elektronik dicetak

- Mar 23, 2017 -

Dicetak elektronik adalah satu set cetak metode yang digunakan untuk membuat perangkat listrik pada berbagai substrat. Percetakan biasanya menggunakan peralatan pencetakan umum cocok untuk mendefinisikan pola pada bahan, seperti sablon , flexography , gravure , offset lithography , dan inkjet . Dengan standar industri elektronik, ini adalah proses biaya rendah. Tinta elektronik atau optik elektrik fungsional didepositkan pada substrat, menciptakan perangkat aktif atau pasif, seperti transistor film tipis ; kapasitor; kumparan; resistor . Dicetak elektronik diharapkan dapat memfasilitasi luas, sangat murah, elektronik-kinerja rendah untuk aplikasi seperti menampilkan fleksibel , label pintar , poster dekoratif dan animasi, dan pakaian aktif yang tidak membutuhkan kinerja tinggi. [1]

Elektronik jangka dicetak sering berhubungan dengan elektronik organik atau elektronik plastik , di mana satu atau lebih tinta terdiri dari senyawa berbasis karbon. Istilah-istilah lain merujuk pada materi tinta, yang dapat disimpan oleh proses solusi berbasis, berbasis vakum atau lainnya. Cetak elektronik, sebaliknya, menentukan proses, dan, tunduk pada persyaratan tertentu dari proses pencetakan yang dipilih, dapat memanfaatkan materi berbasis solusi. Ini termasuk semikonduktor organik , anorganik   semikonduktor , konduktor logam, nanopartikel , nanotube , dll

Untuk persiapan elektronik dicetak hampir semua metode pencetakan industri bekerja. Mirip dengan pencetakan konvensional, cetak elektronik berlaku lapisan tinta satu di atas yang lain. [2] Jadi pengembangan koheren metode pencetakan dan bahan tinta tugas penting bidang ini.

Manfaat yang paling penting dari pencetakan volume yang fabrikasi murah. Biaya yang lebih rendah memungkinkan digunakan dalam aplikasi yang lebih. [3] Contohnya adalah RFID -systems, yang memungkinkan identifikasi contactless dalam perdagangan dan transportasi. Dalam beberapa domain, seperti dioda pemancar cahaya pencetakan tidak mempengaruhi kinerja. [2] Mencetak pada substrat yang fleksibel memungkinkan elektronik untuk ditempatkan pada permukaan melengkung, misalnya, menempatkan sel surya di atap kendaraan. Lebih biasanya, semikonduktor konvensional membenarkan biaya mereka jauh lebih tinggi dengan memberikan kinerja yang jauh lebih tinggi.

Resolusi, pendaftaran, ketebalan, lubang, bahan [ sunting ]

Resolusi maksimal diperlukan struktur dalam pencetakan konvensional ditentukan oleh mata manusia. Fitur ukuran lebih kecil dari sekitar 20 pM tidak dapat dibedakan oleh mata manusia dan akibatnya melebihi kemampuan proses pencetakan konvensional. [4] Sebaliknya, resolusi yang lebih tinggi dan struktur yang lebih kecil yang diperlukan dalam banyak cetak elektronik, karena mereka secara langsung mempengaruhi kepadatan sirkuit dan fungsi (terutama transistor). Persyaratan yang sama berlaku untuk presisi dengan yang lapisan dicetak di atas satu sama lain (lapisan ke lapisan pendaftaran).

Kontrol ketebalan, lubang, dan kompatibilitas bahan (pembasahan, adhesi, solvasi) sangat penting, tapi penting dalam pencetakan konvensional hanya jika mata dapat mendeteksi mereka. Sebaliknya, kesan visual tidak relevan untuk elektronik dicetak. [5]

Teknologi pencetakan [ sunting ]

Daya tarik dari teknologi pencetakan untuk pembuatan elektronik terutama hasil dari kemungkinan mempersiapkan tumpukan mikro-terstruktur (dengan demikian perangkat film tipis dan) lapisan dalam cara yang lebih sederhana dan hemat biaya dibandingkan dengan elektronik konvensional. [6] Juga, kemampuan untuk melaksanakan fungsi baru atau ditingkatkan (misalnya fleksibilitas mekanik) memainkan peran. Pemilihan metode pencetakan yang digunakan ditentukan oleh persyaratan mengenai lapisan dicetak, dengan sifat bahan cetak serta pertimbangan ekonomi dan teknis dari produk dicetak akhir.

