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印刷电子技术:为电子产业带来更多可能

时间:2014-04-08 来源:科技日报
摘  要:
设想一下,一张轻薄柔软、摸起来就像一张纸的触摸屏,用起来是什么奇妙感受?家中某处电路断了,不求电工,自己用笔“画”一下,就能完成接驳……这些听着比较科幻的应用目前几近走进现实,而且它们都与印刷电子技术息息相关。
关键词: 印刷电子  
  设想一下,一张轻薄柔软、摸起来就像一张纸的触摸屏,用起来是什么奇妙感受?家中某处电路断了,不求电工,自己用笔“画”一下,就能完成接驳……这些听着比较科幻的应用目前几近走进现实,而且它们都与印刷电子技术息息相关。   印刷电子技术非常新、非常热——与其有关的论文2005年后才开始出现,并在过去几年内迅速增加,国际有机与印刷电子协会组织还在去年发布了最新版“路线图”。印刷电子技术预示着变革性发展,包括传统印刷、印制电路版、光伏、显示、物联网在内的相关产业,将随着此技术的开发驶入转型升级的快车道。   前不久,国内相关领域的顶尖专家齐聚“西苑沙龙”,在这场高端讨论中记者得知,我国的研究并不过分落后于国外,我们有着自己的未来。   印刷与电子的结合?   “印刷制造本质上与3D打印一样,是一种增材制造。”中国科学院半导体研究所专家说,印刷电子就是将印刷制造方法应用于电子器件的制造,是继硅基集成电路微电子技术之后电子学领域的一个新的发展方向。   “印刷电子可以简单理解为印刷与电子的结合。”中科院苏州纳米所专家介绍,将印刷方法成功应用于电子制造涉及5个主要技术领域:基底材料、可印刷电子材料、印刷方法、印前与印后处理工艺、系统设计,其中可印刷电子材料是整个印刷电子技术赖以存在的基础。   由于低能耗、低材料消耗、无腐蚀工艺,印刷制造技术的特征就是绿色环保。与硅基微电子器件不同的是,印刷加工的电子学器件与基底材料无关,可以在各种基材上制备电子器件,包括各种柔性基底材料,而且印刷电子制造投资低,因为所需要的设备与传统印刷设备基本相同,大大低于硅基微电子器件加工所需要的设备,另外,与传统印刷有相同特征的是,印刷电子制造可以实现大面积批量化制造,尤其是卷对卷连续生产制造,可以大大降低制造成本。   但印刷电子技术也不是完美无缺。首先其不具备传统硅基微电子制造技术的高精度与高密度,而且可印刷的电子材料的性能也要比传统硅基微电子所依赖的晶体材料差。另外,就性能而言,印刷电子不如硅基微电子,但印刷电子器件与产品的大面积、柔性化与低成本是硅基微电子所不具备的。   2013年,市面上相继出现了可弯曲手机、透明手机与电视、大尺寸弧形屏电视、柔软如纸的显示屏、半透明薄膜太阳能电池、全印刷的电子标签、谷歌眼镜与智能手表等,这些都表明新一代柔性化与个性化电子时代已经到来。在国外的一些电子行业领域,印刷也已经部分取代或全部取代这些行业领域中传统需要光刻与刻蚀制造的加工技术。但印刷电子技术与传统制造技术不是互相取代,而是互相补充。   世界产业的焦点   “国外最近几年在印刷电子领域呈爆发增长之势,在去年11月召开的Printed Electronics USA会议上有2200多人出席会议,参展公司有160余家,这正说明国际上看好印刷电子的未来发展趋势与市场潜力。”有关专家说。但将印刷作为一种电子制造技术只是在最近10年中开始受到关注并蓬勃发展。   尽管有机电子从上世纪80年代开始研究,但与印刷电子有关的研究论文从2005年以后才开始出现,并在过去几年迅速增加。其中一个重要原因是无机纳米材料开始应用于印刷电子——这种材料具有远远高于有机电子材料的电荷迁移率。   无机纳米材料的另一个优点是环境稳定,不受空气中水氧的影响,电子器件可以在自然环境下印刷制备。只要将无机纳米材料(纳米粒子、纳米线、纳米管等)制成墨水或油墨,就可以用传统印刷方式制成各种结构。