柔性印刷電子技術解析及發展趨勢

作者: 伊人影院科技集團 / 時間: 2019-05-20 11:17:43
瀏覽次數 167

1.1 印刷電子定義

首先,印刷電子本身是一個專有名詞。印刷電子的定義,簡而言之即“印刷+電子”,是利用傳統印刷技術來製作電子器件或電路。傳統印刷技術就是伊人影院所熟知的印刷報紙與雜誌的技術。傳統印刷報紙的技術為什麽可以用來印刷電子?伊人影院印刷報紙或雜誌用的是黑白或彩色油墨。如果把這些僅是表達顏色的油墨換成具有電子功能的油墨,印刷出來的圖形就具有了電子功能。

伊人影院大量使用的各種電子設備中的集成電路芯片IC包括印刷電路板PCB(PrintedCircuit Board)都是通過複雜的光刻、顯影、刻蝕等一係列加工步驟實現的,例如圖表1(a)所示的工藝流程。圖表1(b)展示的是印刷加工的工藝流程。同樣是將一種功能材料在平麵基底上製作成圖形結構,傳統集成電路芯片的加工方法要經過從鍍膜(a)到去膠(h)等8個步驟,而印刷加工則隻需要兩步。印刷方法可以直接將功能材料以圖形化方式沉積到基底表麵,隻需要額外的燒結工藝,將墨水材料燒結成固體材料,就形成了與傳統工藝需要8步才能實現的同樣的圖形結構。

5.webp_副本.jpg

柔性印刷電子技術解析及發展趨勢

(a)傳統平麵微納米加工

4.webp_副本.jpg

柔性印刷電子技術解析及發展趨勢

(b)印刷加工

圖表1:傳統集成電路芯片加工與印刷加工的比較

印刷加工與伊人影院現在已經熟知的3D打印一樣,本質上是一種增材製造技術。而圖表1(a) 中所示的傳統集成電路芯片加工或各種電子設備中常見的電路板製造技術,都是減材製造技術,即通過等離子刻蝕或酸液腐蝕將不需要的材料去除,形成功能材料的圖形結構。印刷增材製造有5個優點:

(1)不依賴基底材料的性質。集成電路芯片隻能在矽基半導體晶圓上製備,平板顯示中的液晶顯示屏隻能在玻璃基板上製備。而印刷可以在任何材料表麵沉積功能材料。這就使得在塑料、紙張、布料等大量低成本柔性材料表麵製造電子器件與電路成為可能。所以,印刷電子與柔性電子密切相關。事實上,印刷是製備柔性電子的最佳技術。

(2)印刷可以大麵積與批量化製造。傳統印刷技術已經可以在數米寬的材料表麵通過高速連續卷對卷方式印刷報紙或印染布匹。同樣方法也適用於印刷電子功能材料;集成電路芯片加工目前可以實現的最大晶圓尺寸隻有300毫米直徑,而印刷電子器件可以在1米以上的麵積上實現。

(3)印刷電子製造是低成本的。這種低成本來自於印刷設備的低成本,通常一台設備就可以完成全部印刷製造環節;來自於印刷材料的低成本,尤其是各種低成本塑料或紙張基底材料;來自於高速連續卷對卷批量化印刷導致的單個器件的低成本。

(4)印刷增材製造是綠色環保的。一方麵增材製造本身減少了原材料浪費,減少了因腐蝕而形成的汙染排放;另一方麵,印刷本身大多沒有高溫工藝環節,節省了能源,減少了碳排放。

(5)印刷製造中的噴墨打印方法具有數字化與個性化製造的特征。與3D打印的個性化製造特征一樣,噴墨印刷電子不需要模板,可以快速製造小批量個性化電子產品。

所以,大麵積、柔性化、個性化、低成本、綠色環保是印刷電子製造區別於傳統電子製造的主要特征,也是印刷電子技術近年來蓬勃興起的重要原因。

1.2 印刷電子的起源與發展曆程

印刷本身是一個淵源悠久的技術,中國祖先在1000多年就發明了活字印刷術。上世紀70年代有機導體材料的發現開創了有機電子學這一新學科領域。科學界對有機電子學感興趣,不僅僅是出於科學好奇心,更重要的是有機聚合物材料有可能製備成溶液態,最終有可能以印刷方式大批量、低成本地製造有機電子器件。所以,有機電子學發展早期即已經有人開始將有機電子材料進行溶液化處理並用於製作晶體管的嚐試,到2000年時已經出現了全部用噴墨打印方法製備的有機場效應晶體管。

有機電子學在一開始發展時就以能夠低成本印刷製造為最終目的。但有機電子學發展到今天,印刷仍沒有成為有機電子器件的主流製造技術。這主要是因為溶液態有機電子材料(無論是小分子材料還是聚合物材料)的電荷遷移率(Charge Carrier Mobility,單位:cm2v-1s-1)總是不如真空蒸發的有機小分子材料,它們之間至少有一個數量級的差異。以代表第三代新型顯示的有機發光二極管(Organic Light Emitting Diode,簡稱OLED)為例,目前主流OLED顯示麵板的製造技術仍以真空蒸發有機小分子發光材料為主,印刷製造OLED顯示屏的技術開發剛剛開始。

聲明:本網所有文章(包括圖片和音視頻資料)係出於傳遞更多信息之目的,且明確注明來源和作者,不希望被轉載的媒體或個人可與伊人影院聯係,伊人影院將立即進行刪除處理。所有文章僅代表作者觀點,不代表本站立場。