印刷电子技术课件.ppt

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1、印刷电子技术,姓名：学号：,目录,印刷电子概要印刷电子技术印刷电子技术的应用印刷电子技术的发展趋势,1.印刷电子概要,背景和驱动力名称与定义印刷电子技术特点,1.1背景和驱动力,人们追求享受生活，科技产品日新月异，现代化生活的重要部分是应用电子设备，如现在最流行的手机、随身听、电视等。生活中对电子设备的发展要求其性能高佳、轻小便携、安全可靠、节能环保、价廉物美，电子产品的多功能化、轻薄小型化、环境友好化、低成本化是必然的发展特色。新颖电子设备的追求、享用，驱动了印刷电子产品的产生与发展。,1.2名称与定义,“印刷电子”（Printed Electronics）是指利用各种印刷技术，形成电子元器

2、件和电路的电子产品。也有称为“可印刷电子”（Printable Electronics），或称为“全印刷电子”（All Printed Electronics）。这是从加工工艺的角度称谓。目前传统的电子产品是由硅等无机半导体材料为基础制作成元器件与以覆铜箔板为基板制作的印刷电路板，互连结合而成，被称为“硅-铜电子技术”。因此，传统的电子电路技术被分为元器件技术、印制电路板技术和连接安装技术，而印刷电子技术是将它们合为一体了。,1.2名称与定义,“印刷电子”产品和技术是近几年新兴的，类同的电子产品和技术在不同文献报道中有不同名称出现。“有机电子”（Organic Electronics）、“塑料

3、电子”（Plastic Electronics），指用有机(塑料)基材和或有机涂料为材料经印刷形成的电子产品；“薄膜电子”（Film Electronics），指用有机薄膜基材经印刷形成的电子产品；“挠性电子”或“软性电子”（Flexible Electronics），指用薄膜基材形成的可卷曲的电子产品；“可穿戴电子”(wearable electronics)，指把电子组件印制在穿戴的衣帽上。,1.2名称与定义,印刷电子类同称谓的相关性,1.3印刷电子特点,1）印刷技术的导入简化电子产品制造工艺常规PCB与印刷电子基本制造流程比较,1.3印刷电子特点,2）把电子电路与元器件集合在一起，连接可

4、靠3）产品轻薄、可挠曲，减少体积与重量，适合各种形状要求4）省料省工，减少成本5）绿色生产，有利环境保护,2.印刷电子技术,印刷电子技术定义印刷电子技术类型基本生产工艺印刷电子材料,2.1印刷电子技术定义,印刷电子技术：是一种运用薄膜硅和半导体来制作薄膜晶体管的技术，能取代部分硅晶芯片所提供的简单功能，其可结合液体功能性材料和先进的印刷设备来创建半导体元件和电子电路。,2.2印刷电子技术类型,印刷电子是用印刷技术制造电子产品，此“印刷”的含义不仅包括印刷，也包含喷印、压印、溅射、光致成像等工艺技术。最初人们把重点放在了数码喷墨打印技术的应用上，但现在人们把越来越多的注意力转移到了传统的印刷工艺

5、上，像凹版印刷、凸版印刷、平面胶版印刷和网版印刷等工艺，因为它们能够进行大批量、低成本的生产。,2.2印刷电子技术类型,传统印刷技术特殊印刷技术成卷加工技术,传统印刷技术,传统印刷技术有凸版印刷、凹版印刷、平版印刷、网版印刷，这些印刷技术都可用于印刷电子，不过哪种工艺可能更加适合于特定材料或应用，需要作选择每一项技术都有自己的优势和缺陷。,传统印刷技术,柔性凸版印刷示意图 凹版印刷示意图,传统印刷技术,平板印刷示意图 网版印刷示意图,特殊印刷技术,1)喷墨印刷法2)模压印刷法 3)固态沉积法4)光致成像法5)激光成像法,1）喷墨印刷法,喷墨是一种非接触式的点阵印制技术，它通过把墨滴从小孔里直接

6、地喷射到承印物的特定位置上而形成图像。现喷墨印制技术进入PCB制造中,预示了该技术为PCB制造带来了一项新的技术革命,带来了快速、简便、灵活、清洁的PCB生产方法。同样，喷墨印制技术已被应用于印制电子。喷墨印制技术关键是喷印油墨材料和喷印装置的喷头结构,这两者决定了喷墨印制的图形性能与质量。,1）喷墨印刷法,喷墨印制电子电路示意图,2)模压印刷法,我们所熟悉的CD、VCD、DVD等光盘,是应用模压印制(压印)图形方法的微复制技术制作的。从光盘的压印复制技术得到启示,压印图形技术可应用于印制电路板和印制电子生产。压印图形是项精巧的新工艺技术,适应电子电路高密度化,能够线路形状更细，绝缘介质更薄,

