线性思考会产生线性结果,却不一定保证成功;真正的创新需要非线性思考,而且往往不会从目标导向的游戏或是实验中发生。有种导电油墨(conductive ink),它不只是玩具,而能协助电子开发者从「玩耍」中产生灵感。

对设计工程师来说,原型制作阶段在推动创新方面的作用最大,甚至超越设计初期的脑力激荡(brainstorming);传统的电路板蚀刻在产品原型开发的迭代过程中扮演要角,但导电油墨也能以其灵活性达到相同目的。导电油墨其实已经存在了好一段时间,近年来受到低成本、添加式(additive)的3D打印技术激励而重新获得注意。

市场研究机构IDTechEx预测,未来十年导电油墨市场可达到4亿美元规模;该报告指出:「以印刷制作的大面积压电式传感器、电容式传感器与生物传感器,将成为广大印刷电子产业的最主要成份。」

导电油墨为电路设计带来的好处

有一个隐含的理解是,随着时间推移,当测试显露了更多关于实际运作的洞察信息,设计也会跟着演进;因此设计变更是不可避免的,但为了每一次变更重新制作PCB却是费时费工;若运用导电油墨,就像是3D打印一样,是一种添加式的程序,不需要强烈的化学药剂或是高度特制化的设备来尽早快速制作迭代,节省开发时间与成本。

因为省去了每次改变PCB布线就得透过蚀刻或铣削程序来定义导电走线的时间,导电油墨能激励设计工程师自由脑力激荡,探索全新的点子;而导电油墨也因此能适合传统线性设计程序,也能适用于高度灵活的设计。

导电油墨提供的最明显优势,是能够在传统的玻璃纤维强化环氧树脂之外,在各种各样的形状与表面上制作软性电路路径;这类油墨的成本依据阻抗与成份而有所不同。举例来说,美国业者Methode可提供一种支持喷墨印刷的银导电油墨,表面电阻为200 mΩ/sq;还有一家英国公司Bare Conductive,提供一种更平价(50ml罐装23.5美元)但电阻稍高(55Ω/ sq)的产品 尽管基础特性不同,大多数的导电油墨都能与电气化的非传统材料兼容,例如纸、塑料、木材或是石膏,将可能的解决方案扩展到非传统领域;而让电路原型制作摆脱虚空间的局限或是蚀刻程序的麻烦,设计工程师现在能将有形的回馈重新导入脑力激荡的过程。

有优点就有缺点

不过就像所有的工具,导电油墨也有使用限制,其主要缺点有二:其一是这类材料固有的阻抗与电路板的铜走线相较会偏高;举例来说,Bare Conductive的导电油墨电阻为55Ω/ sq,但相同尺寸的铜走线电阻大约为0.3Ω/ sq。

这不一定是坏事,电阻确实会阻碍印刷走线能可靠承载的电流量,但仰赖信号电压的低电流电路并不会有不利影响;实际上,特定电路需要高线内电阻(inline resistance)。

另一个值得考虑的、视情况发生的缺点,是如果你用无法量产的非扩展性技术进行产品原型制作,你还是得重新用蚀刻PCB来制作原型;不过这也不是坏事,原型制作是一个迭代过程,并非起点与终点都有非常明确划分的单向任务,你的第一个原型应该不会是最后一个。

失败与重新制作原型有助于确保你尽早识别所有可能的限制,而不是在产品迈入量产阶段才发现有不兼容;修改已经量产的产品需要付出的代价,会比在设计早期高得许多。

在《创新者的DNA:5个技巧,简单学创新》(The Innovator’s DNA: Mastering the Five Skills of Disruptive Innovators)这本书中,作者Jeffrey Dryey、Hal Gregersen与Clayton Christensen观察到,创新者的思考方式与一般人不同;利用一种称为「关联性思考」(associational thinking)的技巧:「他们的脑袋擅长将不明显与原始想法相关的想法连结在一起。」

关联性思考是源于学习以及经验。而导电油墨的流动性──无论是实质上还是意义上──为电路区块建构添加了非传统程序,可能会在将电路导入系统设计方面开启一系列的可能性;或许这种工具并不能完全取代铜,但有其作用。

你认为我们如果只利用像是导电油墨这样的添加式程序来设计PCB,会需要多长时间?如果你使用过导电油墨,你发现它们在哪种情况下最有用?请与我们分享你的看法!

(原文发表于Aspencore旗下EDN姐妹媒体EETimes,参考原文:eetimes;Judith Cheng编译)

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