编者按:十几年来,印刷技术已在电子产品制造过程中被广泛使用,目前这种趋势还在不断发展。尤其近年来传统的印刷技术与未来电子产品制造结合得更加密切。面对这种发展趋势,对印刷企业及印刷机制造商来说,不仅在电子器件制造方面,且在传统的印刷工业领域,都将能开辟具有特殊要求的客户群。印刷厂从此可以超出新的市场潜力加强差异化,从而获得竞争优势。所以深入研究“印刷电子学”这个课题,应成为印刷行业关注的重点。《德国印刷者》2008年第2期刊登了有关印刷电子学方面的文章,该文从印刷电子学对印刷机制造商意味着什么进行了详尽阐述,印界或能从中获得有益启示。
何谓印刷电子学
从实际意义上讲,这涉及利用一种印刷方法即可以涂布的所谓功能层;而在广义上讲,则特别涉及可利用的导电功能。这种涂层可以是电导体、半导体和非导体,但也有发光的、变色的、变换不透明度等成分。
印刷电子学依赖有机化学,使用的材料主要基于塑料,因此也称之为有机电子学。由此名称也引出了“有机发光二极管”(OLED)和“有机场效晶体管”(OFET)。
材料、涂层厚度、涂层顺序和布局的正确组合产生多样化的电气组件和功能单元,以至于如今几乎无法预测未来这种技术还将应用到哪些领域和产品之中。
能制作哪些产品
事实上,至少除去能制作诸如线路板、电阻、线圈和电容器外,还能制作二极管、有机发光二极管的晶体管、蓄电池和光生伏层。如果说单个部件可以达到很好的效果,那么复杂的电路就其质量而言还是受到很大限制。
因此利用印刷方法的制作方案不能替代基于硅的传统电子学,而只能用来作为补充。整合的密度也可以作为比较,因为印刷电子学的整合密度每cm2约有10个晶体管(有增长的趋势),而传统的半导体制作每cm2约产生500万个晶体管。
市场如何发展
在未来几年内,印刷电子学所有部分的材料将有显著的发展。聚合物电子学在制作“集成”电路的意义上不断发展,但是,传统的印刷厂尚不能那么快地开辟这个市场,因为这个领域需要很多目前尚未公开提供的专业知识。因此机器制造业和电子行业对于制作整套电路的聚合物电子学比一般印刷厂更加感兴趣(见下表)。

印刷电子学应用领域
第一个应用
对传统的印刷厂来说,知道笫一个应用的情况对关注材料的发展是有必要的,以便了解印刷电子学的可能性。
有些印刷企业专门生产结构简单的电子器件。典型的产品如广告的背景照明、智能标签的天线和电子器件的传感器结构。这些应用往往补充传统的电子学,因此印刷厂能起到电子工业的器件供应商的作用。目前来看,按照这种方式印刷厂或许还能赢得印刷电子学更多领域的应用。
当然,与研究所和工业伙伴合作能够提供继续发展的机遇。因此在联盟的研究倡议下,一个企业不能单独挑起的发展,在联合机构中能够容易完成(见图1、2)。

图1带有偶极天线的电感耦合的环模块;电流la通过其磁场H感应次级电流lb。

图2印刷的偶极天线与工作频率La按比例交互=λ:2x0.9
包括λ=C:f(La:天线长度;λ:波长;C:光速;f:频率)
研究项目
在德国教育和研究部(BMBF)“Proinno2号”促进中小企业的研究项目范围内,PAVCard公司(具有长久历史的表格印刷企业)致力于“超高频应答机的印刷天线”课题的研究工作。该企业自成立以来一直参与研究项目,以便研发新产品和生产方法。
与诸如萨克森印刷工业研究所、Fraunhof应用材料研究所、Polywest塑料技术公司和Panacol-Elosl公司联盟伙伴合作,其遵守的目标是,在可印刷和可射线固化的导电墨膏基础上,获得用于RFID标签的印刷导电天线结构的原理。
特别把胶印和柔印作为快速印刷方法定为目标。因此对印刷油墨的要求很高,因为在只有几个μm的墨层上必须保证良好的导电性,如同在含有较高导电颗粒成分的油墨时高效的UV干燥一样。为了改进应答机,使其达到良好的有效半径,结果由联盟的伙伴研制成符合要求的UV柔印油墨。
从理论上讲,有效半径是按照下列公式从最小的IC功率PRF和GLabel放大中得出的(见右图公式)。

公式
PRF:IC功率GLabel:标签放大Rmax:最大有效半径EIRP:传输的RF功率λ:波长
这个理论上的关系式只适用于具有最佳方向偶极天线的无损耗结构。PAVCard公司负责研发应答器模块和天线几何图形,其导电性能对功能具有决定性意义(见图2)。因此研发一种特殊的结构,其天线是与芯片模块感应耦合的。该项目伙伴希望今后从这种结构中能够获得高效率制作无接触的(UHF)超高频电路板。
这种结构利用一种效应,以至于使电流强度在偶极中间谐振中是最高的(见图3)。因此通过由偶极产生的交变磁场可以给一个调谐好的环模块供电。这种特殊几何学的优点一则在于对制造公差不敏感,再则在环模块与偶极之间不再需要电连接。

图3电流在应答器的中心是最大的;而电压在终端是最大的
最新的方案(见图4)有一个印刷环模块和60?交叉的偶极,应答器通过这个偶极则变成与方向无关。这种原型结构的有效半径约5.5米。尚未完成的工作将专注应答器的设计,在保持同样的有效半径时,使应答器适应与电路板相符合的尺寸。

图4带有印刷的环模块和芯片的UHF应答器