7、电气性能更好。压印图形技术首先是把图形数据编辑，随后制作图形压印模版，模版制作是用电铸或激光方法构成图形。以后用压印模对介质膜片进行压印出图形,形成电子电路。,2)模压印刷法,压印流程,3)固态沉积法,固态沉积包括溅射、蒸镀、等离子气化等气相沉积技术。,4)光致成像法,利用涂膜材料的光反应性,进行曝光、显影得到电子电路,这在PCB行业和半导体行业都是熟悉的光致成像工艺。光致成像法印制电子产品,5)激光成像法,激光技术在PCB制造中应用已不再新颖,从激光绘图制照相底版、激光穿孔、激光切割到激光直接成像(LDI)、激光修正线路等。同样可延伸到激光印制电子。R2R激光剥蚀电路图形,成卷加工技术,目前

8、挠性印制板的生产方式按在制板形式,有单片式生产（Sheet to Sheet）和成卷式生产(R2R：Roll to Roll)。为提高生产效率,新型设备的开发成功,更多地采用成卷生产。印制电子同样如此，为体现其低成本大批量生产优越性，更是采取成卷生产(R2R)，成为印制电子生产特色。成卷生产以连续滚动式像印刷报纸那样大量生产承印物，具体是指以卷状挠性薄膜为基板，在其上面印刷各种电子电路，然后再回卷到卷轴上。R2R生产至关重要的是设备，设备与基板材料的匹配。,成卷加工技术,挠性天线生产流程与实样,成卷加工技术,电子纸R2R生产流程示意图,成卷加工技术,薄膜太阳能电池之R2R生产,2.3基本生产工

9、艺,基本生产工艺流程不同印刷技术的工艺能力比较,基本生产工艺流程,印刷电子生产比传统电子元器件生产要快得多、简单得多，也环保得多。生产工艺基本上分为两类：直接印刷法与间接印刷法。,基本生产工艺流程,直接印制法与间接印制法基本流程,不同印刷技术的工艺能力比较,不同印制技术的工艺能力比较,2.4印刷电子材料,基板材料电子功能材料印刷电子材料例子,基板材料,基板材料作为电子电路载体，具有轻薄可挠曲的特点，以及有一定耐热性、耐化学性、尺寸稳定性和电气特性。基板材料要求与目前挠性印制电路板的基材基本相同，所用的是同一类有机基材，主要有聚苯二甲酸二乙酯(聚酯PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)和聚酰亚胺

10、(PI)。还有合成纸（Synthetic Paper）作为基材的。合成纸是种新型塑料产品，以合成树脂为原料，经过熔融、挤压、延伸为薄膜,再进行纸化处理,使得其有天然纤维的白度、不透明性和印刷性。按所用树脂原料不同，合成纸有PP合成纸、PE合成纸、PS合成纸等种类。如有的RFID用PP合成纸，是聚丙烯树脂加入无机填料和少量添加剂融合，挤压拉伸成的薄膜。,基板材料,挠性基材的基本特性比较,电子功能材料,印制电子产品的功能材料有导体、半导体、绝缘体等。尽管印制电子常常被描述成有机电子，但实际上材料的化学成分是有机和无机材料都在使用。功能材料的作用是构成电子元器件、电路连接和屏蔽或绝缘隔离。由于电子功

11、能图形形成采用印制方法，因此功能材料多数呈液态(油墨)。导体材料有机半导体材料绝缘介质材料,印刷电子材料例子,美国ANI公司与Optomec公司合作，成功开发了铜纳米粒子导电油墨比利时的IMEC公司是世界领先的纳米电子与纳米技术企业,开发了一种全溶液(油墨)制程的有机太阳能电池杜邦公司微电子材料(MCM)部门,为印制电子市场开发了多种新的油墨和成像材料,印刷电子材料例子,Bayer这个世界著名化学品公司其下属子公司也在制造印制电子用的有机导电油墨，Bayer公司所开发的电子发光聚碳酸酯膜已被用于汽车电子产品。Bayer的子公司也能生产价低质高的碳纳米管和多种纳米材料美国西北大学开发给一种弹性、

12、可卷曲载体材料,再复合单晶硅等半导体材料形成集成电路美国加州的Kovio公司开发出硅材料油墨，应用喷墨印制方法在挠性基材上制作晶体管元件日本NEC开发出利用印刷技术和碳纳米涂料在塑料基板上制造晶体管,3.印刷电子技术应用,应用领域应用实例,3.1应用领域,印制电子技术目前还处于产业发展的初期，但是已显现其市场规模具有很大的发展潜力。据调查数据显示，印制电子技术和产业涉及面很广，包括能印制形成电路或者电子元器件的有机、无机或者合成材料，生成晶体管、显示器、传感器、光电管、电池、照明器件、导体和半导体等器件，以及互连电路的工艺与产品。,印制电子产品应用领域与特点,3.2应用实例,应用实例,薄膜开关

