使用低成本基板降低电子印刷产品的成本

聚酯纤维是一种经验证的印刷电路基底材料。制造商可以利用先进的印刷电子技术(PE)技术将功能材料应用到塑料薄膜上，从而到达降低成本的目的。柔性和轻质聚酯(PET)基板在许多应用中是一个可靠的选择，比传统印刷电路板(PCB)或柔性印刷电路(FPC)技术的整体成本要低。

用于高端和中等范围应用的传统电路

在电子产品中使用的蚀刻铜PCB提供了许多优点，包括机械完整性、导电性和可靠性。然而，刚性结构限制了设计的灵活性。随着电子器件尺寸的减小和形状的不断变化，FPC解决方案比多氯联苯具有优势，因为它们是可弯曲的，利用了三维空间，同时保留了PCB的某些理想性能特征。然而，FPC的成本高于传统的PCB。

图1 传统铜蚀刻电路

PCB和FPC的制造都涉及到减色法制造方法，首先是一层聚酰亚胺或一种FR(玻璃纤维增强环氧基板)电介质粘在一层铜上。在用湿化学方法腐蚀不需要的铜之前，导电路径被掩盖，只留下所需的电路模式。在大多数情况下，大量的铜被移除了在基材上，导致材料利用率低。增加两个以上的信号层还需要额外的步骤，如叠层热压，钻孔和电镀过程。多层电路可能涉及40多个过程步骤。由于潮湿的化学过程，蚀刻的铜制设备也需要昂贵的水过滤和废水处理系统。

尽管存在这些挑战，PCB仍然是高端应用的黄金标准。传统制造的基于PCB板的电子产品的性能仍然高于使用可替代的印刷电子产品。然而，许多产品不需要PCB的高端性能。大多数电子产品需要相对较低的中档性能。在这些情况下，印刷电路提供了一个可行的替代方案。

经济型印刷电子产品提供多功能性和节约成本

在越来越多具有较低功能性能要求的实际应用中，印刷电子(PE)可以成为PCB或FPC技术的低成本替代品。顾名思义，PE结合了传统的印刷功能，将机能性油墨印刷到一个制造电子电路的基底上。机能性油墨通过单张纸或卷筒纸印刷工艺选择性地沉积在衬底上。然后这些墨水被加热或通过紫外光固化。如果需要多个信号层，就会有多个打印和治疗通过。银电路印刷工艺非常高效，不使用刺激性化学物质，也不会产生任何废物。精确的印刷方法只适用于电路中所需要的材料。

图2 印刷电路技术的演变(从左到右： PCB, FPC 以及PE 技术)

图 3 针对大量PE产品制作流程的卷对卷 (R2R) 方式

图4 NFC 温度标签

几种用于印刷的常见沉积方法。丝网印刷，目前最流行的PE制造方法，允许应用厚度均匀的机能层。对于更高的输出要求，可以使用flexography、rotogravure或旋转屏幕来使用连续的卷对卷 (R2R)过程。柔性印刷提供了比丝网印刷更薄的油墨层的高分辨率印刷。凹版印刷是一个成本较高的过程，它可以提供优势，特别是在高速高分辨率模式的大面积电子产品。

一些R2R，多阶段印刷系统提供混合解决方案与一个印刷线结合多种沉积方法。生产速度快是R2R系统的主要优点，有些过程的速度可达每分钟1000英尺。但是，速度可以根据材料和印刷精度的不同而变化，特别是如果需要打印多层印刷油墨。通过注册是确保最终产品的正确的关键。一般来说，较慢的印刷速度会产生更均匀的材料层和更好的注册公差。R2R过程对于高通量生产也是最有效的，因为它需要一个更长的设置时间，并且需要更多的油墨和基底。

最近在功能材料和制造能力方面的发展使印刷电子产品在更广泛的应用领域变得更加通用和实用。导体、绝缘体(介质)和半导体构成了大多数印刷电子系统的功能材料。这些材料中含有无机和有机物质，这些物质能使它们的功能发挥作用。导电墨水可以包含银、碳或铜粒子，此外还有聚合物粘合剂和溶剂等其他部件。可以利用各种添加剂来影响油墨的沉积能力和功能特性。

导电微粒或填料可以是不同的尺寸或化学结构，直接影响液体油墨和干印刷层的性能。传统的填充物在尺寸上比较大，因此在印刷200微米以下的小部件时是一个限制因素。多年来，油墨制造商已经能够降低填充剂的尺寸，并微调油墨系统的组成，使其能够可靠地打印低于50微米的导电痕迹。低电阻银油墨的发展为各种低功率低转速信号的应用提供了一个特别有效的电路。

PE技术基板的进展

印刷电子产品的另一个独特之处是能够使用更经济的基板。聚酰亚胺在传统电子电路中是一种受欢迎的柔性基底，具有很高的热稳定性和尺寸稳定性。然而，这些属性的价格限制了它对许多产品应用的使用。在制造过程中，传统的PCB和FPC基底必须满足一定的要求才能耐高温，并且耐腐蚀和电镀槽的化学物质。在印刷电子产品中使用的基底不需要如此苛刻的条件，因此PET是一个很好的基础材料选择。

文章来源：《功能材料与器件学报》 网址: http://www.gnclyqjxb.cn/qikandaodu/2021/0321/579.html