白色家電(white goods)的未來與嵌入式材料以及觸控功能密不可分。在我們最近拆解琳瑯滿目的白色家電和智慧家電過程，從一系列產(chǎn)品整合許多與個人通訊和穿戴式裝置有關(guān)的特色中，明顯可看到有越來越多的機會浮現(xiàn)。
在teardown.com，我們每年拆解超過400款以上的裝置，并分析它們?nèi)绾沃圃煲约吧钊胩剿鲗⑵鋵?dǎo)入市場的技術(shù)選擇和成本考慮。我們把蘋果(Apple)、三星(Samsung)、Honeywell和Nest等品牌的產(chǎn)品拆解后放在顯微鏡下仔細檢視，期望能夠更加瞭解技術(shù)的演進以及掌握用戶所需要的功能。
在當今的電子產(chǎn)品中，最古老的元件之一就是印刷電路板(PCB)。從1943年開始，這個歷久不衰的PCB一直是電子產(chǎn)品的基礎(chǔ)。圖1顯示目前最復(fù)雜的多層PCB。
Apple iPad Air 2采用10層堆疊PCB的橫截面圖
由于所有的電子產(chǎn)品經(jīng)常需要某種材料，因此PCB具有幾大優(yōu)勢，包括能夠連接較不笨重的獨立元件、勞力密集型布線、將契合的電路整合于更小尺寸中、具有更高的可靠性以及提高高速訊號的完整性等等。事實上，無論是FR4級的材料規(guī)格、金屬、陶瓷或玻璃基板，大部份的產(chǎn)品中都包含PCB板。盡管PCB存在各種尺寸大小，但由于其特性本質(zhì)經(jīng)常對于制造商帶來設(shè)計上的限制，并且傳遞給客戶，甚至形成其用戶體驗。而今，在進行過無數(shù)的產(chǎn)品拆解分析后，我們開始看到業(yè)界開始需要一種能夠讓定量的電子元件更彈性化地存在于某種彎曲度的軟性基板中，而不再是完全由PCB限定的形式。
模塑電子技術(shù)崛起
早期沒人真的顧慮到電子產(chǎn)品采用四四方方的設(shè)計及其對于功能的影響。然而，隨著電子產(chǎn)品成為人們?nèi)粘Ｉ畹囊徊糠?，這樣的期待隨之改變，例如汽車表面、家電與家用開關(guān)等任何電子產(chǎn)品，預(yù)計將開始出現(xiàn)更多創(chuàng)新與創(chuàng)意的設(shè)計。越來越多的設(shè)計人員與制造商開始挑戰(zhàn)傳統(tǒng)思維。另一方面，像杜邦(DuPont)等材料公司也開始提供可拉伸或熱成型的新材料解決方案，以滿足其設(shè)計需求。
隨著電路變得越來越小，電子元件成份迅速增加，創(chuàng)造新的外形與設(shè)計也有其必要性。為了實現(xiàn)這一目標，材料必須變得更智慧且多功能。在某種形式或射出成型的裝置中嵌入電子元件的能力催生了模塑電子(in-mold electronics；IME)技術(shù)的興起。
IME是實現(xiàn)先進電路設(shè)計與架構(gòu)的新途徑。透過模塑兩層薄膜成為一種雙面的模塑元件，其中一面用于裝飾薄膜，另一層薄膜電路則模塑至另一面，在兩層薄膜之間通常注入模塑樹脂。這種利用雙層薄膜途徑的模塑電子提供了一種整合重要特性的方法，通常也是利用單層薄膜的應(yīng)用無法實現(xiàn)或存在挑戰(zhàn)之處。
在這種結(jié)構(gòu)中，包括印刷感測器、電阻以及其他所需元件的電路共同形成了一個功能完整的獨立元件，并以模塑樹脂密合封裝。這種電路與表面黏著元件的結(jié)合，產(chǎn)生了一種防水的元件，能夠耐受可能破壞現(xiàn)有使用者介面(UI)模組的嚴峻環(huán)境。
導(dǎo)致這種變化的主要驅(qū)動力量是用戶對于體積更小、較不笨重的裝置需求，以及傾向于采用越來越舒適的觸控表面。如今，根據(jù)新設(shè)計與技術(shù)要求建置這項IME技術(shù)的成本已經(jīng)明顯降低了。
采用模塑電子(IME)技術(shù)，讓設(shè)計人員實現(xiàn)更先進、更舒適甚至更經(jīng)濟的設(shè)計
根據(jù)杜邦表示，因應(yīng)電子產(chǎn)品手持輕量化以及設(shè)計感潮流趨勢，電子模塑技術(shù)以印刷布線取代傳統(tǒng)使用線材和連接器的布線方式，解決了傳統(tǒng)方式造成的‘死角區(qū)域’，并可整合功能元件和線路，減少不必要的空間浪費，不僅大幅提升產(chǎn)品造型設(shè)計的靈活度和內(nèi)部空間的自由度，同時也簡化了制程以及減少組裝步驟，有效地提高生產(chǎn)效率并降低成本。
相較于傳統(tǒng)布線方式，電子模塑技術(shù)的優(yōu)點就在于輕量化、使設(shè)計最佳化以及節(jié)省成本。透過減少線材與連接器可減少高達70%的重量；無死角的設(shè)計使其得以實現(xiàn)3D塑形；此外，單接頭裝配簡單可簡化設(shè)計，從而節(jié)省30%的成本。因此，電子模塑技術(shù)目前已可應(yīng)用于汽車、家電、智慧裝置與消費性電子等電容式開關(guān)，實現(xiàn)電子產(chǎn)品更輕薄、設(shè)計時尚且性能更優(yōu)異的夢想。
