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革命性的电子技术——柔性电子

2020年06月24日 09:46来源:未知手机版

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柔性电子制造的关键包括制造工艺、基板和材料等,其核心是微纳米图案化(Micro- and Nanopatterning)制造,涉及机械、材料、物理、化学、电子等多学科交叉研究。

柔性电子以其独特的柔性/延展性以及高效、低成本制造工艺,在信息、能源、医疗、国防等领域具有广泛应用前景,如柔性电子显示器、有机发光二极管OLED、印刷RFID、薄膜太阳能电池板、电子报纸、电子皮肤(Skin Patches)/人工肌肉等。

>柔性电子除整合电子电路、电子组件、材料、平面显示、纳米技术等领域技术外,同时横跨半导体、封测、材料、化工、印刷电路板、显示面板等产业,可协助传统产业,如塑料、印刷、化工、金属材料等产业的转型,提升产业附加值,因此柔性电子技术的发展必将为产业结构和人类生活带来革命性的变化。

柔性电子技术是一场全新的电子技术革命,引起全世界的广泛关注并得到了迅速发展。美国《科学》杂志将有机电子技术进展列为2000年世界十大科技成果之一,与人类基因组草图、科隆技术等重大发现并列。美国科学家艾伦黑格、艾伦?马克迪尔米德和日本科学家白川英树由于他们在导电聚合物领域的开创性工作而获得2000年诺贝尔化学奖。

柔性电子与传统电子制造的区别

>目前电子产业基本上都是属于传统的半导体产业,制造用到的设备相当庞大,且费用高昂,制造效率低;整个柔性电子的概念是希望能够把传统半导体产品、组件及线路用印刷的方式来替代。主要从三方面来看柔性电子与传统电子电路不同之处:

(1)应用前景

一旦将很柔软的基材应用在设计方面或把线路做成无形的或可折迭的东西,那就跟传统的硬式基材有很大的不同。

(2)制造成本

采用卷到卷印刷工艺,并且在材料的使用上也可避免像光刻技术浪费95%以上材料的问题,而采用印刷方式印制上去的面积则等同于使用的面积,其使用率在90% 以上,以长期发展角度来看,印刷方式会比传统光刻技术的成本低很多;硅CMOS晶元一般造价为10$/cm2,复合半导体甚至更贵,柔性电子实现的理想造价为0.1$/cm2,从造价就可以看出柔性电子的巨大优势。

(3)投资角度

传统的半导体厂动不动就要数十亿甚至上百亿的投资,但印刷的方式就像传统的印刷只要投资数千万就可把基本的规模建立起来。要强调的是印刷所要用的油墨跟传统的印刷不一样,需要特别研制,开发初期成本由于量少也比较高,但批量生产后成本就会变得较低廉了。

柔性电子系统的结构和材料

柔性电子技术虽然可应用于不同领域,但是其基本结构相似,至少包含以下4个部分:电子元器件、柔性基板fflexible substrate)、交联导电体finterconnect)和黏合层。

>柔性电子系统结构

以下分别介绍柔性电子系统结构的4个主要部分。

1、电子元器件

电子元器件是柔性电子产品的基本组成部分,包括电子技术中常用的薄膜晶体管、传感器(sensor)等。

这些电子元器件与传统电子技术的元器件没有本质差别,部分元器件采用无机半导体材料(如硅),由于其材质较脆,在变形过程中易于发生脆断,所以它们通常不直接分布在电路板上,而是先安放在刚性的微胞元岛(cell island)上,然后承载元器件的微胞元岛再分布在柔性基板上,这样做的好处在于有利于保护电子元器件,避免其在弯曲过程中损坏。当然,有些电子元器件也可以直接分布在柔性基板上,例如部分薄膜晶体管,由于自身特性,可以直接承受一定的应变而不影响其功能。

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