Electrónica impresa

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Impresión en huecograbado de estructuras electrónicas en papel.

Electrónica impresa es un conjunto de impresión métodos utilizados para crear los dispositivos eléctricos en los varios substratos. Impresión típicamente utiliza equipos de impresión comunes adecuados para definir patrones de material, tales como impresión de la pantalla, flexografía, fotograbado, litografía offset, y chorro de tinta. Estándares de la industria electrónica, estos son procesos de bajo costos. Tintas electrónicas u ópticas eléctricamente funcionales se depositan en el substrato, creando dispositivos activos o pasivos, tales como transistores de película delgada o resistencias. Electrónica impresa se espera facilitar electrónica generalizada, muy bajo coste, bajo rendimiento para aplicaciones tales como pantallas flexibles, Etiquetas inteligentes, carteles decorativos y animadas y activa ropa que no requieren de alto rendimiento.[1]

El término electrónica impresa se relaciona con electrónica orgánica o electrónica de plástico, en el cuales una o más tintas están constituidos por compuestos a base de carbono. Estos otros términos se refieren al material de la tinta, que puede ser depositado por procesos basados en la solución, basada en vacío u otros. Electrónica impresa, en cambio, especifica el proceso y, conforme a los requisitos específicos del proceso de impresión seleccionado, puede utilizar cualquier material a base de solución. Esto incluye semiconductores orgánicos, inorgánicos semiconductores, los conductores metálicos, nanopartículas, nanotubos, etc..

Para la preparación de la electrónica impresa se emplean casi todos los métodos de impresión industriales. Similar a la impresión convencional, electrónica impresa aplica capas de tinta uno encima de otro.[2] para que el desarrollo coherente de métodos de impresión y tinta materiales son tareas esenciales del campo.

El beneficio más importante de la impresión es volumen de bajo costo de fabricación. El costo más bajo permite el uso en más aplicaciones.[3] Un ejemplo es RFID-sistemas, que permiten la identificación sin contacto en comercio y transporte. En algunos dominios, tales como diodos emisores de luz impresión no afecta el rendimiento.[2] Impresión en sustratos flexibles permite electrónica ser colocado sobre superficies curvas, por ejemplo, poner las células solares en techos de vehículos. Más típicamente, semiconductores convencionales justifican sus costos mucho más altos proporcionando un rendimiento mucho más alto.

Electrónica impresa y convencional como tecnologías complementarias.

Contenido

  • 1 Resolución, registro, grueso, agujeros, materiales
  • 2 Tecnologías de impresión
  • 3 Materiales
    • 3.1 Materiales orgánicos
    • 3.2 Materiales inorgánicos
    • 3.3 Sustratos
  • 4 Aplicaciones
  • 5 Actividades y elaboración de normas
  • 6 Véase también
  • 7 Referencias
  • 8 Enlaces externos

Resolución, registro, grueso, agujeros, materiales

La máxima necesaria resolución de estructuras en la impresión convencional está determinada por el ojo humano. Característica tamaños más pequeños que aproximadamente 20 µm no se pueden distinguir por el ojo humano y por lo tanto superan las capacidades de los procesos de impresión convencionales.[4] En contraste, mayor resolución y estructuras más pequeñas son necesarias en tanto impresión electrónica, porque afectan directamente la densidad circuito y funcionalidad (especialmente transistores). Un requisito similar sostiene por la precisión con que se imprimen las capas uno encima del otro (a la capa de registro).

Control de espesor, agujeros y compatibilidad material (humectantes, adherencia, solvatación) son esenciales, pero importa en la impresión convencional sólo si el ojo puede detectarlos. Por el contrario, la impresión visual es irrelevante para la electrónica impresa.[5]

Tecnologías de impresión

La atracción de la tecnología de impresión para la fabricación de electrónica resulta principalmente de la posibilidad de preparar las pilas de capas micro-estructurada (y dispositivos de tal modo película delgada) de una manera mucho más sencilla y rentable en comparación a la electrónica convencional.[6] Además, la capacidad de implementar nuevas o mejoradas funcionalidades (e.g. flexibilidad mecánica) desempeña un papel. La selección del método de impresión utilizado es determinada por los requisitos relativos a las capas impresas, por las propiedades de los materiales impresos, así como las consideraciones económicas y técnicas de los productos impresos finales.

