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随着智能化的全面普及,模内电子(IME)工艺或将大有可为!

军团 编辑部 CMF设计军团号 2022-12-13

产业的发展离不开CMF(色彩、材料、工艺)



智能化+装饰性,是装饰技术发展的必然趋势,这是一种“功能智能性”设计。其中,以汽车为代表的的智能表面已经逐渐在向中低端价位的车型渗透,还有手机5G天线、家电智能面板等都在应用。


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未来,随着智能化在产品领域(汽车、家电、手机、家居等)的全面普及,模内电子(IME)作为表面装饰与电子技术相结合的主要工艺,对整个行业起到至关重要的作用,发展前景广阔,根据IDTechEx的研究报告,模内电子(IME)或模内结构电子(IMSE)即将步入快速增长期,预测到2029年整体市值将超过11.1亿美元。
 


图 汽车顶订控制器,科思创与TACTOTEK合作的模内电子产品
 


图 3D传感器




 一、什么是IME?

 
通俗点说,IME是一种将传统的模内装饰(IMD)工艺与电子印刷等相结合的技术,一般是把高性能电子浆料印刷在IMD薄膜上,把触控等各种电子元器件集中在一个部件上,做成智能表面。优势在于可以做产品薄壁化。IME工艺做出的产品一般既有装饰美观度,又有电子功能性,是IMD工艺的下一步延展,也是汽车、家电、医疗等智能表面发展的关键性技术之一
 


图 IME产品

IME主要应用于汽车、飞机、家电、消费电子、医疗等产业领域,是“智能皮肤”或“电子皮肤”主要实现方案之一。
 
3D IME技术是在IMD和立体电路技术基础上发展起来的创新工艺,是裸露的“立体电路”的薄膜化表面装饰技术,由此,塑胶产品赋予了电子功能,塑胶与电子构成不可分的3D MID技术(三维模塑),可以极大提升产品的档次,极具科技感。
 



IME最早是由美国的材料巨头企业杜邦提出的,当时是与导电油墨厂商一起配套研发的新工艺。IME的材料及工艺制程发展经历了几个阶段:
 
一)印刷导电金属材料发展:主要是印刷导电银浆制程,主要是贴覆在产品背面,再整合导光板、PCBA板、然后再进行装配;
二)印刷不导电的油墨材料,再后期金属化,主要应用在高铁机械按键、触摸震动反馈按键等。这一技术的优点是焊接性相对较好,但油墨附着性能较差,还是需要通过装配方式生产;
三)现阶段IME加工,取消了装配等后处理步骤,对产品厚度(空间)的优化以及工序的简化,从而实现成本、设计上的优化。具体的工艺流程下面文章有介绍。


 二、IME特点有哪些?


主要包括以下三个方面:

1. 设计自由度提高

 
由于这种技术是一种集成类技术,电子触控等功能性是直接印刷在产品表面的,因此不需要过多空间来容纳,也不会过多影响产品设计的整体造型,减少电线和连接器等线束的组装要求。并且设计可以快速修改,只需要进行电路重新印刷、软件重新编程便可以实现相关优化。
 



2. 可薄壁化,轻量化

 
薄壁化上面也提到,由于是在膜片背面直接印刷电路,电子功能件可以放在任何需要的位置,内部结构非常简单,因此也可以大大降低产品重量,以汽车空调面板为例,传统工艺需要喷漆镭雕/IML+导光条/导光板的LED+PCBA背光,厚度大概在30~40mm;而IME工艺可以将总厚度减少到3~4mm厚度大大减少。
 



3. 降本升能

 
IME在量产时,可大大减少人工投入及工序流程,减少材料及部件数量,成本可节约30%左右(大批量生产或IME产业链成熟后节省更多成本)。
 
由于IME是将各个部件采用一体注塑的工艺,没有移动部件失灵或磨损情况出现,产品性能也有很大提升。
 

4. 极具科技感

 

图 科思创2019K展展示的概念车,车顶灯采用了Tactotek的IMSE技术(模内电子)
 
 

三、IME工艺流程及难点 


一般来说,理想状态下的IME是在注塑工艺完成的同时,也就完成了整个产品的生产,具体工艺流程如下图
 


图片来源于美国爱卓,是目前少数可实现模内电子(IME)量产的实力厂商之一
 
从工艺流程上来看,IME是模内装饰工艺的一种延伸,也可以说是IMD的一种进阶版本,应用柔韧性更好的薄膜基材,用能导电的柔性油墨取代了装饰性油墨,实现电子功能。
 

图 IME工艺流程,图片来自银宝山新

IME工艺难点:
 
  • 成型时要考虑更精确的位置度及拉伸性,导电油墨容易出现短路的现象,包括成型时会导致电子元器件损坏的问题。

  • 对焊接的精度及牢固性有很高的要求,并且需要采用自动的贴片来提高质量和效率,对定位工装要求较高,在高压成型之前进行焊接。

  • 膜片注塑时,材料的流动及压力都会对膜片上的电子元器件造成损坏,对模具前期设计、工艺调试都有特殊要求,比如采用铸压工艺来注塑成型是解决“冲墨”的很好措施。

  • 在IME每道工序完成后都要进行详细的检测来判断膜片的质量,最大的难点是在注塑之后的检测与追溯,及时的找出原因。

  • ······



 四、产业链组成有哪些?

 
正如上面所介绍,IME技术目前存在诸多挑战,产品的开发时间和工作量较大,研发期间成本较高,真正能实现量产的厂商还是比较少的,产业链只是地区性的,涉及到的企业还不是很多。
 
IME最早期参与的厂家有德国tactoteck 、美国爱卓、科思创、sabic、库尔兹、日写等。发展到现在,很多传统的IMD厂商也都有积极开发。其中,美国爱卓、Tactoteck是其中的佼佼者,其他IME加工厂商有上海通领、敏实集团、银宝山新、上海华伟、麦格威等。
 

图 TactoTek采用IME技术实现的整合触控和照明功能的汽车实木内饰
 


图 汽车触控类IME产品,来自银宝山新
 
除了加工厂商,材料设备等供应链企业也非常重要,毕竟IME工艺的核心是印刷电路,供应商主要含导电材料、印刷设备、膜片等。做导电油墨的企业有陶氏杜邦、汉高集团、钛阳化学等,透明电极的有贺利氏,爱克发,Canatu,库尔兹(Poly IC)等,印刷设备厂商包括MINO、玛莱宝、力超、东远等,IME膜片做的好的有库尔兹、日写、DNP等。
 


图 杜邦导电油墨产品
 


图 汉高导电油墨产品


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