Utskrevne elektronikk

- Mar 23, 2017-

Utskrevne elektronikker et sett medutskriftmetoder for å opprette elektriske enheter på ulike underlag. Utskrift vanligvis bruker vanlig utskrift utstyr egnet for å definere mønstre på materiale, slik somskjermen utskrift,vår,dyptrykk,offset Litografi, ogblekkskriver. Elektronisk industristandarder er dette lavpris prosesser. Elektrisk funksjonelle elektronisk eller optisk blekkfarger settes på underlaget, lage aktiv eller passiv enheter, somtynnfilm transistorer; kondensatorer; spoler;motstander. Utskrevne elektronikk forventes å lette utbredt, svært lave kostnader, lav ytelse elektronikk for programmer somfleksibel viser,Smart etiketter, dekorative og animerte plakater og aktive klær som ikke krever høy ytelse.[1]

Begrepetutskrevne elektronikker ofte knyttet tilorganisk elektronikkellerplast elektronikk, som én eller flere blekkfarger er sammensatt av basert forbindelser. Andre vilkår gjelder blekk materialet, som kan settes av løsningen-basert, vakuum-basert eller andre prosesser. Utskrevne elektronikk, derimot angir prosessen, og underlagt de spesifikke behovene utskriftsprosessen valgt, kan benytte løsningen-basert materiale. Dette inkludererorganisk halvledere,uorganiskehalvledere, metallisk ledere,nanopartikler,nanorør, etc.

For utarbeidelse av trykte elektronikk er nesten alle industrielle utskriftsmetoder ansatt. Lignende konvensjonelle utskrift, trykte elektronikk gjelder blekk lag en oppå en annen.[2]Slik helhetlig utvikling av utskriftsmetoder og blekk materialer og #39; s viktige oppgaver.

Den viktigste fordelen med utskrift er rimelig volum fabrikasjon. Lavere pris gjør det mulig for bruk i flere programmer.[3]Et eksempel erRFID-systemer, som muliggjør kontaktløse identifikasjon i handel og transport. I noen domener, somhemmeligstempletutskrift påvirker ikke ytelsen.[2]Utskrift på fleksible underlag kan elektronikk plasseres på buede overflater, for eksempel å sette solceller på bilen tak. Konvensjonelle halvledere rettferdiggjøre mer vanligvis mye høyere kostnadene ved å tilby mye høyere ytelse.

Oppløsning, registrering, tykkelse, hull, materialer[Rediger]

Maksimal nødvendig oppløsning av strukturer i konvensjonelle utskrift bestemmes av øyet. Funksjonen størrelser mindre enn ca 20µm ikke kan skilles av øyet og følgelig overskrider funksjonaliteten til konvensjonelle trykkeprosesser.[4]Høyere oppløsning og mindre strukturer er nødvendig i mye elektronikk utskrift, fordi de direkte påvirker krets tetthet og funksjonalitet (spesielt transistorer). Et lignende krav holder for presisjonen som skrives lag oppå hverandre (lag til lag registrering).

Kontroll av tykkelse, hull og materialkompatibilitet (wetting, vedheft, solvation) er viktig, men noe i konvensjonelle utskrift hvis øyet finner dem. Omvendt, det visuelle inntrykket er irrelevant for utskrevne elektronikk.[5]

Utskrift teknologier[Rediger]

Tiltrekningen av trykking teknologien til fabrikasjon av elektronikk skyldes hovedsakelig at forberede stabler av mikro-strukturert lag (og dermed tynn-film enheter) i en mye enklere og kostnadseffektiv måte sammenlignet med tradisjonell elektronikk.[6]Også spiller muligheten til å implementere nye eller forbedrede funksjoner (f.eks mekanisk fleksibilitet) en rolle. Valg av utskrift metoden bestemmes av krav om trykte lag, egenskapene til trykt materiale samt økonomiske og tekniske betraktninger av endelige trykte produkter.

