《集微公开课》第四期笔记:纽迪瑞解读微压力传感技术及应用情况

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4月22日(星期三)10:00,第四期“集微公开课”邀请到纽迪瑞科技(NDT)美国子公司高级副总裁及R&D中心的主要技术负责人陈之昀博士给我们带来了《微压力传感技术及应用介绍》为主题的精彩演讲

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行业领先压力传感触控方案供应商

纽迪瑞科技(New Degree Technology),成立于2011年,总部位于中国深圳,同时在美国设有研发中心,是一家专注于压力传感器技术的高科技公司。经过短短的几年时间,其现在已经成为国际领先的压力数控解决方案的供应商。

据陈之昀博士介绍,纽迪瑞具有独立知识产权独立开发的成套的技术体系,国内外专利有62项,此外拥有一个非常强大的技术团队,有90多名的工程师,其中有11名博士生、28名硕士生

纽迪瑞公司在全球都有服务网络,包括在美国东北部有一个研发中心,主要是负责研发新型压感材料,同时美国硅谷也有销售办公室,北美、欧洲和韩国都有销售代理,负责在全球各地推广技术和产品。

压力传感技术到底有什么用?

实际上压力传感基本上在我们的生活中是无所不在的。实际上有两种需求,一种叫人机交互,一种是物物互联。

我们和人机交互场景是非常的多的,如我们和手机、电脑,包括我们的汽车、玩游戏、听音乐等等,只要有按键的地方、有触控的地方,有物理接触的地方,这些都是需要压力传感的。另外一个应用场景就是物互联,因为我们现在都知道物联网发展是非常迅速的,在很多领域,比方像工业控制机器人,这些领域需要大量的压力传感的解决方案。

现有压力感应技术有哪些?

传统的压力传感器是工业级的压力传感器,其实际上主要的探测器件是一种应变金属应变片,而应变片实际上是一个金属膜电阻。当机床受到压力或者硬力发生形状变化的时候,金属膜电阻的形状也会跟着发生变化,所以它的电阻阻值就会发生变化,通过阻值变化我们就可以测量他所受到的压力或者硬力。

传统应变片解决方案好处就是比较成熟了,精度是非常高,但它的内部结构非常复杂,成本也非常高。此外应变片实际上是一个单位的器件,它与我们现有的这种电子产品中有PCB这种解决方案集成起来不是那么方便。对于高集成度的现代的电子产品来讲,它已经有一点过时

市面上最常见的压力传感技术有压电陶瓷,压力电容,压力电阻。纽迪瑞与这三种技术的根本区别源于独立研发的一款高灵敏度的高分子压力传感材料。这种材料可以通过印刷形成可变电阻,使用方式上与此前说的应变片类似,同样也是一种改变电阻的应用方式。

纽迪瑞研发的高灵敏度压感材料的灵敏度是传统应变片的5倍,除此之外这种材料是油墨的状态,可以方便通过印刷的方式直接印刷在PCB表面,使用方法会很灵活。

这里还有一个明显的与市面上常见的压力传感技术原理不一样的地方,一般情况压力传感都需要上下表面需要有支撑,可是纽迪瑞技术方面是探测表面面板的形变,这意味着只要有一个施压的力便可以,基本上是任何材质,只要能够贴合的材质都是可以使用的,包括玻璃、金属、甚至陶瓷,甚至木头都是可以的。

总结起来,纽迪瑞压力传感技术方案的优势有三点:高灵敏度、高易用性、高性价比。高灵敏度来源于特殊研发的压感材料,拥有核心技术;易用性在于其材料是油墨,可以方便直接印刷到PCB板上,同时由于材料高灵敏度和整个结构具备柔软性,即贴即用成为可能;高性价比在于高灵敏度和高易用性令其快速安装快速部署,同时纽迪瑞提供的是一套高度集成的方案,可以降低生产和使用成本。

压感触控已获多款旗舰终端使用

从2015年进入手机市场之后,纽迪瑞已经进入30多个核心的手机品牌供应商体系,得到了商业应用。从2015年开始布局手机行业,在短短的几年之内,全球11家最大的手机制造商,有8家采用了纽迪瑞压力传感方案。

目前在手机的压力传感和触控里,应用领域占有率是97.5%,现在累计的出货量已经达到了4000万,奠定了在手机、数控领域的领导者地位。

从2011年纽迪瑞公司成立,在之后的2~3年内主要集中研发新的自主知识产权的压力传感的材料。从2015年开始进入手机市场,中兴Axon mini这个系列实际上是世界上第1款采用3d touch的技术的功能的手机,比苹果的iPhone 6s还要早几个月发布

到2017年的时候,纽迪瑞开始和HTC和谷歌合作。到了2018年,相继进入小米MIX系列和魅族16s系列的供应。2019年vivo NEX 3配备了压感触控按键,同样也是采用纽迪瑞的方案,此外还有iQOO的游戏压感以及 OPPO的透视全景机的概念机。

压感触控技术行业应用有哪些?

