印刷電子技術是將印刷工藝與電子制造相結合的一門新興技術，具有大面積、柔性化、可大量制備、成本低、綠色環保等優點，在電子器件制造領域越來越受到關注，今天我們就來聊聊它。

       在納米技術飛速發展的同時，印刷電子技術隨之而來。顧名思義，印刷電子技術是將印刷工藝與電子制造相結合的一門新興技術。不同于傳統的電子制造技術，印刷電子技術具有大面積、柔性化、可大量制備、成本低、綠色環保等優點。與大家所熟知的 3D 打印一樣，印刷電子技術實際上是一種“增材制造”技術，僅需要印刷和干燥燒結兩步工藝，而傳統的電路制造工藝屬于“減材制造”技術，需要通過光刻、顯影等復雜工藝過程實現。印刷電子技術是采取適當的印刷方式將特定的功能性油墨印刷在不同種類的基底材料上，常見的印刷工藝包括絲網印刷、凹版印刷、凸版印刷、噴墨打印等，在印刷電子技術中使用的油墨一般為功能性油墨，如導電性油墨、可發光油墨等。

1. 印刷工藝

       印刷術是我國古代四大發明之一，隨著時代的飛速發展，印刷技術得到了極大的發展與改善，已廣泛應用于各行各業。由于絲網印刷的制版工藝簡單、制備成本低且可用于大面積批量制備等特點，因此，絲網印刷成為目前最流行、最成熟且最實用的電子產品印刷技術。

       絲網印刷的原理是使圖文部分的油墨通過網孔轉移到承印物上形成印跡，其原理如下圖所示。絲網印刷包括平版絲網印刷和滾筒絲網印刷。平版絲網印刷的主要流程是將油墨置于絲網印版上，通過刮墨刀對其施加壓力，使油墨通過網孔轉移到承印物上;滾筒絲網印刷則是在滾筒上安裝印版，通過滾筒的轉動來帶動基底材料和印版并進行印刷。絲網印刷的操作成本低、工藝過程簡單、印刷圖案多樣化、承印物可選擇性等優點使其在電子產品的制備中發揮了巨大作用，也受到了越來越多研究人員的關注。但是，絲網印刷得到的電子產品的質量受多種因素的影響，如油墨、印刷速度、刮墨刀位置、承印物材料等。其中，油墨是影響產品質量的關鍵因素。

       噴墨印刷是一種典型的無版印刷方式，也是最徹底的直接印刷技術。在噴墨印刷的過程中，沒有中間媒介，油墨是通過噴墨打印頭直接噴射到承印物上進而在承印物表面形成圖像。根據出墨方式不同，噴墨印刷可分為連續型噴墨打印(CIJ)和按需型噴墨打印(DOD)。由于按需型噴墨打印技術具有精度高、可控度高等特點，因此受到了更多的關注，且應用較為廣泛。噴墨印刷主要的優勢是不需要制版，可以通過計算機改變需要印刷的圖案。但是噴墨印刷技術需要的打印時間長，對油墨的性能要求高，這些缺點在一定程度上限制了噴墨印刷在印刷電子領域的廣泛應用。噴墨印刷系統的應用如圖所示。

       凹版印刷是一種直接印刷方式，也是一種常見的卷對卷印刷方式。凹版印刷是將印版滾筒或墨斗輥(給印版滾筒傳墨)的一部分浸入墨槽并連續轉動，使印版滿版涂墨，然后用刮刀刮去印版滾筒空白部分的油墨，再經壓印將印版滾筒圖文部分的油墨轉移到承印物上。在使用凹版印刷方法時，一般要求油墨黏度較低，且該印刷方法適用于高速印刷。

2. 印刷油墨

       在印刷電子領域，制備低成本性能好的功能性油墨是研究發展印刷電子技術和生產高性能電子產品的關鍵，其中，功能性油墨最主要的是導電油墨。導電油墨是將導電材料、連結料、溶劑和助劑等多種成分按照一定的比例混合得到的懸浮液或溶液。

       根據不同的分類標準，導電油墨也有多種分類方式。根據不同的印刷方式，可將其分為膠印導電油墨、網印導電油墨、噴墨導電油墨等;根據導電材料性質不同，導電油墨可分為三大類，即無機系導電油墨、有機系導電油墨以及碳材料。

3. 印刷基底材料

       印刷電子產品的結構和性能與印刷的基底材料有著密切的關系。印刷電子中用到的基底材料主要分為剛性基材與柔性基材。剛性基材包括金屬類基材、陶瓷類基材等;柔性基材則有紙張、塑料薄膜等。

印刷電子器件

       印刷電子的柔性化是傳統電子器件制備技術無法替代的，目前，印刷電子技術受到研究人員的廣泛關注，并用于許多電子器件的制備，我們將其稱之為印刷電子器件，如超級電容器、太陽能電池、壓力傳感器、智能傳感標簽、LED 顯示器等。

