文 亓輝

關(guān)注電子網(wǎng)版印刷技術(shù)

文 亓輝

隨著現(xiàn)代電子信息技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，全新的印刷電子技術(shù)也已經(jīng)開(kāi)始逐步滲透到人們生活的各個(gè)領(lǐng)域，使人們的生活變得越來(lái)越科幻。2014年10月第5屆國(guó)際柔性與印刷電子大會(huì)（ICFPE 2014）在我國(guó)的成功召開(kāi)引起國(guó)內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域科研人員與企業(yè)的廣泛關(guān)注，有利于推動(dòng)中國(guó)柔性與印刷電子技術(shù)的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化。傳統(tǒng)印刷中的網(wǎng)版印刷與電子信息技術(shù)相結(jié)合產(chǎn)生的電子網(wǎng)版印刷技術(shù)已經(jīng)比較成熟，逐步進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化和商業(yè)化階段。本文主要從電子網(wǎng)版印刷技術(shù)的概念、發(fā)展、特點(diǎn)和應(yīng)用等方面進(jìn)行闡述。

電子網(wǎng)版印刷技術(shù)

印刷電子技術(shù)是利用現(xiàn)代技術(shù)中的光、電及電化學(xué)與現(xiàn)代印刷技術(shù)相結(jié)合，通過(guò)導(dǎo)電的聚合物及金屬納米粒子制成各種功能型油墨，將電子電路的信息打印、復(fù)印、轉(zhuǎn)印或噴印到紙張或塑料薄膜上，形成具有一定功能的電子電路或器件。

電子網(wǎng)版印刷技術(shù)是電子信息技術(shù)與傳統(tǒng)的網(wǎng)版印刷技術(shù)相結(jié)合而產(chǎn)生的，是具有電子信息技術(shù)特征的新興現(xiàn)代印刷技術(shù)。該技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用在顯示屏、電子標(biāo)簽、存儲(chǔ)器、晶體管、傳感器、撓性印制電路等電子產(chǎn)品領(lǐng)域，產(chǎn)品具有網(wǎng)版印刷技術(shù)和電子信息技術(shù)的雙重特征。

電子網(wǎng)版印刷技術(shù)的發(fā)展

上世紀(jì)50年代，網(wǎng)版印刷技術(shù)開(kāi)始應(yīng)用到電子領(lǐng)域。60年代初，隨著半導(dǎo)體時(shí)代的到來(lái)，尼龍絲網(wǎng)出現(xiàn)，網(wǎng)版印刷技術(shù)用于電子領(lǐng)域步入了一個(gè)新的高潮。國(guó)內(nèi)印刷電子技術(shù)的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化相對(duì)落后，自2009年以來(lái)中國(guó)工業(yè)界開(kāi)始關(guān)注印刷電子。2009年11月，中國(guó)印制電路行業(yè)協(xié)會(huì)成立了印制電子分會(huì)。2010年以來(lái)，越來(lái)越多的科研人員和企業(yè)關(guān)注印刷電子，相繼成立了一些印刷電子研究中心、印刷電子主營(yíng)業(yè)務(wù)公司和印刷電子產(chǎn)業(yè)研究院。納米銀漿、RFID標(biāo)簽與地鐵票、印刷紙電池、柔性透明導(dǎo)電膜等印刷電子產(chǎn)品也陸續(xù)出現(xiàn)。

電子網(wǎng)版印刷技術(shù)的特點(diǎn)

被譽(yù)為“萬(wàn)能印刷”的網(wǎng)版印刷與電子技術(shù)相結(jié)合而成的電子網(wǎng)版印刷技術(shù)已經(jīng)在電子領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了廣泛應(yīng)用，該技術(shù)具有以下特點(diǎn)：

成本低

該技術(shù)具有傳統(tǒng)網(wǎng)版印刷的特征，所需設(shè)備與傳統(tǒng)印刷設(shè)備基本相同，大大低于硅基微電子器件加工所需的設(shè)備。操作工藝簡(jiǎn)單，較普通電子組件的形成工序簡(jiǎn)化很多，能實(shí)現(xiàn)大面積、批量化生產(chǎn)，可以大大降低生產(chǎn)成本。

承印范圍廣

電子網(wǎng)版印刷對(duì)基材的適應(yīng)性強(qiáng)，可以在剛性基底上印刷，也可以在塑料、紙張、纖維等柔性基底上印刷，對(duì)基材沒(méi)有耐高溫、硬度等要求，能在各種基材上制備電子器件。

墨層厚實(shí)

電子網(wǎng)版印刷使用的油墨大都是功能性油墨，主要有銀、銅、碳電子漿料和納米電子漿料。該技術(shù)對(duì)油墨的適應(yīng)性強(qiáng)，印刷的薄膜厚度達(dá)到幾十微米，有利于提高電子器件的電學(xué)性能。

環(huán)保無(wú)污染

電子網(wǎng)版印刷技術(shù)省去了電鍍、蝕刻、清洗等環(huán)節(jié)，可以將電路制造工序減少到原有的25%，大大減少能源、材料的消耗和廢水、廢液、廢氣的排出，是一種綠色環(huán)保技術(shù)。

目前電子網(wǎng)版印刷技術(shù)還不具備傳統(tǒng)硅基微電子制造技術(shù)的高精度與高密度，性能稍差，可印刷的電子材料的性能要比傳統(tǒng)硅基微電子所依賴(lài)的晶體材料差。隨著電子網(wǎng)版印刷材料的研制、工藝和設(shè)備的改進(jìn)，未來(lái)這種新技術(shù)在其產(chǎn)品精度和性能方面必有大的提升。

