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未來，表面——無論是廚房電器、汽車內(nèi)飾、醫(yī)療設(shè)備，甚至家具，都將變得越來越智能。嵌入式照明、觸摸敏感度、加熱，甚至觸覺反饋，將使無生命且經(jīng)常被忽略的表面成為無縫集成用戶控件的顯著設(shè)計(jì)特征。如今，人們正在探索制造這些智能表面的最佳方法。
據(jù)IDTechEx最新報(bào)告“In-Mold Electronics 2023-2033”指出，模內(nèi)電子（IME）的新興制造有望為生產(chǎn)功能表面提供更簡單、更可持續(xù)的方法。與傳統(tǒng)的機(jī)械開關(guān)相比，IME能夠?qū)⒅亓亢筒牧舷慕档?0%，同時需要更少的部件來實(shí)現(xiàn)相同的功能。競爭性方法，如功能性薄膜粘結(jié)以及在IME部件中集成LED等組件具有明顯的優(yōu)勢。
IME制造方法
IME的材料要求包括導(dǎo)電和介電油墨、導(dǎo)電粘合劑、透明導(dǎo)體、基材和熱塑性塑料。此外，IME效益保證可持續(xù)性（包括生命周期評估）、目標(biāo)應(yīng)用和所需功能，包括電子組件的更多集成。
智能表面制造方法比較。來源：IDTechEx
IME是成熟的模內(nèi)裝飾（IMD）工藝的延伸，在該工藝中，帶有裝飾涂層的熱成型塑料通過注射成型轉(zhuǎn)換為3D組件。由于IME是現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)展，因此許多現(xiàn)有的工藝知識和設(shè)備可以重復(fù)使用。
IME從根本上描述了一種制造方法——是一種利用現(xiàn)有功能創(chuàng)建組件的新方法。IME制造工藝結(jié)合了四種現(xiàn)有的制造方法，這些方法通常不一起使用：絲網(wǎng)印刷（功能性和裝飾性材料）、拾取和放置（如下圖所示，如果包含SMD零件）、熱成型和注射成型。
智能表面制造方法盡管與IMD有相似之處，但與電子功能集成相關(guān)的技術(shù)挑戰(zhàn)仍然很多，這些電子功能必須能夠承受熱成型和注塑成型。由于電路是嵌入式的，因此非常高的制造良率至關(guān)重要，因?yàn)閱蝹€故障可能會導(dǎo)致整個部件失效。
在材料方面，導(dǎo)電油墨、介電油墨和導(dǎo)電粘合劑需要在涉及高溫、壓力和伸長率的成型和模塑步驟中實(shí)現(xiàn)。此外，堆棧中的所有材料都需要兼容。因此，許多供應(yīng)商開發(fā)了為IME設(shè)計(jì)的功能性油墨組合。在廣泛采用IME材料之前，需要建立IME材料組合，使材料供應(yīng)商能夠從即將到來的增長中獲益。
事實(shí)上，IMD也可以實(shí)現(xiàn)傳感器融合。卓越的多模傳感精度支持最廣泛的A級表面（采用模內(nèi)涂層法等的熱塑性復(fù)合材料技術(shù)）材料選擇，可以為HMI控制器提供多種功能。開放式可擴(kuò)展框架可在不同厚度下提供最大的性能和最高的精度，例如集成多個壓電應(yīng)變傳感器，利用精確的力度實(shí)現(xiàn)更大的數(shù)據(jù)收集和先進(jìn)的機(jī)器學(xué)習(xí)功能。
IME的應(yīng)用機(jī)會
