淺談印刷電子技術的特點及發展前景分析

劉 力，楊 柳，陳裕意

（樂凱華光印刷科技有限公司 河南 南陽 473000）

0 引言

印刷電子技術，對于目前的電子制造加工的發展有著十分重大的作用，目前已經成為一個獨立的電子加工制造新興領域，蘊含著巨大的發展機遇。為此，世界許多國家和地區制定了相應的發展戰略與科技計劃，以推動印刷電子技術研究及產業化發展。

1 印刷電子技術發展現狀

印刷電子技術（printed electronics）是一種新興技術，其原理是利用傳統的印刷工藝來制備電子產品，將電子材料調配成適用于印刷技術的電子功能性油墨，然后通過印刷工藝完成電子產品的制造[1]。印刷電子技術利用了傳統印刷工藝的優勢，與目前新興的納米材料進行結合，得到了性能優越的電子產品，極大地簡化了電子產品的制造流程，提高了生產效率，降低了生產成本[2]。以印刷電路板（PCB）為例，傳統的印刷電路板需要經過涂膠、光刻、刻蝕、濺射、真空沉積等一系列復雜且高成本的制備工藝[3]。相比較而言，印刷電子技術極大地簡化了生產過程，具有節約原料、降低成本、綠色環保等優勢[4]。印刷電子技術具有易于規模化生產、柔性化、流程簡單、低成本等特點與優勢，是一個新興的技術領域，引發了國內外廣泛的關注與研究。目前，如圖1 所示，通過印刷電子技術已經商業化制備了許多電子元器件，例如太陽能電池、電子標簽（RFID）、薄膜晶體管、有機發光二極管、電極電路、傳感器等。同時，隨著電子產業的擴張和智能電子產品需求的不斷攀升，全球印刷電子市場得到了進一步的推動，展現出了巨大的科研以及商業價值。

2 印刷電子技術的特點

印刷電子技術主要有印刷工藝技術和相應的印刷電子功能性油墨技術。目前主要的印刷工藝技術有絲網印刷、噴墨印刷和涂布印刷。絲網印刷是指用絲網作為版基，并通過感光制版方法，制成帶有圖文的絲網印版，在印刷過程中油墨透過圖文部分的網孔擠壓到承印物上[5]，張翱等[6]利用絲網印刷技術成功制備了染料敏化太陽能電池，研究了不同網目對印刷太陽能電池光伏性能的影響。噴墨印刷是指通過計算機使油墨從噴嘴附在承印物上而獲得圖文的一種印刷方法[7]，冉紫媛[8]簡述了噴墨印刷技術在大幅面柔性屏方面的應用，國內京東方等顯示屏企業已經建立起噴墨印刷柔性屏產線，推動印刷電子及柔性顯示產業的發展。涂布印刷是將糊狀聚合物、熔融態聚合物或聚合物熔液涂布于紙、布、塑料薄膜上制得復合材料（膜）的方法[9]，劉江等[10]利用涂布印刷制備了氧化石墨烯-銀納米線可拉伸透明導電薄膜，探究了曝光次數和氧化石墨烯不同涂布方式對薄膜光電特性的影響，優化后的導電薄膜方塊電阻達到了12 Ω，透過率超過80%，且在48%的拉伸情況下仍然保持著較好的導電性。印刷電子功能性油墨是印刷電子技術的最核心技術，印刷電子功能性油墨主要包括主體材料、溶劑或分散劑、添加劑幾個組成部分。主體材料用于實現具體功能，目前的研究熱點是納米材料；溶劑或分散劑要與主體材料具有匹配性，能夠很好地溶解或分散主體材料，會直接影響成膜的功能性，進而影響到整個電子器件的性能；添加劑可以進一步優化印刷效果和性能指標，添加劑主要有消泡劑、流平劑、附著力增加劑等，可以實現不同的功能要求，但前提是不能影響主體材料的性能。

3 印刷電子技術的發展趨勢

現階段，印刷電子工藝技術與傳統印刷行業技術基本可以沿用，已經十分成熟，因此，開發出相應的印刷電子功能性油墨是最主要的研究方向，其中納米材料由于其各種優異的性能成為了印刷電子材料研究的重點。目前，許多納米材料已經應用于印刷電子技術，通常形態是納米粒子、納米線、納米片或納米管等。如何將納米材料與印刷電子技術相結合也是研究的難點與重點，制備納米電子功能性油墨的主要途徑是將納米材料分散在特定溶液中，需要調整納米材料、溶劑以及添加劑的比例來得到穩定性強、適印性強的納米電子功能性油墨。

印刷電子是一個新興技術領域，到目前為止也僅有十余年的時間，已經應用于許多新興領域，例如人工智能、生物醫學、柔性電子、新能源等。印刷電子創造的每一種產品都可以造就一個產業，目前熱門的產業領域有太陽能電池、生物傳感器、有機發光二極管（OLED）、印制電路板（PCB）、導電銀漿等。太陽能電池領域是印刷電子產業的一個十分重要的領域，傳統成熟的晶硅太陽能電池的表面電極是通過絲網印刷導電銀漿制備的，下一代有機太陽能電池及鈣鈦礦太陽能電池將繼續使用印刷電子技術來實現產品的優異性能；在生物傳感器領域，印刷電子制造技術可以有效地降低產品的成本，提高生產效率，同時可以應用于制備下一代紙基生物傳感器，進一步擴展了產品的使用空間；有機發光二極管（OLED）已經與印刷電子技術緊密結合，日本JOLED 公司經過多年開發，于2018 年量產了第一款印刷OLED 顯示屏，國內多個面板龍頭企業也在投資建設印刷OLED 顯示屏生產線，印刷電子技術在顯示屏領域的應用極大地降低了成本且實現了顯示屏的柔性化，開創了柔性屏的新時代。隨著各種印刷電子產品市場的擴張，印刷電子產業鏈將會越來越成熟完善。