以材料搭配構型 強化曲面觸控耐用度

3C產品外型設計越來越能跟上時尚潮流，產品設計已不再是方方正正的結構造型，除大量使用不規則曲面設計產品機構外，實體物理按鍵也改為流行的觸控設計，但是，在不規則平面觸控人機介面有許多必須注意的材料與組構問題…

針對不均勻、不規則曲面或表面的觸控電極設計，近來在3C產品強調流行風格設計後，成為越來越常見的工程問題，因為觸控電極本身可以因應不同結構需要進行製作，但在因應不規則結構的機殼造型時，觸控面本身可能已不是全平面結構、或是整體設計需要切割多塊觸控功能載板進行組合，這時就會出現多載板、軟/硬電路板的整合需求，增加產品設計與組裝複雜度。

曲面觸控設計需求漸增 增加產品設計與組構難度

曲面的觸控人機介面設計，除需考量結構與組裝上的問題，也必須在設計前期即將產品上市的結構強度一併考量，因為觸按使用情境可能需要面對頻繁壓按操作，若觸控感測面靈敏度有限導致用戶習慣大力按壓，若結構上無考量強化觸按曲面的補強設計，可能會導致觸按面結構塌陷或是觸按感測電極損壞，造成使用體驗不佳，甚至導致產品返修成本暴增。

而在產品導入曲面觸控人機介面，在近幾年的設計需求逐漸增加，不只是顯示屏幕講求觸控體驗，就連電子設備的大量物理機械按鍵，也逐步全面被觸控按鈕或觸控區塊一一取代，觸控人機介面儼然已經成為下一代用戶介面的標準輸入方案，從各式3C用品、白色家電、甚至是汽車內部儀錶影音操作的觸按設計增加，產品順從人體工學或造型設計而導入不平坦表面觸控機制整合、或採行更特別多元的構型整合擴增觸控功能，也讓產品終端設計的觸控導入技術難度挑戰越來越高。

不平坦表面電容觸控 需克服氣隙問題

一般的產品設計情境，大多會將觸控面設置於PCB上，PCB本身為具硬度的電路載板，用在平面觸控面的設計需求綽綽有餘，但若用於曲面、不規則表面構型就很難滿足設計需求，通常會將觸控功能區塊分割成多塊PCB設置觸控電極，再利用FPC將多塊離散設置的PCB連接到主電路載板上，在觸控功能少時可能造成成本與組裝問題較小，當觸控功能多、產品構型觸控面不平坦時，設置觸控點增加就會造成組裝成本與複雜度增加，也會影響產品的整合度。

另一種做法是因應多曲面結構觸控需求，也會將局部多觸點整合在同一塊觸控模組板上，若表面結構平坦度夠高(即表面造型曲面緩和)，使用局部PCB設置觸控電極還可解決觸控人機互動感測需求，但若表面曲面造型不平坦，在感測器與觸控面之間就會產生空氣隙狀況，影響觸控感測的實際偵測效果。由於PCB與塗覆觸控感測介質材料間原有的空氣隙已是最佳化的設計條件，而與曲面結構組裝時觸控面的空氣隙又會造成感測反饋不一致問題，可能因為不平坦的表面導致觸控人機介面操作體驗不佳。

改善氣隙問題 可用彈簧、導電膠或FPC

而因應不同觸控功能區塊，形成的空氣隙問題可能因為機殼構型設計，造成不同觸控區塊或觸控功能點的操作觸控表現不一致，形成主控電路再確認觸控狀態還需要針對不同觸控功能進行靈敏度或觸控參數修正，影響設計與產品驗證的複雜度。通常的作法會利用在感測面與不規則觸控面間設置導電材料消除氣隙問題，減低因為空氣介電常數較小、導致觸控區感測靈敏度下降問題。

常見改善氣隙設計為利用彈簧或導電膠延伸感測區，或是使用軟性電路板（FPC）適應不平坦觸控面的感測區塊，但實際上使用彈簧觸點或是FPC材料都會有料件成本增加問題，彈簧觸點或導電膠構裝成本與複雜度增加、材料成本高，彈簧可改善較大觸點的氣隙問題，導電膠則可因應小觸點設計需求。但使用彈簧改善氣隙仍有材料限制，因為觸控電極靈敏度受電極表面積影響，彈簧形成的表面積較小，此問題可搭配機殼內側塗佈導電層或是同時搭配金屬箔(導電帶)改善觸點反應。

搭配觸控IC優化 優化曲面觸控電路設計

另一種方案為導入提供空氣間隙消除優化的觸控控制器，透過控制器的功能整合，可以透過控制器的感測強化功能，強化改善氣隙現象問題，或是讓改善結構更精簡，節省料件成本、同時簡化製造組構產品程序，讓整體製造成本更為優化。

在部分設計應用中，觸控按鍵會被要求感測元件需就近設置，以這類用途來看使用彈簧、導電膠並不見得能獲得多大改善效用，成本也會相對較高，一般會需要針對多按鍵設置保護遮罩，或是在各電極間加強設計，改善多觸點的偵測靈敏度與正確性。

可撓FPC製作組構 也必須考量成本問題

一般可使用FPC搭配黏膠直接貼附於機構曲面結構上，或是使用已經整合控制模組的特製FPC進行功能整合，優化觸控區塊的操作體驗。另也有另一種整合方式，即使用個別化的FPC再透過傳輸線路連接至電路主載板，達到設計目的。而因應特殊曲面，FPC表面因應曲面構型也必須在組裝時進行處理，例如材料先預先裁剪處理配合構型減少氣隙問題。而在進行產品組裝時，因為特殊外型內部的機構造型，也會因為造型需要設置強化結構，在進行多感測面或是感測功能區的設置時，組裝過程必須小心觸控線路與感測PCB的結構完整性，避免組裝過程因為機構出現壓線或是感測面破損，造成不良品過多形成料件浪費，徒增生產成本。

而在進行非平坦表面的觸控功能設計時，有很大的機會必須使用FPC與PCB連接整合的設計，而在將FPC作為觸控面與感測電極的應用設計中，連接主電路載板的方案也會影響產品組裝、加工成本、耐用度等問題。

一般PCB與FPC連接會使用可撓性FPC或是電纜進行連接，但一般小型化的產品設計並不會選用電纜線，因為電纜線加工成本更高、連接器與線材體積較大，耐用度沒有軟性FPC表現佳，而與主載板PCB連接可使用多種可撓性FPC連接器搭配，但實際上可撓性FPC連接器成本相當高，除非有感測區電路載板的更換必要，應該儘可能避免採用減省成本。在優化成本方向下，FPC與PCB之間的連接需求，可利用ACF(熱壓力接合製程)進行連接，預先完成主載板電路與各觸控區的FPC連接，直接將FPC與PCB進行實體焊接整合，在於產線進行組構，可省下不少連接器的料件成本。