柔性的未來：打印電子技術(shù)全解析

　　介紹

　　打印電子（PE）已經(jīng)開始在向不同的應(yīng)用領(lǐng)域滲透。智能標(biāo)簽、柔性顯示器、智能服裝和動畫海報是目前打印元件用得最多的地方。元器件打印能在紙上直接制造電子元件，這已經(jīng)成為了一項潛力無限的新技術(shù)。

　　打印電子需要用到：

　　·導(dǎo)電油墨

　　·紙或其它基板

　　·合適的打印機(jī)

　　打印電子可以讓電路設(shè)計可以制造出可循環(huán)使用的、可折疊的、可靠的而且還很便宜的各種電路。

　　打印電子

　　“是指依靠打印技術(shù)在不同的基板上創(chuàng)造電子設(shè)備的方法。”這里使用的打印設(shè)備可能包括油墨噴嘴、光刻、絲網(wǎng)印刷和柔性印刷，這對于定義材料上的圖形而言是很重要的。在打印電子中，具備電功能的電子和光學(xué)墨水可以部署到基板上。

　　解決方案和打印電子的厚度

　　結(jié)構(gòu)的解決方案是由人眼決定的。在打印電子中，高分辨率的小結(jié)構(gòu)是很重要的。這是因為這些功能對獲得更好的功能和更低的電路密度而言是很重要的。

　　打印技術(shù)

　　打印技術(shù)的選擇依賴于所需材料的屬性和要求，以及技術(shù)水平和成本的考量。通常來說，絲網(wǎng)印刷和平面打印使用油墨噴嘴實現(xiàn)高精度和少量的打印。對于太陽能電池而言，則需要使用柔印和膠印技術(shù)。而有機(jī)FET和不同的集成電路還要依賴其它不同的打印方法。油墨噴嘴打印在打印電子中使用比較廣泛，但卻有產(chǎn)量低和分辨率的缺點。像有機(jī)FET、有機(jī)光伏電池和OLED這樣的有機(jī)半導(dǎo)體也可以使用油墨噴嘴打印。

　　絲網(wǎng)印刷對于在制造連接天線和電路板的導(dǎo)線上用處很大。氣溶膠噴射打印技術(shù)是一種用于打印的沉積打印技術(shù)。首先是油墨的原子化，然后再加熱到80℃，產(chǎn)生原子化的液滴。液滴的噴嘴允許碰撞基板。蒸發(fā)打印可以實現(xiàn)5μm大小的打印。另外還有納米壓印光刻和微接觸光刻等技術(shù)。

　　有機(jī)和無機(jī)電子打印

　　有機(jī)電子打印是化學(xué)、電子打印和材料科學(xué)的結(jié)合。因為它和傳統(tǒng)電子生產(chǎn)在結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)和功能性上面都有不同，對整體器件的影響也存在差別，包括設(shè)備的功能、電路設(shè)計甚至制造工藝都會受到影響。而無機(jī)電子打印則提供了更好的接口和層次順序。

　　基底

　　電子打印通常使用柔性基底，這在低成本的應(yīng)用中占有優(yōu)勢。絲網(wǎng)印刷和油墨噴射打印使用玻璃和硅進(jìn)行壓印。許多打印技術(shù)還能使用紙張進(jìn)行打印。低粗糙度、低成本和低濕度是基底必須應(yīng)該具備的特性。柔性線圈，聚對苯二甲酸乙酯箔和聚萘二甲酸是可以用作基底的一些可選材料。

　　導(dǎo)電油墨

　　顧名思義，導(dǎo)電油墨指的是可以傳導(dǎo)電的油墨。導(dǎo)電油墨在打印電子領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用，使用這種油墨和不同的打印方法，我們可以將電路打印在不同的基底材料上。油墨中的導(dǎo)電粒子允許油墨在基底上擴(kuò)散并傳導(dǎo)電流。將液態(tài)的導(dǎo)電油墨變成固態(tài)還涉及到干燥、固化和融化等過程。一般而言，導(dǎo)電油墨的電阻是每25平方微米1Ω。在選擇導(dǎo)電油墨時，要盡量選擇電阻率低的材料。

　　導(dǎo)電油墨的構(gòu)成

　　導(dǎo)電油墨的原料主要包括：

　　1、聚合物粘合劑

　　2、溶劑

　　3、導(dǎo)電材料

　　聚合物粘合劑：其主要功能是將松散的例子聚集起來，并且決定了油墨的主要特性，包括粘性、硬度和柔韌性。

　　溶劑：通常溶劑的選擇由所選擇的打印技術(shù)所決定。對于絲網(wǎng)印刷來說，通常選擇的是高沸點的溶劑。

　　導(dǎo)電材料：這決定了最終油墨的導(dǎo)電性能。銀是一種很常用的導(dǎo)電材料，其它還包括碳、銅和某些導(dǎo)電有機(jī)物。另外表面積、潤滑劑種類和粒子大小對油墨的導(dǎo)電性能也有很大的影響。為了提高油墨的導(dǎo)電性，可以加入適當(dāng)?shù)奶砑觿@樣同時還能增加油墨的粘性、硬度和柔韌性。

　　導(dǎo)電油墨的種類

　　1、基于石墨烯的油墨

　　石墨烯油墨現(xiàn)在已經(jīng)在打印電子領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。其優(yōu)良的導(dǎo)電性、柔韌性和傳導(dǎo)率使得它們可以很好地應(yīng)用在智能卡片、顯示打印和RF標(biāo)簽上。

　　2、電路劃線

　　這是一種水基反應(yīng)的銀油墨筆，由Electroninks研發(fā)出來。油墨筆對在紙上設(shè)計和畫電路來說是非常有幫助的。這種筆使用了一種無毒的銀導(dǎo)電油墨，阻值在2到10Ω之間。

　　3、納米銀和納米碳油墨

　　Methode Electronics為打印電子開發(fā)了一種納米碳和納米銀油墨，可采用噴墨方式打印。

　　4、反應(yīng)銀油墨

　　這種油墨并不含有自由粒子，而是采用的二胺銀絡(luò)合物，當(dāng)油墨打印在基底上之后，銀顆粒才會逐漸顯現(xiàn)出來。

　　5、介電油墨

　　來自MINICO和ELECTRODAG的絲網(wǎng)印刷油墨可以用在紙襯底和其它襯底上。像鍵盤、桌面計算機(jī)等都可以使用到這種油墨。

　　導(dǎo)電油墨的缺點

　　·包含有毒材料

　　·導(dǎo)電性能差

　　·使用導(dǎo)電材料進(jìn)行噴射打印難度太高