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印刷电子,会成为通向未来的“金钥匙”吗?

2016-03-01 13:42:08

[导读] 人们用传统方式制造电路板已经持续了半个世纪,不过就目前看来,这一产业貌似已经走到技术的结尾,想要再创造摩尔定律的辉煌怕是很难。而且传统电路板对于环境的污染也在无时无刻不侵蚀着我们,每年产生的电子废料,一直是一个不容忽视的环境问题。然而现在,一种新兴的技术似乎能够完美解决以上所有的问题——印刷电子技术,正从昔日的“赋能技术”转变为今日许多终端市场正在应用的技术。

人们用传统方式制造电路板已经持续了半个世纪,不过就目前看来,这一产业貌似已经走到技术的结尾,想要再创造摩尔定律的辉煌怕是很难。而且传统电路板对于环境的污染也在无时无刻不侵蚀着我们,每年产生的电子废料,一直是一个不容忽视的环境问题。然而现在,一种新兴的技术似乎能够完美解决以上所有的问题——印刷电子技术,正从昔日的“赋能技术”转变为今日许多终端市场正在应用的技术。

未来技术,何为印刷电子

印刷电子产业,是目前在全球发展迅速的新兴产业之一。与传统微电子技术相比,印刷电子技术具有用材少、成本低、无污染、柔性化等优势,是一种绿色制造技术。印制电子技术(Print Full Electronic Technology)是指采用快速、高效和灵活的数字喷墨打印技术(Digital Printing Inkjet Technology)在基板(无铜箔)上形成导电线路和图形,或形成整个印制电路板的过程。通俗来讲,印刷电子就是在塑料薄膜上印刷电路,这无疑要比传统手法经济、干净得多。借助在印刷行业已经成熟的丝网印刷或者滚筒印刷技术,只需找到合适的基板和可以导电的“墨水”,工程师就可以大批量地印刷出电路板来。而且由于印刷电子先天性的优势,其具有可降解并随意废弃设备的优越性,通过降低生产成本并开辟新的环保产品市场,将帮助人们逐渐摆脱电子废料的困扰。

 

优势明显,为什么说印刷电子是大势所趋

随着电子产品呈现小型化,轻薄型的特点,对于电路板就提出了更加严苛的要求。而目前电子设备必定有相关元器件和零件组成,通常是由印制板(PCB)承担了元器件的支撑和连接作用。与传统PCB板相比,印制电子的基材本身就包含有线路又有元件,都由印制完成,成为真真正正的电子电路,这种完整一体性是PCB板无法比拟的。同时,由于印刷电子本身就是有印刷而来,其基材以有机薄膜为主,它将表现出良好的弯曲性和超薄属性,自身良好的可塑性将为电子产品节省更多空间,且可以在外观上带来前所未有的突破。

除了以上两大优势,从成本上来看。由于印制电子用有机薄膜和各种油墨材料印刷而成,加工过程简单,印制电子用生产设备投资也没有PCB和PCBA复杂;因此印制电子适合低成本要求。同时印制电子生产废弃物极少,不需化学蚀刻和电镀工序,几何没有废水,是一项真正意义上的清洁生产工艺技术。

印刷电子的应用前景

随着智能产品市场日趋成熟,我们发现消费者对于有创造力的产品设计元素越来越看重。而作为可塑性极强的印刷电子,无疑将在其中扮演极为重要的角色。目前印刷电子的主要用途即是制造柔性电子器件。2014年印刷电子的市场规模为11.5亿美元,到2019年预计将达167亿美元,复合年均增长率约为58%,未来印刷电子将在更多领域发挥更大的作用。

可穿戴设备,弯曲屏幕成为可能

首当其冲的热门领域,必然是来自于可穿戴设备。根据IMS报告研究,智能穿戴设备的市场有望在2016年达到1.71亿的出货量,而2011年出货量仅为0.14亿。可穿戴设备正在成为人们日常生活的必需品。而当印刷电子+可穿戴设备,将会使目前千篇一律的可穿戴设备外观出现百花齐放的情景。由于印刷电子良好的弯曲性,决定了它将促进柔性显示屏的普及。柔性显示屏是由柔软的材料制成、使用了PHOLED磷光性OLED技术的可变型可弯曲的显示装置。因为它像纸一样薄,即使切掉电源内容也不会消失,因此也被叫做“电子纸”。正如前文所言,使用印刷电子技术的柔性屏幕,将打破目前显示屏平整的外观,弯曲的形状将帮助智能设备生产商发挥出更多全新产品,比如更加贴合手腕的智能手环,比如外观更加时尚的智能手机。同时,印刷电子天生轻薄的属性,也将大大减小可穿戴设备的屏幕厚度和重量,对于微型化的可穿戴设备来说,将给人们的佩戴带来更加轻便的体验。

 

物联网需求,柔性传感器潜力无限

据通讯巨头思科公司估计,到2020年,全世界约有150亿至500亿的连接设备。而英特尔公司则更加乐观,认为至少有2万亿的智能设备将接入互联网。国际著名研机机构IDC认为,传感器及功能模块等设备的产值将达到整个物联网产业的32%。这将促使专门的物联网平台、软件及云服务等成熟。

