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柔性的未来:打印电子技术全解析
来源:电子发烧友网 作者:兆零 2015/5/26 9:07:00 人气:401
内容导读:
通过打印电子技术,可以在纸张等柔性材料上制备电子设备。那么就让我们全方位地了解一些打印电子技术的内涵和细节吧。

  介绍

  打印电子(PE)已经开始在向不同的应用领域渗透。智能标签、柔性显示器、智能服装和动画海报是目前打印元件用得最多的地方。元器件打印能在纸上直接制造电子元件,这已经成为了一项潜力无限的新技术。

  打印电子需要用到:

  ·导电油墨

  ·纸或其它基板

  ·合适的打印机

  打印电子可以让电路设计可以制造出可循环使用的、可折叠的、可靠的而且还很便宜的各种电路。

  打印电子

  “是指依靠打印技术在不同的基板上创造电子设备的方法。”这里使用的打印设备可能包括油墨喷嘴、光刻、丝网印刷和柔性印刷,这对于定义材料上的图形而言是很重要的。在打印电子中,具备电功能的电子和光学墨水可以部署到基板上。

  解决方案和打印电子的厚度

  结构的解决方案是由人眼决定的。在打印电子中,高分辨率的小结构是很重要的。这是因为这些功能对获得更好的功能和更低的电路密度而言是很重要的。

  打印技术

  打印技术的选择依赖于所需材料的属性和要求,以及技术水平和成本的考量。通常来说,丝网印刷和平面打印使用油墨喷嘴实现高精度和少量的打印。对于太阳能电池而言,则需要使用柔印和胶印技术。而有机FET和不同的集成电路还要依赖其它不同的打印方法。油墨喷嘴打印在打印电子中使用比较广泛,但却有产量低和分辨率的缺点。像有机FET、有机光伏电池和OLED这样的有机半导体也可以使用油墨喷嘴打印。

  丝网印刷对于在制造连接天线和电路板的导线上用处很大。气溶胶喷射打印技术是一种用于打印的沉积打印技术。首先是油墨的原子化,然后再加热到80℃,产生原子化的液滴。液滴的喷嘴允许碰撞基板。蒸发打印可以实现5μm大小的打印。另外还有纳米压印光刻和微接触光刻等技术。

  有机和无机电子打印

  有机电子打印是化学、电子打印和材料科学的结合。因为它和传统电子生产在结构基础和功能性上面都有不同,对整体器件的影响也存在差别,包括设备的功能、电路设计甚至制造工艺都会受到影响。而无机电子打印则提供了更好的接口和层次顺序。

  基底

  电子打印通常使用柔性基底,这在低成本的应用中占有优势。丝网印刷和油墨喷射打印使用玻璃和硅进行压印。许多打印技术还能使用纸张进行打印。低粗糙度、低成本和低湿度是基底必须应该具备的特性。柔性线圈,聚对苯二甲酸乙酯箔和聚萘二甲酸是可以用作基底的一些可选材料。

  导电油墨

  顾名思义,导电油墨指的是可以传导电的油墨。导电油墨在打印电子领域有广泛的应用,使用这种油墨和不同的打印方法,我们可以将电路打印在不同的基底材料上。油墨中的导电粒子允许油墨在基底上扩散并传导电流。将液态的导电油墨变成固态还涉及到干燥、固化和融化等过程。一般而言,导电油墨的电阻是每25平方微米1Ω。在选择导电油墨时,要尽量选择电阻率低的材料。

  导电油墨的构成

  导电油墨的原料主要包括:

  1、聚合物粘合剂

  2、溶剂

  3、导电材料

  聚合物粘合剂:其主要功能是将松散的例子聚集起来,并且决定了油墨的主要特性,包括粘性、硬度和柔韧性。

  溶剂:通常溶剂的选择由所选择的打印技术所决定。对于丝网印刷来说,通常选择的是高沸点的溶剂。

  导电材料:这决定了最终油墨的导电性能。银是一种很常用的导电材料,其它还包括碳、铜和某些导电有机物。另外表面积、润滑剂种类和粒子大小对油墨的导电性能也有很大的影响。为了提高油墨的导电性,可以加入适当的添加剂,这样同时还能增加油墨的粘性、硬度和柔韧性。

  导电油墨的种类

  1、基于石墨烯的油墨

  石墨烯油墨现在已经在打印电子领域得到了广泛的应用。其优良的导电性、柔韧性和传导率使得它们可以很好地应用在智能卡片、显示打印和RF标签上。

  2、电路划线

  这是一种水基反应的银油墨笔,由Electroninks研发出来。油墨笔对在纸上设计和画电路来说是非常有帮助的。这种笔使用了一种无毒的银导电油墨,阻值在2到10Ω之间。

  3、纳米银和纳米碳油墨

  Methode Electronics为打印电子开发了一种纳米碳和纳米银油墨,可采用喷墨方式打印。

  4、反应银油墨

  这种油墨并不含有自由粒子,而是采用的二胺银络合物,当油墨打印在基底上之后,银颗粒才会逐渐显现出来。

  5、介电油墨

  来自MINICO和ELECTRODAG的丝网印刷油墨可以用在纸衬底和其它衬底上。像键盘、桌面计算机等都可以使用到这种油墨。

  导电油墨的缺点

  ·包含有毒材料

  ·导电性能差

  ·使用导电材料进行喷射打印难度太高

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