印刷电子技术在消费电子领域的应用与优势

在现代电子工业中，集成电路是几乎所有电子器件的基础。传统的电子制造技术——硅基微电子集成电路的制造技术，自20世纪60年代问世便得到了巨大发展，目前已成为极其复杂的技术领域。从单晶硅基底材料制备，到在硅单晶上形成晶体管与互连线所需的薄膜沉积、光刻、刻蚀、封装等，硅基微电子集成电路制造技术涉及工艺步骤多达数百道，并需要消耗大量原料、水、气以及其他能源［1］。此外，传统电子制造技术中存在的处理温度高、原料浪费严重、有毒腐蚀废液污染环境等问题也日益引起人们的关注。而且，传统电子器件一般使用刚性印刷电路板技术，延展性较差，也在一定程度上限制了其应用领域。为此，柔性电子技术的出现，可将相应器件建立在柔性基底上，使其具有刚性电路板所不具备的延展性和柔韧性，在不影响性能的情况下实现弯曲和伸展，打开了柔性电子技术广阔的应用前景，标志着电子工业进入一个新的时代。

柔性电子技术相比于传统电子技术的优势主要体现在［2-4］：（1）柔性电子器件的材料密度更小，可显著减轻重量；（2）由于自身具有柔性，可采用卷到卷的连续沉积工艺制造，显著降低生产成本；（3）柔性电子易于卷曲或折叠，方便携带和使用；（4）可用生物相容性较好的柔性材料作为基底，方便用于任意形状表面，包括与生物机体实现无缝贴合，在发展可穿戴或可植入电子器件方面优势明显。

然而，现有的柔性电子也面临许多重大技术挑战。典型的柔性基底如塑料及其他高分子基底一般不能承受高温［5］，如聚对苯二甲酸乙二醇酯的处理温度不能超过150℃［6］。同样，需要高温处理的电子单元如非晶硅也不适合用于柔性基底［7］。

“印刷电子”在这种背景下被提出，应用该策略，电子器件的加工可简化为两步：印刷和固化。因低成本的制造工艺，印刷电子技术正被尝试用于各类消费电子上，如电子标签、集成电路、光伏电池、有机发光二极管等。所采用的印刷方法有纳米压印［8］、丝网印刷［9］、凹版印刷，平版印刷和喷墨打印［10-13］等。柔性电子工业的发展得到了大力推动。(www.xing528.com)

新型印刷电子技术将印刷术与电子技术相结合，以导电油墨替代传统油墨，通过印刷的方式在各种基材上直接印制出功能各异的电子电路及元器件，开辟了一个全新的技术领域［14］。从原理上讲，基于直接印刷方式形成电路图案在本质上属于一种类似于微纳米加工技术中的“加成”（addictive）工艺［15］，不同于传统集成电路的“去除”（subtractive）方式，这样既可避免使用腐蚀工艺，实现绿色环保，又可节约大量原料。

印刷电子技术区别于传统硅集成电路制造技术的特点在于［14］：（1）电子材料是通过加成（沉积）方法构筑电子器件；（2）电子器件的功能不依赖于基底材料。前者使电子器件的直接印刷成为可能，后者则使各种非硅基底材料特别是柔性薄膜基底材料的应用成为可能。也因如此，印刷电子产品的成本可以显著降低。在印刷电子领域，墨水材料和工艺设备是其中的核心要素［16］。