简单说来,印刷电子技术就是将不同功能的纳米材料制备成印刷墨水,以打印的形式在基底上成型。作用类似于3D打印,但3D打印主要针对模具成型,而印刷电子技术则侧重于电子方面的用途,以电子器件为主。
两句话总结:
①印刷电子是将传统印刷(或涂布)工艺应用于制造电子元器件和产品的微纳米加工技术,是电子技术与印刷技术的结合。
②印刷电子技术用印刷的方法取代传统硅基集成电路沉积、光刻、蚀刻、显影等工艺技术,开启了电子制造产业的新时代。、柔性电路板基本结构3、印刷电子技术优势印刷加工与我们现在已经熟知的3D打印一样,本质上是一种增材制造技术。而图表1(a)中所示的传统集成电路芯片加工或各种电子设备中常见的电路板制造技术,都是减材制造技术,即通过等离子刻蚀或酸液腐蚀将不需要的材料去除,形成功能材料的图形结构。印刷增材制造有5个优点:
(1)不依赖基底材料的性质。集成电路芯片只能在硅基半导体晶圆上制备,平板显示中的液晶显示屏只能在玻璃基板上制备。而印刷可以在任何材料表面沉积功能材料。这就使得在塑料、纸张、布料等大量低成本柔性材料表面制造电子器件与电路成为可能。所以,印刷电子与柔性电子密切相关。事实上,印刷是制备柔性电子的最佳技术。
()印刷可以大面积与批量化制造。传统印刷技术已经可以在数米宽的材料表面通过高速连续卷对卷方式印刷报纸或印染布匹。同样方法也适用于印刷电子功能材料;集成电路芯片加工目前可以实现的最大晶圆尺寸只有毫米直径,而印刷电子器件可以在1米以上的面积上实现。
(3)印刷电子制造是低成本的。这种低成本来自于印刷设备的低成本,通常一台设备就可以完成全部印刷制造环节;来自于印刷材料的低成本,尤其是各种低成本塑料或纸张基底材料;来自于高速连续卷对卷批量化印刷导致的单个器件的低成本。
(4)印刷增材制造是绿色环保的。一方面增材制造本身减少了原材料浪费,减少了因腐蚀而形成的污染排放;另一方面,印刷本身大多没有高温工艺环节,节省了能源,减少了碳排放。
(5)印刷制造中的喷墨打印方法具有数字化与个性化制造的特征。与3D打印的个性化制造特征一样,喷墨印刷电子不需要模板,可以快速制造小批量个性化电子产品。
柔性电路板有两个特点:
1.轻薄;.可弯曲
轻、薄、短、小的流行,许多便携式电子产品不用柔性电路几乎无法布线。如有机械运动,则非柔性板莫属。
所以,大面积、柔性化、个性化、低成本、绿色环保是印刷电子制造区别于传统电子制造的主要特征,也是印刷电子技术近年来蓬勃兴起的重要原因。二、导电浆简介1、印刷电子下游应用电子浆料是印刷电子技术的核心技术领域,而导电浆料又是电子浆料的最主要类别,被广泛应用于封装、电极、连接等。在最近的二十年里,随着电子浆料技术的发展和印刷技术的进步,印刷技术逐渐成为电子技术发展的新兴领域,越来越被广泛应用于电子元器件和产品的制造。
尤其适用于大面积或柔性化的电子产品制造,使得电子产品在很多新兴和未来领域的应用成为可能,具有巨大的发展潜力和广阔的市场前景。
、印刷电子原料电子浆料是制造电子元件的基础材料之一,电子浆料主要由导电相、粘结相和有机载体组成。其中技术含量最高的就是导电相。
印刷电子使用的导电相(颗粒)主要为微米级的高导电金属如银、铜、镍、铝等粉末,目前纯银粉末的导电颗粒在市场上占据主导地位。
导电浆料由固体导电颗粒、粘结体和有机载体经过搅拌混合、三辊轧制后混合均匀的膏状物(可联想成牙膏、油漆等样子)。
导电相:决定了浆料的电性能,影响膜的物理和机械性。
无机粘结剂:调整浆料的收缩率、附着力等性能。有玻璃体、金属氧化物、陶瓷添加剂等。
有机载体:分散、包裹浆料中的无机粉体,赋予浆料流动性,使其适合使用工艺。
稀释剂:调整浆料的粘度以及流动性,使其具有工艺性能。有醇类、酯类、酮类、醚类等溶剂。
随着国内电子工业的快速发展,锡焊工艺已经不能满足现有电子工业薄层化的要求,导电浆为其最重要的替代品现已得到快速发展。目前国内高性能的导电浆主要是以银粉为填料。银导电浆料分为两类:①聚合物银导电浆料(烘干或固化成膜,以有机聚合物作为粘接相);②烧结型银导电浆料(烧结成膜,烧结温度℃,玻璃粉或氧化物作为粘接相)。银粉照粒径分类,平均粒径0.1μm(nm)为纳米银粉;0.1μm10.0μm(平均粒径);10.0μm以上为粗银粉。构成银导体浆料的三类别需要不同类别的银粉或组合作为导电填料,甚至每一类别中的不同配方需要不同的银粉作为导电功能材料,目的是在确定的配方或成膜工艺下,用最少的银粉实现银导电性和导热性的最大利用,关系到膜层性能的优化及成本。这种以银粉为填料的导电浆成本较高,而且在高温下易发生银迁移进而影响导电浆的导电性能。
导电银浆的应用范围非常广,约有60亿元人民币市场规模。
3、生产流程银浆生产工艺流程主要是按照配方加入配料并混料,利用高温炉、球磨机、三辊研磨机等设备进行生产。其生产方法为:①制备微晶玻璃粉;②配制有机粘合剂;③银浆调制:将银粉、微晶玻璃粉按比例配制固相成分,并将固相成分、有机粘结剂按比例置于球磨罐。然后置于球磨机中进行球磨。④检测包装入库:生产出的产品由品管部进行检测然后包装入库。
三、柔性印刷电子柔性电子是一种新兴的电子设备,它具有弹性和可伸缩性,能够与基体一起变形。技术路径:①多层化*用产品:30层,民用:6—8层,一般um线宽/间距0.5mm—0.35mm导通孔。②薄型化:更薄以前基准:5umPI基底,现在1.5um基底膜已标准化。对于要求反复弯曲运动而寿命要长及高柔软性场合:基底膜、覆盖膜都使用厚度为1.5um的PI。
四、柔性印刷电子的应用1、柔性印刷电子+面膜把普通面膜和微电流相结合,除了和普通玻尿酸面膜的成分相似之后,还有用于导电和清洁的石墨烯,修复受损屏障的银离子成分。目前市场上已经有部分竞品存在,面膜单片价格在00元左右。