印刷電子學 印刷廠能做些什么
2008-06-23 00:00 來源:中國新聞出版網 責編:覃麗妮
何謂印刷電子學
從實際意義上講,這涉及利用一種印刷方法即可以涂布的所謂功能層;而在廣義上講,則特別涉及可利用的導電功能。這種涂層可以是電導體、半導體和非導體,但也有發光的、變色的、變換不透明度等成分。
印刷電子學依賴有機化學,使用的材料主要基于塑料,因此也稱之為有機電子學。由此名稱也引出了“有機發光二極管”(OLED)和“有機場效晶體管”(OFET)。
材料、涂層厚度、涂層順序和布局的正確組合產生多樣化的電氣組件和功能單元,以至于如今幾乎無法預測未來這種技術還將應用到哪些領域和產品之中。
能制作哪些產品
事實上,至少除去能制作諸如線路板、電阻、線圈和電容器外,還能制作二極管、有機發光二極管的晶體管、蓄電池和光生伏層。如果說單個部件可以達到很好的效果,那么復雜的電路就其質量而言還是受到很大限制。
因此利用印刷方法的制作方案不能替代基于硅的傳統電子學,而只能用來作為補充。整合的密度也可以作為比較,因為印刷電子學的整合密度每cm2約有10個晶體管(有增長的趨勢),而傳統的半導體制作每cm2約產生500萬個晶體管。
市場如何發展
在未來幾年內,印刷電子學所有部分的材料將有顯著的發展。聚合物電子學在制作“集成”電路的意義上不斷發展,但是,傳統的印刷廠尚不能那么快地開辟這個市場,因為這個領域需要很多目前尚未公開提供的專業知識。因此機器制造業和電子行業對于制作整套電路的聚合物電子學比一般印刷廠更加感興趣(見下表)。
第一個應用
對傳統的印刷廠來說,知道笫一個應用的情況對關注材料的發展是有必要的,以便了解印刷電子學的可能性。有些印刷企業專門生產結構簡單的電子器件。典型的產品如廣告的背景照明、智能標簽的天線和電子器件的傳感器結構。這些應用往往補充傳統的電子學,因此印刷廠能起到電子工業的器件供應商的作用。目前來看,按照這種方式印刷廠或許還能贏得印刷電子學更多領域的應用。
當然,與研究所和工業伙伴合作能夠提供繼續發展的機遇。因此在聯盟的研究倡議下,一個企業不能單獨挑起的發展,在聯合機構中能夠容易完成(見圖1)。
研究項目
在德國教育和研究部(BMBF)“Proinno2號”促進中小企業的研究項目范圍內,PAV Card公司(具有長久歷史的表格印刷企業)致力于“超高頻應答機的印刷天線”課題的研究工作。該企業自成立以來一直參與研究項目,以便研發新產品和生產方法。
與諸如薩克森印刷工業研究所、Fraunhof應用材料研究所、Polywest塑料技術公司和Panacol-Elosl公司聯盟伙伴合作,其遵守的目標是,在可印刷和可射線固化的導電墨膏基礎上,獲得用于RFID標簽的印刷導電天線結構的原理。
特別把膠印和柔印作為快速印刷方法定為目標。因此對印刷油墨的要求很高,因為在只有幾個 μm的墨層上必須保證良好的導電性,如同在含有較高導電顆粒成分的油墨時高效的UV干燥一樣。為了改進應答機,使其達到良好的有效半徑,結果由聯盟的伙伴研制成符合要求的UV柔印油墨。
從理論上講,有效半徑是按照下列公式從最小的IC功率PR F和G Label放大中得出的(見右圖公式)。
這個理論上的關系式只適用于具有最佳方向偶極天線的無損耗結構。PAV Card公司負責研發應答器模塊和天線幾何圖形,其導電性能對功能具有決定性意義(見圖2)。因此研發一種特殊的結構,其天線是與芯片模塊感應耦合的。該項目伙伴希望今后從這種結構中能夠獲得高效率制作無接觸的(UHF)超高頻電路板。
這種結構利用一種效應,以至于使電流強度在偶極中間諧振中是最高的(見圖3)。因此通過由偶極產生的交變磁場可以給一個調諧好的環模塊供電。這種特殊幾何學的優點一則在于對制造公差不敏感,再則在環模塊與偶極之間不再需要電連接。
最新的方案(見圖4)有一個印刷環模塊和60?交叉的偶極,應答器通過這個偶極則變成與方向無關。這種原型結構的有效半徑約5.5米。尚未完成的工作將專注應答器的設計,在保持同樣的有效半徑時,使應答器適應與電路板相符合的尺寸。
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