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故障率高,傳蘋果公司新筆電將停止採用蝴蝶開關鍵盤

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科技產業資訊室 (iKnow) - Legolas 發表於 2020年3月23日

圖、故障率高,傳蘋果公司新筆電將停止採用蝴蝶開關鍵盤

 
蘋果(Apple)公司勇於研發創新,該公司所推出的iPod、iPhone、iPad和AirPods均是極為成功的前瞻產品;這些產品不僅引領風潮打造出蘋果公司技術居於業界領先地位與高品質的形象,且這些產品也廣受市場歡迎,為蘋果公司也賺取高額利潤。但是在不斷打破舊規推陳出新的研發創新過程中,也並非每樣創新上市產品均能獲得市場正面評價轉化為成功熱賣產品,本文旨在簡要說明蘋果公司重金研發蝴蝶開關鍵盤的誕生與殞落。
 
傳統剪刀開關鍵盤
 

美國專利USP# 5,278,372[參考1] 揭露傳統普遍運用的剪刀開關鍵盤基本架構,一對連桿(4、5)中段樞接結合而形成一剪刀結構,鍵帽(2)設置在此剪刀結構上端;當使用者按壓鍵帽(2)時,將使得剪刀結構向下運動壓縮橡皮彈性體(6),進而觸發下方電路板(9)上的開關導通。另外,美國專利USP# 6,860,612[參考2] 揭露上述剪刀開關鍵盤的進一步改良,在鍵盤底板(222)下方額外設置光源(233)與導光板(231),並利用光萃取結構(231a)在底板破孔處(2222)萃取光線而使光線向上行進,且鍵帽(2224)由透光材質構成,如此成為傳統筆記型電腦背光鍵盤基本架構。


圖一剪刀開關鍵盤基本架構

參考網站拆解蘋果2019年出貨MacBook Pro筆記型電腦的相關報導[參考3],該型號已經捨棄蝴蝶開關鍵盤,故可以看到該電腦所使用的背光剪刀開關鍵盤的具體結構。


圖二、蘋果MacBook Pro筆記型電腦採用背光剪刀開關鍵盤

當有灰塵微粒進入此背光剪刀開關鍵盤結構中時,(1)因為剪刀結構兩連桿之間或連桿與底板之間仍存有若干間隙,故灰塵微粒不必然會影響剪刀結構上下運動與開關觸發功能;(2)倘若灰塵微粒真的影響剪刀開關機構上下運動與開關觸發時,維修人員可將鍵帽移除,以壓縮空氣或毛刷將灰塵移除,使剪刀開關恢復正常運作後,再把鍵帽組合回到剪刀結構上即可,可在不破壞按鍵剪刀結構的前提下有效清理灰塵微粒。

蘋果第1~2代蝴蝶開關鍵盤
 
美國專利USP# 9,449,772[參考4] 揭露蘋果蝴蝶開關鍵盤的基本架構,其中一對連桿(51、52)下端透過可橈金屬薄片耦合組成蝴蝶結構,鍵帽(14)設置在此蝴蝶結構的上端;當使用者按壓鍵帽(14)時,將使得蝴蝶結構向下運動,進而觸發下方的開關導通。另外,美國專利USP# 10,468,211[參考5] 揭露上述蝴蝶開關鍵盤的進一步改良,在鍵帽下方且位於蝴蝶結構內側空間,額外設置光源(202)與導光固定結構(212),且鍵帽由透光材質構成,如此成為蘋果所特有第1~2代蝴蝶開關背光鍵盤基本架構。



圖三、蘋果蝴蝶開關鍵盤

參考網站拆解蘋果2015年出貨MacBook筆記型電腦的相關報導[參考6],可以看到其上所使用的蘋果第1代蝴蝶開關鍵盤的具體結構,其優於傳統剪刀開關鍵盤處,在於鍵盤厚度較薄,且每顆按鍵均有獨立的LED光源,可提高按鍵背光亮度。


圖四、蘋果第一代蝴蝶開關鍵盤

參考網站拆解蘋果2016年11月出貨MacBook筆記型電腦的相關報導[參考7],可以看到其上所使用的蘋果第2代蝴蝶開關鍵盤的具體結構。如下圖對照顯示,第2代蝴蝶開關鍵盤突出於筆電殼體表面的高度(紅色線段)較長,提供較長按鍵上下運動行程,且方便使用者憑手指觸覺輕易找到按鍵邊緣;推論是要修正使用者所回饋第1代蝴蝶開關按鍵缺點。
 