Tecnologías de impresión dividen entre la base de la hoja y rollo a rollo-enfoques basados en. Base de la hoja chorro de tinta y la impresión de la pantalla son los mejores para el trabajo de bajo volumen, de alta precisión. Fotograbado, offset y impresión flexográfica está más común para la producción de alto volumen, tales como las células solares, llegando a 10,000 metros cuadrados / hora (m²/h).[4][6] Mientras offset y flexografía se utilizan principalmente para inorgánicos[7][8] y orgánicos[9][10] los conductores (este últimos también para dieléctricos),[11] fotograbado la impresión es especialmente conveniente para las capas sensibles a la calidad como semiconductores orgánicos y semiconductores o dieléctrico-interfaces en transistores, debido a la calidad de capa alta.[11] En relación con la alta resolución, es también conveniente para inorgánicos[12] y orgánicos[13] conductores. Orgánica transistores de efecto de campo y circuitos integrados puede ser preparado completamente por medio de métodos de impresión de masa.[11]

Inyección de tinta es flexibles y versátiles y se puede configurar con relativamente poco esfuerzo. Inyección de tinta es probablemente el método más comúnmente utilizado.[14] Sin embargo, inyección de tinta ofrece througput inferior de unos 100 m2/ h y una resolución más baja (aprox. 50 µm).[4] Es muy adecuado para bajoviscosidad, materiales solubles como semiconductores orgánicos. Con materiales de alta viscosidad, como orgánicos dieléctricos y partículas dispersas, como tintas metálicas inorgánicas, surgir dificultades debido a la obstrucción de la boquilla. Porque la tinta se deposita mediante gotas, homogeneidad grueso y dispersión se reduce. Usando muchos inyectores simultáneamente y la estructuración del sustrato permiten mejoras en la productividad y la resolución, respectivamente. Sin embargo, en este último caso no imprimibles métodos deben ser empleados para el paso de los patrones reales.[15] Impresión de inyección de tinta es preferible para semiconductores orgánicos en transistores de efecto campo orgánicos (OFETs) y orgánicos diodos emisores de luz (OLEDs), pero también se han demostrado OFETs totalmente preparados por este método.[16] Frontplanes[17] y bases de[18] de OLED-pantallas, circuitos integrados,[19] células fotovoltaicas orgánicas (OPVCs)[20] y otros dispositivos pueden ser preparadas con inyección de tinta.

Impresión de la pantalla es apropiada para la fabricación de equipos eléctricos y electrónicos debido a su capacidad para producir estampadas, gruesas capas de materiales pastosos. Este método puede producir líneas conductoras de materiales inorgánicos (por ejemplo, para tarjetas de circuitos y antenas), pero también de aislamiento y pasivado capas, por el espesor de la capa es más importante que la alta resolución. Su rendimiento de 50 m²/h y 100 µm resolución son similares a inyección de tinta.[4] Este método versátil y comparativamente simple se utiliza principalmente para las capas conductoras y dieléctricas,[21][22] Pero también semiconductores orgánicos, por ejemplo, para OPVCs,[23] y ni siquiera completas OFETs[17] puede ser impreso.

