-elettronika stampati

- Mar 23, 2017 -

-Elettronika Printed huwa sett ta 'stampar metodi użati biex joħolqu tagħmir elettriku fuq diversi sottostrati. Stampar tipikament juża tagħmir ta 'stampar komuni xieraq għad-definizzjoni mudelli fuq materjal, bħall- istampar skrin , fleksografija , inċiżjonijiet , litografiku offset , u inkjet . Mill-istandards industrija elettronika, dawn huma proċessi spiża baxxa. Linka elettroniċi jew ottiċi elettriku funzjonali huma depożitati fuq is-sottostrat, il-ħolqien mezz attiv jew passiv, bħal transistors film irqiq ; kapaċituri; f'koljaturi; Reżisturi . -Elettronika stampati huwa mistenni li jiffaċilita mifrux, ħafna bi prezz baxx, l-elettronika bi prestazzjoni baxxa għal applikazzjonijiet bħal displays flessibbli , tikketti intelliġenti , posters dekorattivi u animati, u l-ħwejjeġ attivi li ma jeħtiġux prestazzjoni għolja. [1]

L-elettronika terminu stampat huwa spiss relatat mal -elettronika organika jew l-elettronika tal-plastik , li fihom linka waħda jew aktar huma magħmula minn komposti bbażati fuq il-karbonju. Dawn it-termini l-oħra jirreferu għall-materjal linka, li jista 'jiġi ddepożitat permezz ta' proċessi bbażati fuq il-soluzzjoni, b'bażi ta 'vakwu jew oħrajn. -Elettronika stampati, b'kuntrast, jispeċifika l-proċess, u, bla ħsara għar-rekwiżiti speċifiċi tal-proċess ta 'stampar magħżul, tista' tutilizza kull materjal b'bażi ta 'soluzzjoni. Dan jinkludi semikondutturi organiċi , inorganiċi   semikondutturi , kondutturi metalliċi, nanopartikoli , nanotubes , eċċ

Għat-tħejjija ta 'l-elettronika stampati kważi l-metodi ta' stampar industrijali huma impjegati. Simili għall-istampar konvenzjonali, l-elettronika stampati tapplika saffi linka wieħed atop xulxin. [2] Hekk l-iżvilupp koerenti ta 'metodi istampar u l-materjali tal-linka huma kompiti essenzjali tal-qasam tal.

Il-benefiċċju l-aktar importanti ta 'l-istampar hija ta' spiża baxxa fabbrikazzjoni volum. -Prezz iktar baxx jippermetti użu fi aktar applikazzjonijiet. [3] Eżempju huwa l-RFID -systems, li jippermettu l-identifikazzjoni kuntatt fil-kummerċ u t-trasport. F'xi oqsma, bħall jarmu d-dawl diodes istampar ma għandux impatt prestazzjoni. [2] Stampar fuq sottostrati flessibbli jippermetti l-elettronika li titqiegħed fuq wiċċ mgħawġa, per eżempju, it-tqegħid ċelluli solari fuq is-soqfa tal-vetturi. Aktar tipikament, semikondutturi konvenzjonali jiġġustifikaw spejjeż ħafna ogħla tagħhom billi jipprovdu prestazzjoni ferm ogħla.

Riżoluzzjoni, ir-reġistrazzjoni, ħxuna, toqob, materjali [ editja ]

Ir-riżoluzzjoni massima meħtieġa tal-istrutturi fl-istampar konvenzjonali huwa determinat mill-għajn tal-bniedem. Karatteristika daqsijiet iżgħar minn madwar 20 μm ma jistgħux jiġu distinti mill-għajn tal-bniedem u konsegwentement jaqbżu l-kapaċitajiet ta 'proċessi ta' stampar konvenzjonali. [4] B'kuntrast, ir-riżoluzzjoni ogħla u strutturi iżgħar huma meħtieġa fl-istampar l-elettronika ħafna, minħabba li dawn jaffettwaw b'mod dirett densità taċ-ċirkwit u l-funzjonalità (speċjalment transisters). Rekwiżit simili żżomm għall-preċiżjoni li biha saffi huma stampati fuq quċċata ta 'xulxin (saff saff reġistrazzjoni).

