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印刷電子,會成為通向未來的“金鑰匙”嗎?

2016-03-01 13:42:08

[導讀] 人們用傳統方式制造電路板已經持續了半個世紀,不過就目前看來,這一產業貌似已經走到技術的結尾,想要再創造摩爾定律的輝煌怕是很難。而且傳統電路板對于環境的污染也在無時無刻不侵蝕著我們,每年產生的電子廢料,一直是一個不容忽視的環境問題。然而現在,一種新興的技術似乎能夠完美解決以上所有的問題——印刷電子技術,正從昔日的“賦能技術”轉變為今日許多終端市場正在應用的技術。

人們用傳統方式制造電路板已經持續了半個世紀,不過就目前看來,這一產業貌似已經走到技術的結尾,想要再創造摩爾定律的輝煌怕是很難。而且傳統電路板對于環境的污染也在無時無刻不侵蝕著我們,每年產生的電子廢料,一直是一個不容忽視的環境問題。然而現在,一種新興的技術似乎能夠完美解決以上所有的問題——印刷電子技術,正從昔日的“賦能技術”轉變為今日許多終端市場正在應用的技術。

未來技術,何為印刷電子

印刷電子產業,是目前在全球發展迅速的新興產業之一。與傳統微電子技術相比,印刷電子技術具有用材少、成本低、無污染、柔性化等優勢,是一種綠色制造技術。印制電子技術(Print Full Electronic Technology)是指采用快速、高效和靈活的數字噴墨打印技術(Digital Printing Inkjet Technology)在基板(無銅箔)上形成導電線路和圖形,或形成整個印制電路板的過程。通俗來講,印刷電子就是在塑料薄膜上印刷電路,這無疑要比傳統手法經濟、干凈得多。借助在印刷行業已經成熟的絲網印刷或者滾筒印刷技術,只需找到合適的基板和可以導電的“墨水”,工程師就可以大批量地印刷出電路板來。而且由于印刷電子先天性的優勢,其具有可降解并隨意廢棄設備的優越性,通過降低生產成本并開辟新的環保產品市場,將幫助人們逐漸擺脫電子廢料的困擾。

 

優勢明顯,為什么說印刷電子是大勢所趨

隨著電子產品呈現小型化,輕薄型的特點,對于電路板就提出了更加嚴苛的要求。而目前電子設備必定有相關元器件和零件組成,通常是由印制板(PCB)承擔了元器件的支撐和連接作用。與傳統PCB板相比,印制電子的基材本身就包含有線路又有元件,都由印制完成,成為真真正正的電子電路,這種完整一體性是PCB板無法比擬的。同時,由于印刷電子本身就是有印刷而來,其基材以有機薄膜為主,它將表現出良好的彎曲性和超薄屬性,自身良好的可塑性將為電子產品節省更多空間,且可以在外觀上帶來前所未有的突破。

除了以上兩大優勢,從成本上來看。由于印制電子用有機薄膜和各種油墨材料印刷而成,加工過程簡單,印制電子用生產設備投資也沒有PCB和PCBA復雜;因此印制電子適合低成本要求。同時印制電子生產廢棄物極少,不需化學蝕刻和電鍍工序,幾何沒有廢水,是一項真正意義上的清潔生產工藝技術。

印刷電子的應用前景

隨著智能產品市場日趨成熟,我們發現消費者對于有創造力的產品設計元素越來越看重。而作為可塑性極強的印刷電子,無疑將在其中扮演極為重要的角色。目前印刷電子的主要用途即是制造柔性電子器件。2014年印刷電子的市場規模為11.5億美元,到2019年預計將達167億美元,復合年均增長率約為58%,未來印刷電子將在更多領域發揮更大的作用。

可穿戴設備,彎曲屏幕成為可能

首當其沖的熱門領域,必然是來自于可穿戴設備。根據IMS報告研究,智能穿戴設備的市場有望在2016年達到1.71億的出貨量,而2011年出貨量僅為0.14億??纱┐髟O備正在成為人們日常生活的必需品。而當印刷電子+可穿戴設備,將會使目前千篇一律的可穿戴設備外觀出現百花齊放的情景。由于印刷電子良好的彎曲性,決定了它將促進柔性顯示屏的普及。柔性顯示屏是由柔軟的材料制成、使用了PHOLED磷光性OLED技術的可變型可彎曲的顯示裝置。因為它像紙一樣薄,即使切掉電源內容也不會消失,因此也被叫做“電子紙”。正如前文所言,使用印刷電子技術的柔性屏幕,將打破目前顯示屏平整的外觀,彎曲的形狀將幫助智能設備生產商發揮出更多全新產品,比如更加貼合手腕的智能手環,比如外觀更加時尚的智能手機。同時,印刷電子天生輕薄的屬性,也將大大減小可穿戴設備的屏幕厚度和重量,對于微型化的可穿戴設備來說,將給人們的佩戴帶來更加輕便的體驗。

 

物聯網需求,柔性傳感器潛力無限

據通訊巨頭思科公司估計,到2020年,全世界約有150億至500億的連接設備。而英特爾公司則更加樂觀,認為至少有2萬億的智能設備將接入互聯網。國際著名研機機構IDC認為,傳感器及功能模塊等設備的產值將達到整個物聯網產業的32%。這將促使專門的物聯網平臺、軟件及云服務等成熟。

