nyomtatott elektronika

- Mar 23, 2017 -

Nyomtatott elektronika egy sor nyomtatási módszerek létrehozásához használt elektromos készülékek különböző hordozókon. Nyomtatás általában használ közös nyomdai berendezések alkalmasak meghatározó mintákat anyag, mint például a szitanyomás , magasnyomás , mélynyomó , ofszet litográfia és tintasugaras . Elektronikus ipari szabványok, ezek olcsó folyamatokat. Villamosan funkcionális elektronikus vagy optikai tinták letétbe a szubsztrát, ami aktív vagy passzív eszközök, mint például a vékony film tranzisztor ; kondenzátorok; tekercsben; ellenállások . Nyomtatott elektronika várhatóan megkönnyíti elterjedt, nagyon alacsony költségű, alacsony teljesítményű elektronikai alkalmazások, mint például a rugalmas kijelzők , intelligens címkék , dekoratív és animált posztereket, és aktív ruházat, amelyek nem igényelnek nagy teljesítményű. [1]

A kifejezés nyomtatott elektronika gyakran kapcsolódik szerves elektronika vagy műanyag elektronika , amelyben egy vagy több, tinták áll a szén-alapú vegyületek. Ilyen egyéb kifejezések utalnak a tinta anyag, amely lehet által letétbe helyezett oldat alapú, vákuum-alapú vagy más folyamatok. Nyomtatott elektronika, ezzel szemben meghatározza a folyamat, és figyelemmel a különleges követelmények a nyomtatási folyamat kiválasztott, alkalmazhatunk bármely megoldás alapú anyagot. Ez magában foglalja a szerves félvezetők , szervetlen   félvezetők , fémes vezetők, nanorészecskék , nanocsövek stb

A készítmény a nyomtatott elektronika szinte minden ipari nyomtatási módszerek alkalmazunk. Hasonló a hagyományos nyomtatás, nyomtatott elektronika vonatkozik festékrétegek egyik tetején egy másik. [2] Tehát a következetes fejlesztését nyomtatási módszerek és a tinta anyagok terén egyik legfontosabb feladata.

A legfontosabb előnye nyomtatás alacsony költségű kötet gyártás. Az alacsonyabb költségek lehetővé teszi a használatát a több alkalmazás. [3] Erre példa az RFID -rendszerek, amelyek lehetővé teszik az érintés azonosítására kereskedelem és a közlekedés. Egyes területeken, mint például a fénykibocsátó diódák a nyomtatás nem befolyásolja a teljesítményt. [2] Nyomtatás rugalmas aljzatra lehetővé elektronika kell helyezni íves felületek, például, amivel napelemek jármű tető. Még jellemzőbb, hagyományos félvezetőket indokolják a sokkal nagyobb költségeket azáltal, hogy sokkal nagyobb teljesítmény.

Felbontás, regisztráció, vastagság, lyukak, anyagok [ szerkesztés ]

Az előírt legmagasabb felbontása szerkezetek hagyományos nyomtatási határozza meg az emberi szem. Feature mérete kisebb, mint körülbelül 20 jim nem lehet megkülönböztetni az emberi szem, és következésképpen meghaladja a képességeit a hagyományos nyomtatási eljárás. [4] Ezzel szemben a nagyobb felbontás és kisebb szerkezetek szükségesek sokkal elektronika nyomtatás, mivel ezek közvetlenül érintik áramkör sűrűség és a funkcionalitás (különösen tranzisztorok). Hasonló követelmény érvényes a pontosságot, amellyel rétegek vannak nyomtatva egymás tetejére (rétegenként regisztráció).

