新一代的印制電子電路是包含了電子連接線路和元件的組件，會(huì)替代傳統(tǒng)的印制電路板再安裝元器件的功能。噴墨打印技術(shù)和噴印材料將成為印制電子技術(shù)的基礎(chǔ)課題。
清潔生產(chǎn)是印制電路版(PCB)行業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必由之路。為應(yīng)對(duì)環(huán)保與成本乃至效率的多重壓力，印制電子技術(shù)作為一種高效、低耗、節(jié)能、環(huán)保的工藝技術(shù)成為業(yè)內(nèi)人士關(guān)注的焦點(diǎn)。
印制電子技術(shù)讓PCB“綠”起來(lái)
目前PCB行業(yè)的環(huán)境和資源問題以及可持續(xù)發(fā)展問題被擺到了前所未有的戰(zhàn)略高度。中國(guó)PCB工業(yè)的發(fā)展必須加強(qiáng)治理，使之走上清潔生產(chǎn)的循環(huán)經(jīng)濟(jì)軌道，PCB行業(yè)才能成為資源節(jié)約型、環(huán)境友好型的行業(yè)。因此，PCB企業(yè)必須積極面對(duì)這個(gè)形勢(shì)，加速對(duì)傳統(tǒng)PCB生產(chǎn)進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)革命，真正實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，甚至無(wú)污染生產(chǎn)。中國(guó)印制電路行業(yè)協(xié)會(huì)(CPCA)顧問林金堵表示，印制電子(數(shù)字噴墨打印)技術(shù)將引領(lǐng)PCB工業(yè)走上“綠色生產(chǎn)”的康莊大道。目前，世界上一些發(fā)達(dá)的國(guó)家已經(jīng)投入巨資來(lái)研究和開發(fā)這項(xiàng)技術(shù)。
上海美維科技有限公司高級(jí)工程師龔永林對(duì)印制電子做了進(jìn)一步解釋，他介紹說(shuō)，印制電路板常規(guī)制造工藝是銅箔蝕刻法，也稱減成法。它是用覆銅箔層壓板為基板，經(jīng)網(wǎng)版印刷或光致成像形成抗蝕線路圖形，由化學(xué)蝕刻得到電路；若是雙面或多層PCB還要進(jìn)行孔金屬化與電鍍，實(shí)現(xiàn)層間電路互連。因此，PCB制造過程復(fù)雜、工序多，勢(shì)必耗用大量的水與電，也會(huì)耗用許多銅與化學(xué)品材料，產(chǎn)生大量的廢水和污染物。電子設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)是多功能、小型化、環(huán)保型和低成本，這就相應(yīng)要求為其配套的PCB高密度、輕薄化、環(huán)保型和低成本，傳統(tǒng)的PCB工藝和產(chǎn)品顯然難以達(dá)到新一代要求。目前歐美、日本、韓國(guó)以及我國(guó)臺(tái)灣等地正在興起一項(xiàng)PCB技術(shù)革命——印制電子(PrintedElec-tronic)或印制電子電路(PEC：PrintedElectronicCircuit)，也稱為加成法。此項(xiàng)革命性的新技術(shù)是采用功能性油墨直接在絕緣基材上印制出電子電路，如在撓性有機(jī)薄膜上印刷導(dǎo)電油墨得到導(dǎo)電線路，印刷半導(dǎo)體油墨得到晶體管或存儲(chǔ)器元件等。這種新一代的印制電子電路是包含了電子連接線路和元件的組件，會(huì)替代傳統(tǒng)的印制電路板再安裝元器件的功能。
不能再跟在別人后面
中國(guó)印制電路行業(yè)協(xié)會(huì)秘書長(zhǎng)王龍基表示，自從印制電路板誕生之日起，半個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，大家夢(mèng)寐以求的就是能夠把工藝制造中的減成法，用加成法取代。目前該技術(shù)在工藝、材料和設(shè)備方面都取得了進(jìn)展。面對(duì)這一情況，我們是坐等歐美、日、韓做出成果以后再引進(jìn)，還是自己加緊研發(fā)、迎頭趕上？這是一個(gè)原則問題。他表示，國(guó)內(nèi)很多企業(yè)都期盼著能夠早日采取加成法工藝，尤其是撓性印制電路板的企業(yè)，他們希望用噴墨打印的技術(shù)來(lái)替代字符印刷及阻焊印刷，然后再進(jìn)行線路形成。這不僅可以大大減少用硬板工藝對(duì)撓性板加工中產(chǎn)生的廢料，而且可以極大地減少工序，縮短生產(chǎn)周期。“加成法工藝的實(shí)現(xiàn)，將是我們行業(yè)的一場(chǎng)工藝大革命。”王龍基表示。