13、,薄膜开关(Membrane Switch),也有称触摸开关，是利用聚酯薄膜为基体,网版印刷方法将导电油墨印刷在薄膜上，构成导电线路和按键触点(开关)，如图2-1所示。现在薄膜开关已被广泛应用于计算机键盘、自动化仪表和自动化电子设备的触摸式控制盘等。,薄膜开关,薄膜晶体管,薄膜晶体管(TFT：Thin Film Transistor)是采用印制技术在薄膜基材上形成晶体管，这是构成集成电路的基本单元，按一定的阵列排列与互连就构成功能性集成电路，如逻辑电路、存储器等。根据印制晶体管的半导体材料有无机和有机之分，如无机硅油墨经喷墨印制出薄膜晶体管(TFT)；而用有机半导体油墨也能喷墨印制出薄膜晶体管

14、，称为有机薄膜晶体管(OTFT)。,OTFT电路 印制RFID标签及应用,应用有机存储器的游戏卡 印制有机存储器,显示器,可印制挠性显示器的代表为电子纸显示器(EPD),EPD属反射型显示器、耗电量可较玻璃基板LCD显示器减少90%，且电子纸若导入塑料基板、厚度仅约0.3mm、为LCD显示器厚度(含背光模块)的10%，故具更轻、更薄、可卷曲和省电的特性。除此之外，再由于采用薄膜材料和印制工艺而降低产品成本。因电子纸如一般纸张适合阅读、眼睛不易疲劳等优势，因此EPD成为新一代具成长潜力的显示器。,可弯曲液晶显示器,卷曲式显示屏手机,多页EPD的手提电脑,有机照明,有机发光二极管（OLED：Org

15、anic Light Emitting Diode)技术是业界公认具有最广阔应用前景的下一代照明与显示技术。其器件构造如同一块超薄夹心饼干：在两个电极板中间夹有一层或多层薄薄的有机发光材料，当有电流通过时，这些有机材料就会发出强光。,平面状OLED照明灯,OLED照明灯装饰的建筑物,R2R制作的OLED照明灯,电池,薄膜太阳能电池组件,应用于国际空间站,有机光伏电池卷,传感器,传感器是一种物理装置或生物器官，能够探测、感受外界的信号、物理条件（如光、热、湿度）或化学组成（如气味、烟雾），并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示

16、、记录和控制等要求。并将探知的信息传递给其他装置或器官。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。印制电子也将在传感器中大显身手，能够形成薄膜型的新功能传感器。印制电子技术制作的薄膜传感器，是通过把敏感材料沉积在薄膜介质基板上形成的，同时可将部分电路制造在此基板上。,印制薄膜传感器,有机膜传感器,医疗和工业用大型成像传感器,印刷电子技术的发展趋势,4.1市场规模4.2印制电子产业充满吸引力4.3印制电子技术需系统开发,4.1市场规模,调查公司IDTechEx在2008年初发布了印制电子市场（20082028年）预测报告，认为印制电子市场2008年为15.8亿美元,20年后2028年会发展到3000

17、亿美元。20年间增长近190倍。2028年的印制电子市场3000亿美元的分布如下图所示。IDTechEx在2009年初又发布了印制电子市场（20092019）预测报告，认为印制电子市场2009年为19.2亿美元,10年后2019年会发展到572亿美元。10年间增长近30倍。,2008年的印制电子世界市场分布,2008年世界印制电子市场分布,预测2028年印刷底子应用分布,预测2028年印制电子应用分布,近十年世界印制电子市场预测,近十年世界印制电子市场预测,4.2 印制电子产业充满吸引力,印制电子产业的发展有一个供应链的关系,涉及印制电子领域包含了特殊材料、印制工艺与设备、印制电子产品。,印制

18、电子产业之供应链,全世界有超过1500个组织(单位)在从事印制电子的开发和应用，其中又有一半单位主要从事材料研制与应用，估计近五年内导电油墨就会有数十亿美元市场。世界上印制电子的主要参与者。,世界印制电子的主要参与者,4.3 印制电子技术需系统开发,印制电子技术目前还处于产业发展的初期，但其可以制造出晶体管电路、显示、传感、光电、电池、照明器件、半导体器件等，具有很大的发展潜力。因此，印制电子技术并非单一的印刷技术。从目前来看，印制电子技术就涉及有机、无机以及合成材料，印制工艺和自动化设备，电子设计和应用等。有市场研究报告认为印制电子关键技术包括有机光电材料、有机半导体材料,许多材料公司研发工作大量时间与经费花费于印制半导体新材料开发。适合印制电子的薄膜基材一方面是延用已有的挠性基材，更多的是改善性能和创造新材料以适应印制电子产品的特别要求。更多的是电子功能油墨开发，以适应产品性能和印制加工要求。,欧洲的Thinfilm公司和InkTec公司合作，用印制电子技术在挠性基板上制造出印制存储器项目在欧洲、美国和日本都为开发印制电子技术，建立起研发、制造联合体，并得到政府或财团的资助。英国就建有印制电子技术中心,谢 谢！,thank you,