印刷電子技術(shù)

1、印刷電子技術(shù) 姓名： 學(xué)號(hào)：目錄n印刷電子概要n印刷電子技術(shù)n印刷電子技術(shù)的應(yīng)用n印刷電子技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)1.印刷電子概要n背景和驅(qū)動(dòng)力n名稱與定義n印刷電子技術(shù)特點(diǎn)1.1背景和驅(qū)動(dòng)力n人們追求享受生活，科技產(chǎn)品日新月異，現(xiàn)代化生活的重要部分是應(yīng)用電子設(shè)備，如現(xiàn)在最流行的手機(jī)、隨身聽、電視等。生活中對(duì)電子設(shè)備的發(fā)展要求其性能高佳、輕小便攜、安全可靠、節(jié)能環(huán)保、價(jià)廉物美，電子產(chǎn)品的多功能化、輕薄小型化、環(huán)境友好化、低成本化是必然的發(fā)展特色。n新穎電子設(shè)備的追求、享用，驅(qū)動(dòng)了印刷電子產(chǎn)品的產(chǎn)生與發(fā)展。1.2名稱與定義n“印刷電子”（Printed Electronics）是指利用各種印刷技術(shù)，形成電

2、子元器件和電路的電子產(chǎn)品。也有稱為“可印刷電子”（Printable Electronics），或稱為“全印刷電子”（All Printed Electronics）。這是從加工工藝的角度稱謂。n目前傳統(tǒng)的電子產(chǎn)品是由硅等無機(jī)半導(dǎo)體材料為基礎(chǔ)制作成元器件與以覆銅箔板為基板制作的印刷電路板，互連結(jié)合而成，被稱為“硅-銅電子技術(shù)”。因此，傳統(tǒng)的電子電路技術(shù)被分為元器件技術(shù)、印制電路板技術(shù)和連接安裝技術(shù)，而印刷電子技術(shù)是將它們合為一體了。1.2名稱與定義n“印刷電子”產(chǎn)品和技術(shù)是近幾年新興的，類同的電子產(chǎn)品和技術(shù)在不同文獻(xiàn)報(bào)道中有不同名稱出現(xiàn)。n“有機(jī)電子”（Organic Electronics）

3、、“塑料電子”（Plastic Electronics），指用有機(jī)(塑料)基材和或有機(jī)涂料為材料經(jīng)印刷形成的電子產(chǎn)品；n“薄膜電子”（Film Electronics），指用有機(jī)薄膜基材經(jīng)印刷形成的電子產(chǎn)品；n“撓性電子”或“軟性電子”（Flexible Electronics），指用薄膜基材形成的可卷曲的電子產(chǎn)品；n“可穿戴電子”(wearable electronics)，指把電子組件印制在穿戴的衣帽上。1.2名稱與定義印刷電子類同稱謂的相關(guān)性1.3印刷電子特點(diǎn)n1）印刷技術(shù)的導(dǎo)入簡(jiǎn)化電子產(chǎn)品制造工藝常規(guī)PCB與印刷電子基本制造流程比較1.3印刷電子特點(diǎn)n2）把電子電路與元器件集合在一起，

4、連接可靠n3）產(chǎn)品輕薄、可撓曲，減少體積與重量，適合各種形狀要求n4）省料省工，減少成本n5）綠色生產(chǎn)，有利環(huán)境保護(hù)2.印刷電子技術(shù)n印刷電子技術(shù)定義n印刷電子技術(shù)類型n基本生產(chǎn)工藝n印刷電子材料2.1印刷電子技術(shù)定義n印刷電子技術(shù)印刷電子技術(shù)：是一種運(yùn)用薄膜硅和半導(dǎo)體來制作薄膜晶體管的技術(shù)，能取代部分硅晶芯片所提供的簡(jiǎn)單功能，其可結(jié)合液體功能性材料和先進(jìn)的印刷設(shè)備來創(chuàng)建半導(dǎo)體元件和電子電路。2.2印刷電子技術(shù)類型n印刷電子是用印刷技術(shù)制造電子產(chǎn)品，此“印刷”的含義不僅包括印刷，也包含噴印、壓印、濺射、光致成像等工藝技術(shù)。n最初人們把重點(diǎn)放在了數(shù)碼噴墨打印技術(shù)的應(yīng)用上，但現(xiàn)在人們把越來越多的注