Kontroll ta 'ħxuna, toqob, u l-kompatibilità materjal (tixrib, adeżjoni, tagħqid) huma essenzjali, iżda kwistjoni fl-istampar konvenzjonali biss jekk il-għajn jista' jsib minnhom. Bil-maqlub, l-impressjoni viżiva hija irrilevanti għall-elettronika stampati. [5]

Teknoloġiji tal-istampar [ editja ]

L-attrazzjoni ta 'teknoloġija l-istampar għall-fabbrikazzjoni ta' l-elettronika prinċipalment riżultati mill-possibbiltà li tipprepara munzelli ta 'saffi strutturati mikro-(u apparati b'hekk b'film irqiq) b'mod ħafna aktar sempliċi u kost-effettivi meta mqabbla ma' l-elettronika konvenzjonali. [6] Barra minn hekk, il-kapaċità li jimplimentaw funzjonalitajiet ġodda jew imtejba (eż flessibilità mekkaniku) għandu rwol. Is-selezzjoni tal-metodu ta 'stampar użat huwa determinat mir-rekwiżiti li jikkonċernaw saffi stampati, mill-proprjetajiet tal-materjali stampati kif ukoll il-kunsiderazzjonijiet ekonomiċi u tekniċi tal-prodotti finali stampati.

Teknoloġiji istampar jaqsam bejn bbażati fuq il-karta tal u roll-to-roll approċċi -bbażati. Bbażati fuq il-karta tal- inkjet u screen printing huma l-aħjar għall-volum baxx, ix-xogħol ta 'preċiżjoni għolja. Inċiżjonijiet , offset u l-istampar flexographic huma aktar komuni għall-produzzjoni ta 'volum għoli, bħal m'huma ċelluli solari, u laħaq 10.000 metri kwadri fis-siegħa (m² / h). [4] [6] Waqt li offset u l-istampar flexographic huma prinċipalment użati għal inorganika [7] [8] u organiċi [9] [10] kondutturi (il-aħħar ukoll għall dielettriċi), [11] inċiżjonijiet istampar huwa speċjalment addattat għal Kwalità saffi sensittivi bħall semikondutturi organiku u semikondutturi / dielettriku-interfaċċji fil transisters, minħabba l-kwalità saff għolja. [11] Jekk ikun hemm bżonn ta 'riżoluzzjoni għolja, inċiżjonijiet hija wkoll xierqa għall inorganika [12] u organiċi [13] kondutturi. Organiċi transisters qasam b'effett u ċirkwiti integrati jistgħu jiġu ppreparati kompletament permezz ta 'metodi tal-massa istampar. [11]

Inkjets huma flessibbli u versatili, u jistgħu jiġu stabbiliti bi sforz relattivament baxx. [14] Madankollu, inkjets joffru petrol ipproċessat aktar baxxa ta 'madwar 100 m2 / siegħa u riżoluzzjoni baxxa (madwar 50 μm). [4] Huwa adattat tajjeb għall baxx viskożità , materjali li jinħallu bħal semikondutturi organiċi. Bil materjali viskożità għolja, bħall dielettriċi organiċi, u partiċelli mxerrda, bħal linka metall inorganiċi, iseħħu diffikultajiet minħabba imblukkar żennuna. Minħabba linka jiġi ddepożitat permezz qtar, ħxuna u dispersjoni omoġeneità hija mnaqqsa. Bl-użu ħafna żennuni simultanjament u pre-istrutturar-sottostrat tagħti lok għal titjib fil-produttività u r-riżoluzzjoni, rispettivament. Madankollu, fil-metodi aħħar każ li m'għandomx jiġu stampati għandu jkun użat għall-pass li patterning attwali. [15] istampar Inkjet hija preferibbli għal semikondutturi organiċi fil organiċi transisters qasam b'effett (OFETs) u jarmu d-dawl organiċi diodes (OLEDs), iżda wkoll OFETs mħejjija għal kollox minn dan il-metodu intwerew. [16] Frontplanes [17] u pannelli ta 'wara [18] tal OLED' wirjiet, ċirkwiti integrati, [19] ċelloli fotovoltajċi organiku (OPVCs) [20] u apparati oħra jistgħu jiġu ppreparati bil inkjets.

