未來，表面——無論是廚房電器、汽車內飾、醫療設備，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，將使無生命且經常被忽略的表面成為無縫集成用戶控件的顯著設計特征。如今，人們正在探索制造這些智能表面的最佳方法。
據IDTechEx最新報告“In-Mold Electronics 2023-2033”指出，模內電子（IME）的新興制造有望為生產功能表面提供更簡單、更可持續的方法。與傳統的機械開關相比，IME能夠將重量和材料消耗降低70%，同時需要更少的部件來實現相同的功能。競爭性方法，如功能性薄膜粘結以及在IME部件中集成LED等組件具有明顯的優勢。
IME制造方法
IME的材料要求包括導電和介電油墨、導電粘合劑、透明導體、基材和熱塑性塑料。此外，IME效益保證可持續性（包括生命周期評估）、目標應用和所需功能，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換為3D組件。由于IME是現有技術的發展，因此許多現有的工藝知識和設備可以重復使用。
IME從根本上描述了一種制造方法——是一種利用現有功能創建組件的新方法。IME制造工藝結合了四種現有的制造方法，這些方法通常不一起使用：絲網印刷（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的技術挑戰仍然很多，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重要，因為單個故障可能會導致整個部件失效。
在材料方面，導電油墨、介電油墨和導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。此外，堆棧中的所有材料都需要兼容。因此，許多供應商開發了為IME設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，使材料供應商能夠從即將到來的增長中獲益。
事實上，IMD也可以實現傳感器融合。卓越的多模傳感精度支持最廣泛的A級表面（采用模內涂層法等的熱塑性復合材料技術）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變傳感器，利用精確的力度實現更大的數據收集和先進的機器學習功能。
IME的應用機會
汽車內飾是一個巨大的潛在市場，但IME在其他領域也有巨大潛力。制造裝飾性、輕量化、功能性部件的能力對于飛機內飾來說尤其引人注目，因為減輕重量可以節省燃料；醫療器械是IME提供可擦拭干凈的、經濟高效的功能性表面的另一個有前途的應用。
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技術非常相似，IME的長期目標是成為一種成熟的平臺技術。因此，生產一個組件/電路只需要發送一個電子設計文件，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計規則、符合既定標準的材料，而最重要的是開發電子設計工具。
智能表面在汽車內飾中的應用
如果不說智能表面，就不能完整地理解汽車內飾的趨勢——利用IME將觸摸傳感器和照明集成在面板內部的智能表面正在取代機械開關。推動這一轉變的技術就是將電子、裝飾和機械功能結合在一個組件中的IME，通過絲網印刷導電跡線和將簡單的SMD組件安裝到膜上熱成型，然后注射成型來實現。
在汽車中，智能表面可以替代機械按鈕實現極簡內飾。直觀易用的觸摸區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，能夠在金屬下實現檢測；取代靜態顯示按鈕，減小顯示器尺寸和成本，并實現新的觸摸感應顯示器形狀；通過在固態表面下感應，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。另一個好處是結構和電子/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設計團隊已經確定了40多個不同的用例。
智能表面也有可能發展為提供比簡單的電容傳感器或開/關按鈕更復雜的交互。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，但汽車企業已經做好了準備，利用內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。
例如，Faurecia內飾系統對HMI的改進，以新的裝飾材料實現了面板上的高分辨率AMOLED屏幕、功能性智能表面、新型移動設備連接、自動調整舒適位置系統。
汽車內飾HMI
之前用于智能手機的曲面玻璃也已應用于汽車內飾，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。
智能材料內飾
方向盤上配備的多功能交互系統自由浮動，可以為駕駛員提供顯示，操作方便。
智能表面方向盤
消費電子或工業應用
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應用電子部件。IME可以簡化現有HMI表面，甚至將HMI功能引入新位置，潛在應用包括白色家電、醫療設備、臺面設備，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，手機的側面或背面采用智能表面，可以實現自然的單手控制，為自拍提供新的用戶界面；手機側面或背面超靈敏的空中觸發器和游戲控件，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，實現新的尖端工業設計。
在移動設備中，最小尺寸、最低功耗的觸摸界面適合新一代增強現實眼鏡；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而產生的誤觸發。
家用電器方面，可以將觸摸感應功能集成在家庭應用的厚固態材料中。
醫療和工業環境中，可以通過材料感知，或讓設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境中，用觸摸感應表面替代機械按鈕和滑塊；使用外部測量系統監測儲罐中的液位。
IME市場展望
IDTechEx預計，到2033年，集成電子產品的趨勢將推動IME產品市場達到20億美元。應用包括模內結構電子、功能性薄膜粘結、薄膜嵌件成型、3D電子、結構電子、電容式觸摸傳感器、可拉伸導電油墨、添加劑電子制造、汽車內飾、人機界面。
對于最大的汽車內飾目標市場，預計HMI將采用機械式和不同類型的電容開關。IME產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構技術公司TactoTek是“IME with SMD”（內嵌SMD組件）的主要開發商，它已經存在了10年，從未盈利。從多輪融資看規模越來越大，公司越來越成熟，商業化前景越來越近。
總之，IME早期開發成本非常高，隨著技術沿著經驗曲線發展，預計2033年技術將會成熟，典型IME組件將實現價值捕獲。
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