Ellenőrző vastagságú, lyukak, és az anyagok kompatibilitása (nedvesítő, tapadás, szolvatációját) elengedhetetlen, de számít a hagyományos nyomdai, ha a szem képes érzékelni őket. Ezzel szemben, a vizuális benyomás irreleváns nyomtatott elektronika. [5]

Nyomtatási technológiák [ szerkesztés ]

A vonzás nyomtatási technológia a gyártás az elektronika főleg a lehetősége eredményezi elkészítése halom mikro-szerkezetű rétegek (és ezáltal vékonyréteg eszközök) egy sokkal egyszerűbb és költséghatékony módon, mint a hagyományos elektronikai. [6] is, a képesség, hogy végre az új vagy továbbfejlesztett funkciók (például mechanikai rugalmasság) szerepet játszik. A kiválasztás a nyomtatási módszer határozza vonatkozó követelmények nyomtatott rétegek tulajdonságai által nyomtatott anyagok, valamint a gazdasági és műszaki szempontok a végső nyomtatott termékeket.

Nyomtatási technológiák közötti szakadék lapos alapú és tekercsről tekercsre alapú megközelítések. Sheet alapú tintasugaras és szitanyomó leginkább a kis volumenű, nagy pontosságú munkát. Mélynyomó , offset és flexo nyomtatás sokkal gyakoribbak a nagy volumenű termelés, mint például a napelemek, elérve 10.000 négyzetméter óránként (m² / h). [4] [6] Míg ofszet és flexo nyomtatás pedig elsősorban a szervetlen [7] [8] és szerves [9] [10] vezetékek (ez utóbbi számára is dielektrikumok), [11] mélynyomó nyomtatási különösen alkalmas minőség- fényérzékeny rétegek, mint a szerves félvezetők és félvezető / dielektromos interfészek tranzisztorok, a magas minőségű réteg. [11] Ha a nagy felbontású van szükség, mélynyomó is alkalmas szervetlen [12] , és a szerves [13] vezetéken. Szerves térvezérlésű tranzisztorok és integrált áramkörök állíthatók elő teljesen tömegkommunikációs eszközök nyomtatási módszerek. [11]

Tintasugaras rugalmas és sokoldalú, és be lehet állítani a viszonylag kis erőfeszítéssel. [14] azonban tintasugaras hez alacsonyabb áteresztést körülbelül 100 m 2 / h, és kisebb felbontású (körülbelül 50 um). [4] Ez jól alkalmazható alacsony viszkozitású , vízoldható anyagok, mint a szerves félvezetők. A nagy viszkozitású anyagok, mint a szerves dielektrikumra és szétszórt részecskék, mint a szervetlen fém festékek, nehézségek miatt fúvóka eltömődés elő. Mivel a festék lerakódik keresztül cseppek, vastagsága és diszperziós homogenitás csökken. A sok fúvóka egyidejű és előre strukturálása az aljzat lehetővé teszi, hogy a termelékenység javulása és felbontás, ill. Azonban az utóbbi esetben nem-nyomó módszereket kell alkalmazni a tényleges mintázás lépés. [15] A tintasugaras nyomtatás az előnyös szerves félvezetők szerves térvezérlésű tranzisztorok (OFETs), és a szerves fénykibocsátó diódák (OLED), hanem OFETs teljesen ezzel a módszerrel előállított mutattak. [16] Frontplanes [17] és hátlapok [18] Az OLED-kijelzők, integrált áramkörök, [19] szerves napelem cellák (OPVCs) [20] és más eszközök is készülhetnek tintasugaras.

Szitanyomás megfelelő gyártását elektromos és elektronikai, mivel képes termelni mintás, sűrű rétegek paszta-szerű anyagok. Ez a módszer képes vezetőképes vezetékek a szervetlen anyagok (például áramköri lapok és antennák), hanem a szigetelő és passziváló réteget, ahol a rétegvastagság sokkal fontosabb, mint a nagy felbontású. A 50 m² / h teljesítményt és 100 um felbontás hasonló tintasugaras. [4] Ez a sokoldalú és viszonylag egyszerű módszert alkalmazzák, elsősorban vezető és dielektromos réteg, [21] [22] , hanem szerves félvezetők, pl OPVCs, [23] , és akár teljes OFETs [17] lehet nyomtatni.

