Представьте себе нажатие на элегантный, бесшовный элемент управления на панели приборов, который кажется частью самой поверхности — без кнопок, без рамок, только изящный интерфейс, который загорается при вашем прикосновении. За этим, казалось бы, волшебным взаимодействием стоит революционный подход, называемый технологией внедрения электроники в форму (IME), где цепи больше не прикрепляются к поверхностям печатных плат. Теперь они становятся самой поверхностью.
На протяжении десятилетий электронные интерфейсы следовали одной и той же базовой конструкции: жесткие печатные платы, населенные компонентами, соединенные с отдельными механическими элементами, такими как кнопки и переключатели, все это помещено в защитный корпус. Такой подход создает внутренние ограничения:
Внутриматричная электроника (IME) коренным образом меняет этот парадигм, позволяя напечатать электронные схемы непосредственно на плоскую пленку, которая затем формируется в трехмерную форму и заключается в литой под давлением пластик. В результате получается единый, интегрированный компонент, в котором электроника и структура неразделимы.
Процесс IME обычно следует следующим шагам:
Такой подход предоставляет трансформационные преимущества:
Согласно исследованию IDTechEx, технология IME может сократить количество деталей до 90%, уменьшая при этом производственные затраты на 20-30% для сложных пользовательских интерфейсов.
Электрический Mustang Mach-E от Ford оснащен инновационной центральной консолью с интегрированными управляющими элементами, изготовленными с использованием технологии IME.
Дизайн позволил устранить 50% проводки панели приборов и сократить время сборки более чем на 30% по сравнению с традиционными подходами.
Консоль интегрирует сенсорные кнопки, светодиодные индикаторы и элементы тактильной обратной связи в один литой компонент, исключая отдельные детали, которые потребовались бы в традиционном дизайне.
Линейка премиальной техники Whirlpool оснащена управляющими панелями IME, которые преобразили как внешний вид, так и функциональность. Панель управления посудомоечной машины интегрирует 15 сенсорных кнопок, индикаторы состояния и окно дисплея в единое, непрерывное пространство, которое можно легко очистить.
Покупатели ценят бытовую технику, которая одновременно красива и легка в уборке. IME позволяет производственным компаниям, таким как Whirlpool, устранять щели, в которых скапливаются грязь и влага в традиционных кнопочных интерфейсах.
Панели IME доказали свою устойчивость к чистящим средствам на 300% больше, чем механические массивы кнопок, и сократили претензии по гарантии, связанные с отказами управления, на 45%.
Последнее портативное ультразвуковое устройство от Philips Healthcare оснащено поверхностью управления IME, которая революционизировала как удобство использования, так и контроль за инфекциями. Бесшовный интерфейс устраняет щели, где могут скрываться загрязнители, позволяя полностью дезинфицировать устройство между пациентами.
IME позволило производителям создавать интерфейсы, которые могут выдерживать дезинфицирующие средства медицинского класса, сохраняя при этом идеальную функциональность.
Чтобы понять, как электроинженеры подходят к проектированию IME, давайте проследим разработку гипотетической панели управления климатом в автомобиле от концепции до производства.
В отличие от традиционного проектирования электроники, которое начинается со схематических чертежей, проектирование IME начинается с физической формы и взаимодействия с пользователем. Инженеры и промышленные дизайнеры с первого дня сотрудничают, чтобы определить:
Выбор материала критичен для успеха IME. Инженеры должны учитывать:
Совместимость материалов является основой успешного IME. Каждый слой должен сохранять адгезию и функциональность через множество термических циклов.
В отличие от традиционного проектирования печатных плат, схемы IME должны корректно функционировать после их растяжения и деформации в процессе термоформования. Это требует:
Прототипирование IME обычно следует поэтапному подходу:
Масштабирование от прототипа к производству требует тщательной инженерии процессов:
Создание успешных IME-дизайнов требует специализированных инструментов, которые связывают электрические, механические и производственные дисциплины.
Altium Designer разработал специализированные возможности для IME-дизайна, которые решают уникальные проблемы этой технологии:
Ключевые особенности, которые делают Altium Designer идеальным для разработки IME, включают:
Хотя Altium Designer занимается аспектами электрического проектирования, полный рабочий процесс IME обычно включает:
Несмотря на свои преимущества, IME представляет уникальные вызовы, с которыми инженерам необходимо справиться:
Когда плоская цепь формируется в 3D-форму, проводящие дорожки должны растягиваться без разрыва. Инженеры разработали несколько стратегий:
Компоненты для поверхностного монтажа должны выдерживать процессы термоформования и литья под давлением:
Традиционные методы тестирования печатных плат не всегда применимы к IME:
Область IME быстро развивается, на горизонте многочисленные захватывающие разработки:
Следующее поколение IME будет включать в себя действительно растяжимые схемы, которые могут удлиняться на 100% или более, что позволит интегрировать их в высокодеформируемые поверхности, такие как чехлы автомобильных подушек безопасности или медицинские носимые устройства.
Будущие проекты IME будут включать в себя печатные датчики, непосредственно интегрированные в формованную поверхность:
По мере того как устойчивое развитие становится всё более важным, исследователи разрабатывают экологически чистые материалы IME:
Технология внутримолдовой электроники представляет собой фундаментальный сдвиг в нашем представлении об электронных интерфейсах. Интегрируя схемы непосредственно в функциональные поверхности, IME устраняет искусственную границу между электроникой и структурой, создавая продукты, которые более элегантны, долговечны и эффективны.
Для электроинженеров IME требует нового мышления — такого, которое одновременно учитывает электрические, механические и производственные факторы с самых ранних этапов проектирования. Инструменты вроде Altium Designer развиваются, чтобы поддерживать этот интегрированный подход, позволяя инженерам реализовать полный потенциал этой трансформационной технологии. Чтобы начать проектировать свои собственные продукты IME, запустите менеджер стека слоёв в среде размещения печатной платы в Altium, затем выберите иконку с тремя линиями в верхнем правом углу.
Вы увидите несколько вариантов типов печатных плат, таких как печатная электроника, жёстко-гибкие и так далее. Выберите печатную электронику. Ваш стек печатной платы изменяется навсегда, и затем вы можете определить диэлектрический материал между проводящими слоями.
Altium является одной из немногих компаний SaaS, которая занимается этим дизайном и разработкой для инновационных проектов. Родная поддержка печатной электроники в Altium Designer обеспечивает среду проектирования, в которой понимаются электрические соединения между последовательными прогонами печати. Возможно вручную создать изолирующие области из диэлектрического материала или автоматически в местах пересечения трасс.
Эти проводящие материалы (например, медь) именно те, что печатаются на поверхности гибких объектов.
По мере созревания IME мы можем ожидать его расширения за пределы пользовательских интерфейсов в структурную электронику, где целые продукты становятся умными, реагирующими системами, а не пассивными корпусами для электронных компонентов.
Будущее принадлежит инженерам, которые могут думать за пределами печатной платы — которые могут представлять электронику не как компоненты для размещения, а как неотъемлемые элементы продуктов, которые они создают.
Изучите, как Altium Designer поддерживает печатную электронику и позволяет интегрировать электрические цепи с трехмерными механическими частями.