压感触控技术在目前具体的产品形式上主要有四个产品线,面向四个不同的市场,分别是Edge sensor、Strain Gauge、Micro Load Cell、Metal Key

目前Edge sensor是最受欢迎的产品模式,它主要用于智能边框,实际上是用在手机的边框上,譬如像音量键、电源键、游戏控制键,还有快捷键之类的。它的主要优势在于它实际上是提供了一个虚拟的按键,可以取代你实际的物理的按键,能够实现一体化的机身。

Strain Gauge实际也是应变片,其取代了传统的应变片,优势在于高灵敏度和易于集成。目前这个产品线主要的应用方式在手提电脑上的触控控制板。通过压力触控面板可以提供多维的服务输入,同时可以做得很薄,节省空间。

Micro Load Cell实际应用场景是无线耳机、压力笔、电动工具等等。它是一个非常小巧得压力传感器,可以很容易进行组装,放置在一些很小得部件里面,例如无线耳机。另外它可以取代实体按键,能够保持你产品的一体化,提高防护级别和使用寿命。

Metal Key是基于PCB板的一个压力触碰单元,实际应用于金属面板领域,主要是公共医疗、汽车消费、电器电子等。目前大部分的触控方案对于比较厚的金属面板应用均是不容易,同样是不太容易检测,而纽迪瑞的高灵敏度压感材料便非常适合应用在比较厚的金属面板场景。此外这也避免在金属面板表面开孔安装实体键,可以大大提高产品的美观和使用寿命。

目前手机市场流行全面屏的设计,对此便有一个非常的需求产生,那就是取代边框的按键,而压力触控技术正好是解决这个工业痛点。2019年全球的手机销售量大概13.7亿部,到2020年预计能到16亿部,当中40%的中高端手机都会用上压力触控技术,因此这个市场前景是非常大的

自从苹果2015年在Macbook Pro引入压感触控的Trackpad后,它成为一个行业的标杆,于是很多其他PC生产商也希望能够复制这样的产品,而纽迪瑞的压力触控技术也正好弥补行业的需求。

自从苹果Airpods Pro引进一种通过新的耳机压感来控制耳机交互方式后,接下来便有很多智能耳机去魔方,而Micro Load Cell可以很好弥补这个市场的需求,这给很多耳机厂商提供一个廉价且有效的压力触控方案。最后一个Metal Key最主要应用重点市场会是汽车面板,目前汽车面板一体化程度很高而且一般是金属或者比较厚的面板,而Metal Key的特性正是符合这个应用场景

除了压力触控以上说的四大应用场景外,纽迪瑞还同时在开发和探索心理传感器市场。目前纽迪瑞开发的心理传感器非常轻巧,最大的优点也是很高的易用性。利用一个很小的压力传感器贴在胶带上,可以测量你手腕附近的脉搏

这种测量方法实际也是利用压力应变的原理,利用心跳和脉搏造成皮肤的形变来进行检测,这与把脉动作相当。这种测量方法的优势在于其检测的实际是物理的形变,其可以避免汗液、肤色的干扰。目前这个产品仍然处于研发阶段,纽迪瑞方面希望能把这个产品尽快完善并投入市场。

最后陈之昀博士总结表示纽迪瑞公司是一个拥有自主知识产权,垂直集成的压力触控解决方案供应商。目前在压力触控这个领域,尤其在手机和消费电子这个领域的压力触控解决方案,纽迪瑞公司的技术是一个领头。

陈之昀博士也相信压力触控技术解决方案是非常广泛的,应用前景从家电、商用机器一直到手机机器人、物联网,这些都是有着非常美好的应用前景。他坚信纽迪瑞的解决方案可以为物联网时代导入一种更加丰富的、更加有效的人机交互功能,让每一个用户都能受益其中。

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