Teknologi pencetakan membagi antara berdasarkan lembar-dan roll-to-roll pendekatan berbasis. Berbasis lembar inkjet dan sablon yang terbaik untuk volume rendah, pekerjaan presisi tinggi. Gravure , mengimbangi dan cetak flexographic lebih umum untuk volume produksi tinggi, seperti sel surya, mencapai 10.000 meter persegi per jam (m² / h). [4] [6] Sementara offset dan cetak flexographic terutama digunakan untuk anorganik [7] [8] dan organik [9] [10] konduktor (yang terakhir juga untuk dielektrik), [11] gravure printing sangat cocok untuk kualitas- lapisan sensitif seperti semikonduktor organik dan semikonduktor / dielectric-interface dalam transistor, karena kualitas lapisan tinggi. [11] Jika resolusi tinggi yang dibutuhkan, gravure juga cocok untuk anorganik [12] dan organik [13] konduktor. Organik transistor efek medan dan sirkuit terpadu dapat dipersiapkan sepenuhnya melalui metode massa cetak. [11]

Printer inkjet yang fleksibel dan serbaguna, dan dapat diatur dengan usaha yang relatif rendah. [14] Namun, printer inkjet menawarkan throughput yang lebih rendah dari sekitar 100 m 2 / jam dan resolusi yang lebih rendah (ca. 50 m). [4] Hal ini juga cocok untuk rendah viskositas , bahan larut seperti semikonduktor organik. Dengan bahan viskositas tinggi, seperti dielektrik organik, dan partikel tersebar, seperti tinta logam anorganik, kesulitan karena penyumbatan terjadi. Karena tinta disimpan melalui tetesan, ketebalan dan dispersi homogenitas berkurang. Menggunakan banyak nozel secara bersamaan dan pra-penataan substrat memungkinkan peningkatan produktivitas dan resolusi masing-masing. Namun, dalam kasus terakhir metode non-cetak harus digunakan untuk langkah pola yang sebenarnya. [15] Inkjet pencetakan adalah lebih untuk semikonduktor organik di organik transistor efek medan (OFETs) dan organik dioda pemancar cahaya (OLED), tetapi juga OFETs sepenuhnya dibuat dengan metode ini telah dibuktikan. [16] Frontplanes [17] dan backplanes [18] dari OLED-display, sirkuit terpadu, [19] sel fotovoltaik organik (OPVCs) [20] dan perangkat lain dapat disiapkan dengan printer inkjet.

Sablon sesuai untuk fabrikasi listrik dan elektronik karena kemampuannya untuk menghasilkan bermotif, lapisan tebal dari bahan pasta seperti. Metode ini dapat menghasilkan melakukan baris dari bahan anorganik (misalnya untuk papan sirkuit dan antena), tetapi juga isolasi dan pasivator lapisan, dimana ketebalan lapisan lebih penting daripada resolusi tinggi. Its 50 m² / h throughput dan resolusi 100 m mirip dengan printer inkjet. [4] metode serbaguna dan relatif sederhana ini digunakan terutama untuk lapisan konduktif dan dielektrik, [21] [22] tetapi juga semikonduktor organik, misalnya untuk OPVCs, [23] dan bahkan OFETs lengkap [17] dapat dicetak.

