那个被吹上天的固态按钮，苹果 iPhone 16 没做出来

文 | 太平洋科技

一年一更的 iPhone 又来了，最热门的 AI 功能咱一时半会儿还用不上，外观方面也是差不多那样，好像智能手机的形态真的快到头了。但是，智能手机的交互还没到头。

就像苹果这次 iPhone 16 上的相机控制（Camera Control）按钮，通过轻按、重按、触控的方式，用一个按钮就能控制快门、变焦、模式切换等，很有可能会成为电子产品次世代的交互方式。

相机控制按钮的实现路径

在发布会上，iPhone 的产品经理花了整整 23 秒来介绍这个按钮是如何工作的，其复杂程度只能说令人叹为观止。

这颗按钮依旧具备一个传统的点按开关，并不像传闻中采用不可按压的全固态设计。另外还配有一套高精度力传感器和震感马达，用于模拟不同按压力度和触摸的反馈。

按钮表面则是蓝宝石覆盖的电容式触摸传感器，用于识别滑动等触摸操作。顺带一提，官方的保护壳带有一片蓝宝石玻璃，并有传导层，能够将手指的动作传递给相机控制按钮。

虽说功能和之前爆料的差不多，但实现方式还是有点让人失望的，对于向来从简的苹果来说，这次的解决方案过于复杂，本来应该有更好的方案才对。

好好的按钮为什么要改？

传统机械按钮由于其复杂的结构，容易受到灰尘、水分等环境因素的影响，导致损坏或失灵。比如 iPhone 上那颗祖传的静音切换键，就很容易被灰尘卡住，因为这个问题去售后的用户也不在少数。而固态按钮就没有这个问题。

从设计角度来看，固态按钮减少了可活动机械组件的数量，这不仅提升了按钮的生产效率，还降低了故障率。而固态按钮则通过电容感应或压力传感技术实现操作，没有机械结构，因此更加耐用和防水。此外，固态按钮还能帮助打造无孔化机身，使得设备的密封性更好，能够实现理想中的「黑盒」极简设计。

去年就有传闻称 iPhone 15 Pro 会采用固态按钮，可惜最后并没有采用。后来有外媒爆料称苹果的这一计划名为「Bongo」，是一种电磁驱动的触觉反馈装置，能够提供更加细腻和真实的触觉反馈效果。通过这种技术，用户在进行虚拟按钮按压时，能够感受到类似于物理按钮的触觉反馈，从而增强了交互的直观性和满意度。

然而，由于技术和生产上的挑战，iPhone 15 Pro 终究是无缘了，iPhone 16 这个按钮也只能算是折衷实现了固态按钮的功能。

从功能角度来看，固态按钮为屏外交互提供了更多操作维度。例如，用户可以通过轻点、轻按、重按和滑动等不同方式与设备进行交互。这种多样化的操作方式不仅提升了操作效率，还为用户带来了更丰富的使用体验。

在一份 2023 年公开的专利中，苹果就展示了通过不同按压力度和滑动，在一个按钮上实现多重操作。例如，轻触可能用于触发一个预览功能，而更用力的按压则可能用于执行一个确认操作，还可以用按压+滑动来实现多重连续操作。

但是专利归专利，实际应用就是另一回事了。

手机厂商们尝试过的「固态按钮」

如果以「不能动」来定义固态按钮，其实也有不少手机尝试过了。

谷歌在其 Pixel 系列手机中引入了 Active Edge 功能，通过挤压机身的方式触发特定功能，如启动 Google Assistant。这种设计虽然只能实现一种操作，但提供了一种全新的交互方式，减少了对传统按钮的依赖。

苹果在 iPhone 7 中首次引入了固态 Home 键，取代了传统的机械按键。这个固态 Home 键通过 Taptic Engine 提供触觉反馈，模拟按键的点击感。安卓阵营中，魅族 15 也采用了类似的设计，提供了更耐用和防水的 Home 键体验。

华为在 Mate30 系列中引入了屏幕虚拟按键，通过在曲面屏边缘设置 UI 按键，实现多样化的操作。这种设计不仅提升了屏幕的整体性，还提供了更多的交互方式，如音量调节和拍照快门等。

一些游戏手机，如华硕 ROG Phone 系列，在边框中嵌入了超声波触控肩键。这些固态按钮能够识别点按力度、滑动等操作，为游戏玩家提供了更丰富的控制体验。这种设计不仅提升了游戏操作的精确性，还减少了机械按钮的磨损。

