從IdtechEX Show 看軟性電子的新材料發展

 

刊登日期:2017/4/26
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黃淑娟/工研院材化所

前言
IdtechEX Show USA 為每年在Santa Clara舉辦的大型展覽與綜合研討會,會議與展覽皆圍繞著Ubiquitous Electronics及High Power Electrical Engineering兩大系統的材料與製程技術。同步舉辦的會議包含印刷電子、穿戴式電子、電動車、新儲能、能源採集(Energy Harvesting)、3D列印、石墨烯與2維材料、感測及IoT等主題。講者則來自IdtechEX 的市場技術分析師、新創公司CTO以及各大科技廠的管理階級,而於研討會發表的公司亦大多於展覽場上同步展示該公司最新的技術及產品。

可撓、伸縮、可印刷與感測之新材料與技術的蓬勃發展,賦予電子產品更多樣的造型(Form Factor)與設計自由度,並朝向智慧與網路串聯系統化。依據IDtechEX產業分析,軟性電子產品主要包括軟性顯示器及具多樣造型及型態的感測器,預期於2026年前者市場可達336億美元,而後者則可達78億美元。其中可伸縮電子產品,如e-textile及智慧衣著的市場則預期將由150萬美元(2015年)成長至30億美元(2026年)。在獨立能源的開發上,採集微弱再生能源(如RF、電容、熱電、壓電、震動….)再轉化電能應用為科技電子的新需求。在可撓/印刷電子材料的開發上,以導電漿料(包含透明導電材料、可撓導電材料)、高性能彈性體、奈米碳材為新材料開發的重點。

會議重點精摘
1. 用於穿戴電子的新基材或封裝材料
Panasonic 發表可伸縮材料技術,熱塑 TPU材料雖具有一定的回彈性與良好的拉伸性,但耐溫性不佳,而熱固型的矽膠雖耐溫性佳,但附著與彈性不佳,該公司開發的熱固型彈性環氧樹脂具有良好的回彈性、耐溫性與附著力(表一),不僅適用於民生穿戴電子,賦予使用者更舒適的感受,也適用於工業應用。以此材料為基材,網印以具彈性的樹脂為Binder的銀漿,可製作具有拉伸性的導線線路 (圖一);此外,也可利用奈米碳管網絡具有一定拉伸穩定度的特性,製作可伸縮的透明導電膜(圖二)。在加工製程上,藉由環氧樹脂B Stage固化的特性,可在IC Chip上熱壓塑型,也可利用熱壓貼合製程,將此材料貼附在布料等軟性基材上。


圖一、可拉伸的導電線路
圖一、可拉伸的導電線路

Hitachi 發表壓克力系的可伸縮材料,主要特點包括良好附著性、高回彈性、高拉伸性、低模數、耐水性(表二)。產品具有液態及薄膜兩種類型,在加工上藉由UV 固化可進行貼合或封裝。在耐用性上,Hitachi以可伸縮的LED模組進行驗證(圖三),並通過以下測試:以彎折曲率3mm、彎折角度180∘測試1,000次;拉伸率20%,測試100次;50m 深水壓下可做動;水洗100次後,仍可點亮 (JIS L0217);機器洗脫烘測試,15次 (以薄膜型態產品貼合封裝)。

圖三、測試用可伸縮LED模組
圖三、測試用可伸縮LED模組

Polymatech發表可利用紫外光固化的防濕封裝材,具有膜材及液態兩種,與Hitachi及Panasonic相比,其防濕性更佳,其特性如圖四所示。

Toyobo發表用於可伸縮導線的銀漿,將其網印於PU基材上測試,具有在20%伸長率下反覆拉伸亦不會導致電阻大幅上揚的伸縮特性(圖五)。用於穿戴電子上,若表面有封裝保護,可耐水洗達120次---以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。


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