自2011年以來，智慧手機和平板電腦的平均設備厚度每年約減少20%。雖然行動設備的實際尺寸和形狀各異，但輕、薄、時尚依然是其設計要旨。

　　半導體、電子封裝、記憶體容量、射頻(RF)通訊元件和顯示模組的技術(shù)進步，讓工業(yè)設計人員能大幅提高行動設備的功能密度。顯然地，結(jié)構(gòu)材料的選擇，對于減少設備的厚度和重量至關(guān)重要，如今設計人員已將電池、液晶顯示模組(LCDM)和觸控面板模組(TPM)視為減少設備厚度和重量的關(guān)鍵。

　　目前設計人員正在利用鋰離子電池較高的能量密度，于不犧牲電池續(xù)航時間的前提下，輕鬆減少電池厚度;此外更薄的薄膜電晶體(TFT)玻璃基板也幫助減少現(xiàn)代液晶顯示模組的厚度。

　　有趣的是，觸控面板模組也能幫助工業(yè)設計人員減少玻璃基板的厚度。但是，人們對于更薄的保護玻璃基板耐用性，以及其與氧化銦錫(Indium Tin Oxide, ITO)或其他金屬氧化物等透光導體所製成的電容觸控感測器仍有疑慮。

　　而今，愛特梅爾(Atmel)新穎的軟性觸控電路設計及工藝，與康寧超薄化學強化玻璃技術(shù)的結(jié)合，能夠有效消除大眾對于新型超薄觸控面板模組的電氣/機械功能的擔憂。

　　本文將分別描述Atmel XSense薄膜式電容觸控感測器和0.4毫米厚Corning Gorilla Glass的主要產(chǎn)品屬性，以及上述產(chǎn)品對減少觸控式螢幕厚度與重量的影響。

　　現(xiàn)今觸控面板方桉面臨窄邊框設計挑戰(zhàn)

　　觸控式螢幕的外型尺寸在一定程度上是由觸控面板決定，因為電容觸控感測器的訊號走線占據(jù)大部分邊緣。當今電容觸控感測器所採用的主流技術(shù)之所以是ITO，原因是其透光率高。

　　但是，ITO有一個很大的缺點，其薄膜電阻很高，每單位面積電阻介于50?340歐姆(Ω)之間;也就是說，觸控感測器陣列中的電極擁有較高電阻，因此必須使用額外的感測訊號走線，才能確保達到令人滿意的性能。

　　雖然觸控模組上的保護玻璃主要用于提供實體使用者介面，不過同時也肩負隱藏這些寬感測訊號線的任務。例如，圖1中10.1吋平板電腦的顯示玻璃，其中近三分之一的保護玻璃表面被邊框區(qū)域占據(jù)。因此，系統(tǒng)設計人員必須放寬機構(gòu)設計，才能容納更大的保護玻璃，即使設備并不需要這些多馀的空間。然而這些多馀的空間將增加設備的重量和成本，且未能帶給終端用戶任何效益。

　　圖1:ITO雙邊訊號走線示意圖

　　但如果開發(fā)人員能將10.1吋平板電腦各側(cè)的邊緣減少1公分，觸控表面的利用率就能從67%提高到80%以上。

　　同時，在玻璃厚度相同的情況下，觸控感測器重量也能減少近20%(假設玻璃厚度相同)，而且機構(gòu)的尺寸和重量也將相應減少。

　　除了雙邊走線外，GFF感測器的訊號走線還採用網(wǎng)版印刷印製，間距通常限制在100微米(μm)，定位公差為300微米。

　　用于製作ITO薄膜感測器的網(wǎng)版印刷會形成較寬的走線和接續(xù)導線，加上需要雙邊走線設計及電極，這些因素將大大增加感測器邊緣寬度。

　　因此，在最常用的觸控感測器中，GFF ITO感測器的邊緣通常最寬。OGS製程由于具有規(guī)模經(jīng)濟優(yōu)勢，被業(yè)界視為製造價格適中的高性能觸控面板解決方桉。儘管如此，新興的上蓋保護玻璃設計元素和技術(shù)在易製造性和電氣設計領(lǐng)域仍對OGS電路構(gòu)成挑戰(zhàn)。

　　值得注意的是，雖然OGS在玻璃基板上能支援細線路走線和窄間距，但這種電路依賴雙邊走線、較寬的接續(xù)導線和保護玻璃成型公差;即便走線間距可能更窄，但這些設計項目仍增加了OGS的邊緣總寬度。

　　此外，OGS製程可能會限制觸控面板邊緣的顏色選擇，乃因有機油墨在ITO濺鍍製程時會暴露于高溫之下，使顏色產(chǎn)生變化，所以OGS必須採用標準型的黑色油墨。

