印刷電子技術(shù)課件

印刷電子技術(shù)姓名：學(xué)號(hào)：印刷電子技術(shù)1目錄印刷電子概要印刷電子技術(shù)印刷電子技術(shù)的應(yīng)用印刷電子技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)目錄印刷電子概要21.印刷電子概要背景和驅(qū)動(dòng)力名稱與定義印刷電子技術(shù)特點(diǎn)1.印刷電子概要背景和驅(qū)動(dòng)力31.1背景和驅(qū)動(dòng)力人們追求享受生活，科技產(chǎn)品日新月異，現(xiàn)代化生活的重要部分是應(yīng)用電子設(shè)備，如現(xiàn)在最流行的手機(jī)、隨身聽、電視等。生活中對(duì)電子設(shè)備的發(fā)展要求其性能高佳、輕小便攜、安全可靠、節(jié)能環(huán)保、價(jià)廉物美，電子產(chǎn)品的多功能化、輕薄小型化、環(huán)境友好化、低成本化是必然的發(fā)展特色。新穎電子設(shè)備的追求、享用，驅(qū)動(dòng)了印刷電子產(chǎn)品的產(chǎn)生與發(fā)展。1.1背景和驅(qū)動(dòng)力人們追求享受生活，科技產(chǎn)品日新月異，現(xiàn)代化41.2名稱與定義“印刷電子”（PrintedElectronics）是指利用各種印刷技術(shù)，形成電子元器件和電路的電子產(chǎn)品。也有稱為“可印刷電子”（PrintableElectronics），或稱為“全印刷電子”（AllPrintedElectronics）。這是從加工工藝的角度稱謂。目前傳統(tǒng)的電子產(chǎn)品是由硅等無(wú)機(jī)半導(dǎo)體材料為基礎(chǔ)制作成元器件與以覆銅箔板為基板制作的印刷電路板，互連結(jié)合而成，被稱為“硅-銅電子技術(shù)”。因此，傳統(tǒng)的電子電路技術(shù)被分為元器件技術(shù)、印制電路板技術(shù)和連接安裝技術(shù)，而印刷電子技術(shù)是將它們合為一體了。1.2名稱與定義“印刷電子”（PrintedElectr51.2名稱與定義“印刷電子”產(chǎn)品和技術(shù)是近幾年新興的，類同的電子產(chǎn)品和技術(shù)在不同文獻(xiàn)報(bào)道中有不同名稱出現(xiàn)?！坝袡C(jī)電子”（OrganicElectronics）、“塑料電子”（PlasticElectronics），指用有機(jī)(塑料)基材和或有機(jī)涂料為材料經(jīng)印刷形成的電子產(chǎn)品；“薄膜電子”（FilmElectronics），指用有機(jī)薄膜基材經(jīng)印刷形成的電子產(chǎn)品；“撓性電子”或“軟性電子”（FlexibleElectronics），指用薄膜基材形成的可卷曲的電子產(chǎn)品；“可穿戴電子”(wearableelectronics)，指把電子組件印制在穿戴的衣帽上。1.2名稱與定義“印刷電子”產(chǎn)品和技術(shù)是近幾年新興的，類同的61.2名稱與定義印刷電子類同稱謂的相關(guān)性1.2名稱與定義71.3印刷電子特點(diǎn)1）印刷技術(shù)的導(dǎo)入簡(jiǎn)化電子產(chǎn)品制造工藝常規(guī)PCB與印刷電子基本制造流程比較1.3印刷電子特點(diǎn)1）印刷技術(shù)的導(dǎo)入簡(jiǎn)化電子產(chǎn)品制造工藝81.3印刷電子特點(diǎn)2）把電子電路與元器件集合在一起，連接可靠3）產(chǎn)品輕薄、可撓曲，減少體積與重量，適合各種形狀要求4）省料省工，減少成本5）綠色生產(chǎn)，有利環(huán)境保護(hù)1.3印刷電子特點(diǎn)2）把電子電路與元器件集合在一起，連接可靠92.