Aeroszol Jet Printing (más néven Maskless mezoskálájú anyagok lerakódása vagy M3D) [24] Egy másik anyag lerakódás technológia nyomtatott elektronika. Az aeroszol Jet folyamat kezdődik porlasztása tinta, amely lehet melegíteni, hogy 80 ° C-on, cseppeket a sorrendben 1-2 mikrométer átmérőjű. Az atomizált cseppek magával ragadja a gázáram és szállítani a nyomtatófejet. Itt egy gyűrű alakú áramlási tiszta gáz körül vezetik be az aeroszol áramot kell koncentrálni cseppek szorosan párhuzamosított fénysugár anyag. Az egyesített gázáramok kilép a nyomtatófejet egy összetartó fúvóka hogy összenyomja az aeroszol patak átmérője kisebb, mint 10 um. A jet cseppekből kilép a nyomtatófej nagy sebességgel (~ 50 m / s), és sérti az anyagra. Elektromos összeköttetések, passzív és aktív elemeket [25] képződik azáltal, hogy a nyomtatófej, amely mechanikai stop / start redőny, viszonyítva a hordozó. Az így kapott mintákat lehet funkciók kezdve 10 nm széles, réteg vastagságban tíz nanométer> 10 nm. [26] A széles fúvóka nyomtatófej lehetővé teszi a hatékony mintázatának milliméter méretű elektronikus jellemzői és a felületi bevonat alkalmazásokhoz. Minden nyomtatást bekövetkezik használata nélkül vákuum vagy nyomás kamrák és szobahőmérsékleten. A magas kilépési sebessége jet lehetővé teszi a viszonylag nagy távolságot a nyomtatófej és a hordozó általában 2-5 mm. A cseppek maradnak szorosan fókuszált ezen a távolságon, ami képes nyomtatni konform minták több mint három dimenziós felületeken. Annak ellenére, hogy a nagy sebességű, a nyomtatási folyamat gyengéd; szubsztrát kár nem fordul elő, és általában nincs fröccs vagy kipermetezni a cseppek. [27] Miután mintázat befejeződött, a nyomtatott festék tipikusan a kezelés utáni eléréséhez végső elektromos és mechanikai tulajdonságait. A kezelés utáni hajtja inkább a konkrét tinta és a hordozó kombinációja, mint a nyomtatási folyamatot. A sokféle anyagból sikeresen letétbe helyeztük az Aerosol Jet folyamat, beleértve a hígított vastagréteg paszták, hőre keményedő polimerek, mint például UV-epoxik, és oldószer-alapú polimerek, mint a poliuretán és poliimid, és biológiai anyagok. [28]

A párolgás nyomtatás kombinációját használja a nagy pontosságú, szitanyomással anyag párologtatás nyomtatni funkciók 5 um . Ez a módszer technikákat, mint például gyógyfürdő, e-sugárzás, köpköd és más hagyományos termelési technológiák helyezz egy nagy pontosságú árnyék maszk (vagy stencil), amely regisztrálva van a hordozó jobb, mint 1 mikrométer. A réteg különböző maszk minták és / vagy beállító anyagok, megbízható, költséghatékony áramkörök építhetők additív, használata nélkül fotolitográfiában.

Más módszerek hasonlóságot nyomtatás, köztük microcontact nyomtatás és nano-imprinting litográfiai érdekesek. [29] Itt μm- és nm méretű rétegek, illetve állítjuk elő hasonló módszerekkel bélyegzés lágy és kemény formában nyerjük. Gyakran a tényleges szerkezeteket készített subtractively, pl lerakódása etch maszkok vagy lift-off folyamatokat. Például elektródák OFETs állíthatjuk elő. [30] [31] szórványosan tamponnyomó alkalmazunk hasonló módon. [32] alkalmanként úgynevezett átviteli módok ahol szilárd rétegeket át egy hordozó a hordozóra, tartják nyomtatott elektronika. [33] Elektrofotográfia jelenleg nem használják a nyomtatott elektronika.

Anyagok [ szerkesztés ]

A szerves és szervetlen anyagokat használnak a nyomtatott elektronika. Nyomdafesték Anyagok kell rendelkezésre állniuk folyékony formában, oldat, diszperzió vagy szuszpenzió. [34] Meg kell működni Vezetők, félvezetők, dielektrikumra vagy szigetelők. Anyagköltség alkalmasnak kell lennie az alkalmazás számára.