電子網(wǎng)版印刷技術(shù)的應(yīng)用

絲網(wǎng)印刷技術(shù)和現(xiàn)代電子技術(shù)的交叉融合有力的推動(dòng)著電子技術(shù)領(lǐng)域的深入發(fā)展，目前電子網(wǎng)版印刷產(chǎn)品已經(jīng)與我們的生活息息相關(guān)。以下主要介紹了電子網(wǎng)版印刷在PCB、RFID天線、電池等產(chǎn)品生產(chǎn)中的應(yīng)用。

PCB

PCB是印制線路板（Printed Circuit Board）的簡(jiǎn)稱(chēng)。按照預(yù)定設(shè)計(jì)在絕緣材料上制成印制線路、印制元件或者組合而成的導(dǎo)電圖形稱(chēng)為印制電路，在絕緣基材上提供元器件之間電氣連接的導(dǎo)電圖形稱(chēng)為印制線路，印制電路或印制線路的成品板稱(chēng)為印制線路板。網(wǎng)版印刷在PCB制作中主要應(yīng)用在抗蝕膜、阻焊圖形和字符標(biāo)記圖形三個(gè)方面。

PCB抗蝕膜：印刷即將設(shè)計(jì)好的電路圖形在層壓板上形成抗蝕膜，具體方法是在覆銅板上預(yù)先網(wǎng)印抗蝕膜，然后用化學(xué)方法將未被抗蝕劑覆蓋的部分腐蝕掉，最后脫去抗蝕膜即得到需要的導(dǎo)電圖形。

阻焊圖形：是一種保護(hù)層，涂覆在印制板不需要焊接的線路和基材上。目的是防焊接時(shí)線路橋搭，提供長(zhǎng)時(shí)間的電氣環(huán)境和抗化學(xué)保護(hù)，形成印制板漂亮的“外衣”。

字符標(biāo)記圖形：提供黃、白或黑色標(biāo)記，為元件安裝和以后維修印制板提供信息。

RFID天線

RFID是射頻識(shí)別（Radio Frequency Identification）的簡(jiǎn)稱(chēng)，俗稱(chēng)電子標(biāo)簽。它是一種無(wú)線通信技術(shù)，可以通過(guò)無(wú)線電訊號(hào)識(shí)別特定目標(biāo)并讀寫(xiě)相關(guān)數(shù)據(jù)，而無(wú)需識(shí)別系統(tǒng)與特定目標(biāo)之間建立機(jī)械或者光學(xué)接觸。RFID天線是能產(chǎn)生射頻信號(hào)的回形電路，其生產(chǎn)方法可以采用直接印刷法。

直接印刷法：該方法用銀漿導(dǎo)電油墨直接印刷在紙質(zhì)或塑料薄膜卷材上。根據(jù)天線的類(lèi)型和頻率確定墨層厚度，通過(guò)調(diào)節(jié)模版參數(shù)來(lái)變換墨層厚度。在銀漿導(dǎo)電油墨干燥后，銀粒子生成電路從而形成天線。

電池

印刷電池是以纖維紙作為載體的電池，由納米電子漿料涂在紙上制成的。漿料緊緊的吸附在紙張上，形成了一種新的超級(jí)電池。目前國(guó)外少數(shù)國(guó)家已經(jīng)開(kāi)發(fā)出印刷電池。

德國(guó)科學(xué)家通過(guò)利用納米技術(shù)將普通鋰電池縮小并封閉到一張纖維素紙張上，采用電子網(wǎng)版印刷技術(shù)生產(chǎn)電池，這種電池具有薄、小、輕、柔等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用前景廣闊。但目前由于技術(shù)水平有限，這種電池生產(chǎn)成本偏高、未批量化生產(chǎn)，進(jìn)入商業(yè)化階段還需要一段時(shí)間。相信在科研人員的努力下，在不遠(yuǎn)的將來(lái)印刷電池會(huì)普及。

除上述幾種電子產(chǎn)品外，電子網(wǎng)版印刷在微電子業(yè)界、信息產(chǎn)業(yè)界、電子元器件、組裝件、各種開(kāi)關(guān)等都有廣泛應(yīng)用。隨著新技術(shù)的出現(xiàn)，電子網(wǎng)版印刷產(chǎn)品可無(wú)限多樣化，將會(huì)創(chuàng)造出我們今天無(wú)法想象的新產(chǎn)品。

總結(jié)

電子網(wǎng)版印刷的市場(chǎng)還處于迅速發(fā)展的階段，傳統(tǒng)的網(wǎng)版印刷企業(yè)完全步入印刷電子行業(yè)還需要一段時(shí)間。在電子網(wǎng)版印刷技術(shù)的應(yīng)用中，技術(shù)、材料、工藝和設(shè)備都需要科研人員的進(jìn)一步探索，只有電子技術(shù)研發(fā)人員、電子技術(shù)企業(yè)和傳統(tǒng)印刷企業(yè)相互協(xié)作、共同努力，電子網(wǎng)版印刷技術(shù)才能得到更好、更快的發(fā)展。隨著國(guó)家科技發(fā)展計(jì)劃資金的注入與政策導(dǎo)向，電子網(wǎng)版印刷在中國(guó)會(huì)受到越來(lái)越多人的關(guān)注，中國(guó)的電子網(wǎng)版印刷技術(shù)的研究及其產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)化在未來(lái)數(shù)年中會(huì)結(jié)出豐碩成果。預(yù)期在不遠(yuǎn)的將來(lái)，中國(guó)的電子網(wǎng)版印刷會(huì)進(jìn)一步改變?nèi)藗兊纳詈凸ぷ鞣绞?，為我們提供更多便捷服?wù)。

（作者單位 河北交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院）