印刷电子技术是将印刷工艺与电子制造相结合的一门新兴技术，具有大面积、柔性化、可大量制备、成本低、绿色环保等优点，在电子器件制造领域越来越受到关注，今天我们就来聊聊它。

       在纳米技术飞速发展的同时，印刷电子技术随之而来。顾名思义，印刷电子技术是将印刷工艺与电子制造相结合的一门新兴技术。不同于传统的电子制造技术，印刷电子技术具有大面积、柔性化、可大量制备、成本低、绿色环保等优点。与大家所熟知的 3D 打印一样，印刷电子技术实际上是一种“增材制造”技术，仅需要印刷和干燥烧结两步工艺，而传统的电路制造工艺属于“减材制造”技术，需要通过光刻、显影等复杂工艺过程实现。印刷电子技术是采取适当的印刷方式将特定的功能性油墨印刷在不同种类的基底材料上，常见的印刷工艺包括丝网印刷、凹版印刷、凸版印刷、喷墨打印等，在印刷电子技术中使用的油墨一般为功能性油墨，如导电性油墨、可发光油墨等。

1. 印刷工艺

       印刷术是我国古代四大发明之一，随着时代的飞速发展，印刷技术得到了极大的发展与改善，已广泛应用于各行各业。由于丝网印刷的制版工艺简单、制备成本低且可用于大面积批量制备等特点，因此，丝网印刷成为目前最流行、最成熟且最实用的电子产品印刷技术。

       丝网印刷的原理是使图文部分的油墨通过网孔转移到承印物上形成印迹，其原理如下图所示。丝网印刷包括平版丝网印刷和滚筒丝网印刷。平版丝网印刷的主要流程是将油墨置于丝网印版上，通过刮墨刀对其施加压力，使油墨通过网孔转移到承印物上;滚筒丝网印刷则是在滚筒上安装印版，通过滚筒的转动来带动基底材料和印版并进行印刷。丝网印刷的操作成本低、工艺过程简单、印刷图案多样化、承印物可选择性等优点使其在电子产品的制备中发挥了巨大作用，也受到了越来越多研究人员的关注。但是，丝网印刷得到的电子产品的质量受多种因素的影响，如油墨、印刷速度、刮墨刀位置、承印物材料等。其中，油墨是影响产品质量的关键因素。

       喷墨印刷是一种典型的无版印刷方式，也是最彻底的直接印刷技术。在喷墨印刷的过程中，没有中间媒介，油墨是通过喷墨打印头直接喷射到承印物上进而在承印物表面形成图像。根据出墨方式不同，喷墨印刷可分为连续型喷墨打印(CIJ)和按需型喷墨打印(DOD)。由于按需型喷墨打印技术具有精度高、可控度高等特点，因此受到了更多的关注，且应用较为广泛。喷墨印刷主要的优势是不需要制版，可以通过计算机改变需要印刷的图案。但是喷墨印刷技术需要的打印时间长，对油墨的性能要求高，这些缺点在一定程度上限制了喷墨印刷在印刷电子领域的广泛应用。喷墨印刷系统的应用如图所示。

       凹版印刷是一种直接印刷方式，也是一种常见的卷对卷印刷方式。凹版印刷是将印版滚筒或墨斗辊(给印版滚筒传墨)的一部分浸入墨槽并连续转动，使印版满版涂墨，然后用刮刀刮去印版滚筒空白部分的油墨，再经压印将印版滚筒图文部分的油墨转移到承印物上。在使用凹版印刷方法时，一般要求油墨黏度较低，且该印刷方法适用于高速印刷。

2. 印刷油墨

       在印刷电子领域，制备低成本性能好的功能性油墨是研究发展印刷电子技术和生产高性能电子产品的关键，其中，功能性油墨最主要的是导电油墨。导电油墨是将导电材料、连结料、溶剂和助剂等多种成分按照一定的比例混合得到的悬浮液或溶液。

       根据不同的分类标准，导电油墨也有多种分类方式。根据不同的印刷方式，可将其分为胶印导电油墨、网印导电油墨、喷墨导电油墨等;根据导电材料性质不同，导电油墨可分为三大类，即无机系导电油墨、有机系导电油墨以及碳材料。

3. 印刷基底材料

       印刷电子产品的结构和性能与印刷的基底材料有着密切的关系。印刷电子中用到的基底材料主要分为刚性基材与柔性基材。刚性基材包括金属类基材、陶瓷类基材等;柔性基材则有纸张、塑料薄膜等。

印刷电子器件

       印刷电子的柔性化是传统电子器件制备技术无法替代的，目前，印刷电子技术受到研究人员的广泛关注，并用于许多电子器件的制备，我们将其称之为印刷电子器件，如超级电容器、太阳能电池、压力传感器、智能传感标签、LED 显示器等。