Screen printing huwa xieraq għal fabricating electrics u l-elettronika minħabba l-kapaċità tagħha li tipproduċi disinji, saffi ħoxnin minn materjali li minnhom pejst simili. Dan il-metodu jista 'jipproduċi jwettqu linji minn materjali inorganiċi (pe għal bordijiet ta' ċirkuwiti u antenni), iżda wkoll iżolazzjoni u passivating saffi, li permezz tagħha ħxuna ta 'saff huwa aktar importanti minn riżoluzzjoni għolja. 50 m² / h tagħha throughput u r-riżoluzzjoni μm 100 huma simili għal inkjets. [4] Dan il-metodu versatili u relattivament sempliċi huwa użat prinċipalment għall-saffi konduttivi u dielettriċi, [21] [22] , iżda wkoll semikondutturi organiċi, pe għal OPVCs, [23] u anki OFETs kompluti [17] jistgħu jiġu stampati.

Aerosol Jet Stampar (magħruf ukoll bħala Maskless Materjali Mesoscale Deposizzjoni jew M3D) [24] huwa pass ieħor 'teknoloġija depożizzjoni materjal għall-elettronika stampati. Il-proċess ajrusol Jet jibda bil atomizzazzjoni ta 'linka, li jista' jiġi msaħħan sa 80 ° C, li jipproduċu qtar fuq l-ordni ta 'wieħed jew tnejn mikrometri fid-dijametru. -Qtar atomizzati huma jinġarr fi fluss tal-gass u mwassla lill-print head. Hawnhekk, fluss annulari ta 'gass nadif hija introdotta madwar il-fluss ajrusol li tiffoka l-qtar f' raġġ sewwa kollimat ta 'materjal. Il-flussi tal-gass kombinati joħorġu mis-print head permezz ta 'żennuna konverġenti li Kompressi-fluss aerosol dijametru żgħir kemm 10 μm. Il-ġett ta 'qtar ħruġ l-print head b'veloċità għolja (~ 50 metru / sekonda) u taffettwa lill-sottostrat. Interconnects elettriċi, passivi u l-komponenti attivi [25] huma ffurmati billi mexxew il-print head, mgħammra ma 'waqfa mekkaniku / tibda shutter, relattiv għas-sottostrat. Il-mudelli li jirriżultaw jista 'jkollhom karatteristiċi li jvarjaw minn 10 μm wiesgħa, bil ħxuna saff minn għexieren ta' f'nanometri sa> 10 μm. [26] head A kbira print żennuna tippermetti patterning effiċjenti ta 'karatteristiċi elettroniċi daqs millimetru u applikazzjonijiet ta' kisi tal-wiċċ. L-istampar iseħħ mingħajr l-użu ta 'vacuum chambers jew pressjoni u fit-temperatura tal-kamra. Il-veloċità tal-ħruġ għoli tal-ġett tippermetti separazzjoni relattivament kbir bejn l-print head u l-sottostrat, tipikament 2-5 mm. -Qtar jibqgħu iffokat sewwa fuq din id-distanza, li jirriżulta fl-abbiltà li jistampaw mudelli CONFORMAL fuq tliet sottostrati dimensjonali. Minkejja l-veloċità għolja, l-proċess ta 'stampar hi ġentili; ħsara sottostrat ma sseħħx u hemm ġeneralment l-ebda splatter jew overspray minn qtar. [27] Ladarba patterning hija kompleta, il-linka stampata tipikament jeħtieġ trattament ta 'wara biex jintlaħaq proprjetajiet elettriċi u mekkaniċi finali. Wara t-trattament huwa mmexxi iktar mir-linka u sottostrat kombinazzjoni speċifika milli mill-proċess ta 'stampar. Firxa wiesgħa ta 'materjali tkun ġiet iddepożitata b'suċċess mal-proċess Aerosol Jet, inklużi pejsts dilwit ta' saff oħxon, polimeri thermosetting bħall epoxies-UV jitfejjaq, u polimeri ibbażati fuq solventi bħal polyurethane u polyimide, u materjali bijoloġiċi. [28]