　　新型XSense電容觸控感測器則沒有上述限制，用戶採用XSense電容觸控感測器和Corning Gorilla超薄抗刮玻璃製作的觸控模組，可享有極佳的電氣性能和窄邊框特點，同時也擁有極高的機械設計靈活性，包括彩色邊框的選擇和曲面觸控面板設計。

　　滿足大螢幕/小尺寸需求　金屬網(wǎng)格觸控技術(shù)崛起

　　為了滿足市場對窄邊框觸控感測器的需求，市場上出現(xiàn)一些新技術(shù)，它們擁有較低的薄膜電阻和很小的定位公差，可減少邊緣處的感測器走線空間。新型XSense電容觸控感測器即具備上述特點。

　　XSense是一個銅製金屬網(wǎng)格，其薄膜面電阻小于10歐姆(Ω/sq)，遠遠小于其他觸控感測器材料，而較低的薄膜面電阻即使在較大的觸控感測器上也能支援單邊走線。因此與ITO相比，XSense可將所需走線數(shù)量減少一半，從而大幅縮減走線所占據(jù)的空間。

　　此外，XSense的走線間距要比一般ITO銀線窄30%，目前的間距為70微米(30微米的走線，40微米的間隙)，很快將會發(fā)展到40微米。

　　XSense的目標應用是窄邊框的工業(yè)設計，期能在LCD顯示區(qū)域和保護玻璃邊緣之間實現(xiàn)小于5毫米的邊框?qū)挾龋辛诉@樣的窄邊框設計，設計人員就能將更大的顯示器放入更小的機構(gòu)中，以便最大程度利用螢幕顯示區(qū)域，并將周邊系統(tǒng)的尺寸/重量降至最低。

　　XSense細線路製作採用光刻式的沉積技術(shù)，走線與電極的製作同時進行，并能達到30微米寬的接續(xù)電極及更小的走線間距。憑藉更精準的製造技術(shù)和更好的電氣特性，XSense金屬網(wǎng)格觸控感測器技術(shù)有助于打造螢幕更大、尺寸更小的產(chǎn)品設計，同時又不犧牲觸控性能。

　　新型保護玻璃突破厚度/抗磨損性能瓶頸

　　觸控感測器疊層(圖2)由保護玻璃、50 ?100微米的聚合物薄膜、光學膠(OCA)(~25微米)和一個有圖桉的導電層(<<1微米)構(gòu)成。

　　圖2:各式觸控面板感測器疊層示意圖

　　雖然圖2未按比例顯示，但可以很明顯的看出保護玻璃對于觸控感測器疊層的厚度影響最大。然而，減少保護玻璃的厚度存在兩大風險，分別是耐用性和多點觸控性能。有鑑于此，康寧利用熔融溢流下拉式技術(shù)，生產(chǎn)出寬度大于3公尺、厚度小于人類頭髮直徑且厚度公差極小的玻璃基板。目前，最薄的第三代Corning Gorilla Glass(GG3)產(chǎn)品僅有0.4毫米厚，而這種超薄玻璃與較常見且較厚的第三代Corning Gorilla Glass的熱、化學、光學和物理屬性完全相同。

　　此外，開發(fā)人員對這種超薄的Corning Gorilla Glass進行化學強化處理，使其達到0.8GPa以上的抗壓應力和35微米以上的強化深度，同時也讓消費者和原始設備製造商(OEM)看重康寧專有NDR技術(shù)和維持玻璃強度的屬性。

　　Corning Gorilla Glass產(chǎn)品上述特性可減少刮傷，而且能夠在玻璃表面受損后繼續(xù)展現(xiàn)較高的維持強度。與0.7毫米厚的普通保護玻璃相比，這種更薄的Corning Gorilla Glass產(chǎn)品能夠?qū)⒂|控感測器模組的厚度大幅減少43%，同時又不犧牲玻璃的機械可靠性。

　　表1顯示測試0.4毫米厚第三代Corning Gorilla Glass抗磨損能力的不同方法。在表1中，玻璃表面被硬度計壓頭施加一定的負荷產(chǎn)生表面損傷。

　　隨著負荷增加，玻璃會產(chǎn)生橫向裂紋，此時所得的參數(shù)即玻璃損傷臨界值。表1中即列出0.4毫米厚Corning Gorilla Glass和化學強化鈉鈣玻璃(SLG)的劃痕和壓痕損傷臨界值。

　　雖然抗磨損能力對于Corning Gorilla Glass而言很重要，但實驗證明，維持強度對于OEM和終端用戶而言亦是不可或缺的。因此愛特梅爾與康寧根據(jù)美國材料試驗協(xié)會(ASTM)標準C1499的第三種方法測試玻璃在受損后的維持強度，該測試使用硬度計壓頭或金剛砂刻意造成玻璃損傷，并依據(jù)C149標準對其施加雙軸負荷，直到樣本斷裂為止。