Utskrift teknologier skillet mellom ark-basert ogRoll-til-Rull-baserte tilnærminger. Ark-basertblekkskriverog skjermen utskrift er best for lavt volum, høy presisjon arbeid.Dyptrykk,forskyvningogfleksografisk utskrifter nå mer vanlig for høyt volum produksjon, som solceller, 10.000 kvadratmeter per time (m²/h).[4][6]Mens forskyvning og fleksografisk utskrift brukes hovedsakelig til uorganiske[7][8]og organiske[9][10]dirigenter (sistnevnte også for dielektriske),[11]dyptrykkutskrift er spesielt egnet for kvalitet-sensitive lag som organisk halvledere og semiconductor/dielektrisk-grensesnitt i transistorer, på grunn av høy lag kvalitet.[11]Om høyoppløselige er nødvendig, dyptrykk er også egnet for uorganiske[12]og organiske[13]dirigenter. Organiskfelt - effekt transistorerogintegrerte kretserkan tilberedes helt ved masseutskrift metoder.[11]

Blekkskrivere er fleksible og allsidige, og kan settes opp med relativt lav innsats.[14]Men tilby blekkskrivere lavere produksjon av rundt 100m2/h og lavere oppløsning (ca. 50µm).[4]Det er godt egnet for lav-viskositet, løselig materiale som organisk halvledere. Med høy viskositet materialer, som organiske dielektriske og spredt partikler som uorganiske metall blekkfarger, oppstår vanskeligheter på grunn av dysen tilstopping. Fordi blekket settes inn via dråper, er tykkelse og spredning homogenitet redusert. Bruke mange dyser samtidig og pre strukturering underlaget tillater forbedringer i produktivitet og oppløsning, henholdsvis. Men i det siste tilfellet må utskrift metoder brukes for faktiske mønstre trinn.[15]Blekkskrivere er å foretrekke for organisk halvledere iorganisk felt - effekt transistorer(OFETs) ogorganisk hemmeligstemplet(OLED), men også OFETs helt forberedt på denne måten har vist.[16]Frontplanes[17]ogbakplan[18]OLED-skjermer, integrerte kretser,[19]organisk photovoltaic celler (OPVCs)[20]og andre enheter kan tilberedes med blekkskrivere.

Skjermen utskrift er egnet for fabrikasjon elektro og elektronikk på grunn av sin evne til å produsere mønstret, tykke lag av lime-lignende materialer. Denne metoden kan produsere gjennomfører linjer fra uorganiske materialer (f.eks for kretskort og antenner), men også isolerende og passivating lag, der lagtykkelse er viktigere enn høy oppløsning. 50 m²/t gjennomstrømning og 100µm oppløsningen er lik for blekkskrivere.[4]Denne allsidige og relativt enkle metoden brukes hovedsakelig for ledende og dielektrisk lag,[21][22]men også økologisk halvledere, f.eks for OPVCs,[23]og selv OFETs[17]kan skrives.

Aerosol Jet utskrift (også kjent som Maskless Mesoscale materiale avsetning eller M3D)[24]er en annen materiale avsetning teknologi for utskrevne elektronikk. Aerosol Jet prosessen begynner med forstøving av en blekkfarge, som kan varmes opp til 80° C, produsere dråper på en til to mikrometer i diameter. Atomized dråpene er entrained på en gasstrømmen og levert til skrivehodet. Her er en ringformede flyt av ren gass innført rundt aerosol strømmen å fokusere dråpene i en tett collimated stråle av materiale. Kombinerte gass strømmer ut skrivehodet gjennom konvergerende munnstykke som komprimerer aerosol strømmen til diameter så liten som 10µm. Strålen av dråper avslutter hodet i høy hastighet (~ 50 meter per sekund) og gjøre inngrep på underlaget. Elektrisk sammenkoblinger, passive og aktive komponenter[25]dannes ved å flytte skrivehodet, utstyrt med en mekanisk Stopp/start skodde, i forhold til underlaget. Den resulterende mønsteret kan ha funksjoner fra 10µm bred, med Sjikttykkelse fra titalls nanometer til andgt, 10µm.[26]En bred nozzle avtrykk leder kan effektiv mønstre av millimeter størrelse elektronisk funksjoner og overflatebelegg programmer. Alle utskrift skjer uten bruk av vakuum eller trykk kammer og ved romtemperatur. Høy Avslutt hastigheten av jet kan et relativt stort skille mellom hodet og underlaget, vanligvis 2-5mm. Dråpene forblir tett fokusert over denne avstanden, som resulterer i kan skrive ut conformal mønstre over tre dimensjonale underlag. Til tross for den høye hastigheten er utskriftsprosessen snill. substrat skade oppstår ikke, og det er vanligvis ingen splatter eller overspray fra dråpene.[27]Når mønstre er fullført, krever utskrift blekk vanligvis innlegget behandling oppnå siste elektriske og mekaniske egenskaper. Etter behandling er drevet mer av en bestemt blekk og underlaget kombinasjon enn av trykkeprosessen. En rekke materialer har vært deponert med Aerosol Jet prosessen, inkludert utvannet tykk film pastaer og herdeplast polymerer som UV-helbredelig epoksy løsemiddelbaserte polymerer som polyuretan og polyimid (pi) og biologisk materiale.[28]