Aerosol Jet Printing (juga dikenal sebagai Maskless Mesoscale Bahan Deposisi atau M3D) [24] adalah satu lagi teknologi deposisi bahan untuk elektronik dicetak. Proses Aerosol Jet dimulai dengan atomisasi dari tinta, yang dapat dipanaskan hingga 80 ° C, menghasilkan tetesan pada urutan satu sampai dua mikrometer diameter. Tetesan dikabutkan entrained dalam aliran gas dan dikirim ke kepala cetak. Di sini, aliran annular gas bersih yang diperkenalkan sekitar aliran aerosol untuk fokus tetesan menjadi balok ketat collimated bahan. Aliran gas gabungan keluar print head melalui nozzle konvergen yang memampatkan aliran aerosol untuk diameter sekecil 10 pM. Jet tetesan keluar print head dengan kecepatan tinggi (~ 50 meter / detik) dan melanggar pada substrat. Interkoneksi listrik, pasif dan komponen aktif [25] dibentuk dengan memindahkan print head, dilengkapi dengan berhenti mekanik / mulai shutter, relatif terhadap substrat. Pola yang dihasilkan dapat memiliki fitur mulai dari 10 pM lebar, dengan lapisan ketebalan dari puluhan nanometer untuk> 10 m. [26] Sebuah kepala nozzle lebar cetak memungkinkan pola efisien ukuran milimeter fitur elektronik dan aplikasi pelapisan permukaan. Semua pencetakan terjadi tanpa menggunakan ruang vakum atau tekanan dan pada suhu kamar. Kecepatan keluar yang tinggi dari jet memungkinkan pemisahan yang relatif besar antara kepala cetak dan substrat, biasanya 2-5 mm. Tetesan tetap terfokus lebih jarak ini, sehingga kemampuan untuk mencetak pola conformal selama tiga substrat dimensi. Meskipun kecepatan tinggi, proses pencetakan lembut; kerusakan substrat tidak terjadi dan umumnya tidak ada memerciki atau penyemprotan yang berlebihan dari tetesan. [27] Setelah pola selesai, tinta cetak biasanya membutuhkan perawatan pasca untuk mencapai sifat listrik dan mekanik akhir. Pasca perawatan lebih didorong oleh tinta dan substrat kombinasi spesifik daripada proses pencetakan. Berbagai macam bahan telah berhasil disimpan dengan proses Aerosol Jet, termasuk pasta film tebal diencerkan, termoset polimer seperti UV dapat disembuhkan epoxies, dan polimer berbasis pelarut seperti polyurethane dan Polimida, dan bahan biologis. [28]

Pencetakan penguapan menggunakan kombinasi presisi tinggi sablon dengan penguapan bahan untuk mencetak fitur untuk 5 pm . Metode ini menggunakan teknik seperti thermal, e-beam, menggerutu dan teknologi produksi tradisional lainnya untuk deposit bahan melalui bayangan topeng presisi tinggi (atau stensil) yang terdaftar untuk substrat untuk lebih dari 1 mikrometer. Dengan layering desain topeng yang berbeda dan / atau menyesuaikan bahan, handal, sirkuit hemat biaya dapat dibangun additively, tanpa menggunakan photolithography.

Metode lain dengan kesamaan dengan pencetakan, di antaranya percetakan microcontact dan litografi nano-imprint yang menarik. [29] lapisan sini, μm- dan nm berukuran masing-masing, disusun dengan metode yang sama dengan stamping dengan bentuk lunak dan keras, masing-masing. Seringkali struktur yang sebenarnya disusun subtractively, misalnya dengan deposisi masker etch atau dengan proses lift-off. Misalnya, elektroda untuk OFETs dapat disiapkan. [30] [31] Secara sporadis cetak pad digunakan dengan cara yang sama. [32] disebut Kadang cara transfer, di mana lapisan padat ditransfer dari operator untuk substrat, dianggap elektronik dicetak. [33] electrophotography saat ini tidak digunakan dalam elektronik dicetak.