印刷電子技術(shù)印刷電子技術(shù)定義印刷電子技術(shù)類型基本生產(chǎn)工藝印刷電子材料2.印刷電子技術(shù)印刷電子技術(shù)定義102.1印刷電子技術(shù)定義印刷電子技術(shù)：是一種運(yùn)用薄膜硅和半導(dǎo)體來制作薄膜晶體管的技術(shù)，能取代部分硅晶芯片所提供的簡(jiǎn)單功能，其可結(jié)合液體功能性材料和先進(jìn)的印刷設(shè)備來創(chuàng)建半導(dǎo)體元件和電子電路。2.1印刷電子技術(shù)定義印刷電子技術(shù)：是一種運(yùn)用薄膜硅和半導(dǎo)體112.2印刷電子技術(shù)類型印刷電子是用印刷技術(shù)制造電子產(chǎn)品，此“印刷”的含義不僅包括印刷，也包含噴印、壓印、濺射、光致成像等工藝技術(shù)。最初人們把重點(diǎn)放在了數(shù)碼噴墨打印技術(shù)的應(yīng)用上，但現(xiàn)在人們把越來越多的注意力轉(zhuǎn)移到了傳統(tǒng)的印刷工藝上，像凹版印刷、凸版印刷、平面膠版印刷和網(wǎng)版印刷等工藝，因?yàn)樗鼈兡軌蜻M(jìn)行大批量、低成本的生產(chǎn)。2.2印刷電子技術(shù)類型印刷電子是用印刷技術(shù)制造電子產(chǎn)品，此“122.2印刷電子技術(shù)類型傳統(tǒng)印刷技術(shù)特殊印刷技術(shù)成卷加工技術(shù)2.2印刷電子技術(shù)類型傳統(tǒng)印刷技術(shù)13傳統(tǒng)印刷技術(shù)傳統(tǒng)印刷技術(shù)有凸版印刷、凹版印刷、平版印刷、網(wǎng)版印刷，這些印刷技術(shù)都可用于印刷電子，不過哪種工藝可能更加適合于特定材料或應(yīng)用，需要作選擇每一項(xiàng)技術(shù)都有自己的優(yōu)勢(shì)和缺陷。傳統(tǒng)印刷技術(shù)傳統(tǒng)印刷技術(shù)有凸版印刷、凹版印刷、平版印刷、網(wǎng)版14傳統(tǒng)印刷技術(shù)柔性凸版印刷示意圖凹版印刷示意圖傳統(tǒng)印刷技術(shù)15傳統(tǒng)印刷技術(shù)

平板印刷示意圖

網(wǎng)版印刷示意圖傳統(tǒng)印刷技術(shù)16特殊印刷技術(shù)1)噴墨印刷法2)模壓印刷法3)固態(tài)沉積法4)光致成像法5)激光成像法特殊印刷技術(shù)1)噴墨印刷法171）噴墨印刷法噴墨是一種非接觸式的點(diǎn)陣印制技術(shù)，它通過把墨滴從小孔里直接地噴射到承印物的特定位置上而形成圖像?，F(xiàn)噴墨印制技術(shù)進(jìn)入PCB制造中,預(yù)示了該技術(shù)為PCB制造帶來了一項(xiàng)新的技術(shù)革命,帶來了快速、簡(jiǎn)便、靈活、清潔的PCB生產(chǎn)方法。同樣，噴墨印制技術(shù)已被應(yīng)用于印制電子。噴墨印制技術(shù)關(guān)鍵是噴印油墨材料和噴印裝置的噴頭結(jié)構(gòu),這兩者決定了噴墨印制的圖形性能與質(zhì)量。1）噴墨印刷法噴墨是一種非接觸式的點(diǎn)陣印制技術(shù)，它通過把墨滴181）噴墨印刷法噴墨印制電子電路示意圖1）噴墨印刷法192)模壓印刷法我們所熟悉的CD、VCD、DVD等光盤,是應(yīng)用模壓印制(壓印)圖形方法的微復(fù)制技術(shù)制作的。從光盤的壓印復(fù)制技術(shù)得到啟示,壓印圖形技術(shù)可應(yīng)用于印制電路板和印制電子生產(chǎn)。