PEDOT成高性能電容式開關解決方案

2021-01-10 自動化新聞網
         PEDOT(聚3,4-乙烯二氧噻吩)替代基於ITO(氧化銦錫)的設計,正越來越多地引起大家的注意。

多功能電容式觸摸按鍵具有現代流線型的外觀,在消費電子、家用電器、汽車及工業應用中,成為了過時的機械開關和旋鈕控制的首選替代方案。隨著電容式傳感的市場和應用不斷增加,經濟的高性能電容式開關解決方案取得了激動人心的進展。

電容式傳感技術使用電場來檢測進入到開關場的導電物體。一旦手指觸摸,開關即可識別出電容上的變化,說明出現了致動作用。觸控螢幕在印刷電路板(PCB)、聚醯亞胺電路或聚酯電路上製造而成,與平面或彎曲表面發生直接接觸。在項目的開始階段,最好就解決掉確定最佳基板和技術組合的問題。每種方案都具有獨特的優勢和工作限制,並且採用的材料和工藝也各不相同。

鑑於基於觸摸的應用已經大規模普及開來,構建在ITO基礎上的各種技術由於存在固有的不足之處(易碎、柔性差、反光高,並且製成圖案的成本高昂),已經推動了對代用材料的探索——這類材料可在降低總應用成本的前提下,提供可接受的光學淨度、電阻率,並且便於加工。在這些代用材料中,導電聚合物越來越受到歡迎,可以作為基於ITO的設計的替代材料。PEDOT作為電容式開關設計中一種最具潛力的材料正在浮現出來。它是一種具有導電性質的透明有機聚合物,已經證明可以通過經濟而又可接受的方式作為ITO透明膜的替代技術,適合各種與日俱增的應用使用。

圖1:使用PEDOT的開關薄膜。

加成法與減成法對比

生產基於銅和ITO的觸摸顯示屏的成本要高於基於PEDOT的觸摸按鍵,其原因是相應技術的材料和製造工藝存在內在差異。PEDOT是一種加成工藝,而其他技術則屬於減成工藝,需要蝕刻掉不需要的材料。任何減成工藝一開始都需要使用更多的材料,需要蝕刻劑,會產生浪費,並增加了對未用材料回收的額外步驟。

相反,PEDOT首先使用廉價的聚酯薄膜,只在電容式開關控制所需位置添加印刷油墨電路。這樣一來,就獲得了成本更易承受、環保而又高效的製造工藝,用於觸摸感應按鍵和開關組件的開發工作。

PEDOT的性質

PEDOT具有兩種獨特的性質——透明性與導電性,這使其與其他聚合物區分開來。透明聚酯薄膜上印刷的PEDOT可以建立起導電圖案,替代非金屬平面上的電容按鍵。這樣就實現了電容式開關組件與全屏觸摸技術的差異化——後者例如智慧型手機,其整個平面表面都具有導電性。

對於焊接元件來說,傳統上都必須使用PCB或銅電路。在使用聚酯基板時,由於存在融化的風險,因此高溫焊接並不總是可行的。低溫焊接工藝現在使在基於PEDOT的聚酯基板上直接整合晶片和其他小間距微型電子元件成為了可能。固定的導電錶面使磨損幾乎不可能發生。

PEDOT材料僅推薦用於聚酯基板的透明區域。另一種加成工藝,即銀墨,可以用在需要更高電氣性能的區域。固化的PEDOT聚合物有輕微的藍灰色調——由於會變色,因此不適合高解析度的應用使用。然而,對於採用固定背光按鍵的幾乎任何低解析度的應用來說,聚合物都可作為一種理想選項。

圖2:使用PEDOT的開關面板。

背光觸控螢幕

對於電容式開關的美觀效果和功能性來說,背光發揮著重要的作用。低成本高效率的LED發熱極少,適合大多數的電容式開關設計使用。背光顯示屏觀看時的銳度更高,可以提高產品的視覺吸引力。透明的PEDOT電路處於空白狀態,為設計團隊提供了最高的自由度,通過各種方式來定製光導功能,而在相同的空間內使用標準的機械開關是不可能做到這一點的。

無論是在乘用車的觸控螢幕還是在工業機器的控制面板上操作按鍵時,最終用戶都希望獲得直觀的觸摸按鍵提示、設置與控制。通過戰略性部署,照明可以產生最大的影響力,同時將注意力吸引到關鍵功能上,並在每個步驟中藉由多色燈或對比照明強度,通過視覺識別可用選項來引導用戶。

正反饋

消費者希望汽車、洗碗機、健身設備和恆溫器等都能更像其智慧型手機一樣工作。在尋求增值功能方面,他們會力圖購買「物有所值」的產品。反應遲鈍或者毫無反應的觸控螢幕開關不可能成功——這樣的產品會為製造商及其客戶帶來挫折感。

PEDOT通過使用較厚的材料改善傳感能力,能夠增強電路及表面電容傳感信號的完整性與魯棒性。OEM客戶的反饋表明,一些最終用戶報告說在使用具有PEDOT電容式開關組件的設備控制功能後,觸控螢幕的靈敏度和響應性都有了很大改善。

PEDOT具有極高的柔性以及良好的粘附性,可以延長壽命及使用周期數。低溫加工工藝便於應用,可降低總生產成本。從設計觀點來看,PEDOT是一種通用工具,具有眾多優勢:

•單個電容式開關即可取代多個機械按鈕。

•觸摸控制模式便於配置和定製。

•平滑的觸控螢幕設計具有美學吸引力。

•滿足汽車行業的嚴格要求。

•對OEM來說,以較低的價格為最終用戶增強了功能和交互性。

PEDOT技術提供的透明度約為ITO的90%至95%,整體性能稍低。然而,在眾多的觸摸按鍵應用中,成本的節省和其他有用的屬性可以使其脫穎而出。ITO的成本較高、更加易碎,不允許太多彎曲,否則就會導致損壞,而PEDOT則具有很好的柔性,在用戶接口設計上更加具有多功能性。與傳統的機械開關和PCB電容式開關相比,這一技術具有許多的優勢。

將易用的控制功能和圖標整合到基於PEDOT的開關當中,其可能性幾乎不受限制。並且,所有的PEDOT電路都可採取定製設計,從而滿足應用的規格要求。

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