圖五、蘋果第一及二代蝴蝶開關鍵盤

蘋果自2015年推出使用上述第1~2代蝴蝶開關鍵盤的筆記型電腦後,便面臨高比例客戶送修第1~2代蝴蝶開關鍵盤;分析後得知是當有灰塵微粒進入此蝴蝶開關鍵盤結構中時,可能因為蝴蝶開關結構較為精細,各零件結構之間的間隙較小,故灰塵微粒容易卡在蝴蝶開關按鍵中,進而影響蝴蝶結構正常上下運動與開關觸發功能;最後導致按鍵卡住無法被按壓向下來輸入文字,或是按壓一次按鍵卻重複多次輸入相同文字的故障。自2016年起,就陸續有使用者在change.org網頁上連署[參考8],要求蘋果召回使用蝴蝶開關鍵盤的筆記型電腦,把故障率高的蝴蝶開關鍵盤更換成其他可以正常工作的鍵盤。甚至於2018年5月,蘋果面臨消費者提起蝴蝶開關鍵盤是瑕疵不良設計的集體訴訟 [參考9]
 
蘋果第3~4代蝴蝶開關鍵盤
 
蘋果積極謀求改善設計,希望能降低因為灰塵微粒異物進入而破壞蝴蝶開關按鍵正常功能的機率。如蘋果提出的美國專利申請案US20180068808A1[參考10],其中揭露類似第3代蘋果蝴蝶開關鍵盤的防塵薄膜(318a、318b)結構,藉以防止水氣、灰塵微粒異物等進入蝴蝶開關鍵盤內部。


圖六、US 20180068808A1專利申請案圖示 

參考網站拆解2018年7月蘋果MacBook筆記型電腦的相關報導[參考11],可見其中所使用的蘋果第3代蝴蝶開關鍵盤的具體結構。如下圖顯示,第3代蝴蝶開關鍵盤係在原本的蝴蝶結構外側額外增加一層矽膠材質薄膜,雖然和US '808專利申請案圖示有些微差異,推論此矽膠材質薄膜仍是要阻止灰塵微粒異物等進入蝴蝶開關鍵盤內部。而2019年5月導入的第4代蝴蝶開關係將上述原本聚乙炔材質(Polyacetylene) 薄膜,改換成使用尼龍材質(Nylon)薄膜[參考12]


圖七、蘋果第三代蝴蝶開關鍵盤

3代蝴蝶開關產品,仍未能徹底解決灰塵造成按鍵故障問題
 
如華爾街日報報導所述[參考13],縱使演進到第3代蝴蝶開關產品,蘋果仍未能徹底解決蝴蝶開關鍵盤故障率高問題;甚至有電腦相關部落客[參考14]進行網路問卷調查,發現購買2018年以後出廠,安裝第3代蝴蝶開關的蘋果MacBook筆記型電腦的消費者中,仍有63% 消費者中反應遭遇到鍵盤故障問題。
 
部分掌握小道消息的財經分析師提出下表蘋果筆電鍵盤技術預測分析[參考15],認為歷經過去四年蝴蝶開關鍵盤多次變更設計,但故障率高問題未獲得顯著改善,故自2020年起的蘋果新款Macbook筆記型電腦將不再採用蘋果自行研發且獲得多項專利保護的蝴蝶開關鍵盤(下圖藍框部分型號),將重新採用傳統主流的剪刀開關鍵盤(下圖紅框部分型號);如此雖然會略增筆記型電腦鍵盤厚度,但可提供給使用者較佳的鍵盤可靠度。


圖八、蘋果MacBook及iPad產品研發

結語
 
蘋果公司資金充沛,且佈建有完善的行銷通道,故當其積極在市場上推廣蝴蝶開關鍵盤專利產品時,具有遠優於一般中小型廠商的行銷優勢,能順利攫取消費者信心嘗試使用前瞻技術專利品。
 
但前瞻技術專利品終究仍要滿足產品可靠度門檻,並面臨市場接受度的檢驗。蘋果蝴蝶開關鍵盤雖然有著薄型化與單獨背光源的優勢,但可能肇因於灰塵微粒故障率高,且按鍵行程短致使用者操作操作手感不同,終究迫使蘋果公司自2020年起,新型號筆記型電腦將停止採用蝴蝶開關鍵盤,而重新使用傳統的剪刀開關鍵盤。(2531字;圖8)
 
參考資料:
[參考1] US5278372A
[參考2] US6860612B2
[參考3] MacBook Pro 16" 2019 Teardown
[參考4] US9449772B2
[參考5] US10468211B2
[參考6] Retina MacBook 2015 Teardown Published: April 14, 2015
[參考7] MacBook Pro 13" Function Keys Late 2016 Teardown Published: November 1, 2016
[參考8] Apple: Recall MacBook Pro w/ Defective Keyboard, Replace with DIFFERENT Working Keyboard
[參考9] Apple faces class action lawsuit over failing MacBook butterfly keyboards
[參考10] US20180068808A1
[參考11] The Great Apple Keyboard Cover-Up
[參考12] iFixit Examines Apple’s 4th Try at Butterfly Keyboard
[參考13] Apple's Faulty MacBook Butterfly Keyboard Explained... With Real Butterflies | WSJ
[參考14] The MacBook keyboard fiasco is way worse than Apple thinks
[參考15] Apple Expected to Adopt Keyboard With Scissor Mechanism for Upcoming 16-inch MacBook Pro, MacRumors
 

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