圖1. 抽象化的電容觸摸屏工藝結(jié)構(gòu)示意圖
圖１是常見的抽象化的雙層ITO 工藝概圖。從上到下分別是：
• 覆蓋層 (overlay)：大多是鋼化玻璃(0.4～1mm)，也有可能是PET(聚對苯二甲酸乙二醇酯)。PET 的優(yōu)勢在于觸摸屏可以做到更薄，而且比現(xiàn)有的塑料和玻璃材質(zhì)更加便宜；
• 絕緣層（isolation）1/2/3：玻璃（0.4~1mm），有機薄膜（10~100um)，粘合劑，空氣層；
• ITO：典型厚度50~100nm, 其方塊電阻大約100~300 歐姆范圍；
工藝三維結(jié)構(gòu)直接關(guān)系到觸摸屏的２個重要電容參數(shù)：感應電容（手指與上層ITO）和寄生電容（上下層ITO 之間，下層ITO 與LCD 之間）。 ITO 的厚度決定了其電阻率。
圖2.電容觸摸屏平面菱形版圖（Cypress 專利）
圖2. 是Cypress 的專利技術(shù)ITO 菱形圖形。藍色是上層ITO，黃色是下層ITO。這里面包含的主要關(guān)鍵電學參數(shù)是：縱向sensor 與橫向sensor 之間的寄生電容；sensor的電阻值。Sensor 的電阻值取決于菱形塊的大小，以及菱形之間的過橋?qū)挾取?
參數(shù)化設計思想
觸摸屏設計的目標就是盡量減小電阻和寄生電容，并同時增加感應電容。系統(tǒng)優(yōu)化設計包括結(jié)構(gòu)優(yōu)化和版圖優(yōu)化，涉及到十幾個物理和電學變量。由于缺少解析表達式，復雜邊界條件下的MAXWELL 方程組數(shù)值模擬幾乎成為唯一的選擇。 絕大多數(shù)數(shù)值計算軟件需要直接輸入三維結(jié)構(gòu)圖，有的甚至要求對邊界的數(shù)值描述文件。另外，這種結(jié)構(gòu)絕緣層以及ITO 極薄的厚度也會給仿真軟件帶來非常巨大的計算難度，甚至無法準確計算電學寄生參數(shù)。由于一系列困難，使得優(yōu)化仿真的前端工作變得龐大，使整個優(yōu)化設計變得幾乎不可能。
針對這一設計瓶頸，Cypress Semiconductor Corp. 和Ansoft Corp. 探討了一套設計流程，簡單地講就是利用Ansoft/Q3D 對版圖和結(jié)構(gòu)參數(shù)化，達到快速自動仿真優(yōu)化的
設計目的。Ansoft/Q3D 通過采用多種先進的數(shù)值方法，能夠得到基于物理參數(shù)的非常直觀的標準RLGC 參數(shù)矩陣。對于設計者而言，RLGC 參數(shù)矩陣直接描述物理結(jié)構(gòu)，因此更容易解設計的問題出處和關(guān)鍵所在，能非常方便的指引設計者設計的方向。同時，Ansoft/Q3D 提供了強大的參數(shù)化功能和參數(shù)優(yōu)化功能，可以大大提高設計者的工作效率。
圖3. Ansoft Q3D 生成的可參數(shù)化三維圖形
圖3 是ITO 觸摸屏的一個單元。這個單元的所有2D 和3D 參數(shù)可以通過Ansoft 的Q3D進行參數(shù)化，包括ITO 的厚度，雙層ITO 之間的間隔，以及菱形結(jié)構(gòu)之間的間距和過橋?qū)挾取＝Y(jié)構(gòu)參數(shù)化之后，設計人員可以根據(jù)不同情況對其中的一個或多個物理結(jié)構(gòu)參數(shù)進行掃描式仿真；同時設計者可以使用Ansoft/Q3D 內(nèi)嵌的優(yōu)化算法，根據(jù)設計要求，自定義優(yōu)化的目標參數(shù)，得到接近最優(yōu)的物理結(jié)構(gòu)參數(shù)。對于更為復雜的3D 結(jié)構(gòu)，Ansoft/Q3D 也可以采用同樣的參數(shù)化方法進行建立模型。可以想象，有了這樣的一種先進的參數(shù)化CAD 設計流程，整個系統(tǒng)的優(yōu)化設計可行性變得水到渠成。
設計流程
在我們給出的設計舉例中，限于篇幅，僅僅列舉出電容參數(shù)矩陣。在Q3D 的計算中，電阻矩陣的計算相對容易，消耗較小的計算機內(nèi)存；而電容參數(shù)的計算，不僅僅是影響設計的關(guān)鍵因素，而且在Q3D 的仿真中消耗較多的計算機內(nèi)存。下面只是列出電容計算的結(jié)果（1 和2 表示單元菱形結(jié)構(gòu)編號，其實C[1,1]和C[2,2]是1 和2 兩個菱形的自電容參數(shù)，C[1,2]和C[2,1]表示互電容）。