而在teardown.com，我們最近比較了家電市場中的模塑電子解決方案，以及傳統(tǒng)的舊式PCB設(shè)計。相較于IME的設(shè)計變化，雖然家電傳統(tǒng)上帶有旋鈕、按鍵以及連接到大型電容器、電阻器和8位元處理器的開關(guān)，但很顯然地，現(xiàn)代平板電腦、手機與電腦的特性與功能，已經(jīng)能夠更容易地層疊于越來越普及但重要的電子產(chǎn)品中。
包括冰箱、洗衣機、干衣機和家庭控制面板等這些一直被我們視為理所當然的家電裝置，現(xiàn)在已經(jīng)能夠經(jīng)過進一步的設(shè)計融入我們的生活方式，而不再只是躲在家中角落或地下室的白色大箱子。再者，從廚房到汽車甚至是浴室，設(shè)計人員重新塑造普通物品的能力，已經(jīng)能為我們的整個生活空間帶來更多的創(chuàng)造力。
IME+IC=白色家電
很自然地，我們會看到許多公司正積極創(chuàng)造這些材料，因為這是我們的產(chǎn)業(yè)本質(zhì)，但坦白說令人感到好奇的是看到IC公司也同樣投資于此領(lǐng)域。例如Cypress Semiconductor的CapSense電容式觸控感測控制器系列，以及具有CapSense功能的可編程系統(tǒng)單晶片(PSoC)元件產(chǎn)品組合。
白色家電、汽車和消費電子產(chǎn)業(yè)目前普遍可看到采用電容式觸控的產(chǎn)品。隨著這項技術(shù)的成本降低、快速增加更多優(yōu)點，預(yù)計未來在進一步結(jié)合模塑電子技術(shù)后，這些產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域?qū)掷m(xù)在更多的產(chǎn)品中導(dǎo)入這項新興的人機介面(HMI)技術(shù)，充份利用它提供的特性與優(yōu)點。
此外，針對低量生產(chǎn)高價值產(chǎn)品的應(yīng)用，預(yù)計也能從中受益。這包括醫(yī)療、軍事、工業(yè)控制、泳池與水療控制、照明、安全、HVAC、銷售點與販賣機應(yīng)用以及玩具制造商等，都將發(fā)現(xiàn)IME能夠解決產(chǎn)品所面臨的挑戰(zhàn)，并進一步實現(xiàn)差異化設(shè)計。
由于計算電子與材料的成本是我們在Teardown.com的重要任務(wù)，因此，值得注意的是IME技術(shù)雖然可能在未來發(fā)揮更大的作用，但卻不一定是較便宜的選擇。隨著電子元件進一步整合于實際的材料中，更換這些電子元件也意味著取代掉板上的整個次系統(tǒng)。然而，這與發(fā)生在電腦或冰箱故障時的情況畢竟是不一樣的。PCB十分易于瞭解與值得信賴，因此我們預(yù)計它將繼續(xù)作為一個提供多種服務(wù)的平臺。
但是，如果制造商致力于尋求整合觸控功能，以期實現(xiàn)一種高效率且符合人體工程學(xué)的設(shè)計方式，他們很可能將會越來越著眼于這項技術(shù)。透過適形的電子元件改善外觀、功能與整體用戶經(jīng)驗，從而實現(xiàn)產(chǎn)品的差異化。
在一些應(yīng)用中，模塑電子將兼具設(shè)計與潛在的成本效益。由于具有在熱成型與射出成型等制造過程中直接進行創(chuàng)造的能力，意味著可能在家電控制臺后存在單個連接點而無任何導(dǎo)線。其優(yōu)勢在于為更基本與功能性的設(shè)計減輕重量以及增加自由度。免除單獨的按鍵可望降低成本，而移除傳統(tǒng)的實體電子元件則可進一步節(jié)省更多成本與空間。
結(jié)語
長久以來，電容式觸控介面已經(jīng)成為我們?nèi)粘Ｉ畹囊徊糠萘?，它廣泛用于白色家電、智慧家電、照明開關(guān)以及iPad或智慧型手機上的觸控螢?zāi)?。模塑電子則是一項較新且在近年來才成為現(xiàn)實的技術(shù)。
隨著消費者越來越希望白色家電能夠像他們的個人裝置一樣，提供相同的功能與用戶體驗；預(yù)計在接下來的幾年，可拉伸的軟性模塑電子技術(shù)將會蓬勃發(fā)展，持續(xù)導(dǎo)入更多新產(chǎn)品設(shè)計并制造出外型新穎且堅固耐用的電子產(chǎn)品，而我們也將在更多具時尚感的白色家電與消費應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)更友善用戶的介面體驗