1. 超級電容器

       超級電容器(又稱為電化學電容器)，是一種介于傳統電容器與鋰離子電池之間的新型能量存儲裝置，依據能量轉換原理進行工作。超級電容器具有比傳統電容器高的能量密度和比鋰離子電池高的功率密度。超級電容器具有能量密度較高、可快速充 / 放電、使用安全、長期運行穩定、無一次性零部件等諸多優點，這也使其發展成為一種用于能量存儲的新興器件，在消費電子產品和替代電源等領域中有極大的發展潛力。

       由于分類標準的差異，超級電容器有多種分類方法。首先，根據其工作原理的不同，如圖所示，超級電容器主要可分為雙電層電容器(EDLC)和贗電容電容器(PC);其次，根據電極結構，分為對稱型超級電容器和非對稱型超級電容器;最后，依據電解質溶液類別，可分為水性電解質和有機電解質。

       超級電容器可以通過不發生化學反應的雙層電荷存儲，保持多達數百萬次的充放電循環。與此相反，電池使用期間，由于充放電循環中會發生過度的氧化還原反應，所以電極中的活性物質會出現體積膨脹現象。就安全問題而言，超級電容器要比電池可靠得多。因此，超級電容器可以應用于各種需要高電源的場合，如電動汽車和可穿戴電子產品等。

2. 壓力傳感器

       作為下一代電子產品，可穿戴電子設備可以與我們的身體相結合，以擴展我們的感知能力，或提供實時的個人健康信息等。壓力感知能力是人類皮膚最基本而又最強大的特征之一。柔性有機聚合物和可拉伸壓力傳感器為模擬人類皮膚的傳感和柔軟的機械特性提供了一個潛在機會。同時，具有高傳感性能的壓力傳感器在軟機器人、可穿戴電子設備、生物醫學設備和智能包裝中有著廣闊的應用前景。目前，各種不同結構的壓力傳感器已經發展起來，如電容式、壓阻式和壓電式。

       壓阻式傳感器的原理是將施加的壓力轉化為器件的電阻信號變化。壓電式壓力傳感器的壓電特性產生機理主要是壓電材料的晶體結構在外力作用下產生了定向的非中心對稱形變進而產生一定的電偶極矩。與電容式壓力傳感器和壓電式壓力傳感器相比，壓阻式壓力傳感器具有傳感機理簡單、結構簡單、功耗低等優點，受到了廣泛的研究。如圖所示為壓阻式、電容式壓力傳感器常見結構。

3. 智能傳感標簽

       印刷智能傳感標簽是一種將先進傳感材料與標簽印刷技術相結合制備，具有自動識別功能的智能標簽的先進技術。目前，比較常見的印刷智能傳感標簽有 RFID、NFC 電子標簽。

       RFID 電子標簽主要包含閱讀器、感應器、芯片、天線、應用系統等，如圖所示。RFID 的工作原理是通過 RF 信號和空間耦合傳輸特性對物體進行識別，在它的組成結構中，起到接受和發射信號作用的是天線，因此，天線的研究發展對 RFID標簽的發展有著重大影響。

       RFID 標簽的傳統制作方法主要有線圈繞制法、蝕刻法以及電鍍法三種。由于 RFID標簽天線的傳統制作方法具有生產成本高、識別精度低、生產效率低等缺點，所以使用這三種方法來實現大規模、高精度的批量化生產具有很大困難。通過一定的印刷方法將導電油墨沉積到承印物上是制備 RFID 標簽天線的新興技術，該方法的基本原理是導電油墨在干燥固化后具有良好的導電性能，可以構成導電線路和天線。直接印刷法制備 RFID 標簽天線具有生產效率高、成本低、綠色環保等優點，因此，該方法具有很大的發展前景。

       NFC 電子標簽技術是在 RFID 電子標簽的基礎上結合了互聯互通技術的一種短距離的高頻無線通訊技術。與 RFID 一樣，NFC 信息也是通過頻譜中無線頻率部分的電磁感應耦合方式傳輸，NFC 是在設備之間進行非接觸式點對點數據傳輸以進行數據交換，它與藍牙的功能十分相似，都屬于短距離通信技術，且都集成到移動電話中，但 NFC 沒有復雜的程序設置，是藍牙的簡化版。相對于 RFID，NFC 具有距離近、能耗低等特點，是一種安全、迅速的無線連接方式，其應用如圖所示。

       由于能夠避開成本高且不靈活的傳統硅基電子器件，利用傳統印刷技術在柔性基片上制造各種器件，印刷電子(PE)在電子器件制造領域越來越受到關注并且未來市場前景廣闊。使用印刷電子技術制備電子器件的制作過程簡潔，不需要使用大量化學試劑，廢水和有毒氣體的排放大大減少，很好地實現了綠色環保、節能生產的目的。

        智能化、自動化、數字化、信息化是未來制造業的發展大趨勢，雙翌光電致力于制造業工廠智能改造，數字化升級。我們堅信通過不斷努力與創新，能夠實現與客戶的合作共贏。如果您有相關視覺檢測方面的需求，請聯系我們。