壓印圖形是項(xiàng)精巧的新工藝技術(shù),適應(yīng)電子電路高密度化,能夠線路形狀更細(xì)，絕緣介質(zhì)更薄,電氣性能更好。壓印圖形技術(shù)首先是把圖形數(shù)據(jù)編輯，隨后制作圖形壓印模版，模版制作是用電鑄或激光方法構(gòu)成圖形。以后用壓印模對(duì)介質(zhì)膜片進(jìn)行壓印出圖形,形成電子電路。2)模壓印刷法我們所熟悉的CD、VCD、DVD等光盤,是202)模壓印刷法壓印流程2)模壓印刷法213)固態(tài)沉積法固態(tài)沉積包括濺射、蒸鍍、等離子氣化等氣相沉積技術(shù)。3)固態(tài)沉積法固態(tài)沉積包括濺射、蒸鍍、等離子氣化等氣相沉積224)光致成像法利用涂膜材料的光反應(yīng)性,進(jìn)行曝光、顯影得到電子電路,這在PCB行業(yè)和半導(dǎo)體行業(yè)都是熟悉的光致成像工藝。光致成像法印制電子產(chǎn)品4)光致成像法利用涂膜材料的光反應(yīng)性,進(jìn)行曝光、顯影得到235)激光成像法激光技術(shù)在PCB制造中應(yīng)用已不再新穎,從激光繪圖制照相底版、激光穿孔、激光切割到激光直接成像(LDI)、激光修正線路等。同樣可延伸到激光印制電子。R2R激光剝蝕電路圖形5)激光成像法激光技術(shù)在PCB制造中應(yīng)用已不再新穎,從激24成卷加工技術(shù)目前撓性印制板的生產(chǎn)方式按在制板形式,有單片式生產(chǎn)（SheettoSheet）和成卷式生產(chǎn)(R2R：RolltoRoll)。為提高生產(chǎn)效率,新型設(shè)備的開發(fā)成功,更多地采用成卷生產(chǎn)。印制電子同樣如此，為體現(xiàn)其低成本大批量生產(chǎn)優(yōu)越性，更是采取成卷生產(chǎn)(R2R)，成為印制電子生產(chǎn)特色。成卷生產(chǎn)以連續(xù)滾動(dòng)式像印刷報(bào)紙那樣大量生產(chǎn)承印物，具體是指以卷狀撓性薄膜為基板，在其上面印刷各種電子電路，然后再回卷到卷軸上。R2R生產(chǎn)至關(guān)重要的是設(shè)備，設(shè)備與基板材料的匹配。成卷加工技術(shù)目前撓性印制板的生產(chǎn)方式按在制板形式,有單片式25成卷加工技術(shù)撓性天線生產(chǎn)流程與實(shí)樣成卷加工技術(shù)26成卷加工技術(shù)電子紙R2R生產(chǎn)流程示意圖成卷加工技術(shù)27成卷加工技術(shù)薄膜太陽(yáng)能電池之R2R生產(chǎn)成卷加工技術(shù)282.3基本生產(chǎn)工藝基本生產(chǎn)工藝流程不同印刷技術(shù)的工藝能力比較2.3基本生產(chǎn)工藝基本生產(chǎn)工藝流程29基本生產(chǎn)工藝流程印刷電子生產(chǎn)比傳統(tǒng)電子元器件生產(chǎn)要快得多、簡(jiǎn)單得多，也環(huán)保得多。生產(chǎn)工藝基本上分為兩類：直接印刷法與間接印刷法?；旧a(chǎn)工藝流程印刷電子生產(chǎn)比傳統(tǒng)電子元器件生產(chǎn)要快得多30基本生產(chǎn)工藝流程直接印制法與間接印制法基本流程基本生產(chǎn)工藝流程31不同印刷技術(shù)的工藝能力比較