当物联网+印刷电子技术,将帮助我们进一步丰富传感器的类型和应用范畴。2011年,一种可以像人类皮肤一样感知外部压力和传导触觉信号的电子皮肤在美国问世。经实验室测试,这种电子皮肤几乎可以和人体皮肤一样感知不同的外部压力,以相同速度传导触觉信号,毫无疑问这都得益于印刷电子技术的功劳。由于印刷电子丰富的材料选择和良好的弯曲性,目前各大传感器厂商及科学机构都在加大投入研发,正在全面拓展柔性传感器的应用领域。我们不妨大胆设想一下,在未来柔性传感器将可以当做服装首饰材料、作为建筑材料的一部分甚至于融入人体。这将大大提高物体与物体,物体与人体之间的互联互通,物联网将因此产生更多全新的应用方向,极大帮助智能城市的构建。

 

绿色能源,印刷电池是减轻污染的一剂良药

目前我们大多数笔记本电脑和智能手机使用的电池都包含金属锂,由于其高度反应性,必须通过增加尺寸和体积的方法来进行保护。同时由于电池难以降解,对于废弃电池的处理一直是各国政府及环保机构头疼的事情。而现在印刷电子技术在电池上的应用,也许将给电池领域带来一场革命。根据MarketsandMarkets发布的关于2020年全球柔性电池市场预测研究报告显示,到2020年,全球柔性电池市场预计将达6.17亿美元。2015到2020年期间,将以53.68%的复合年增长率增长。

现在已经有研究人员通过利用纳米技术将普通锂离子电池缩小并封闭到一张纤维素纸张上,采用类似于制造T恤衫丝网印刷方式进行生产。印刷电池与普通电池有很大的不同。其单层比头发丝还薄。其轻薄的特性甚至可直接嵌入银行卡。同时电池不含有汞,符合环保再生的人类新理念。再配合上印刷电子自身良好的柔性,将使电池的形状更容易改变,也将帮助人们在产品设计上创造全新的可能。

 

关注印刷电子和最新制造技术,来这里!

印刷电子目前仍属起步阶段,自身的不足仍然存在。就目前来看,印刷电子产品在设计、电源管理、材料与制程上需要有更激进的技术创新,如此才能催生出市场前所未见的全新型态产品,而且价格是合理的、与被替换产品的成本相较不至于高出几个等级。无论如何,印刷电子在许多领域仍然商机蓬勃。

正因为传统电子制造方式已无法满足未来物联网、大数据采集与个性化电子产品对各类电子器件的巨大需求,万亿传感器时代正在到来。印刷制造以及在柔性基材上的制造为满足这些需求提供了新方法与新思路。

2016年3月15日,慕尼黑博览集团联合欧洲有机与印刷电子协会(OE-A)与中国科学院苏州纳米研究所印刷电子中心,在上海新国际博览中心举办的慕尼黑上海电子生产设备展(productronica China)期间隆重推出“中欧柔性与印刷电子论坛”。

OE-A董事总经理Klaus Hecker博士、中科院苏州纳米技术与纳米仿生研究所崔铮教授、常州印刷电子产业研究院院长张霞昌博士、日本产业技术综合研究所鎌田俊英博士等业内权威将受邀讲解欧洲在印刷电子领域的技术发展与新产品,以及中国柔性与印刷电子技术与产业的发展,并邀请潜在用户介绍相关领域对柔性与印刷电子产品的需求,以此来建立欧洲与中国在柔性电子与印刷电子技术领域对话的平台,让技术与用户见面,促成中国与欧洲在这一新技术领域的合作互动。

除了关注行业前沿发展方向,慕尼黑上海电子生产设备展仍然也会聚焦电子制造当下最主流的技术趋势。3月15日的“电子制造自动化论坛”将针对中国的电子产品制造商面临日益增大的自动化压力,邀请知名机器人、工业自动化等企业,与大家一起把握、分享电子制造业的自动化升级改造。3月16日来自华为、中兴等企业的资深工艺专家将在论坛“电子制造工艺面对面”中与您一起探讨问题的解决之道!

此外,继连续两年成功推出SMT表面贴装创新演示区后,今年的SMT创新演示区进一步升级,现场组装的三条产线演示将针对各应用行业的解决方案,满足更多行业用户需求。YAMAHA将首次带领旗下高性能小型印刷机,高效模块贴片机和高端混合光学外观检查装置和Heller组线,为观众带来汽车和安防领域的电子装配解决方案。ASM旗下SIPLACE & DEK和Rehm将继续组线,满足智能手机、汽车电子行业的电子装配需求;而Speedprint与Europlacer及BTU组成的第三条产线,将为观众呈现军工、航空航天电子领域的现场贴装流程。此外,Fuji、Mycronic、Termway、Ersa、YXLON、Vitrox、Inventec、Teknek、Acctronics等明星厂家也将带来印刷,贴片,焊接,检测,智能元件储存和清洗等方面的最新技术和机型。

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