CC BY
68
Печатная электроника. Достижения и проблемы
И.Н. Волобуева, A.A. Романова1,
студентки группы ДЦуи-3-1
Печатная электроника - одна из самых новых тем в технологии сегодня. Термин «печатная электроника» используется для обозначения технологии, которая позволяет печатать электронику на обычных носителях (например, бумаге, пластмассе и ткани), используя стандартные процессы печати. Чтобы напечатать активные устройства, например тонкие пленочные транзисторы, вместо печатной краски используется семейство электрических функциональных электронных чернил.
Существующие высокотехнологичные способы печати делают возможным увеличение производства электронных элементов от 10 тысяч до 100 тысяч раз по сравнению с традиционными технологиями изготовления компонентов на базе кремния с применением травления или напыления в сочетании с фотолитографией.
Для изготовления печатных полимерных электронных элементов применяются материалы с соответствующими свойствами. Их можно разделить на три основные группы: проводники, полупроводники и изоляторы. Проблема нанесения материалов на подложку одинакова для всех трех групп. Она делится на две части. Первая - создание полимерного материала с заданными электрическими функциями. Разработки таких материалов ведутся в химических исследовательских учреждениях. Промышленный выпуск материалов осуществляется химическими фирмами. Вторая часть - нанесение на подложку созданных и промышленно выпускаемых полимерных материалов как обычных печатных красок.
Первым в мире предприятием, которое изготовило электронные схемы полностью с применением промышленного способа печати, является немецкая фирма Printed Systems GmbH.
1 Научный руководитель — О.М. Михайлова, доцент, к.т.н.
По способам применения печатная электроника делится на три категории. Первая - печать крупных дисплеев на жестких и гибких материалах. Главное направление - органические светоизлучающие диоды (Organic Light Emitting Diodes, OLED), по прогнозам, вполне способные потеснить современные телевизионные и компьютерные LED-экраны за счет меньшей стоимости и повышенной прочности.
Вторая категория - замена отдельных электронных компонентов отпечатанными аналогами, что сокращает затраты и дает готовое решение за один прогон. Многие устройства уже печатают полностью или частично, в основном струйным способом, отчасти флексографской и глубокой печатью: фотодефекторы, гальванические фотоэлементы, соленоиды, тонкие транзисторные схемы на пленке, батареи и т. д.
Третья (возможно, самая объемная) категория - электронные метки радиочастотной идентификации (RFID) (рис. 1). Вокруг них строится будущее логистики и розничной торговли. Предполагается, что радиометки заменят штриховое кодирование, выполняя функции идентификации и отслеживания продукции. RFID-технологии широко применяются для маркировки дорогой продукции, но пока стоимость метки приближается к доллару.
Рис. 1. Электронные радиочастотные метки
Ученые из Xerox разработали токопроводящие чернила, открывающие возможность нанесения электронных схем практически на любой материал, включая ткань, пластиковые листы и полимерную пленку. Краска на основе наночастиц серебра может быть применена в электронике и оптоэлектронных приложениях для создания гибких и растягивающихся микроэлектродов, передающих сигналы от одного элемента цепи к другому. Печатные микроэлектроды могут выдерживать неоднократные сгибания и растяжения с минимальным изменением их электрических свойств. В отличие от чернильной и трафаретной печати, данный подход дает возможность печатать микроэлектроды не только в плоскости подложки, но и позволяя им непосредственно пересекать существовавшие до этого структуры через формирование перекрывающих арок. В традиционных схемах обычно требуются изоляционные слои или обводные матрицы электродов. Для производства печатных схем исследователи сначала готовят высоко концентрированную краску из наночастиц серебра. Затем краска выдавливается на рабочую поверхность через отверстие цилиндрического наконечника, установленного в трехосной системе микропозиционирования, которая, в свою очередь, управляется с помощью компьютерной программы. Сегодняшние струйные принтеры уже позволяют «печатать» пластиковые транзисторы.
В ближайшие три-пять лет появится возможность «печатать» изделия электроники как обои. На таких пластиковых «обоях» будут создаваться полноцветные экраны и дисплеи, солнечные батареи и осветительные панели на СИД белого свечения, электронная бумага и многое другое. Новые изделия электроники на базе полимерных материалов, которые появятся в ближайшем десятилетии, революционным образом изменят условия эксплуатации электронного оборудования, расширят возможности информационных технологий, создадут предпосылки перехода на новые принципы организации, обучения, быта и развлечений.