5、意力轉(zhuǎn)移到了傳統(tǒng)的印刷工藝上，像凹版印刷、凸版印刷、平面膠版印刷和網(wǎng)版印刷等工藝，因?yàn)樗鼈兡軌蜻M(jìn)行大批量、低成本的生產(chǎn)。2.2印刷電子技術(shù)類型n傳統(tǒng)印刷技術(shù)n特殊印刷技術(shù)n成卷加工技術(shù)傳統(tǒng)印刷技術(shù)n傳統(tǒng)印刷技術(shù)有凸版印刷、凹版印刷、平版印刷、網(wǎng)版印刷，這些印刷技術(shù)都可用于印刷電子，不過哪種工藝可能更加適合于特定材料或應(yīng)用，需要作選擇每一項(xiàng)技術(shù)都有自己的優(yōu)勢(shì)和缺陷。傳統(tǒng)印刷技術(shù)柔性凸版印刷示意圖 凹版印刷示意圖傳統(tǒng)印刷技術(shù) 平板印刷示意圖 網(wǎng)版印刷示意圖特殊印刷技術(shù)n1) 噴墨印刷法n2) 模壓印刷法 n3) 固態(tài)沉積法n4) 光致成像法n5) 激光成像法1）噴墨印刷法n噴墨是一種非接觸式的點(diǎn)陣

6、印制技術(shù)，它通過把墨滴從小孔里直接地噴射到承印物的特定位置上而形成圖像。現(xiàn)噴墨印制技術(shù)進(jìn)入PCB制造中, 預(yù)示了該技術(shù)為PCB制造帶來了一項(xiàng)新的技術(shù)革命, 帶來了快速、簡(jiǎn)便、靈活、清潔的PCB生產(chǎn)方法。同樣，噴墨印制技術(shù)已被應(yīng)用于印制電子。n噴墨印制技術(shù)關(guān)鍵是噴印油墨材料和噴印裝置的噴頭結(jié)構(gòu), 這兩者決定了噴墨印制的圖形性能與質(zhì)量。1）噴墨印刷法噴墨印制電子電路示意圖 2) 模壓印刷法n我們所熟悉的CD、VCD、DVD等光盤, 是應(yīng)用模壓印制 (壓印) 圖形方法的微復(fù)制技術(shù)制作的。從光盤的壓印復(fù)制技術(shù)得到啟示, 壓印圖形技術(shù)可應(yīng)用于印制電路板和印制電子生產(chǎn)。n壓印圖形是項(xiàng)精巧的新工藝技術(shù), 適

7、應(yīng)電子電路高密度化, 能夠線路形狀更細(xì)，絕緣介質(zhì)更薄, 電氣性能更好。壓印圖形技術(shù)首先是把圖形數(shù)據(jù)編輯，隨后制作圖形壓印模版，模版制作是用電鑄或激光方法構(gòu)成圖形。以后用壓印模對(duì)介質(zhì)膜片進(jìn)行壓印出圖形, 形成電子電路。2) 模壓印刷法壓印流程3) 固態(tài)沉積法n固態(tài)沉積包括濺射、蒸鍍、等離子氣化等氣相沉積技術(shù)。4) 光致成像法n利用涂膜材料的光反應(yīng)性, 進(jìn)行曝光、顯影得到電子電路, 這在PCB行業(yè)和半導(dǎo)體行業(yè)都是熟悉的光致成像工藝。光致成像法印制電子產(chǎn)品5) 激光成像法n激光技術(shù)在PCB制造中應(yīng)用已不再新穎, 從激光繪圖制照相底版、激光穿孔、激光切割到激光直接成像(LDI)、激光修正線路等。同樣可

