印刷電子之機會與挑戰(上)

 

刊登日期:2014/12/5
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前言
印刷電子( Printed Electronics )是透過印刷製程將電路、感應器、元件及各種電子產品製造出來。它的優點是製程簡單、設備便宜、可卷對卷 ( Roll-to-roll ) 連續大量生產、可用紙或PET等便宜的基材、可大面積製作,不需 Mask(光罩或遮罩)或 Mask製作快速且便宜,且近年來印刷製程效率與精度不斷提升,因此極有潛力取代目前廣泛應用於電子、半導體產業中的蝕刻( Etching )與薄膜製程 ( Thin-film )。

但是印刷電子亦有它目前所遭遇的問題,例如功能性較差(例如電子傳輸性、導電性、耐熱性等)、耐環境性較差、集線密度較低,因此在設計元件或製程時,就需避開上述缺點,選擇優點。根據 IHS Displaybank 預測,具大量生產性的印刷電子製程技術與應用市場將在2015年起大幅成長。印刷電子所創造的應用市場規模在 2013年已達 33億美元,預計在 2020年將成長至 243億美元,年平均成長率達到 47%。依據 IDTechEX 2012預測,印刷電子市場在未來十年將可增長到超過500億美元的規模,其中太陽光電、顯示技術和邏輯應用(指記憶體和電晶體)所佔比率最大。市場將從 2018年開始快速成長,且規模將於 2026年追過無機矽半導體產業,達 2,500億歐元(圖一)。其各領域市場預測如圖二。


圖二、印刷電子各領域市場預測

噴墨列印
噴墨列印是透過噴墨頭將墨水直接數位印刷在基材上,具精度高、不需遮罩、非接觸式印刷不汙染或損傷基材等優點,也是最省能、省料的印刷製程。噴印製程的基本要素為墨水、噴墨頭與機台。三者須搭配無間,才能達到高功能、高品質的噴印產品。

噴墨主要分為兩種型式:連續式與需求式( Drop on Demand; DOD )。印刷電子產業皆採用需求式噴墨系統,透過壓電(Piezo)、熱機( Thermal )、靜電、聲學或高壓氣化等方式,給予墨水動能,使其可經過噴墨頭微孔,噴印於基材上。圖五為三種驅動方式的噴印頭設計。壓電式噴墨頭為目前工業界應用最廣的噴印設備,由於是液滴成像,適合列印大面積圖案,但在要求精度極高且需連續噴印成導線的應用上,壓電式噴印頭就略顯精度不足的問題,如圖六。


圖五、三種驅動方式的噴印頭設計(a)壓電式設計;(b)高壓氣化式設計;(c)靜電式設計

凹版印刷
凹版印刷製程如圖十一所示,是指在印版凹陷之印紋處著墨,印刷時利用刮刀將印版上的油墨刮除,僅餘凹陷部分印在被印物之上,形成圖案。凹版印刷優點有印刷精度佳、油墨層濃厚、色彩表現度高、版面耐度強、適合大量印刷、基材選擇性高、可由印版凹槽深度調整色彩飽和度。不過因金屬印輪製版費昂貴、製版工作較為複雜、數量少的印件不適合。由於印刷精度高,且印膜厚度可調整的優點,故電子廠商已利用此製程印刷精密導線。工研院電光所與日本小森公司共同開發觸控面板邊端導線凹印製程技術,已可量產線寬/線距30/30 μm之觸控面板邊端導線
……以上內容為重點摘錄,如欲詳全文請見原文。

作者:段啟聖/工研院材化所
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