不同印制技術(shù)的工藝能力比較不同印刷技術(shù)的工藝能力比較不同印制技術(shù)的工藝能力322.4印刷電子材料基板材料電子功能材料印刷電子材料例子2.4印刷電子材料基板材料33基板材料基板材料作為電子電路載體，具有輕薄可撓曲的特點(diǎn)，以及有一定耐熱性、耐化學(xué)性、尺寸穩(wěn)定性和電氣特性?；宀牧弦笈c目前撓性印制電路板的基材基本相同，所用的是同一類有機(jī)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)和聚酰亞胺(PI)。還有合成紙（SyntheticPaper）作為基材的。合成紙是種新型塑料產(chǎn)品，以合成樹脂為原料，經(jīng)過熔融、擠壓、延伸為薄膜,再進(jìn)行紙化處理,使得其有天然纖維的白度、不透明性和印刷性。按所用樹脂原料不同，合成紙有PP合成紙、PE合成紙、PS合成紙等種類。如有的RFID用PP合成紙，是聚丙烯樹脂加入無(wú)機(jī)填料和少量添加劑融合，擠壓拉伸成的薄膜。基板材料基板材料作為電子電路載體，具有輕薄可撓曲的特點(diǎn)，以及34基板材料撓性基材的基本特性比較基板材料撓性基材的基本特性比較35電子功能材料印制電子產(chǎn)品的功能材料有導(dǎo)體、半導(dǎo)體、絕緣體等。盡管印制電子常常被描述成有機(jī)電子，但實(shí)際上材料的化學(xué)成分是有機(jī)和無(wú)機(jī)材料都在使用。功能材料的作用是構(gòu)成電子元器件、電路連接和屏蔽或絕緣隔離。由于電子功能圖形形成采用印制方法，因此功能材料多數(shù)呈液態(tài)(油墨)。導(dǎo)體材料有機(jī)半導(dǎo)體材料絕緣介質(zhì)材料電子功能材料印制電子產(chǎn)品的功能材料有導(dǎo)體、半導(dǎo)體、絕緣體等。36印刷電子材料例子美國(guó)ANI公司與Optomec公司合作，成功開發(fā)了銅納米粒子導(dǎo)電油墨比利時(shí)的IMEC公司是世界領(lǐng)先的納米電子與納米技術(shù)企業(yè),開發(fā)了一種全溶液(油墨)制程的有機(jī)太陽(yáng)能電池杜邦公司微電子材料(MCM)部門,為印制電子市場(chǎng)開發(fā)了多種新的油墨和成像材料印刷電子材料例子美國(guó)ANI公司與Optomec公司合作，成功37印刷電子材料例子Bayer這個(gè)世界著名化學(xué)品公司其下屬子公司也在制造印制電子用的有機(jī)導(dǎo)電油墨，Bayer公司所開發(fā)的電子發(fā)光聚碳酸酯膜已被用于汽車電子產(chǎn)品。Bayer的子公司也能生產(chǎn)價(jià)低質(zhì)高的碳納米管和多種納米材料美國(guó)西北大學(xué)開發(fā)給一種彈性、可卷曲載體材料,再?gòu)?fù)合單晶硅等半導(dǎo)體材料形成集成電路美國(guó)加州的Kovio公司開發(fā)出硅材料油墨，應(yīng)用噴墨印制方法在撓性基材上制作晶體管元件日本NEC開發(fā)出利用印刷技術(shù)和碳納米涂料在塑料基板上制造晶體管印刷電子材料例子Bayer這個(gè)世界著名化學(xué)品公司其下屬子公司383.印刷電子技術(shù)應(yīng)用應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用實(shí)例3.印刷電子技術(shù)應(yīng)用應(yīng)用領(lǐng)域393.1應(yīng)用領(lǐng)域印制電子技術(shù)目前還處于產(chǎn)業(yè)發(fā)展的初期，但是已顯現(xiàn)其市場(chǎng)規(guī)模具有很大的發(fā)展?jié)摿?。?jù)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，印制電子技術(shù)和產(chǎn)業(yè)涉及面很廣，包括能印制形成電路或者電子元器件的有機(jī)、無(wú)機(jī)或者合成材料，生成晶體管、顯示器、傳感器、光電管、電池、照明器件、導(dǎo)體和半導(dǎo)體等器件，以及互連電路的工藝與產(chǎn)品。