如果要论功能性，超声波触控按钮完全可以实现 iPhone 16 上这个按钮的所有功能，为什么苹果直到现在才加上呢？

固态按钮的关键难点「反馈」

在前两节我们都有提到苹果对于固态按钮的「反馈」的执着，努力让固态按钮用起来像机械按钮，为什么固态按钮一定需要真实的反馈呢？

答案很简单，因为它是个按钮，按钮就应该有反馈，这是我们的直觉。在《设计心理学》丛书中，作者认为好设计应该符合以下 5 个原则：示能、意符、约束、映射和反馈，而反馈恰恰是固态按钮的痛点。

以垂直电梯为例，按下楼层按钮后，那个按钮就应该变亮。如果这个时候所有按钮的灯都没亮，但电梯还是把你送到了对应的楼层，你是不是觉得这电梯坏了。

另一种情况是，你按下按钮后，所有按钮的灯都亮了，但是电梯还是把你送到了对应的楼层，你是不是依旧觉得这个电梯坏了。

上面两种情况分别对应的是缺少反馈和反馈不清晰。

传统的机械按钮，按下和弹起都会有机械结构带来的天然反馈，耳朵听到的咔哒声、指尖感受到的振动，这些反馈让我们可以清楚判断是否按下了按钮。

而固态按钮几乎去掉了所有的机械结构，本身无法提供声音或触感的反馈，这就需要人为增加一个反馈。

以 iPhone 7 上的 Home 键为例，其实是按不下去的，而是通过 Haptic Engine 来模仿按压的手感和震动，以至于当年很多用户不知道那个 Home 键是完全固定的。

可能很多人以为 iPhone 16 这个按钮就是把以前的 Home 键挪到了边框上，实际上它们有着非常大的区别。

为了保证反馈的真实感，反馈应该直接作用于按压的地方。iPhone 7 上的 Home 键如此真实，就是因为这个超大号的 Haptic Engine 震感马达在按键下方。

对于侧面按钮而言，如果利用原本位于下部的 Haptic Engine 来模拟反馈，会因为距离和位置的关系，震动无法准确传导到对应的按钮上，导致反馈的失真。这一点和现在游戏手机上的超声波触控肩键一样，触发按钮时手机会提供一个震动反馈，可是反馈并不来自于指尖，而是来自于整个手掌。

如何解决这个问题？给侧面按钮再加一个震动马达吗？苹果在 Bongo 计划里提到的电磁驱动触觉装置，其实就是我们常说的 X 轴线性马达，但是即便体积再小也有悖固态按钮的初衷。

用固态按钮本质是为了去机械化结构、实现更简洁的设计，如果又加上一个震动马达，不就是本末倒置了吗？

谁能想到，苹果整出了一个带电容触摸、带震感的超复杂按钮，多少让人有点迷惑。

固态按钮与科研顶流「Piezo」

虽然 iPhone 16 没能用上固态按钮，但这并不妨碍我们继续讨论固态按钮的实现路径。

2021 年诺贝尔生理学或医学奖授予了 David Julius 和 Ardem Patapoutian，以表彰他们在发现温度和触觉感受器方面的贡献。Patapoutian 教授通过研究压敏细胞，发现了 Piezo1 和 Piezo2 这两种机械敏感离子通道，它们能够对皮肤和内部器官的机械刺激做出反应。

「Piezo」这个词源自希腊语「piezein」，意思是「紧压」或「挤压」。在现代科学中，「piezo-」常用于表示与压力相关的现象，如压电效应。

压电效应，即某些晶体在受到外力作用时会在其表面产生电荷，或者在外加电场作用下发生形变的现象。这一效应自发现以来，经过了百余年的研究和发展，在现代科技中扮演着越来越重要的角色。

从微观层面来看，压电材料和 Piezo1、Piezo2 离子通道有着异曲同工之妙，主要体现在它们对机械力的响应机制上。具体来说，Piezo1 和 Piezo2 通道在细胞膜中的嵌入方式使它们能够感知膜张力的变化。当膜张力增加时，通道结构从弯曲状态变为平展状态，导致中央孔道开放，允许离子通过。这种机制与压电效应中的机械应力引起电极化变化的原理相似，都是通过机械力引起内部结构变化，从而产生电信号。