Bahan [ sunting ]

Kedua bahan organik dan anorganik yang digunakan untuk elektronik dicetak. Bahan tinta harus tersedia dalam bentuk cair, untuk solusi, dispersi atau suspensi. [34] Mereka harus berfungsi sebagai konduktor, semikonduktor, dielektrik, atau insulator. Biaya bahan harus cocok untuk aplikasi.

Fungsi elektronik dan printability dapat mengganggu satu sama lain, mewajibkan optimasi hati. [5] Sebagai contoh, berat molekul yang lebih tinggi pada polimer meningkatkan konduktivitas, tapi berkurang kelarutan. Untuk pencetakan, viskositas, tegangan permukaan dan konten padat harus dikontrol ketat. Cross-layer interaksi seperti pembasahan, adhesi, dan kelarutan serta prosedur pengeringan pasca-pengendapan mempengaruhi hasilnya. Aditif sering digunakan dalam tinta cetak konvensional tidak tersedia, karena mereka sering mengalahkan fungsi elektronik.

Sifat material sangat menentukan perbedaan antara cetak dan elektronik konvensional. Bahan cetak memberikan keuntungan yang menentukan samping printability, seperti fleksibilitas mekanik dan penyesuaian fungsional dengan modifikasi kimia (misalnya warna cahaya dalam OLEDs). [35]

Konduktor dicetak menawarkan konduktivitas dan biaya mobilitas pembawa lebih rendah. [36]

Dengan beberapa pengecualian, bahan tinta anorganik dispersi dari logam atau semikonduktor mikro dan nano-partikel. Nanopartikel semikonduktor yang digunakan meliputi silikon [37] dan semikonduktor oksida. [38] Silicon juga dicetak sebagai prekursor organik [39] yang kemudian diubah oleh pirolisis dan anil ke dalam silikon kristal.

PMOS tapi tidak CMOS mungkin dalam elektronik dicetak. [40]

Bahan organik [ sunting ]

Elektronik dicetak organik mengintegrasikan pengetahuan dan perkembangan dari pencetakan, elektronik, kimia, dan ilmu material, terutama dari kimia organik dan polimer. Bahan organik di bagian berbeda dari elektronik konvensional dalam hal struktur, operasi dan fungsi, [41] yang mempengaruhi perangkat dan sirkuit desain dan optimasi serta metode fabrikasi. [42]

Penemuan polimer terkonjugasi [36] dan perkembangan mereka menjadi bahan larut tersedia bahan tinta organik pertama. Bahan dari kelas ini polimer berbagai Memiliki melakukan , semikonduktor , electroluminescent , fotovoltaik dan properti lainnya. Polimer lain yang banyak digunakan sebagai isolator dan dielektrik .

Dalam bahan organik yang paling, transportasi lubang lebih difavoritkan daripada transpor elektron. [43] Studi terbaru menunjukkan bahwa ini adalah fitur spesifik semikonduktor organik / dielectric-interface, yang memainkan peran utama dalam OFETs. [44] Oleh karena itu, tipe-p perangkat harus mendominasi tipe-n perangkat. Daya tahan (resistensi terhadap dispersi) dan seumur hidup kurang dari bahan konvensional. [40]

Semikonduktor organik meliputi konduktif polimer poli (3,4-etilena dioxitiophene), diolah dengan poli ( styrene   sulfonat ), ( Pedot: PSS ) dan poli ( anilin ) (PANI). Kedua polimer yang tersedia secara komersial di formulasi yang berbeda dan telah dicetak menggunakan inkjet, [45] layar [21] dan cetak offset [9] atau layar, [21] flexo [10] dan gravure [13] printing, masing-masing.

