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(dòng)畫海報(bào)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(xiàng)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(jì)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(duì)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?yàn)檫@些功能對(duì)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(shí)現(xiàn)高精度和少量的打印。對(duì)于太陽(yáng)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(diǎn)。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(duì)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(shí)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?yàn)樗蛡鹘y(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(duì)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(jì)甚至制造工藝都會(huì)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(shì)。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(duì)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(shí)，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(duì)于絲網(wǎng)印刷來說，通常選擇的是高沸點(diǎn)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(rùn)滑劑種類和粒子大小對(duì)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?，這樣同時(shí)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(duì)在紙上設(shè)計(jì)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(huì)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(jì)算機(jī)等都可以使用到這種油墨。

　　導(dǎo)電油墨的缺點(diǎn)

　　·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