Aerosol impresión Jet (también conocido como Maskless la deposición de materiales mesoescala o M3D)[24] es otra tecnología de deposición de materiales para la electrónica impresa. El proceso de Aerosol Jet comienza con la atomización de una tinta, que puede ser calentada hasta 80 ° C, produciendo las gotitas del orden de uno o dos micrómetros de diámetro. Las gotas atomizadas arrastradas en una corriente de gas y entregadas a la cabeza de impresión. Aquí, anular un flujo de gas limpio se introduce en el stream de aerosol para enfocar las gotitas en un haz colimado firmemente de material. Los flujos de gas combinado salida el cabezal de impresión a través de una tobera convergente que comprime el stream de aerosol para un tan pequeño como 10 µm de diámetro. El jet de gotitas sale de la cabeza de impresión a alta velocidad (~ 50 metros/segundo) e inmiscuye en el sustrato. Interconexiones eléctricas, componentes pasivos y activos[25] están formadas por mover el cabezal de impresión, equipado con un obturador mecánico parada/arranque, en relación con el sustrato. Los patrones resultantes pueden tener características que van desde 10 µm de ancho, con espesores de capa de decenas de nanómetros a > 10 µm.[26] Una cabeza de impresión amplia boquilla permite modelar eficiente de milímetros tamaño electrónico características y aplicaciones de revestimiento de la superficie. Impresión todo ocurre sin el uso de cámaras de vacío o la presión y a temperatura ambiente. La salida de alta velocidad del jet permite una separación relativamente grande entre el cabezal de impresión y el sustrato, típicamente 2 – 5 mm. Las gotitas de permanecen firmemente enfocadas sobre esta distancia, resultando en la posibilidad de imprimir los patrones conformales sustratos en tres dimensiones. A pesar de la alta velocidad, el proceso de impresión es suave; sustrato no dañar y generalmente no hay ninguna salpicadura o rociado de las gotitas.[27] Una vez finalizado patrones, la tinta impresa requiere típicamente post tratamiento para alcanzar la finales propiedades eléctricas y mecánicas. Después del tratamiento más por la combinación de la tinta y el substrato específica que es impulsado por el proceso de impresión. Una amplia gama de materiales ha sido depositada exitosamente con el proceso de Aerosol Jet, incluyendo película gruesa diluida pastas, polímeros termoendurecibles como UV-curable epóxicos y polímeros basados en solventes como el poliuretano y poliamida y materiales biológicos.[28]

Impresión de evaporación utiliza una combinación de impresión de la pantalla de alta precisión con la vaporización material para imprimir características a 5µm. Este método utiliza técnicas como térmica, electrones, farfullar y otras tecnologías de producción tradicionales para depositar materiales a través de una máscara de sombra de alta precisión (o plantilla) que se registra en el sustrato que mejor que 1 micrómetro. Por acodar diseños diferentes máscara o ajuste de materiales, confiables y rentables los circuitos pueden ser construidos aditiva, sin el uso de fotolitografía, en una escala de producción que es más grande y más eficiente que las tecnologías electrónicas impresas tradicionales.[citación necesitada]

Otros métodos con similitudes a la impresión, entre ellos impresión de capas y Litografía nano-impresión son de interés.[29] Aquí capas µm y tamaño nm, respectivamente, están preparadas por métodos similares a estampar con formas suaves y duras, respectivamente. A menudo las estructuras reales son preparadas subtractively, e.g. por deposición de etch máscaras o por procesos de despegue. Por ejemplo se pueden preparar electrodos para OFETs.[30][31] Esporádicamente Tampografía se utiliza de una manera similar.[32] En ocasiones métodos de transferencia llamadas, donde las capas sólidas son transferidas de un portador al sustrato, se consideran electrónica impresa.[33] Electrofotografía Actualmente no se utiliza en electrónica impresa.

Materiales

Se utilizan materiales orgánicos e inorgánicos para la electrónica impresa. Tinta materiales deben estar disponibles en forma líquida, solución, dispersión o suspensión.[34] Ellos deben funcionar como conductores, semiconductores, dieléctricos o aislantes. Los costes del material deben ser apto para la aplicación.

Imprimibilidad y funcionalidad electrónica pueden interferir mutuamente, mandatos de optimización cuidadosa.[5] Por ejemplo, un peso molecular más alto en polímeros mejora la conductividad, pero disminuye la solubilidad. Para la impresión, viscosidad, tensión superficial y contenido sólido deben ser estrechamente controladas. Cross-layer interacciones como humectante, adherencia y solubilidad, así como los procedimientos de secado posterior deposición afectan el resultado. Aditivos utilizados en tintas de impresión convencionales a menudo no están disponibles, porque a menudo derrotan a funcionalidad electrónica.