Semikonduktor polimer diproses menggunakan pencetakan inkjet, seperti poli (thiopene) s seperti poli (3-hexylthiophene) (P3HT) [46] dan poli (9,9-dioctylfluorene co-bithiophen) (F8T2). [47] Bahan yang terakhir juga telah gravure dicetak. [11] polimer electroluminescent yang berbeda digunakan dengan pencetakan inkjet, [15] serta bahan aktif untuk photovoltaics (misalnya campuran dari P3HT dengan fullerene derivatif), [48] yang sebagian juga dapat disimpan dengan menggunakan sablon (misalnya campuran poli (phenylene vinylene) dengan derivatif fullerene). [23]

Isolator organik dan anorganik dicetak dan dielektrik ada, yang dapat diproses dengan metode pencetakan yang berbeda. [49]

Bahan anorganik [ sunting ]

Elektronik anorganik menyediakan sangat memerintahkan lapisan dan interface yang bahan organik dan polimer tidak dapat menyediakan.

Perak nanopartikel digunakan dengan flexo, [8] diimbangi [50] dan inkjet. [51] Emas partikel digunakan dengan inkjet. [52]

AC electroluminescent (EL) menampilkan multi-warna dapat menutupi puluhan meter persegi, atau dimasukkan dalam tampilan jam dan menampilkan instrumen. Mereka melibatkan enam sampai delapan dicetak lapisan anorganik, termasuk fosfor tembaga yang diolah, pada substrat plastik film. [53]

Sel CIGS dapat dicetak langsung ke molibdenum   dilapisi   lembar kaca .

Sebuah dicetak gallium arsenide germanium sel surya menunjukkan 40,7% efisiensi konversi, delapan kali dari sel-sel organik terbaik, mendekati kinerja terbaik dari silikon kristal. [53]

Substrat [ sunting ]

Dicetak elektronik memungkinkan penggunaan substrat yang fleksibel, yang menurunkan biaya produksi dan memungkinkan pembuatan sirkuit mekanis fleksibel. Sementara inkjet dan sablon biasanya membekas substrat kaku seperti kaca dan silikon, metode massa cetak hampir secara eksklusif menggunakan foil fleksibel dan kertas. Poli (etilena tereftalat) -foil (PET) adalah pilihan umum, karena biaya rendah dan stabilitas suhu cukup tinggi. Poli (etilena naphthalate) - (PEN) dan poli (imida) -foil (PI) adalah kinerja yang lebih tinggi, alternatif biaya yang lebih tinggi. Kertas 's biaya rendah dan aplikasi berjenis membuat substrat yang menarik, namun, kekasaran tinggi dan serap besar membuatnya bermasalah untuk elektronik. [50]

Kriteria substrat penting lainnya adalah kekasaran rendah dan keterbasahan cocok, yang dapat disetel sebelum pengobatan dengan menggunakan coating atau debit Corona . Berbeda dengan pencetakan konvensional, serap tinggi biasanya menguntungkan.

Aplikasi [ sunting ]

Cetak elektronik yang digunakan atau dipertimbangkan untuk:

Perusahaan Norwegia Thinfilm berhasil menunjukkan roll-to-roll dicetak memori organik pada tahun 2009. [54] [55] [56] [57]

Pengembangan standar dan kegiatan [ sunting ]

Standar teknis dan inisiatif roadmapping dimaksudkan untuk memfasilitasi rantai nilai pembangunan (untuk berbagi spesifikasi produk, karakterisasi standar, dll) Strategi ini pengembangan standar mencerminkan pendekatan yang digunakan oleh elektronik berbasis silikon selama 50 tahun terakhir. Inisiatif meliputi:

telah menerbitkan standar tiga untuk elektronik dicetak. Ketiga telah diterbitkan bekerjasama dengan Kemasan dan Sirkuit Asosiasi Jepang Elektronik (JPCA):

  • IPC / JPCA-4921, Persyaratan untuk Printed Electronics Bahan Dasar

  • IPC / JPCA-4591, Persyaratan untuk Printed Electronics Fungsional Bahan Konduktif

  • IPC / JPCA-2291, Pedoman Desain untuk Printed Electronics

Standar-standar ini, dan lain-lain dalam pembangunan, merupakan bagian dari IPC Printed Electronics Initiative.


Sepasang:tinta konduktif Berikutnya:pencetakan logam nano cair diatur untuk merevolusi elektronik