Istampar evaporazzjoni juża taħlita ta 'preċiżjoni għolja screen printing bil vaporizzazzjoni materjal li jistampaw fatturi għal 5 μm . Dan il-metodu juża tekniki bħal termali,-raġġ elettroniku, sputter u teknoloġiji oħra ta 'produzzjoni tradizzjonali li jiddepożitaw materjali permezz ta' maskra ta 'preċiżjoni għolja dell (jew stensil) li huwa reġistrat għas-sottostrat jew ahjar minn 1 mikrometru. Permezz saffi disinji maskra differenti u / jew materjali li jaġġusta,, ċirkwiti affidabbli kost-effettivi jistgħu jinbnew b'mod addittiv, mingħajr l-użu ta 'fotolitografija.

Metodi oħra ma similaritajiet għall-istampar, fosthom l-istampar microcontact u litografiku nano imprint huma ta 'interess. [29] saffi Hawnhekk, μm- u ta 'daqs nm, rispettivament, huma ppreparati b'metodi simili għal ittimbrar ma' forom artab u iebes, rispettivament. Spiss l-istrutturi attwali huma ppreparati subtractively, pereżempju billi depożizzjoni ta 'maskri b'inċiżjoni jew permezz ta' proċessi-lift off. Per eżempju, elettrodi għal OFETs jistgħu jiġu ppreparati. [30] [31] Sporadiku stampar pad huwa użat b'mod simili. [32] Kultant hekk imsejħa metodi ta 'trasferiment, fejn saffi solidi huma trasferiti minn trasportatur lill-sottostrat, huma kkunsidrati l-elettronika stampati. [33] -elettrofotografija bħalissa ma jintużax fl-elettronika stampati.

Materjali [ editja ]

Kemm materjali organiċi u inorganiċi huma użati għall-elettronika stampati. Materjali linka għandha tkun disponibbli fil-forma likwida, għal soluzzjoni, dispersjoni jew sospensjoni. [34] Dawn għandhom jiffunzjonaw kif kondutturi, semikondutturi, dielettriċi jew iżolaturi. Ispejjeż tal-materja għandhom ikunu tajbin għall-applikazzjoni.

Funzjonalità elettroniku u printability jistgħu jinterferixxu ma 'xulxin, mandat ottimizzazzjoni bir-reqqa. [5] Pereżempju, b'piż molekulari ogħla f'polimeri ssaħħaħ konduttività, iżda jnaqqas solubilità. Għall-istampar, viskożità, tensjoni tal-wiċċ u l-kontenut solidu għandhom ikunu kkontrollati sewwa. Interazzjonijiet bejn il-saff bħal tixrib, adeżjoni, u s-solubilità kif ukoll proċeduri ta 'wara l-depożizzjoni tnixxif jaffettwaw ir-riżultat. Additivi fl spiss użati fil-linka tal-istampar konvenzjonali ma jkunux disponibbli, għaliex spiss telfa funzjonalità elettroniku.