8、延伸到激光印制電子。R2R激光剝蝕電路圖形成卷加工技術(shù)n目前撓性印制板的生產(chǎn)方式按在制板形式, 有單片式生產(chǎn)（Sheet to Sheet）和成卷式生產(chǎn)(R2R：Roll to Roll)。為提高生產(chǎn)效率, 新型設(shè)備的開發(fā)成功, 更多地采用成卷生產(chǎn)。印制電子同樣如此，為體現(xiàn)其低成本大批量生產(chǎn)優(yōu)越性，更是采取成卷生產(chǎn)(R2R)，成為印制電子生產(chǎn)特色。n 成卷生產(chǎn)以連續(xù)滾動(dòng)式像印刷報(bào)紙那樣大量生產(chǎn)承印物，具體是指以卷狀撓性薄膜為基板，在其上面印刷各種電子電路，然后再回卷到卷軸上。R2R生產(chǎn)至關(guān)重要的是設(shè)備，設(shè)備與基板材料的匹配。成卷加工技術(shù)撓性天線生產(chǎn)流程與實(shí)樣成卷加工技術(shù)電子紙R2R生產(chǎn)流程示意

9、圖成卷加工技術(shù)薄膜太陽能電池之R2R生產(chǎn)2.3基本生產(chǎn)工藝n基本生產(chǎn)工藝流程n不同印刷技術(shù)的工藝能力比較基本生產(chǎn)工藝流程n 印刷電子生產(chǎn)比傳統(tǒng)電子元器件生產(chǎn)要快得多、簡(jiǎn)單得多，也環(huán)保得多。生產(chǎn)工藝基本上分為兩類：直接印刷法與間接印刷法?；旧a(chǎn)工藝流程直接印制法與間接印制法基本流程不同印刷技術(shù)的工藝能力比較 不同印制技術(shù)的工藝能力比較 2.4印刷電子材料n基板材料n電子功能材料n印刷電子材料例子基板材料n基板材料作為電子電路載體，具有輕薄可撓曲的特點(diǎn)，以及有一定耐熱性、耐化學(xué)性、尺寸穩(wěn)定性和電氣特性?；宀牧弦笈c目前撓性印制電路板的基材基本相同，所用的是同一類有機(jī)基材，主要有聚苯二甲酸二乙酯

10、(聚酯PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)和聚酰亞胺(PI)。n還有合成紙（Synthetic Paper）作為基材的。合成紙是種新型塑料產(chǎn)品，以合成樹脂為原料，經(jīng)過熔融、擠壓、延伸為薄膜, 再進(jìn)行紙化處理, 使得其有天然纖維的白度、不透明性和印刷性。按所用樹脂原料不同，合成紙有PP合成紙、PE合成紙、PS合成紙等種類。如有的RFID用PP合成紙，是聚丙烯樹脂加入無機(jī)填料和少量添加劑融合，擠壓拉伸成的薄膜?；宀牧蟦撓性基材的基本特性比較電子功能材料n印制電子產(chǎn)品的功能材料有導(dǎo)體、半導(dǎo)體、絕緣體等。盡管印制電子常常被描述成有機(jī)電子，但實(shí)際上材料的化學(xué)成分是有機(jī)和無機(jī)材料都在使用。功能材料的作

11、用是構(gòu)成電子元器件、電路連接和屏蔽或絕緣隔離。由于電子功能圖形形成采用印制方法，因此功能材料多數(shù)呈液態(tài)(油墨)。n導(dǎo)體材料n有機(jī)半導(dǎo)體材料n絕緣介質(zhì)材料印刷電子材料例子n美國(guó)ANI公司與Optomec公司合作，成功開發(fā)了銅納米粒子導(dǎo)電油墨n比利時(shí)的IMEC公司是世界領(lǐng)先的納米電子與納米技術(shù)企業(yè), 開發(fā)了一種全溶液(油墨)制程的有機(jī)太陽能電池n杜邦公司微電子材料(MCM)部門, 為印制電子市場(chǎng)開發(fā)了多種新的油墨和成像材料印刷電子材料例子nBayer這個(gè)世界著名化學(xué)品公司其下屬子公司也在制造印制電子用的有機(jī)導(dǎo)電油墨，Bayer公司所開發(fā)的電子發(fā)光聚碳酸酯膜已被用于汽車電子產(chǎn)品。Bayer的子公司也