汽車內(nèi)飾是一個巨大的潛在市場，但I(xiàn)ME在其他領(lǐng)域也有巨大潛力。制造裝飾性、輕量化、功能性部件的能力對于飛機(jī)內(nèi)飾來說尤其引人注目，因?yàn)闇p輕重量可以節(jié)省燃料；醫(yī)療器械是IME提供可擦拭干凈的、經(jīng)濟(jì)高效的功能性表面的另一個有前途的應(yīng)用。
與當(dāng)今的剛性PCB技術(shù)非常相似，IME的長期目標(biāo)是成為一種成熟的平臺技術(shù)。因此，生產(chǎn)一個組件/電路只需要發(fā)送一個電子設(shè)計(jì)文件，而不是目前昂貴的咨詢IME專家的過程。隨著越來越多的人接受，它仍將需要明確的設(shè)計(jì)規(guī)則、符合既定標(biāo)準(zhǔn)的材料，而最重要的是開發(fā)電子設(shè)計(jì)工具。
智能表面在汽車內(nèi)飾中的應(yīng)用
如果不說智能表面，就不能完整地理解汽車內(nèi)飾的趨勢——利用IME將觸摸傳感器和照明集成在面板內(nèi)部的智能表面正在取代機(jī)械開關(guān)。推動這一轉(zhuǎn)變的技術(shù)就是將電子、裝飾和機(jī)械功能結(jié)合在一個組件中的IME，通過絲網(wǎng)印刷導(dǎo)電跡線和將簡單的SMD組件安裝到膜上熱成型，然后注射成型來實(shí)現(xiàn)。
在汽車中，智能表面可以替代機(jī)械按鈕實(shí)現(xiàn)極簡內(nèi)飾。直觀易用的觸摸區(qū)域讓駕駛者的眼睛停留在道路而不是顯示器上；取代電容式觸摸鎖傳感器，能夠在金屬下實(shí)現(xiàn)檢測；取代靜態(tài)顯示按鈕，減小顯示器尺寸和成本，并實(shí)現(xiàn)新的觸摸感應(yīng)顯示器形狀；通過在固態(tài)表面下感應(yīng)，去掉笨重的旋鈕和控制器。
IME使多功能組件（如中央控制臺和頭頂控制面板）更輕、更簡單、更易于制造。另一個好處是結(jié)構(gòu)和電子/裝飾功能的解耦，從而使“版本控制”更加簡單，因?yàn)橛糜跓岢尚秃妥⑸涑尚偷南嗤＞呖捎糜谥圃炀哂胁煌庥^和功能的零件。此外，IME還支持新的用例，例如在前排座椅的背面添加電子和觸敏功能，一些汽車OEM設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)已經(jīng)確定了40多個不同的用例。
智能表面也有可能發(fā)展為提供比簡單的電容傳感器或開/關(guān)按鈕更復(fù)雜的交互。例如，印刷壓力傳感器可能會進(jìn)入控制面板，從而提供更大范圍的輸入。觸覺反饋也有可能被廣泛整合，因?yàn)槿绻{駛員將視線從道路上移開的需求降至最低，駕駛行為既更令人滿意，也可以更安全。
自動駕駛還未到來，但汽車企業(yè)已經(jīng)做好了準(zhǔn)備，利用內(nèi)飾個性化和與外部世界的無縫連接為駕駛者提供更多自主權(quán)。
例如，F(xiàn)aurecia內(nèi)飾系統(tǒng)對HMI的改進(jìn)，以新的裝飾材料實(shí)現(xiàn)了面板上的高分辨率AMOLED屏幕、功能性智能表面、新型移動設(shè)備連接、自動調(diào)整舒適位置系統(tǒng)。
汽車內(nèi)飾HMI
之前用于智能手機(jī)的曲面玻璃也已應(yīng)用于汽車內(nèi)飾，具有表面可涂布、印刷、彎曲成為曲面，且抗刮擦、耐沖擊的功能。
曲面玻璃應(yīng)用
利用IME可以將塑料表面做出木頭、金屬、皮革的效果，配合背光信息顯示、氛圍燈照明和觸摸敏感的控制表面使用。控制器與觸摸顯示屏相互作用，可以控制座艙溫度和照明等。