Fordampning utskrift bruker en kombinasjon av høy presisjon skjermen utskrift med materiale fordamping skrive funksjoner til 5µm. Denne metoden bruker teknikker som termisk, e-bjelke, frese og andre tradisjonelle teknologi innskudd materialer gjennom en høy presisjon skygge maske (eller sjablongen) som er registrert i underlaget bedre enn 1 mikrometer. Lagdeling forskjellige maske design og/eller justere materialer, kan pålitelig, kostnadseffektiv kretser bygges additively, uten bruk av klima og jordsmonn.

Andre metoder med likheter til utskrift, blant demmicrocontact utskriftogNano-forlaget Litografier av interesse.[29]Her er µm og nm-størrelse lag, henholdsvis, utarbeidet av metodene ligner stempling med myke og harde former, henholdsvis. Ofte er de faktiske strukturene forberedt subtractively, f.eks ved deponering av etch masker eller lift-off prosesser. For eksempel kan OFETs-elektroder tilberedes.[30][31]Sporadiskputen utskriftbrukes i en lignende måte.[32]Noen ganger anses såkalte overføring metoder, der solid lag overføres fra en operatør til underlaget, trykte elektronikk.[33]Electrophotographyfor øyeblikket brukes ikke i trykte elektronikk.

Materialer[Rediger]

Både organiske og uorganiske materialer brukes til trykte elektronikk. Blekk materialer må finnes i flytende form, løsning, spredning eller suspensjon.[34]De må fungere som ledere, halvledere, dielektriske eller isolatorer. Materialkostnader må passe for programmet.

Elektronisk funksjonalitet og om utskrift er mulig kan forstyrre hverandre, mandat forsiktig optimalisering.[5]For eksempel en høyere molekylvekt i polymerer forbedrer ledningsevne, men reduserer oppløselighet. For utskrift, må viskositet, overflatespenning og solid innhold være strengt kontrollert. Cross-lags interaksjoner som wetting, heft og løselighet samt etter deponering tørking prosedyrer påvirker resultatet. Tilsetningsstoffer brukes ofte vanlig blekk er utilgjengelige, fordi ofte nederlag elektronisk funksjonalitet.

Materialegenskaper finne hovedsakelig forskjellene mellom trykte og konvensjonelle elektronikk. Utskrivbar materialer gir avgjørende fordelene ved om utskrift er mulig, for eksempel mekaniske fleksibilitet og funksjonelle justering av kjemisk endring (f.eks lys farge i OLED).[35]

Utskrevne dirigenter tilbyr lavere ledningsevne og lade carrier mobilitet.[36]

Med få unntak er uorganisk blekk materialer dispersions av metallisk eller semiconducting mikro - og nano-partikler. Semiconducting nanopartikler brukes inkluderer silisium[37]og oksid halvledere.[38]Silisium skrives også som en organisk forløper[39]som da konverteres ved pyrolisis og avspenning i krystallinsk silisium.

PMOSmen ikkeCMOSer mulig i trykte elektronikk.[40]

Organisk materiale[Rediger]

Organisk trykte elektronikk integrerer kunnskap og utviklingen fra utskrift, elektronikk, kjemi og materialer vitenskap, spesielt fra organiske og polymer kjemi. Organisk materiale delvis skiller seg fra tradisjonell elektronikk struktur, drift og funksjonalitet,[41]som påvirker enhet og krets design og optimalisering og fabrikasjon metoden.[42]

Oppdagelsen avkonjugert polymerer[36]og deres utvikling i løselig materialer første organisk blekk materialer. Materiale fra denne klassen av polymerer har forskjelliggjennomføre,semiconducting,elektrofluoriserende,photovoltaicog andre egenskaper. Andre polymerer brukes somisolatorer og dielektriske.

