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网版印刷在印刷电子中的作用
浏览量:2304   日期:2014-6-17    字体:[ ]   打印本页

    随着科学技术的不断发展,信息技术的不断发展,纳米电子技术得到广泛的应用,并且已经延伸到社会的各个领域,这不仅代表着微电子学的发展趋势,更有利于新技术的研发。而作为传统微电子学和和印刷交叉的印刷电子学,如今正处于工业化批量生产的开端,印刷电子学通过印刷方法的功能性改变,将来一定会生产出许多廉价的超轻超薄超柔软的电子产品。在传统的印刷中,网版印刷对批量生产有机电子器件有很大的潜力,近几十年来,网印已发展为一门现代化的工业技术,被广泛用于电子工业中。以前,网版印刷被广泛地用来印刷传统的电路板,如今,已经发展成为各行各业进行生产所离不开的一种印刷方式。网印经常用在电子器件的制造中,如生物传感器、透明导电膜和太阳能电池等。

一、关于网版印刷

    网版印刷即通过刮板的挤压,使油墨通过图文部分的网孔转移到承印物上,形成与原稿子一样的图文。这种印刷方式留在承印物上的墨层一般比较厚,一般可达(30~100)um。印出的细线条一般不会发生断裂。网版印刷可使用水性、油性、粉状型等各种不同的油墨,可对任何材料进行各种用途的印刷,正是这些比较开放的条件,使网版印刷得到广泛应用。

    另外,丝网版面柔软而富有弹性,印刷压力较小,精度高,能在玻璃、金属、陶瓷等硬脆板面上直接进行精细印刷,因此又被广泛应用于电子工业领域中,尤其是印刷电路板,目前可以用网版印刷机实现在5s内制成30cm x 30cm、分辨率在100um级的PCB。

二、印刷电子技术的发展近况

    印刷电子技术集传统印刷技术与电子技术于一体,并将传统印刷技术应用到电子制造中,该技术涵盖了有机电子、柔性电子与塑料电子等多个新技术领域,印刷电子与传统印刷的制造过程有着共同的特点,可以实现大面积批量化生产,尤其是卷对卷连续生产的制造。

    与传统的硅基微电子技术相比,传统电子的制造是减材制造的过程,而印刷电子却是增材制造的过程。通过印刷制作电子器件所需设备的投资极低,并且印刷加工的电子学器件与基底材料无关,可以在各种基材上制备电子器件,包括各种柔性基底材料。在性能方面印刷电子虽然不如硅基微电子,但印刷电子器件具有大面积、柔性化与低成本的特点,是硅基微电子所不具备的。总的来说,它们不是互相取代,而是互相补充,各有各的市场地位,而印刷电子技术所拥有的市场是一个快速发展并潜力巨大的市场。

    随着社会的不断发展,环保问题成为对一个工艺评价越来越重要的问题。而印刷电子的另一个优点就是环保,利用印刷的方式来印制电路,从原理上摒弃了曝光蚀刻环节,这就避免了过多废弃物与污染的产生。

    中国工业界从2009年以来就开始关注印刷电子了,相比来说,国内印刷电子技术的研发与产业化相对落后于国外。尽管国内多个产业领域已经开始将印刷的优点应用到部分生产环节中,洌如晶硅光伏制造中的面电极制备,但在国家层面缺乏对印刷电子技术研发的整体部署。如今要实现印刷的“绿色化、功能化、立体化、器件化”,这就离不开印刷电子技术的应用。在未来电子器件向轻、柔、薄方向发展的过程中,印刷电子必将呈现出越来越多的优势。

三、网版印刷在印刷电子中的应用

   在电子工业领域中,网版印刷占据了颇高的比例。我们可以假设生产一台电视机,在这个过程中要用到很多网版印刷技术,如生产开关、显示屏、电路板等。传统印刷技术与现代电子技术的交叉融合,必将面临着一场全新的技术变革。同时,印届岐术的创新和发展,将有力地推动微电子器件制造技术的突破,并继而推动印刷电子技术的深化发展。下面将从几个典型的电子器件着手,来具体讨论一下网版印刷在印刷电子中的应用。

1、网版印刷在生物传感器中的应用

    网版印刷是印刷行业中的一项传统的工艺,1960年后广泛用于电子工业生产中,作为制作电路板的主要工序,后又用于电化学传感器的制作。近年来,网版印刷成功的应用在生物传感器中,用于食品及发酵行业,如乳酸抗坏血酸、酒精等的测定。

    生物传感器涉及化学、材料、生物、物理、电子、信息等多个领域,作为传感器的一个分支,生物传感器的主要作用就是将生化信息转换为电信息,并通过电流、电压、电位、电导、电量等方式来传递信号。