智能材料內(nèi)飾
方向盤上配備的多功能交互系統(tǒng)自由浮動，可以為駕駛員提供顯示，操作方便。
智能表面方向盤
消費(fèi)電子或工業(yè)應(yīng)用
目前專注于汽車IME工藝的公司并不多，大部分公司都兼顧消費(fèi)電子或工業(yè)應(yīng)用電子部件。IME可以簡化現(xiàn)有HMI表面，甚至將HMI功能引入新位置，潛在應(yīng)用包括白色家電、醫(yī)療設(shè)備、臺面設(shè)備，甚至智能家具。
例如，Morph有20000多個壓力點(diǎn)的觸摸表面具有難以置信的精度，極其靈敏，可以跟蹤X和Y、滑動/滑行運(yùn)動、壓力和速度。這些表面可以用于各種各樣的東西，從鍵盤到鋼琴、鼓墊、MIDI控制器、繪圖板、多媒體控制器，甚至是游戲控制器。
觸摸表面
在智能手機(jī)中，手機(jī)的側(cè)面或背面采用智能表面，可以實(shí)現(xiàn)自然的單手控制，為自拍提供新的用戶界面；手機(jī)側(cè)面或背面超靈敏的空中觸發(fā)器和游戲控件，可以將游戲提升到一個新的水平；更換音量、電源和靜音機(jī)械按鈕，可以縮小手機(jī)外形，實(shí)現(xiàn)新的尖端工業(yè)設(shè)計(jì)。
在移動設(shè)備中，最小尺寸、最低功耗的觸摸界面適合新一代增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)眼鏡；將智能手表的命令和控制集成到邊框中；在耳機(jī)中實(shí)現(xiàn)新的觸摸和手勢控制；消除因使用加速計(jì)傳感器進(jìn)行觸摸感應(yīng)而產(chǎn)生的誤觸發(fā)。
家用電器方面，可以將觸摸感應(yīng)功能集成在家庭應(yīng)用的厚固態(tài)材料中。
醫(yī)療和工業(yè)環(huán)境中，可以通過材料感知，或讓設(shè)備使用特定的觸摸輸入材料（如乳膠手套）啟動操作；在使用苛刻清潔劑的無菌環(huán)境中，用觸摸感應(yīng)表面替代機(jī)械按鈕和滑塊；使用外部測量系統(tǒng)監(jiān)測儲罐中的液位。
IME市場展望
IDTechEx預(yù)計(jì)，到2033年，集成電子產(chǎn)品的趨勢將推動IME產(chǎn)品市場達(dá)到20億美元。應(yīng)用包括模內(nèi)結(jié)構(gòu)電子、功能性薄膜粘結(jié)、薄膜嵌件成型、3D電子、結(jié)構(gòu)電子、電容式觸摸傳感器、可拉伸導(dǎo)電油墨、添加劑電子制造、汽車內(nèi)飾、人機(jī)界面。
對于最大的汽車內(nèi)飾目標(biāo)市場，預(yù)計(jì)HMI將采用機(jī)械式和不同類型的電容開關(guān)。IME產(chǎn)品的制造方法包括有無集成SMD（表面安裝器件）組件（如LED）兩類。生產(chǎn)類似裝飾性觸敏界面的競爭方法包括功能性薄膜粘合和直接印刷。
芬蘭電子注塑成型結(jié)構(gòu)技術(shù)公司TactoTek是“IME with SMD”（內(nèi)嵌SMD組件）的主要開發(fā)商，它已經(jīng)存在了10年，從未盈利。從多輪融資看規(guī)模越來越大，公司越來越成熟，商業(yè)化前景越來越近。
總之，IME早期開發(fā)成本非常高，隨著技術(shù)沿著經(jīng)驗(yàn)曲線發(fā)展，預(yù)計(jì)2033年技術(shù)將會成熟，典型IME組件將實(shí)現(xiàn)價值捕獲。
下載ECAD模型
