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电子电子产品材料杨振国:全印制电子产品投资趋热

新兴的印制电子不仅对PCB制造业产生了重大影响,而且对硅基微电子制造业也产生了很大影响,成为当今材料界、电子界、制造界共同关注的技术热点。

新兴的印制电子作为一种灵活多样、快速便捷、环保节能的制造技术,已引起欧盟、美国、日本等发达国家的极大关注。它不仅对PCB制造业产生了重大影响,而且对硅基微电子制造业也产生了很大影响,成为当今材料界、电子界、制造界共同关注的技术热点。

印制电子前景看好

首先定义一下什么叫印制电子。印制电子是指采用各种印制工艺,把导电聚合物、纳米金属墨水或纳米无机墨水印制成电路或器件。它的英文名叫PrintedElectronics,也可译为全印制电子或印制电子技术或印刷电子。这个崭新的技术术语是从2003年起才流行起来的。目前,与印制电子相近或相似的其他一些术语还有:可印制电子、印制塑料、印制聚合物、柔性印制、印制薄膜、印制有机、有机半导体等。从这些词语的含义可以理解为,印制电子涉及的材料主要是一类密度小、重量轻的有机材料,即聚合物塑料或高分子材料,同时也包括一些纳米级金属颗粒或无机颗粒,以及纳米尺度的金属薄膜或无机薄膜。

印制电子技术是指以最低的生产成本和最快的印制速度相结合的加工方法,在各种基质上,诸如塑料薄膜、金属箔、陶瓷薄片甚至纸张或棉布,高容量地印制出各种轻、薄、柔、小的电子产品。其主要特征是把印制工艺和电子技术有机地融合在一起,大面积、高效率地快速印制出各类电子产品。可以说,印制电子技术主要用于一次性使用的电子产品和人们生活中常见的各种中低端电子产品的开发,诸如电子标签、智能标牌、OLED(有机发光二极管)、显示屏、存储器、晶体管、传感器、FPC(柔性印制电路)、电子封装、电池和太阳能电池等等。因而,它的应用领域极为广泛,前景看好。

目前,采用印制方法生产的印制电子产品已崭露头角,其中最有影响的是由德国PolyIC公司生产的第一个由印制有机晶体管制成的电子标签(RFID)。PolyIC专门研制聚合物电子标签。它于2007年9月在德国法兰克福举行的“第五届有机电子会议”上,向每位参会代表发放了一枚印制的有机电子标签门票作为入场券。该电子标签的使用频率是欧洲常用的13.65MHz,内存为4个字节,无接触距离为5cm,其可靠性和方便性得到了使用者的认可,这是印制电子作为一种实用技术成功应用具有里程碑意义的重大事件。该公司在2007年还进一步开发出32位和64位内存字节的有机电子标签。

根据IDTechEx、Nanomarkets等著名咨询公司的预测:到2016年,仅用印制方法生产的有机RFID产品,其市场额将超过100亿美元。到2025年,各种印制电子产品的年销售额将达到3000亿美元。其中,2500亿美元销售额来自有机材料,500亿美元销售额来自无机材料。因而有专家认为,未来的微电子市场价值链将从硅基电子转向有机电子,印制电子在许多中低端电子产品中将直接取代硅基微电子产品,市场非常庞大,用途更为广泛。

印制电子产品投资成为热点

印制电子产品的市场容量极为可观,已吸引许多跨国公司进行投资并商业化生产。

世界上第一个用印制方法生产的光电探测器半导体工厂,已由奥地利Nanoident公司于2007年底在澳大利亚筹建;英国PlasticLogic公司集资1亿美元,在筹建世界上第一个用印制有机晶体管背板来制作显示器的工厂;德国PolyIC公司于2007年已售出世界上第一个印制聚合物晶体管的电子标签(RFID)产品。世界很多著名公司,都纷纷倾注大量的财力、人力,开展印制电子产品的研发。就PCB而言,一种完全用喷墨印制方法制备PCB的导电线路图形和标牌辨识字符等打印设备,已被日本MircoCraft、美国MicroFab等公司研制出来,并进入商业化试生产阶段。

这些进展动态表明,印制电子技术开发的各类印制电子产品将在不久的将来全面进入商业化应用。世界零售商巨头美国沃尔玛、可口可乐等公司均表示,若有机电子标签的成本能降到1美分左右,他们所在的公司在物品的物流管理和所有零售商品上将全部贴上有机电子标签。可以预期,未来仅非硅基有机电子标签的需求量就将极其巨大。

为了跟上国际印制电子研究的发展步伐,提供与国外同行进行学术交流的平台,中国印制电路协会(CPCA)于2008年3月17日在上海率先成立了二级协会全印制电子分会。这是一个值得赞赏的前瞻性举措,必将对我国印制电子的研发起重要的推动作用,同时对印制电子产品的推广也有积极的促进作用。然而,印制电子毕竟是一门多学科交叉的综合性学科,许多前沿性技术有待挖掘,我国目前尚属空白,仅靠CPCA是远远不够的,需要多方参与和研究。

尤其是我国科技行政管理部门更应重视,尽快规划布局,从长计议,制定出印制电子的发展战略,给予必要的资金资助,出台相关的政策予以扶持,从而促进我国印制电子的研究走自主创新、可持续的发展道路。根据笔者的粗浅认识,我国印制电子的研究可从以下几个方面开展一些应用基础研究:可溶性导电聚合物材料及其油墨的研制;纳米金属颗粒油墨和纳米无机颗粒油墨的制备;各种印制设备及其加工工艺的研发;三维和大尺寸喷墨打印机的开发等。

总之,印制电子及其印制电子产品作为一种新兴的高科技产业,无论是印制技术和加工工艺的开发,还是油墨材料和成型设备的研发,其技术成熟度还处于初创阶段,故需要我国各界同仁携手合作,产学研联合攻关,在国际非硅基印制电子产品的研发和竞争中占有一席之地。

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喷墨印制PCB加成法:生产工序大为减少

PCB制造的关键部分主要涉及导电线路与线宽的加工、孔金属化的成型,以及互连线图形之间的制作和转移等。

传统的PCB制造法是通过蚀刻减成法制备的。其缺点是生产工序多、材料消耗大、废液排放高、环保压力重,而且每层基板的制作都需要用预制的不同掩膜来实现导电图形的转移,随后还要剥离光阻材料。就多层和积层PCB而言,重复加工工作量很大,而且每层均涉及十几道工序,故效率低、浪费大、污染重、成本高。

而采用喷墨印制加成法制造PCB时,其生产工序大为减少,一般只需4道工序就行了,即基板布图、表面处理、喷墨印制、热固化成型。因此,喷墨印制PCB的优点相当明显。主要优点是:1.工序少:生产成本低、产品耗能小;2.无蚀刻:环境友好,不产生污染;3.无掩模:可灵活应用于各种结构的PCB;4.多功能:能实现电子元器件在基质上的一次性集成和封装,效能更齐全。
这种新的制造方法完全符合我国当今倡导的“节能、减排、降耗、增效”的产业政策。

如果再把其他一些印制工艺如胶印印制、凹版印制、柔性印制、卷对卷印制、丝网印制等开发出来,可赋予PCB更多的市场价值链,实现印制PCB的产品多功能化和下游配套产品的一体化制造。




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