12、能生產(chǎn)價(jià)低質(zhì)高的碳納米管和多種納米材料n美國(guó)西北大學(xué)開發(fā)給一種彈性、可卷曲載體材料, 再?gòu)?fù)合單晶硅等半導(dǎo)體材料形成集成電路n美國(guó)加州的Kovio公司開發(fā)出硅材料油墨，應(yīng)用噴墨印制方法在撓性基材上制作晶體管元件n日本NEC開發(fā)出利用印刷技術(shù)和碳納米涂料在塑料基板上制造晶體管3.印刷電子技術(shù)應(yīng)用n應(yīng)用領(lǐng)域n應(yīng)用實(shí)例3.1應(yīng)用領(lǐng)域n印制電子技術(shù)目前還處于產(chǎn)業(yè)發(fā)展的初期，但是已顯現(xiàn)其市場(chǎng)規(guī)模具有很大的發(fā)展?jié)摿?。?jù)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，印制電子技術(shù)和產(chǎn)業(yè)涉及面很廣，包括能印制形成電路或者電子元器件的有機(jī)、無機(jī)或者合成材料，生成晶體管、顯示器、傳感器、光電管、電池、照明器件、導(dǎo)體和半導(dǎo)體等器件，以及互連電路的工藝

13、與產(chǎn)品。印制電子產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域與特點(diǎn)3.2應(yīng)用實(shí)例n應(yīng)用實(shí)例薄膜開關(guān)n薄膜開關(guān) (Membrane Switch), 也有稱觸摸開關(guān)，是利用聚酯薄膜為基體, 網(wǎng)版印刷方法將導(dǎo)電油墨印刷在薄膜上，構(gòu)成導(dǎo)電線路和按鍵觸點(diǎn)(開關(guān))，如圖2-1所示?，F(xiàn)在薄膜開關(guān)已被廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)鍵盤、自動(dòng)化儀表和自動(dòng)化電子設(shè)備的觸摸式控制盤等。 薄膜開關(guān)薄膜晶體管n薄膜晶體管(TFT：Thin Film Transistor)是采用印制技術(shù)在薄膜基材上形成晶體管，這是構(gòu)成集成電路的基本單元，按一定的陣列排列與互連就構(gòu)成功能性集成電路，如邏輯電路、存儲(chǔ)器等。根據(jù)印制晶體管的半導(dǎo)體材料有無機(jī)和有機(jī)之分，如無機(jī)硅油墨經(jīng)噴墨

14、印制出薄膜晶體管(TFT)；而用有機(jī)半導(dǎo)體油墨也能噴墨印制出薄膜晶體管，稱為有機(jī)薄膜晶體管(OTFT)。 OTFT電路 印制RFID標(biāo)簽及應(yīng)用 應(yīng)用有機(jī)存儲(chǔ)器的游戲卡 印制有機(jī)存儲(chǔ)器 顯示器n可印制撓性顯示器的代表為電子紙顯示器(EPD),EPD屬反射型顯示器、耗電量可較玻璃基板LCD顯示器減少90%，且電子紙若導(dǎo)入塑料基板、厚度僅約0.3mm、為L(zhǎng)CD顯示器厚度(含背光模塊)的10%，故具更輕、更薄、可卷曲和省電的特性。除此之外，再由于采用薄膜材料和印制工藝而降低產(chǎn)品成本。因電子紙如一般紙張適合閱讀、眼睛不易疲勞等優(yōu)勢(shì)，因此EPD成為新一代具成長(zhǎng)潛力的顯示器?？蓮澢壕э@示器 卷曲式顯示屏手