Proprjetajiet tal-materjali jiddeterminaw ħafna l-differenzi bejn l-elettronika stampati u konvenzjonali. Materjali Printable jipprovdu vantaġġi deċiżiv ħdejn printability, bħall-flessibilità mekkaniċi u aġġustament funzjonali b'modifikazzjoni kimika (eż kulur tad-dawl fil OLEDs). [35]

Kondutturi stampati joffru aktar baxx konduttività u ħlas mobilità trasportatur. [36]

Bi ftit eċċezzjonijiet, materjali linka inorganiċi huma taħlitiet ta 'metalliku jew semikondutturi mikro- u nano-partiċelli. Nanopartiċelli semikunduttur użati jinkludu silikon [37] u semikondutturi ossidu. [38] silikon huwa wkoll stampat bħala prekursur organiku [39] li mbagħad maqluba minn piroliżi u ittemprar fis silikon kristallin.

PMOs iżda mhux CMOS huwa possibbli fl-elettronika stampati. [40]

Materjali organiċi [ editja ]

-Elettronika stampati organika tintegra għarfien u żviluppi minn stampar, l-elettronika, il-kimika, u l-materjali xjenza, speċjalment mill-kimika organika u polimeru. Materjali organiċi parzjalment differenti mill-elettronika konvenzjonali f'termini ta 'struttura, tħaddim u l-funzjonalità, [41] li tinfluwenza apparat u ċ-ċirkwit tad-disinn u l-ottimizzazzjoni kif ukoll metodu fabbrikazzjoni. [42]

L-iskoperta ta 'polimeri konjugat [36] u l-iżvilupp tagħhom f'materjali li jinħallu sakemm l-ewwel materjali linka organiċi. Materjali mill din il-klassi ta 'polimeri varju jippossjedu tmexxija , semikondutturi , elettroluminixxenti , fotovoltajċi u proprjetajiet oħra. Polimeri oħra jintużaw l-aktar bħala iżolaturi u dielettriċi .

F'materjali F'ħafna organiċi, it-trasport toqba joqgħod iktar minn trasport elettron. [43] Studji riċenti jindikaw li dan huwa karatteristika speċifika ta 'semikondutturi organiku / dielettriku-interfaċċji, li għandhom rwol ewlieni fl OFETs. [44] Għalhekk, apparat tat-tip p għandu jiddomina fuq apparati n-tip. Durabilità (reżistenza għall dispersjoni) u ħajja huwa inqas minn materjali konvenzjonali. [40]

Semikondutturi organiċi jinkludu l konduttiv polimeri poli (dioxitiophene 3,4-etilene), drogat bil poly ( stirene   sulfonat ), ( PEDOT: PSS ) u poli ( anilina ) (Pani). Iż-żewġ polimeri huma disponibbli kummerċjalment fil-formulazzjonijiet differenti u ġew stampati bl-użu inkjet, [45] iskrin [21] u offset [9] jew skrin, [21] Flexo [10] u inċiżjonijiet [13] istampar, rispettivament.

Semikondutturi Polimer huma proċessati bl-użu ta 'stampar inkjet, bħal poli (thiopene) i simili poli (3-hexylthiophene) (P3HT) [46] u poli (9,9-dioctylfluorene ko-bithiophen) (F8T2). [47] Il-materjal aħħar ġie wkoll inċiżjonijiet stampati. [11] polimeri elettroluminixxenti differenti li jistgħu jintużaw bi stampar inkjet, [15] kif ukoll materjali attivi għall -fotovoltajċi (eż taħlitiet ta P3HT ma fullerene derivattivi), [48] , li parzjalment wkoll jistgħu jiġu depożitati bl-użu screen printing (eż taħlitiet ta 'poly (vinylene phenylene) mad-derivati fullerene). [23]

Iżolaturi u dielettriċi organiċi u inorganiċi printable jeżistu, li tista 'tiġi pproċessata b'metodi ta' stampar differenti. [49]

Materjali inorganiċi [ editja ]

-Elettronika inorganiċi jipprovdi ħafna ordnat saffi u l-interfaces li materjali organiċi u polimeru ma jistgħux jipprovdu.

