檢測開關讓智慧應用更精巧且長壽
作者 : Edward Mork，C&K產品經理
檢測開關可用於設計需要透過移動觸點元件實現「微動」檢測的應用。
自2014年以來，物聯網(IoT)技術的實施使智慧連網裝置在廣闊的市場中吸引了眾多關注。許多智慧家庭技術正驅動著被動、未連網的裝置向主動式連網裝置過渡。無論是在家中還是在路上，智慧家庭裝置都可以為連網裝置提供先進控制，從而簡化人們的生活並提供更豐富的功能。這類裝置通常都由創新的機電控制或開關提供支援。隨著物聯網(IoT)裝置內部空間不斷壓縮，其中的元件也必須越來越小。
根據Markets and Markets的資料，2027年物聯網細分市場預計將達到14,632億美元的規模，這一市場在2019年時還僅僅是2,507億美元，預測期間的複合年成長率(CAGR)為24.9%。更具體地說，全球智慧家庭市場規模預計將從2020年的783億美元成長到2025年的1,353億美元，預測期間的CAGR達到11.6%。這一成長規模受到多種因素的驅動，例如網際網路用戶數量的增加、偏遠地區建置家庭監控、節能需求的增加、智慧家庭產品的擴展，以及普遍對於安全性和便利性的日益關注等。
市場趨勢與挑戰
物聯網應用的潛力無窮。它可以實現遠端監控，同時收集資料用於分析。這些資料可以被加以解釋並用於產生資產的360度環景圖，從而使OEM能夠開發更好的產品以滿足人們的需求。在新冠肺炎(COVID-19)疫情大流行期間，儘管對物聯網裝置的總體需求有所下降，但新的物聯網裝置也在崛起，特別是其中有許多裝置都與改善健康和生活品質相關。
物聯網裝置的小型化趨勢已不是什麼新鮮事。但在其空間有限的電路板(PCB)越來越需要採用更精巧的「檢測開關」(detect switch)，以取代常用的「速動開關」(snap switch)。傳統的速動開關體積較大，無法放入手掌大小的物聯網裝置中。因此，在當今智慧家庭的物聯網應用中約有80%的裝置都將檢測開關作為不可或缺的核心元件。
此外，物聯網裝置製造商希望在不斷縮小的產品中盡可能地整合更多功能，並收集更多的資料。這通常要求在小型的封裝中擠進更多的電子元件，因而對於元件的小型化與設計靈活性又提出了更進一步的要求。
什麼是檢測開關？
檢測開關，也稱為「檢測器」(detector)開關，它是一種微機電開關，可檢測(或感測)物體在其致動器上造成的任何移動或啟動動作。檢測開關的下方都有一個接觸端子，如果開關已經打開，當有電訊號連接到該端子時，將會有幾毫安(mA)或幾微安(uA)的電訊號流過它。該訊號流可以連接到其他物聯網裝置，以觸發在其他裝置上執行特定任務的一系列指令。
圖1：檢測開關的主要元件結構圖。(圖片來源：C&K)
檢測開關為工程師提供了靈活的解決方案，可以用來設計要求透過移動觸點元件實現「微動」(minute)檢測的應用。這些開關非常堅固，在數千次反覆開關週期間不會有任何損壞。它們均採用小尺寸封裝，並提供各種位移距離檢測，同時還能滿足PCB上小佔位面積的設計要求。
圖2：安裝在PCB上的微動表面黏著檢測開關。(圖片來源：C&K)
檢測開關的概念源自傳統的速動開關，以較小的替代方案替換體積較大的速動開關來分配更大的電流(從幾mA到幾安培)範圍。速動開關最大的缺點是尺寸過大，特別是對於越來越小的物聯網裝置和其他手持裝置而言，這個缺點尤為突出。相較於同類的速動開關，微動檢測開關最多可節省50%的空間，因此是物聯網應用的理想選擇。
圖3：HDT0001檢測開關的主要建構模組原理圖。
檢測開關還為物聯網裝置和家用電子裝置提供訊號電平電流——直流(DC)電壓。低電流檢測開關消耗很少甚至不消耗電能，使其成為電池類應用的理想解決方案。而且，檢測開關也不需要通過UL/ENEC認證。
憑藉微型的尺寸以及靈活的安裝方式，檢測開關幾乎可以放置在PCB的任何位置，包括平面位置、垂直位置，甚至倒置。因此，在設計產品和解決方案時，採用隨插即用(plug-and-play)的檢測開關，讓設計人員不會有任何掣肘之處。
除了緊湊的尺寸之外，檢測開關還有很多優點。它允許生產線使用機器人在PCB上快速取放和焊接。超過90%的檢測開關採用表面黏著(SMD)接線端子，這意味著它們本來就是為貼片機設備而設計的。在其製造過程無需任何人為干預，因此可以確保開關的品質，避免因人手處理開關帶來污染和污物。
如何選擇檢測開關
根據應用需求來選擇適當的檢測開關。業界有多種檢測開關，可以滿足幾乎所有的應用需求。具體需考慮的選項包括：
- 尺寸：分為標準型(約13mm)、小尺寸緊湊型(約6mm)和超微型(約2mm)設計。
- 使用壽命：100,000至100萬次週期。
- 環境條件：從常態的普通環境到嚴苛的各級IPxx環境均適用。
- 操作力：35g至50g。
- 致動方式：推鰭、水平推、垂直推和角度推桿。
- 致動器長度：4mm至2.67mm之間。
- 致動方向：包括垂直或水平、頂部或側面、右旋或左旋。
- 行程：05mm至3.14mm。
- 端接方式：包括SMT、通孔固定、面板內嵌/底盤螺釘固定等安裝方式，適用於不同的安裝與固定需求。
- 工作溫度範圍：-40℃至85℃，可在嚴苛的環境中工作。
檢測開關都是單極的，而且通常為常開或常閉。此外，當檢測開關未密封時，焊接過程中將存在助焊劑滲透的風險。因此，在將檢測開關焊接到PCB的製造過程中，需要特別注意這一點。
關鍵應用
檢測開關常用於以下智慧家庭應用：
- 掃地機器人：檢測集塵盒是否安裝以及機器人輪子方向的位置。
- 智慧門窗鎖：從內部檢測位於強制開啟(forced-on)位置的鎖。該鎖不能從外部手動開啟。
- 耳塞：當耳塞放入充電座時開始充電，並檢測充電座是處於開啟還是關閉位置。
- 安全攝影機：檢測鏡頭旋轉的極限位置。
- 安全門：檢測門是開啟還是關閉。
- 煙霧探測器：為煙霧探測器和警示面板的防篡改功能提供檢測。
檢測開關還可用於其他各種智慧應用，從檢測數位攝影機的上蓋開啟/關閉、放大/縮小功能或者鏡頭的連接或拆卸，到檢測電力公司電錶上蓋是否被移除從而防止被篡改。
用於所有類型的電子設計
為了因應上面提到的挑戰並滿足產業要求，C&K等開關製造商提供了豐富的檢測開關產品。對於有空間限制的電子設計而言，小巧而可靠的檢測開關是理想的解決方案；此外，它還提供多樣的選擇而實現了設計靈活性與功能性，推動物聯網裝置不斷創新並發揮想像力。
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