3.1應(yīng)用領(lǐng)域印制電子技術(shù)目前還處于產(chǎn)業(yè)發(fā)展的初期，但是已顯40印制電子產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域與特點(diǎn)印制電子產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域與特點(diǎn)413.2應(yīng)用實(shí)例應(yīng)用實(shí)例3.2應(yīng)用實(shí)例應(yīng)用實(shí)例42薄膜開關(guān)薄膜開關(guān)(MembraneSwitch),也有稱觸摸開關(guān)，是利用聚酯薄膜為基體,網(wǎng)版印刷方法將導(dǎo)電油墨印刷在薄膜上，構(gòu)成導(dǎo)電線路和按鍵觸點(diǎn)(開關(guān))，如圖2-1所示。現(xiàn)在薄膜開關(guān)已被廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)鍵盤、自動(dòng)化儀表和自動(dòng)化電子設(shè)備的觸摸式控制盤等。薄膜開關(guān)薄膜開關(guān)薄膜開關(guān)(MembraneSwitch),也有43薄膜晶體管薄膜晶體管(TFT：ThinFilmTransistor)是采用印制技術(shù)在薄膜基材上形成晶體管，這是構(gòu)成集成電路的基本單元，按一定的陣列排列與互連就構(gòu)成功能性集成電路，如邏輯電路、存儲(chǔ)器等。根據(jù)印制晶體管的半導(dǎo)體材料有無(wú)機(jī)和有機(jī)之分，如無(wú)機(jī)硅油墨經(jīng)噴墨印制出薄膜晶體管(TFT)；而用有機(jī)半導(dǎo)體油墨也能噴墨印制出薄膜晶體管，稱為有機(jī)薄膜晶體管(OTFT)。薄膜晶體管薄膜晶體管(TFT：ThinFilmTrans44OTFT電路印制RFID標(biāo)簽及應(yīng)用應(yīng)用有機(jī)存儲(chǔ)器的游戲卡

印制有機(jī)存儲(chǔ)器OTFT電路45顯示器可印制撓性顯示器的代表為電子紙顯示器(EPD),EPD屬反射型顯示器、耗電量可較玻璃基板LCD顯示器減少90%，且電子紙若導(dǎo)入塑料基板、厚度僅約0.3mm、為L(zhǎng)CD顯示器厚度(含背光模塊)的10%，故具更輕、更薄、可卷曲和省電的特性。除此之外，再由于采用薄膜材料和印制工藝而降低產(chǎn)品成本。因電子紙如一般紙張適合閱讀、眼睛不易疲勞等優(yōu)勢(shì)，因此EPD成為新一代具成長(zhǎng)潛力的顯示器。顯示器可印制撓性顯示器的代表為電子紙顯示器(EPD),EPD46可彎曲液晶顯示器

卷曲式顯示屏手機(jī)多頁(yè)EPD的手提電腦可彎曲液晶顯示器卷曲式顯示屏手機(jī)多頁(yè)EPD的手提47有機(jī)照明有機(jī)發(fā)光二極管（OLED：OrganicLightEmittingDiode)技術(shù)是業(yè)界公認(rèn)具有最廣闊應(yīng)用前景的下一代照明與顯示技術(shù)。其器件構(gòu)造如同一塊超薄夾心餅干：在兩個(gè)電極板中間夾有一層或多層薄薄的有機(jī)發(fā)光材料，當(dāng)有電流通過時(shí)，這些有機(jī)材料就會(huì)發(fā)出強(qiáng)光。有機(jī)照明有機(jī)發(fā)光二極管（OLED：OrganicLight48平面狀OLED照明燈OLED照明燈裝飾的建筑物R2R制作的OLED照明燈平面狀OLED照明燈OLED照明燈裝飾的建筑物R2R制49電池薄膜太陽(yáng)能電池組件