15、機(jī) 多頁EPD的手提電腦有機(jī)照明n有機(jī)發(fā)光二極管（OLED：Organic Light Emitting Diode)技術(shù)是業(yè)界公認(rèn)具有最廣闊應(yīng)用前景的下一代照明與顯示技術(shù)。其器件構(gòu)造如同一塊超薄夾心餅干：在兩個(gè)電極板中間夾有一層或多層薄薄的有機(jī)發(fā)光材料，當(dāng)有電流通過時(shí)，這些有機(jī)材料就會(huì)發(fā)出強(qiáng)光。平面狀OLED照明燈 OLED照明燈裝飾的建筑物 R2R制作的OLED照明燈 電池薄膜太陽能電池組件 應(yīng)用于國(guó)際空間站有機(jī)光伏電池卷傳感器n傳感器是一種物理裝置或生物器官，能夠探測(cè)、感受外界的信號(hào)、物理?xiàng)l件（如光、熱、濕度）或化學(xué)組成（如氣味、煙霧），并能將檢測(cè)感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或

16、其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。并將探知的信息傳遞給其他裝置或器官。它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。n印制電子也將在傳感器中大顯身手，能夠形成薄膜型的新功能傳感器。印制電子技術(shù)制作的薄膜傳感器，是通過把敏感材料沉積在薄膜介質(zhì)基板上形成的，同時(shí)可將部分電路制造在此基板上。印制薄膜傳感器 有機(jī)膜傳感器醫(yī)療和工業(yè)用大型成像傳感器印刷電子技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)n4.1市場(chǎng)規(guī)模n4.2印制電子產(chǎn)業(yè)充滿吸引力n4.3印制電子技術(shù)需系統(tǒng)開發(fā)4.1市場(chǎng)規(guī)模n調(diào)查公司IDTechEx在2008年初發(fā)布了印制電子市場(chǎng)（20082028年）預(yù)測(cè)報(bào)告，認(rèn)為印制電子市場(chǎng)200

17、8年為15.8億美元, 20年后2028年會(huì)發(fā)展到3000億美元。20年間增長(zhǎng)近190倍。2028年的印制電子市場(chǎng)3000億美元的分布如下圖所示。 nIDTechEx在2009年初又發(fā)布了印制電子市場(chǎng)（20092019）預(yù)測(cè)報(bào)告，認(rèn)為印制電子市場(chǎng)2009年為19.2億美元, 10年后2019年會(huì)發(fā)展到572億美元。10年間增長(zhǎng)近30倍。2008年的印制電子世界市場(chǎng)分布 2008年世界印制電子市場(chǎng)分布預(yù)測(cè)2028年印刷底子應(yīng)用分布預(yù)測(cè)2028年印制電子應(yīng)用分布近十年世界印制電子市場(chǎng)預(yù)測(cè) 近十年世界印制電子市場(chǎng)預(yù)測(cè)4.2 印制電子產(chǎn)業(yè)充滿吸引力n印制電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有一個(gè)供應(yīng)鏈的關(guān)系,涉及印制電子領(lǐng)域包含了特殊材料、印制工藝與設(shè)備、印制電子產(chǎn)品。 印制電子產(chǎn)業(yè)之供應(yīng)鏈n全世界有超過1500個(gè)組織(單位)在從事印制電子的開發(fā)和應(yīng)用，其中又有一半單位主要從事材料研制與應(yīng)用，估計(jì)近五年內(nèi)導(dǎo)電油墨就會(huì)有數(shù)十億美元市場(chǎng)。世界上印制電子的主要參與者。 世界印制電子的主要參與者4.3 印制電子技術(shù)需系統(tǒng)開發(fā)n印制電子技術(shù)目前還處于產(chǎn)業(yè)發(fā)展的初期，但其可以制造出晶體管電路、顯示、傳感、光電、電池、照明器件、半導(dǎo)體器件等，具有很大的發(fā)展?jié)摿?。因此，印制電子技術(shù)并非單一的印刷技術(shù)。從目前來看，印制電子技術(shù)就涉及有機(jī)、無機(jī)以及合成材料，印制工藝和自動(dòng)化