Elektronikus funkcionalitás és a nyomtathatóság is zavarják egymást, kötelezővé gondos optimalizálás. [5] Például egy nagyobb molekulatömegű polimerekben fokozza vezetőképesség, de csökkenti az oldhatóságot. Nyomtatásra, viszkozitás, felületi feszültség és a szilárd anyag tartalom szigorúan ellenőrizni kell. Kereszt-réteg kölcsönhatások, például nedvesítő-, tapadás, és az oldhatóság, valamint a post-lerakódás szárítási eljárások befolyásolja a végeredményt. Adalékok gyakran használják a hagyományos nyomdafestékek nem állnak rendelkezésre, mert gyakran legyőzni elektronikus funkciót.

Anyag tulajdonságok nagymértékben meghatározzák a különbség a nyomtatott és a hagyományos elektronika. Nyomtatható anyagok nyújtanak döntő előnyökkel mellett nyomtathatóság, mint például mechanikai rugalmassága és funkcionális kiigazítási kémiai módosítással (pl fény szín OLED-ek). [35]

Nyomtatott vezetékek jóval alacsonyabb a vezetőképesség és a töltéshordozó mobilitást. [36]

Néhány kivételtől eltekintve, szervetlen festék anyagok diszperziók fém vagy félvezető mikro- és nano-részecskéket. Félvezető nanorészecskék használata is szilícium [37] és az oxid félvezető. [38] A szilíciumot is nyomtatva, mint egy szerves prekurzor [39] , amelyet ezután alakítja át pirolízis és lágyítás a kristályos szilícium.

PMOS de nem CMOS lehetséges nyomtatott elektronika. [40]

Szerves anyagok [ szerkesztés ]

Szerves nyomtatott elektronika integrálja ismereteket és fejlődést nyomtatása, elektronika, kémia és anyagtudomány, különösen a szerves és polimer kémia. A szerves anyagok részben különböznek a hagyományos elektronikai szempontjából felépítését, működését és a funkcionalitás, [41] , amely befolyásolja a készülék és áramkör tervezés és optimalizálás, valamint a gyártási eljárás. [42]

A felfedezés a konjugált polimerek [36] és a fejlődés oldódó anyagok, amennyiben az első szerves festék anyagok. Anyagok ebbe az osztályba tartozó polimerek többféleképpen rendelkeznek vezető , félvezető , elektrolumineszcens , napelemes és egyéb tulajdonságait. Más polimereket többnyire szigetelők és dielektromos .

A legtöbb szerves anyagok, lyuk közlekedés előnybe elektron transzport. [43] A legújabb tanulmányok azt mutatják, hogy ez a sajátossága szerves félvezető / dielektromos felületek, amelyek fontos szerepet játszanak a OFETs. [44] Ezért a p-típusú eszközök kell dominál n-típusú eszközök. Tartósság (szóródás) és az élettartam kevesebb, mint a hagyományos anyagok. [40]

Szerves félvezetők közé tartozik a vezetőképes polimerek a poli (3,4-etilén dioxitiophene), adalékolt poli ( sztirol   szulfonát ), ( PEDOT: PSS ) és poli ( anilin ) (PANI). Mindkét polimer a kereskedelemben kapható különböző összetételű és kinyomtatta a tintasugaras, [45] képernyőn [21] és az ofszet nyomtatás [9] vagy a képernyőn, [21] flexo [10] és mélynyomó [13] nyomtatás, ill.