應(yīng)用于國(guó)際空間站有機(jī)光伏電池卷電池薄膜太陽(yáng)能電池組件應(yīng)用于國(guó)際空間站有機(jī)光伏電池卷50傳感器傳感器是一種物理裝置或生物器官，能夠探測(cè)、感受外界的信號(hào)、物理?xiàng)l件（如光、熱、濕度）或化學(xué)組成（如氣味、煙霧），并能將檢測(cè)感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。并將探知的信息傳遞給其他裝置或器官。它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。印制電子也將在傳感器中大顯身手，能夠形成薄膜型的新功能傳感器。印制電子技術(shù)制作的薄膜傳感器，是通過把敏感材料沉積在薄膜介質(zhì)基板上形成的，同時(shí)可將部分電路制造在此基板上。傳感器傳感器是一種物理裝置或生物器官，能夠探測(cè)、感受外界的信51印制薄膜傳感器有機(jī)膜傳感器醫(yī)療和工業(yè)用大型成像傳感器印制薄膜傳感器有機(jī)膜傳感器醫(yī)療和工業(yè)用大型成像傳感器52印刷電子技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)4.1市場(chǎng)規(guī)模4.2印制電子產(chǎn)業(yè)充滿吸引力4.3印制電子技術(shù)需系統(tǒng)開發(fā)印刷電子技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)4.1市場(chǎng)規(guī)模534.1市場(chǎng)規(guī)模調(diào)查公司IDTechEx在2008年初發(fā)布了印制電子市場(chǎng)（2008~2028年）預(yù)測(cè)報(bào)告，認(rèn)為印制電子市場(chǎng)2008年為15.8億美元,20年后2028年會(huì)發(fā)展到3000億美元。20年間增長(zhǎng)近190倍。2028年的印制電子市場(chǎng)3000億美元的分布如下圖所示。IDTechEx在2009年初又發(fā)布了印制電子市場(chǎng)（2009~2019）預(yù)測(cè)報(bào)告，認(rèn)為印制電子市場(chǎng)2009年為19.2億美元,10年后2019年會(huì)發(fā)展到572億美元。10年間增長(zhǎng)近30倍。4.1市場(chǎng)規(guī)模調(diào)查公司IDTechEx在2008年初發(fā)布了印542008年的印制電子世界市場(chǎng)分布2008年世界印制電子市場(chǎng)分布2008年的印制電子世界市場(chǎng)分布2008年世界印制電子市場(chǎng)55

預(yù)測(cè)2028年印刷底子應(yīng)用分布預(yù)測(cè)2028年印制電子應(yīng)用分布

預(yù)測(cè)2028年印刷底子應(yīng)用分布預(yù)測(cè)2028年印制電子應(yīng)用分56近十年世界印制電子市場(chǎng)預(yù)測(cè)

近十年世界印制電子市場(chǎng)預(yù)測(cè)近十年世界印制電子市場(chǎng)預(yù)測(cè)近十年世界印制電子市場(chǎng)574.2印制電子產(chǎn)業(yè)充滿吸引力印制電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)