纳米材料本身的性质赋予了这些结构以电荷传输、光电转换,传感、发光与显示等特性,从而形成各种新型半导体器件、光电与光伏器件、显示器件与传感器件,大大增强了印刷制备电子器件的实用性,拉近了印刷电子与市场的距离。   国外对有机、柔性与印刷电子技术的发展一直非常关注,主要工业发达国家在政府层面已经推行了多项研究计划,包括建立国家层面的研发中心。   英国在2009年投资2千万英镑建立国家印刷电子中心并启动国家印刷电子发展计划,相继建立6个与印刷电子塑料电子相关的研究中心与多家企业;德国涉及有机与印刷电子的科研单位与企业超过90余家,2004年就已经成立有机电子协会;日本在2011年成立先进印刷电子技术研发联盟,以印刷与薄膜技术企业主导印刷电子产业。   尤其值得一提的是韩国。韩国知识经济部于2011年提出了一个发展印刷电子技术的6年计划,从2012年到2018年,韩国政府将与工业界共同投资1725亿韩元(约合10亿元人民币),研究开发印刷电子的全面解决方案。韩国政府认为,在过去的20年中已经在移动通信与平板显示领域取得了世界瞩目的成绩,平板显示全球老大,移动通信全球第二。他们看到印刷电子是一个新的机会,可能会带动一大批新的产业,因此政府出面主导大力推动。同时,韩国有三星、LG这样的电子信息产业巨头,这些大型企业都对印刷电子极为关注,都已有内部研究计划。去年由韩国主办的国际柔性与印刷电子大会(ICFPE),会议主席就是三星显示公司的CEO。LG则已在其显示面板生产线上开始采用喷墨打印工艺。   我国的创新机遇   “在无机纳米材料应用于印刷电子技术与产业化方面,中国与国外基本处于同一起跑线上。”之所以如此,有关专家认为是因为国外也是在近几年才开始这方面的研究,产业化也刚刚开始,“应该说,中国抓住了这一机遇。”   实际上,中国工业界从2009年以来已经开始关注印刷电子。中国印制电路行业协会(cpca)于2009年11月成立了印制电子分会。2010年4月,国内柔性电路版企业安捷利公司与复旦大学成立了“复旦—安捷利全印制电子研发中心”。昆山海斯电子于2010年开发出了可用于喷墨打印的纳米银导电墨水。上海锐比利机电公司于2010年完成了第一代印刷电路板字符喷印机。   在科技界,中科院苏州纳米所于2009年10月开始筹建印刷电子技术研究中心,这是国内第一个完全致力于印刷电子科研开发的团队。自2010年以来,印刷电子开始在中国成为一个迅速发展的新兴技术领域。自中科院苏州纳米所的印刷电子中心之后,北京印刷学院、天津大学、华中科技大学等高校相继建立印刷电子研究中心。北印中源、中科纳通、苏州纳格,昆山恩幅赛等以印刷电子为主营业务的公司也相继成立。一些基于印刷电子技术的产品开始出现。例如,北印中源的纳米银浆,中科纳通的印刷RFID标签与地铁票,苏州纳格开发的用于触摸屏的柔性透明导电膜,昆山恩福赛的印刷纸电池等。2011年10月,由北京印刷学院、中科院苏州纳米所与中科院化学所等单位发起了全国印刷电子产业创新联盟。   2010年7月,由中科院苏州纳米所印刷电子中心发起组织了首届全国印刷电子研讨会,该研讨会至今已连续举办4届,参加人数逐年增加。首届研讨会只有20余人到会,2013年举办的第4届研讨会上参会人数已达150余人。2012年5月,中国应邀出席首届国际印刷电子标准工作委员会。中国还争取到了2014年国际柔性与印刷电子大会(ICFPE)的主办权,说明中国印刷电子的发展已受到全球的关注,我国正面临前所未有的极好机遇,发展印刷电子技术应成为在今后5—10年科技规划布局的重要方向与重要领域之一。   “印刷电子作为一个新兴领域,仍然有巨大的创新空间,如果国家尽快开始对印刷电子新材料及应用技术加以重视,加强政策引导,完全有可能抢占先机,走出一条自己的创新之路。”专家表示。

关键词:印刷电子  
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