    陕西科技大学的陈春霞等人通过网版印刷来制作传感器,提出了用网版印刷技术制作酶电极的材料及步骤,并分析了网版印刷生物传感器在食品及发酵行业中的应用。

2、网版印刷在太阳能电池中的应用

    随着全球经济的迅速发展,人类对能源的使用与日俱增,化石燃料被过度开发使用,导致环境污染严重,寻找可以替代的能源迫在眉睫。而太阳能是可再生的、无污染的清洁能源,最具发展潜力。怎样能充分利用太阳能成了当今比较热门的话题。目前,国际上众多大公司已经投入到太阳能电池的生产和研发中来。

    硅太阳能电池是一种通过吸收太阳光辐射并使之转化为电能的半导体电子器件,并广泛应用于各种照明和发电系统中。生产晶体硅太阳能电池最关键的步骤之一是在硅片的正面和背面制造非常精细的电路,利用该电路将光产生的电子导出成电池。而这个关键的步骤通常由网版印刷来完成,使金属导电浆料透过丝网网孔压印在硅片上,形成电路或电极。在整个晶体硅太阳能电池生产工艺中,需要进行多次网版印刷才能完成。

    晶体硅太阳能电池中的网版印刷是一项用于积淀金属线和其他应用的技术,它具有处理超薄硅片的能力。目前,太阳能网版印刷设备在精度和自动化方面有了很大的进步,具备了在微米级尺寸上重复进行多次印刷的能力。这一发展开创了网版印刷在太阳能电池中全新的应用。

3、网版印刷在薄膜开关中的应用

    网版印刷在电子工程和信息技术领域被广泛应用,开启了电子网版印刷新的网印市场。电子薄膜开关具有体积小、重量轻、密封性好、防灰性和耐水性好、外观新颖、安全可靠、使用寿命长等诸多特点,在电子产品中的应用非常广泛。

    鉴于薄膜开关印刷与一般线路板印刷有所差异,对印刷质量要求一般比较高,开关线路印刷时为了降低线路的电阻值,一定要保障线路有足够的厚度。而网版印刷在承印物上的墨层厚度一般可达到30~100um,且墨层实不易发生断裂,将网版印刷用到薄膜开关生产中,必将给生产带来效益。

    另外为保证薄膜开关的质量,也要从线路设计、材料选用和掌握印刷技术等各个环节密切注意。可以相信,随着科技的发展,未来电子薄膜的应用全景将是非常广阔的。

4、网版印刷在RFID中的应用

    RFID是一种快速、实时、非接触式信息采集与处理的高新技术,有望在产品包装、生产制造、交通运输、商品防伪、超市管理等行业得到普及应用.RFID技术是21世纪前沿信息技术之一,它与网络技术、电子商务相结合,催生了一种新型的网络——物联网。

    目前,我国已成为世界上RFID标签的最大制造国和主要应用市场,一个典型的无源RFID系统包括阅读器、应答器和与阅读器相连接的用来读写芯片信息的计算机服务器。通常RFID标签天线制造技术包括金属铝/铜真空溅镀法、金属铜箔电镀法、金属铝箔腐蚀法、导电油墨网版印刷法等。其中金属铝箔腐蚀法是现阶段国内外普遍使用的RFID标签天线制造技术,但制造速度慢、精度低、尺寸大、污染严重、天线基材单一。

    厦门大学的徐磊等人对天线性能的影响因素进行了研究,通过使用PF-050镊浆.进行RFID标签天线的网版印刷实验.主要讨论了印刷速度,印刷线压力对标签天线的电学性能,标签谐振频率与品质因子的影响。结果表明.印刷标签天线的电感主要取决于天线的结构,而电阻受印刷工艺与固化条件影响较大,生产工艺导致的耦合电容变化并不影响整体性能。印刷工艺与固化条件对天线电阻的影响主要表现在:较高的印刷速度与印刷压力会使银浆转移不充分,并导致天线电阻增加,而较低的固化温度、较短的固化时间也会使银浆中的有机载体燃烧不充分,从而增加天线电阻。当天线电阻增加后,会引起标签谐振频率与品质因子的下降。

    随着RFID标签天线对小尺寸、低成本、高精度、高效率等要求的提高,印刷天线墨层细微结构越丰富,导线厚度越大,各印刷参数之间的矛盾将越突出,RFID标签天线的成品率和制造成本将受到更加严峻昀考验。因此,用导电油墨网版印刷技术制造RFID标签天线的前景是光明的,道路是曲折的。

结语

    传统的网版印刷技术有其独特的优点,但是在当今数字技术的冲击下,也要随时代变化而不断的完善。取其精华,去其糟粕,不断改进印刷的工艺,将网印具有的优点应用到先进工艺中。相信不久的将来,网版印刷不仅会在印刷电子技术中广泛应用,也会引起其他领域的关注。

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