當物聯網+印刷電子技術,將幫助我們進一步豐富傳感器的類型和應用范疇。2011年,一種可以像人類皮膚一樣感知外部壓力和傳導觸覺信號的電子皮膚在美國問世。經實驗室測試,這種電子皮膚幾乎可以和人體皮膚一樣感知不同的外部壓力,以相同速度傳導觸覺信號,毫無疑問這都得益于印刷電子技術的功勞。由于印刷電子豐富的材料選擇和良好的彎曲性,目前各大傳感器廠商及科學機構都在加大投入研發,正在全面拓展柔性傳感器的應用領域。我們不妨大膽設想一下,在未來柔性傳感器將可以當做服裝首飾材料、作為建筑材料的一部分甚至于融入人體。這將大大提高物體與物體,物體與人體之間的互聯互通,物聯網將因此產生更多全新的應用方向,極大幫助智能城市的構建。

 

綠色能源,印刷電池是減輕污染的一劑良藥

目前我們大多數筆記本電腦和智能手機使用的電池都包含金屬鋰,由于其高度反應性,必須通過增加尺寸和體積的方法來進行保護。同時由于電池難以降解,對于廢棄電池的處理一直是各國政府及環保機構頭疼的事情。而現在印刷電子技術在電池上的應用,也許將給電池領域帶來一場革命。根據MarketsandMarkets發布的關于2020年全球柔性電池市場預測研究報告顯示,到2020年,全球柔性電池市場預計將達6.17億美元。2015到2020年期間,將以53.68%的復合年增長率增長。

現在已經有研究人員通過利用納米技術將普通鋰離子電池縮小并封閉到一張纖維素紙張上,采用類似于制造T恤衫絲網印刷方式進行生產。印刷電池與普通電池有很大的不同。其單層比頭發絲還薄。其輕薄的特性甚至可直接嵌入銀行卡。同時電池不含有汞,符合環保再生的人類新理念。再配合上印刷電子自身良好的柔性,將使電池的形狀更容易改變,也將幫助人們在產品設計上創造全新的可能。

 

關注印刷電子和最新制造技術,來這里!

印刷電子目前仍屬起步階段,自身的不足仍然存在。就目前來看,印刷電子產品在設計、電源管理、材料與制程上需要有更激進的技術創新,如此才能催生出市場前所未見的全新型態產品,而且價格是合理的、與被替換產品的成本相較不至于高出幾個等級。無論如何,印刷電子在許多領域仍然商機蓬勃。

正因為傳統電子制造方式已無法滿足未來物聯網、大數據采集與個性化電子產品對各類電子器件的巨大需求,萬億傳感器時代正在到來。印刷制造以及在柔性基材上的制造為滿足這些需求提供了新方法與新思路。

2016年3月15日,慕尼黑博覽集團聯合歐洲有機與印刷電子協會(OE-A)與中國科學院蘇州納米研究所印刷電子中心,在上海新國際博覽中心舉辦的慕尼黑上海電子生產設備展(productronica China)期間隆重推出“中歐柔性與印刷電子論壇”。

OE-A董事總經理Klaus Hecker博士、中科院蘇州納米技術與納米仿生研究所崔錚教授、常州印刷電子產業研究院院長張霞昌博士、日本產業技術綜合研究所鎌田俊英博士等業內權威將受邀講解歐洲在印刷電子領域的技術發展與新產品,以及中國柔性與印刷電子技術與產業的發展,并邀請潛在用戶介紹相關領域對柔性與印刷電子產品的需求,以此來建立歐洲與中國在柔性電子與印刷電子技術領域對話的平臺,讓技術與用戶見面,促成中國與歐洲在這一新技術領域的合作互動。

除了關注行業前沿發展方向,慕尼黑上海電子生產設備展仍然也會聚焦電子制造當下最主流的技術趨勢。3月15日的“電子制造自動化論壇”將針對中國的電子產品制造商面臨日益增大的自動化壓力,邀請知名機器人、工業自動化等企業,與大家一起把握、分享電子制造業的自動化升級改造。3月16日來自華為、中興等企業的資深工藝專家將在論壇“電子制造工藝面對面”中與您一起探討問題的解決之道!

此外,繼連續兩年成功推出SMT表面貼裝創新演示區后,今年的SMT創新演示區進一步升級,現場組裝的三條產線演示將針對各應用行業的解決方案,滿足更多行業用戶需求。YAMAHA將首次帶領旗下高性能小型印刷機,高效模塊貼片機和高端混合光學外觀檢查裝置和Heller組線,為觀眾帶來汽車和安防領域的電子裝配解決方案。ASM旗下SIPLACE & DEK和Rehm將繼續組線,滿足智能手機、汽車電子行業的電子裝配需求;而Speedprint與Europlacer及BTU組成的第三條產線,將為觀眾呈現軍工、航空航天電子領域的現場貼裝流程。此外,Fuji、Mycronic、Termway、Ersa、YXLON、Vitrox、Inventec、Teknek、Acctronics等明星廠家也將帶來印刷,貼片,焊接,檢測,智能元件儲存和清洗等方面的最新技術和機型。

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