1. 超级电容器

       超级电容器(又称为电化学电容器)，是一种介于传统电容器与锂离子电池之间的新型能量存储装置，依据能量转换原理进行工作。超级电容器具有比传统电容器高的能量密度和比锂离子电池高的功率密度。超级电容器具有能量密度较高、可快速充 / 放电、使用安全、长期运行稳定、无一次性零部件等诸多优点，这也使其发展成为一种用于能量存储的新兴器件，在消费电子产品和替代电源等领域中有极大的发展潜力。

       由于分类标准的差异，超级电容器有多种分类方法。首先，根据其工作原理的不同，如图所示，超级电容器主要可分为双电层电容器(EDLC)和赝电容电容器(PC);其次，根据电极结构，分为对称型超级电容器和非对称型超级电容器;最后，依据电解质溶液类别，可分为水性电解质和有机电解质。

       超级电容器可以通过不发生化学反应的双层电荷存储，保持多达数百万次的充放电循环。与此相反，电池使用期间，由于充放电循环中会发生过度的氧化还原反应，所以电极中的活性物质会出现体积膨胀现象。就安全问题而言，超级电容器要比电池可靠得多。因此，超级电容器可以应用于各种需要高电源的场合，如电动汽车和可穿戴电子产品等。

2. 压力传感器

       作为下一代电子产品，可穿戴电子设备可以与我们的身体相结合，以扩展我们的感知能力，或提供实时的个人健康信息等。压力感知能力是人类皮肤最基本而又最强大的特征之一。柔性有机聚合物和可拉伸压力传感器为模拟人类皮肤的传感和柔软的机械特性提供了一个潜在机会。同时，具有高传感性能的压力传感器在软机器人、可穿戴电子设备、生物医学设备和智能包装中有着广阔的应用前景。目前，各种不同结构的压力传感器已经发展起来，如电容式、压阻式和压电式。

       压阻式传感器的原理是将施加的压力转化为器件的电阻信号变化。压电式压力传感器的压电特性产生机理主要是压电材料的晶体结构在外力作用下产生了定向的非中心对称形变进而产生一定的电偶极矩。与电容式压力传感器和压电式压力传感器相比，压阻式压力传感器具有传感机理简单、结构简单、功耗低等优点，受到了广泛的研究。如图所示为压阻式、电容式压力传感器常见结构。

3. 智能传感标签

       印刷智能传感标签是一种将先进传感材料与标签印刷技术相结合制备，具有自动识别功能的智能标签的先进技术。目前，比较常见的印刷智能传感标签有 RFID、NFC 电子标签。

       RFID 电子标签主要包含阅读器、感应器、芯片、天线、应用系统等，如图所示。RFID 的工作原理是通过 RF 信号和空间耦合传输特性对物体进行识别，在它的组成结构中，起到接受和发射信号作用的是天线，因此，天线的研究发展对 RFID标签的发展有着重大影响。

       RFID 标签的传统制作方法主要有线圈绕制法、蚀刻法以及电镀法三种。由于 RFID标签天线的传统制作方法具有生产成本高、识别精度低、生产效率低等缺点，所以使用这三种方法来实现大规模、高精度的批量化生产具有很大困难。通过一定的印刷方法将导电油墨沉积到承印物上是制备 RFID 标签天线的新兴技术，该方法的基本原理是导电油墨在干燥固化后具有良好的导电性能，可以构成导电线路和天线。直接印刷法制备 RFID 标签天线具有生产效率高、成本低、绿色环保等优点，因此，该方法具有很大的发展前景。

       NFC 电子标签技术是在 RFID 电子标签的基础上结合了互联互通技术的一种短距离的高频无线通讯技术。与 RFID 一样，NFC 信息也是通过频谱中无线频率部分的电磁感应耦合方式传输，NFC 是在设备之间进行非接触式点对点数据传输以进行数据交换，它与蓝牙的功能十分相似，都属于短距离通信技术，且都集成到移动电话中，但 NFC 没有复杂的程序设置，是蓝牙的简化版。相对于 RFID，NFC 具有距离近、能耗低等特点，是一种安全、迅速的无线连接方式，其应用如图所示。

       由于能够避开成本高且不灵活的传统硅基电子器件，利用传统印刷技术在柔性基片上制造各种器件，印刷电子(PE)在电子器件制造领域越来越受到关注并且未来市场前景广阔。使用印刷电子技术制备电子器件的制作过程简洁，不需要使用大量化学试剂，废水和有毒气体的排放大大减少，很好地实现了绿色环保、节能生产的目的。

        智能化、自动化、数字化、信息化是未来制造业的发展大趋势，双翌光电致力于制造业工厂智能改造，数字化升级。我们坚信通过不断努力与创新，能够实现与客户的合作共赢。如果您有相关视觉检测方面的需求，请联系我们。