I de fleste organiske materialer foretrukket hull transport over elektronet transport.[43]Nyere studier viser at dette er en bestemt funksjon av organisk semiconductor/dielektrisk-grensesnitt, som spiller en viktig rolle i OFETs.[44]Derfor bør p-type enheter dominere n-type enheter. Holdbarhet (motstand mot spredning) og levetid er mindre enn vanlige materialer.[40]

Organisk halvledere inkluderer den ledendepolymererPoly (3,4-etylen dioxitiophene), dopet med poly (styrenSulfonate), (PEDOT:PSS) og poly (anilin) (PANI). Begge polymerer er kommersielt tilgjengelig i ulike formuleringer og har blitt skrevet bruker inkjet,[45]skjermen[21]og trykking[9]eller skjerm,[21]flexo[10]og dyptrykk[13]utskrift, henholdsvis.

Polymer halvledere behandles med inkjet utskrift, soms for Poly (thiopene)som poly(3-hexylthiophene) (P3HT)[46]og poly (9,9-dioctylfluorene co-bithiophen) (F8T2).[47]Sistnevnte materialet har også vært dyptrykk utskrift.[11]Ulike elektrofluoriserende polymerer brukes med inkjet utskrift,[15]i tillegg til aktive materialer forsolcellepanel(f.eks blanding av P3HT medfullerenederivater),[48]som delvis også kan settes ved hjelp av skjermen utskrift (f.eks blanding avPoly (phenylene vinylene)med fullerene derivater).[23]

Utskrivbar organiske og uorganiske isolatorer og dielektriske eksisterer som kan behandles med ulike utskriftsmetoder.[49]

Uorganiske materialer[Rediger]

Uorganiske elektronikk gir svært organisert lag og grensesnitt at økologisk og polymer materiale kan ikke gi.

Sølvnanopartikler brukes med flexo,[8]forskyvning[50]og blekkskrivere.[51]Gullbrukes med blekkskriver.[52]

ACelektrofluoriserende(EL) multi-farge skjermer kan dekke mange titalls kvadratmeter eller innarbeides i ur, kameraer og instrument viser. De innebære seks til åtte trykte uorganiske lag, inkludert en kobber dopet fosfor, på et plastfilm substrat.[53]

CIGS cellerkan skrives ut direkte påmolybdenbestrøketglassplater.

Et utskrevetgalliumarsenid germanium solcellevist 40.7% konvertering effektivitet, åtte ganger med de beste organiske cellene, nærmer den beste ytelsen av krystallinsk silisium.[53]

Underlag[Rediger]

Utskrevne elektronikk tillater bruk av fleksible underlag, som reduserer kostnader og lar fabrikasjon av mekanisk fleksibel kretser. Selv om blekkskrivere og skjermen utskrift vanligvis forlaget stive underlag som glass og silisium, bruke masseutskrift metoder nesten utelukkende fleksible folie og papir.Poly (etylen terephthalate)-folie (PET) er en vanlig valget, på grunn av sin lave og middels høy temperatur stabilitet.Poly (etylen naphthalate)-(PENN) ogPoly(imide)-folie (PI) er høyere ytelse, høyere pris alternativer.Papirog #39; s lave kostnader og mange programmer gjør det et attraktivt substrat, men dens høy grovheten og store støtdempende gjør det problematisk for elektronikk.[50]

Andre viktige substrat kriterier er lite grovhet og egnet wettability, som kan være innstilt forbehandling ved bruk avbeleggellerCorona utslipp. I motsetning til konvensjonelle utskrift er høy Absorberingsevne vanligvis uheldig.

Programmer[Rediger]

Utskrevne elektronikk er i bruk eller under vurdering for:

NorskeThinFilmvellykket demonstrert roll-til-Rull ut organisk minne i 2009.[54][55][56][57]

Standarder utvikling og aktiviteter[Rediger]

Tekniske standarderog roadmapping tiltak er ment å letteverdikjedenutvikling (for deling av produktspesifikasjoner,karakteristikkstandarder, etc.) Denne strategien for webstandarder utviklingen gjenspeiler fremgangsmåten som brukes av silicon-basert elektronikk de siste 50 årene. Initiativene omfatter:

har publisert tre standardene for trykt elektronikk. Alle tre har vært publisert i samarbeid med Japan elektronisk emballasje og kretser Association (JPCA):

  • IPC/JPCA-4921, krav til trykte elektronikk råmaterialer

  • IPC/JPCA-4591, krav til trykte elektronikk funksjonelle ledende materiale

  • IPC/JPCA-2291, Design retningslinje for utskrevne elektronikk

Disse standardene, og andre i utvikling, er del av IPCS trykt elektronikk initiativ.


Et par:Sølv hydrogenion programmer Neste:ledende blekk