Fidda nanopartiċelli huma wżati bl Flexo, [8] offset [50] u inkjet. [51] Gold partiċelli huma wżati bl inkjet. [52]

AC electroluminescent (EL) displays multi-kulur jistgħu jkopru ħafna għexieren ta 'metri kwadri, jew ikun inkorporat fl-uċuħ għassa u displays istrument. Dawn jinvolvu sitta sa tmien saffi inorganiċi stampati, inklużi l-fosforu ram ddożati, fuq sottostrat film tal-plastik. [53]

Ċelluli FSIP tista 'tiġi stampata direttament fuq molibdenu   miksija   folji tal-ħġieġ .

A stampata gallju ġermanju arsenjur ċelluli solari wera 40.7% effiċjenza tal-konverżjoni, tmien darbiet dak tat-ċelloli organiċi aħjar, toqrob l-aħjar rendiment ta 'silikon kristallin. [53]

Substrati [ editja ]

-Elettronika stampati jippermetti l-użu ta 'substrati flessibbli, li tnaqqas l-ispejjeż tal-produzzjoni u tippermetti l-fabbrikazzjoni ta' ċirkwiti flessibbli b'mod mekkaniku. Filwaqt inkjet u screen printing tipikament imprint substrati riġidi bħal ħġieġ u silikon, metodi massa-istampar kważi esklussivament uża l-liega flessibbli u karta. Poly (ethylene terephthalate) -foil (PET) hija għażla komuni, minħabba l-ispejjeż baxxi tiegħu u l-istabbiltà tat-temperatura moderatament għolja. Poli (naphthalate etilene) - (PEN) u poli (f'imide) -foil (PI) huma prestazzjoni ogħla, alternattivi kost ogħla. Green "i spejjeż baxxi u l-applikazzjonijiet manifold jagħmluha sottostrat attraenti, madankollu, ħruxija għolja tiegħu u assorbiment kbar jagħmluha problematika għall-elettronika. [50]

Kriterji oħra sottostrat importanti huma ħruxija baxxi u kapaċità li tixxarrab adattat, li jista 'jkun tuned trattament minn qabel bl-użu ta ' kisi jew rimi Corona . B'kuntrast ma 'l-istampar konvenzjonali, assorbiment għolja huwa normalment ta' żvantaġġ.

Applikazzjonijiet [ editja ]

-Elettronika stampati huma fl-użu jew taħt konsiderazzjoni għal:

Kumpanija Norveġiża ThinFilm wera b'suċċess roll-to-roll stampat memorja organika fl-2009 [54] [55] [56] [57]

Istandards iżvilupp u l-attivitajiet [ editja ]

Standards tekniċi u inizjattivi roadmapping huma maħsuba biex jiffaċilitaw l -katina tal-valur żvilupp (għall-qsim ta 'speċifikazzjonijiet tal-prodott, karatterizzazzjoni istandards, eċċ) Din l-istrateġija tal-iżvilupp istandards tirrifletti l-approċċ użat mill-elettronika bbażati fuq is-silikon matul l-aħħar 50 sena. Inizjattivi jinkludu:

ppubblikat tliet istandards elettroniċi stampati. It-tlieta ġew ippubblikati fil-kooperazzjoni ma 'l-Imballaġġ u Ċirkuwiti Assoċjazzjoni Ġappun Elettroniċi (JPCA):

  • ICP / JPCA-4921, Rekwiżiti għal materjal stampat Bażi Elettronika

  • ICP / JPCA-4591, Rekwiżiti għal stampati Electronics materjali konduttivi funzjonali

  • ICP / JPCA-2291, il-Linja Gwida Disinn għall stampati Electronics

Dawn l-istandards, u oħrajn fl-iżvilupp, huma parti mill-Inizjattiva Elettronika Stampat IPC s.


Par ta ' l-:Linka konduttivi Li jmiss:istampar nano metall likwidu stabbilit li jirrevoluzzjonaw l-elettronika