目前，中國(guó)的PCB企業(yè)從規(guī)模和資金等各方面來(lái)看與國(guó)際大的集團(tuán)公司相比還有一定的差距，不可能由一個(gè)企業(yè)單獨(dú)承擔(dān)起加成法工藝中的漿料、設(shè)備和試制的全部工作。
因此，采用強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)手、分工合作、共同研制是一種好的方法和形式。王龍基告訴記者，中國(guó)印制電路行業(yè)協(xié)會(huì)最近在珠海召開了“印制電子研討會(huì)”，成立了“印制電子產(chǎn)學(xué)研聯(lián)盟”，并分成設(shè)備組、材料組、工藝組、信息組和規(guī)劃組等幾個(gè)小組。這個(gè)聯(lián)盟首要的目標(biāo)是攻克噴墨打印技術(shù)，將噴墨打印技術(shù)首先應(yīng)用在撓性板的字符和阻焊上。“中國(guó)PCB行業(yè)絕對(duì)不能再依賴引進(jìn)設(shè)備、材料、工藝以及技術(shù)求發(fā)展，絕對(duì)不能總跟在別人后面，用高價(jià)購(gòu)買別人的成果，這樣我們將永遠(yuǎn)落后、永遠(yuǎn)被動(dòng)、永遠(yuǎn)軟弱。我們必須大力開展具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的研發(fā)、試制、創(chuàng)新，迎頭趕上日本、歐美。”王龍基說(shuō)，“我們應(yīng)該動(dòng)員更多的大專院校和企業(yè)，組成更多的‘產(chǎn)學(xué)研’聯(lián)盟，提升中國(guó)PCB行業(yè)的技術(shù)水平，擁有更多自己的專利、自己的技術(shù)、自己研制的材料和設(shè)備。使中國(guó)的PCB工業(yè)盡快躋身世界最先進(jìn)行列。”
對(duì)設(shè)備和材料提出新要求
印制電子技術(shù)的取向是多元化的，目前這種技術(shù)還主要是對(duì)噴印技術(shù)和可以噴印的納米材料的研究。按照產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展軌跡看，噴墨打印技術(shù)將成為印制電子的核心工藝技術(shù)，因此噴墨打印技術(shù)和噴印材料將成為印制電子技術(shù)的基礎(chǔ)課題。
天津普林研發(fā)中心陳永生介紹說(shuō)，目前噴墨打印技術(shù)可以支持的分辨率已經(jīng)由之前的200dpi-300dpi發(fā)展到1000dpi。這樣的能力就可以實(shí)現(xiàn)10um的導(dǎo)電通道，這種能力如應(yīng)用于HDI(高密度線路板)產(chǎn)品，其可搭載的線路將不到0.1um，也就是說(shuō)傳統(tǒng)的印制電子技術(shù)與集成電路的要求已經(jīng)有上百倍的技術(shù)需求差異。那么噴印技術(shù)所面臨的首要問題就是如何提高其分辨率，達(dá)到與集成電路相近的解析度。另外，與三維電路技術(shù)相比較，目前的噴印還只是二維的平面，要想擴(kuò)大噴印技術(shù)的應(yīng)用范圍，三維噴印解決方案也必不可少。所以，印制電子技術(shù)的突破首先是噴墨打印技術(shù)的突破，是設(shè)備功能的突破。
印制電子技術(shù)的材料也是一個(gè)幾近全新的領(lǐng)域，不管是導(dǎo)體材料、絕緣材料還是半導(dǎo)體材料，最基本的要求就是可以用噴印的方式形成一定物理特性的導(dǎo)體或絕緣及半導(dǎo)體層。據(jù)了解，噴印材料整體上必須具備以下幾個(gè)特性：UV固化和低溫?zé)Y(jié)，低體積收縮，高附著力，高可高性，低電阻率和低 Dk、Df，環(huán)保、低成本。所有這些要求對(duì)傳統(tǒng)的電子材料制造商是機(jī)遇也是很大的挑戰(zhàn)。
非導(dǎo)電的絕緣和半導(dǎo)體材料是屬于UV固化的，能夠在操作環(huán)境中保持其穩(wěn)定性(主要是黏度和表面張力以及觸變性)來(lái)保證精確的噴印效果。陳永生介紹說(shuō)，目前以環(huán)氧樹脂為基礎(chǔ)主要材料的研究取得了一些成果，但在產(chǎn)業(yè)化的路上還沒有很成功的案例。作為電阻、電容、電感的石墨、 BaTiO3及Fe3O4等半導(dǎo)體材料的噴印能夠取代無(wú)源元件的埋嵌，可以在很大程度上降低可埋元件的技術(shù)成本和生產(chǎn)投入。噴印的導(dǎo)電材料必須具備納米級(jí)的金屬顆粒、不在噴印前沉積和低溫?zé)Y(jié)的特性?，F(xiàn)有的噴印技術(shù)可形成10um左右厚度的銀導(dǎo)電層，其他的導(dǎo)電金屬材料納米化噴印油墨的研究成果披露還比較少。
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