　　表2整理了測試保護玻璃耐用性的指標，其中包括四點彎曲斷裂模數(shù)。該表對比0.4毫米厚Corning Gorilla Glass和一些厚度更大的玻璃樣本，含先前量產(chǎn)的玻璃產(chǎn)品。

　　如表2所示，0.4毫米厚第三代Corning Gorilla Glass優(yōu)于厚度更大的化學強化鈉鈣玻璃，并與前代產(chǎn)品(GG2)相近，因此確認該產(chǎn)品的堅固耐用性。

　　除了機械強度之外，較薄的保護玻璃還存在一些電氣性能問題，其中最常見的就是指尖傳導效應，有時也被稱為「鬼影效應」(圖3)。該指尖傳導效應大多發(fā)生在設備處于浮動電氣狀態(tài)，如用戶已拔掉電源插頭，將設備放在桌面上時。

　　圖3:多點觸控指尖傳導效應

　　如圖3，使用者在螢幕上觸摸兩個或更多觸控點時，來自一條感測器線路的訊號脈沖便會通過用戶手指傳送少量電荷，并將電荷存放到另一電極上，而這些額外的電荷會產(chǎn)生Anti-Touch效應，這種效應可視為一個較強的反向觸控訊號。使用者操作時，若存在Anti-Touch效應的某區(qū)域碰巧遇到一次真實的觸控操作時，這些訊號將相互抵消，訊噪比(SNR)將大幅下降;如果虛假的反向觸控訊號夠強，將會導致觸控檢測失效。

　　對ITO GFF或GF2的觸控面板而言，反向觸控訊號的幅度會隨保護玻璃變薄而不斷升高，最終將導致SNR和多點觸控性能大幅下降。

　　OGS單片式玻璃觸控面板是以ITO做為感測材料，且與ITO GFF和其他ITO的薄膜感測器一樣，易受多點觸控指尖傳導影響。雖然OGS製作工藝非常成熟，但它在大尺寸或曲面式面板應用時，仍會遇到提高ITO導電率或減少導電氧化物模數(shù)等許多挑戰(zhàn)，因此OGS觸控面板將僅限于對角線長度不超過13吋的平面模組設計。

　　相形之下，結(jié)合使用XSense金屬網(wǎng)格感測器材料和Corning Gorilla Glass能夠有效解決多點觸控重傳問題，同時又不犧牲耐用性、性能和設計靈活性。Corning Gorilla Glass較高的介電常數(shù)，外加Atmel XSense獨特的感測器設計可大幅削弱指尖電荷傳導導致的Anti-Touch效應。

　　上述屬性結(jié)合實現(xiàn)此前觸控面板不可能實現(xiàn)的SNR，此外XSense結(jié)合Corning Gorilla Glass的貼合技術(shù)，并不因工作環(huán)境溫度而限制玻璃邊框顏色選擇，可超越碳黑色油墨的限制。由于XSense感測器的薄膜面電阻不受薄膜彎折度的影響，因此可輕鬆適用于曲率半徑較小的弧形，或具有特殊曲度的玻璃表面。

　　金屬網(wǎng)格觸控感測器技術(shù)、薄膜基板、金屬沉積技術(shù)，以及玻璃成分和成型技術(shù)的進步，讓設計人員能夠在不犧牲性能的情況下，大幅減少觸控面板疊層的厚度。

　　觸控模組不僅是設備與使用者的主要介面，通常還要以它為主來設計設備其馀部分。幸運的是，XSense和Corning Gorilla Glass可協(xié)助系統(tǒng)設計人員，滿足市場對消費電子設備輕薄時尚的需求。第三代Corning Gorilla保護玻璃可兼具極高透光率和消費電子產(chǎn)業(yè)所要求的耐用性。

　　XSense是市場上唯一的單層50微米薄膜感測器，其發(fā)射端和接收端電路圖桉位于該PET層的兩側(cè)，因此能夠進一步減少感測器疊層的厚度。這種配置不僅大幅改善傳輸(TX)與接收(RX)電極的定位公差，若與0.7亳米的OGS相比，XSense與較薄的玻璃結(jié)合時，能將感測器疊層的厚度減少約32%。

　　由于XSense金屬網(wǎng)格感測器技術(shù)擁有比ITO更一致的觸控性能，因此可大幅減少導致Anti-Touch訊號的雜散電荷。即便XSense金屬網(wǎng)格感測器與很薄的上蓋保護玻璃配合使用，該產(chǎn)品的多點觸控性能也不會受到指尖傳導效應太大影響。

　　康寧和愛特梅爾透過新技術(shù)，正幫助工業(yè)設計人員將行動設備的設計美學推向新層次，這些產(chǎn)品最終將能協(xié)助設備製造商打造更便于攜帶、更加美觀的產(chǎn)品，以吸引多變的消費者。