稱PBT)屬于聚酯系列。PBT鍵帽的優(yōu)點在于耐磨性遠高于ABS鍵帽,抗打油能力明顯高于ABS鍵帽,但不是絕對不“出油”(圖9),硬度以及耐高溫能力都要強于ABS鍵帽。這種材質(zhì)的加工比較復雜,所以成本要比ABS鍵帽高很多。一部分高端機械鍵盤上會使用PBT材質(zhì)的鍵帽。
POM鍵帽
聚甲醛(英文名Polyformaldehyde,熱塑性結(jié)晶聚合物,簡稱POM)被譽為“超鋼”或者“賽鋼”,又稱聚氧亞甲基。POM鍵帽的耐磨程度與硬度要高于PBT鍵帽,自身具備潤滑性,耐磨性良好,鍵帽摸起來有一種冰冷的干滑感。POM材質(zhì)鍵帽的色彩范圍單一,目前多為黑色(圖10),加工注塑起來是三種鍵帽中最難的。使用POM鍵帽的鍵盤少之又少,倒是有不少“散裝”鍵帽單獨出售,多是DIY自行購買更換。以104鍵鍵盤為例,單是POM鍵帽的價格就夠買一個全新的鍵盤,以至于很多人只是購買常用按鍵比如WASD等易磨損鍵位的鍵帽來替換。
薄膜鍵盤故障分為三類。第一類是控制IC燒毀,一般多是由于USB電涌造成,這個維修的價值不高,除了購買同型號電路板更換外,沒有太好的方法。第二種則是常見的按鍵失靈,通常情況都是發(fā)生在進水之后。這是由于兩層薄膜電路板存在被水漬腐蝕斷開的情況(圖11),我們需要使用萬用表確定故障點再進行修復。
使用萬用表將其旋至二極管蜂鳴檔(圖12),便可通過聲音的有無來判斷線路是否處于導通狀態(tài)。一只表筆接故障鍵在薄膜電路上對應的點位,另一只表筆就以該點位為起始點,不斷向外(主控板方向)延伸,逐段進行測試。這個過程需要足夠的耐心,不可操之過急。
當我們發(fā)現(xiàn)腐蝕斷開的地方,用美工刀一類輕輕刮拭,將兩端金屬電路裸露在外,再用導電銀漆筆畫線導通即可(圖13)。注意,在確定導通之后(用萬用筆測量),要用透明膠條或者洗甲水貼合/覆蓋,保證導電層不要裸露在外。
機械鍵盤的損壞多半都是某個機械軸發(fā)生問題,按鍵單獨失靈,也就是俗稱的“臭軸”。和薄膜鍵盤不同,我們只需要更換失靈的按鍵軸體即可。
首先,我們需要使用鍵帽拔除器取下鍵帽(圖14),注意不要使用改錐一類的硬物撬起鍵帽,這樣做容易造成鍵帽損壞。
然后要做的就是拆開鍵盤,將鍵盤的PCB電路板完整取出,并定位好失靈的機械鍵盤軸體,用電烙鐵將其焊下(圖15),必要時可以加一點錫輔助取下。有些鍵盤采用分離底座設計,可以直插無需焊接(圖16),這類鍵盤的軸體更換就容易多了。
取下?lián)p壞的軸體后,我們要將新的軸體(圖17)更換到原位,注意購買前要問好對應的型號,不同的軸會略有差別(可以和商家報出自己的鍵盤型號,協(xié)助我們選擇軸體)。此時還是需要用烙鐵進行焊接。需要注意一點,此時焊接多半都屬于有鉛焊,所以烙鐵的溫度應適當調(diào)低,如果是不能調(diào)溫的烙鐵,則焊接時應該快速完成焊接動作,避免過長時間的操作。
軸體更換完成后別急著裝回鍵盤外殼內(nèi),先連接電腦測試—下是否正常,確認無誤后再組裝回去即可??傮w來說操作并不復雜,但是需要有足夠的耐心,如果自己的焊接水平有限,不妨先學習—下基礎的焊接操作,跟著再做兩遍一般就可以了。