A polimer félvezetők alkalmazásával dolgozzák fel tintasugaras nyomtatás, mint például a poli (thiopene) s mint a poli (3-hexylthiophene) (P3HT) [46] és a poli (9,9-dioctylfluorene co-bithiophen) (F8T2). [47] Az utóbbi anyag is mélynyomó nyomtatva. [11] A különböző elektrolumineszcens polimereket használjuk tintasugaras nyomtatás, [15] , valamint az aktív anyagok fotovoltaikus (pl keverékek P3HT a fullerén -származékok), [48] , amely részben szintén lehet elhelyezni segítségével szitanyomás (pl keverékek poli (fenilén vinilén) a fullerén származékok). [23]

Nyomtatható szerves és szervetlen szigetelők és dielektrikumokon létezik, amely lehet feldolgozni a különböző nyomtatási módszerek. [49]

Szervetlen anyagok [ szerkesztés ]

Szervetlen elektronika biztosítja nagymértékben rendezett rétegek és interfészeket, amelyek szerves és polimer anyagok nem tud biztosítani.

Ezüst nanorészecskék használjuk flexo, [8] offset [50] és tintasugaras. [51] Arany részecskéket alkalmazunk tintasugaras. [52]

AC elektrolumineszcens (EL) többszínű kijelző képes lefedni több tíz négyzetméteres, vagy beépíthető óramegjelenéssel és eszköz jelenik meg. Magukban foglalják a hat-nyolc nyomtatott szervetlen rétegek, beleértve a réz adalékolt foszfor, egy műanyag fólia szubsztrátum. [53]

CIGS sejtek lehet nyomtatni közvetlenül molibdén   bevont   üvegtáblák .

A nyomtatott gallium arzenid germánium napelem bizonyította 40,7% -os konverziós hatékonyságot, nyolcszorosa a legjobb ökológiai sejtek, közeledik a legjobb teljesítményt a kristályos szilícium. [53]

Szubsztrátok [ szerkesztés ]

Nyomtatott elektronika lehetővé teszi a rugalmas szubsztrátumok, ami csökkenti a termelési költségeket, és lehetővé teszi a gyártás mechanikusan rugalmas áramkörök. Míg a tintasugaras és szitanyomó jellemzően impresszum merev hordozókra, mint az üveg és a szilikon, tömeges nyomtatási módszerek szinte kizárólag csakis flexibilis fólia és papír. Poli (etilén-tereftalát) -foil (PET) egy közös választás, mivel annak alacsony költsége és mérsékelten magas hőmérsékleti stabilitás. Poli (etilén-naftalát) - (PEN) és poli (imid) -foil (PI) vannak nagyobb teljesítmény, magasabb költség alternatívákat. Paper 's az alacsony költségek és a sokrétű alkalmazások teszik vonzó felület, azonban a magas érdessége és nagy nedvszívó teszik problémás elektronika. [50]

További fontos szubsztrátum kritériumok alacsony érdessége és alkalmas a nedvesíthetőség, amely lehet hangolt előkezelés alkalmazásával bevonat vagy koronakisülés . Ellentétben a hagyományos nyomtatás, nagy elnyelőképességű általában hátrányos.

Alkalmazások [ szerkesztés ]

Nyomtatott elektronika használatban vannak, vagy megfontolás alatt:

Norvég cég Thinfilm sikeresen bizonyította tekercsről tekercsre nyomtatott szerves memória 2009 [54] [55] [56] [57]

Szabványok fejlesztése és a tevékenységek [ szerkesztés ]

A műszaki szabványok és roadmapping kezdeményezések célja, hogy megkönnyítsék az értéklánc fejlesztése (megosztásra termékleírások, jellemzése szabványok, stb) Ez a stratégia a szabványok fejlesztése tükrök által használt megközelítést szilícium alapú elektronika az elmúlt 50 évben. Kezdeményezések közé tartozik:

már megjelent három szabványok nyomtatott elektronika. Mindhárom tették közzé együttműködésben Japán Elektronikai Csomagolási és áramkörök Szövetség (JPCA):

  • IPC / JPCA-4921, követelmények Nyomtatott Electronics alapanyagok

  • IPC / JPCA-4591, követelmények Nyomtatott Electronics Funkcionális vezető anyagok

  • IPC / JPCA-2291, Design Útmutató Printed Electronics

Ezek a szabványok, és mások fejlődését, részét képezik az IPC Printed Electronics kezdeményezése.


Egy pár:Folyékony fém nano nyomtatás forradalmasítja elektronika Következő:vezetőképes festék