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)計特征。如今，人們正在探索制造這些智能表面的最佳方法。

與傳統(tǒng)的機械開關(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，因為單個故障可能會導(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。

事實上，IMD也可以實現(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，利用精確的力度實現(xiàn)更大的數(shù)據(jù)收集和先進的機器學(xué)習(xí)功能。

IME的應(yīng)用機會

汽車內(nèi)飾是一個巨大的潛在市場，但IME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內(nèi)飾來說尤其引人注目，因為減輕重量可以節(jié)省燃料；醫(yī)療器械是IME提供可擦拭干凈的、經(jīng)濟高效的功能性表面的另一個有前途的應(yīng)用。

可替代一組按鈕的觸摸+力傳感器（8通道）+處理器SoC

與當今的剛性PCB技術(shù)非常相似，IME的長期目標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)計規(guī)則、符合既定標準的材料，而最重要的是開發(fā)電子設(shè)計工具。

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械開關(guān)。推動這一轉(zhuǎn)變的技術(shù)就是將電子、裝飾和機械功能結(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，然后注射成型來實現(xiàn)。

在汽車中，智能表面可以替代機械按鈕實現(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，因為用于熱成型和注射成型的相同模具可用于制造具有不同外觀和功能的零件。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)計團隊已經(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，因為如果駕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，以新的裝飾材料實現(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?？刂破髋c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

在智能手機中，手機的側(cè)面或背面采用智能表面，可以實現(xiàn)自然的單手控制，為自拍提供新的用戶界面；手機側(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、電源和靜音機械按鈕，可以縮小手機外形，實現(xiàn)新的尖端工業(yè)設(shè)計。

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現(xiàn)實眼鏡；將智能手表的命令和控制集成到邊框中；在耳機中實現(xiàn)新的觸摸和手勢控制；消除因使用加速計傳感器進行觸摸感應(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)表面替代機械按鈕和滑塊；使用外部測量系統(tǒng)監(jiān)測儲罐中的液位。

審核編輯：劉清