前面提到某些晶体在外加电场作用下会发生形变，具体指当在压电材料上施加电场时，材料会发生机械变形或位移，这也被称为逆压电效应。划重点：机械变形或位移，这就意味着我们可以利用逆压电效应来产生触觉反馈，这就是压电触觉。

巨头突破量产困境

大部分压电材料都同时具备上文提到的 2 种特性，作为按钮既能感知按压，也能产生反馈，结构也能做到极简，堪称是完美的固态按钮材料，但其量产过程却相当复杂。

主要的挑战在于压电材料的加工精度要求高，且需要与电子设备中的其他组件精确配合。此外，压电按钮的功耗也是一个问题，往往需要需要数十伏的高压才能驱动，对于手机的电池是个不小的挑战。

早在 2019 年，电子元件巨头 TDK 集团宣布其子公司 TDK Electronics 与开发超低功耗触觉技术的 Boréas Technologies 签署合作协议，旨在加速压电触觉解决方案在广泛应用中的采用。

合作将特别关注移动应用领域，通过结合 TDK 的高性能执行器和 Boréas 的低功耗驱动 IC 技术，克服了压电触觉技术在移动设备上应用的障碍，推动了下一代用户界面的创新。

Boréas 是一家无晶圆厂半导体公司，拥有专利的压电执行器驱动技术平台 CapDrive，它是首个无需担心功耗、性能、耐用性或尺寸限制就能释放压电材料独特特性的半导体平台。与市场上的其他压电驱动技术相比，CapDrive 在提供高清触觉反馈的同时，还集成了压力感应功能，这是其竞争对手所不具备的。

之后在 2023 年， Boréas 在视频平台上发布了一个名为「New Solid-state button Demo「的视频，在视频中完整展示了压电固态按钮的操作方式，包括按压、触摸、滑动等，而且反馈非常细致，与传统机械按钮无异。

▲转子马达、线性马达和压电元件提供的触觉精度对比

在解决了功耗和体积问题之后，就剩下生产了。前面提到 Boréas 的这项技术是基于半导体的，因此生产方式和传统机械按钮完全不一样，没有舌片、弹簧等细小零件，本质上是在做「会动的芯片」。

要生产这样的固态按钮，就需要用到 MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems，微机电系统）封装技术。

半导体行业新星：MEMS

MEMS 是一种集成单元，其内部结构通常在微米甚至纳米量级，能够将机械部件、传感器和电子元件集成在一个芯片上，采用类似光刻和刻蚀等微制造技术。

MEMS 封装是指将微机电系统（MEMS）器件进行保护和集成的过程。然而，由于 MEMS 器件通常包含微小的机械结构，如悬臂梁和微镜，封装还必须提供机械支撑和环境保护。此外，MEMS 封装需要考虑气密性、隔离度和特殊的封装环境，以确保器件在各种应用场景中的可靠性和性能。

在 2018 年，日月光与 TDK 合资成立日月旸电子，专注于采用 TDK 授权的 SESUB 技术生产集成电路内埋式基板。SESUB 技术对于 MEMS 封装至关重要，因为它使得将更多芯片与功能集成在更小尺寸的基板上成为可能。

而今年 4 月份也有供应链消息传出，日月光独家拿下用于 iPhone 16 系列的新型按键系统级封装（SiP）模组大单。

随着 iPhone16 的发布，这个大单应该就是指相机控制按钮了，而不是我们期待的压电固态按钮。话说回来，这枚按钮多少也是需要用到 MEMS 封装技术的。

手机又将迎来一个创新点？

用压电效应来做固态按钮，这个概念很早就有了，已经量产的产品也有不少，只不过能同时兼顾产量、微型化和功耗的产品，几乎没有。就拿前面提到的 Boréas 来讲，成品方案已经上市几年了，MSI 微星也推出了采用压电触觉触摸板的笔记本电脑。直到今年 6 月份，Boréas 才刚迈过 100 万出货量的门槛，显然这无法满足手机市场的需求。

好消息是大家熟悉的供应链厂商也很早就在布局压电相关的技术，比如歌尔声学、瑞声科技（AAC）和汇顶科技等，汉得利（BESTAR）更是已经推出压电触觉的成品方案，或许不久后真能在手机用上压电固态按钮。

压电固态按钮本身具备多维交互输入和输出的能力，对于手机来说意味着这是一个全新的交互方式，除了作为多功能快门键，还可以作为游戏肩键和 AI 按钮等，或者说直接替换原有的音量键和电源键，给原有的按键带去更多功能，总之就是无限可能。