Las propiedades del material determinan en gran medida las diferencias entre electrónica impresa y convencional. Materiales imprimibles proporcionan ventajas decisivas al lado de impresión, tales como flexibilidad mecánica y ajuste funcional por modificación química (por ejemplo color de la luz en los OLEDs).[35]

Los conductores impresos ofrecen menor conductividad y movilidad portador de carga.[36]

Con unas pocas excepciones, los materiales inorgánicos tinta son dispersiones de metálica o semiconductor micro - y nano-partículas. Las nanopartículas semiconductoras utilizadas incluyen silicio [37] y semiconductores de óxido.[38] Silicio también se imprime como un precursor orgánico [39] que luego es convertida por pirólisis y recocido en silicio cristalino.

PMOS Pero no CMOS es posible en la electrónica impresa.[40]

Materiales orgánicos

La electrónica impresa orgánica integra conocimientos y desarrollos de impresión, electrónica, química y ciencia de los materiales, especialmente de orgánica y química del polímero. Materiales orgánicos difieren en parte electrónica convencional en términos de estructura, funcionamiento y funcionalidad,[41] que influye en la optimización y diseño de dispositivos y circuitos así como método de fabricación.[42]

El descubrimiento de polímeros conjugados[36] y su desarrollo en materiales solubles proporcionaron los primeros materiales orgánicos tinta. Materiales de esta clase de polímeros poseen vario llevando a cabo, semiconductores, electroluminiscente, fotovoltaica y otras propiedades. Otros polímeros se utilizan principalmente como aisladores y dieléctricos.

En materiales más orgánicos, transporte agujero se ve favorecida por transporte de electrones.[43] Estudios recientes indican que se trata de una característica específica de orgánicas semiconductores/dieléctrico-interfaces, que desempeñan un papel importante en OFETs.[44] Por lo tanto dispositivos tipo p deben dominar sobre los dispositivos tipo n. Durabilidad (resistencia a la dispersión) y vida útil es menor que los materiales convencionales.[40]

Semiconductores orgánicos incluyen el conductor polímeros poli (3,4-etileno dioxitiophene), dopado con poly (estireno sulfonato), (PEDOT:PSS) y poli (anilina) (PANI). Ambos polímeros están comercialmente disponibles en formulaciones diferentes y que se han impreso mediante inyección de tinta,[45] pantalla[21] y la impresión en offset[9] o la pantalla,[21] flexo[10] y huecograbado[13] impresión, respectivamente.

Semiconductores de polímero se procesan mediante la impresión de inyección de tinta, tales como poli (thiopene) s como poly(3-hexylthiophene) (P3HT)[46] y poli (9,9-dioctylfluorene co-bithiophen) (F8T2).[47] El último material ha sido también huecograbado impreso.[11] Se utilizan diferentes polímeros electroluminiscentes con la impresión de inyección de tinta,[15] así como materiales activos para energía fotovoltaica (por ejemplo mezclas de P3HT con fullereno derivados),[48] que en parte también pueden ser depositados mediante impresión de la pantalla (por ejemplo mezclas de poli (Fenileno vinylene) con sus derivados).[23]

Dieléctricos y aisladores orgánicos e inorgánicos para imprimir existen, que pueden procesarse con diferentes métodos de impresión.[49]

Materiales inorgánicos

Inorgánico electrónica proporciona capas altamente ordenadas y interfaces que orgánica y no pueden proporcionar los materiales de polímero.

Plata las nanopartículas se utilizan con flexo,[8] offset [50] y de inyección de tinta.[51] Oro las partículas se utilizan con inyección de tinta.[52]

A.C. electroluminiscente Muestra de varios color (EL) puede cubrir muchas decenas de metros cuadrados, o incorporado en la esfera de los relojes e instrumento muestra. Involucran a seis a ocho capas inorgánicas impresas, incluyendo un cobre fósforo dopado, sobre un sustrato de película plástica.[53]


Células CIGS puede ser impreso directamente molibdeno revestido hojas de cristal.

Impreso Arseniuro de galio germanio célula solar demostrada eficacia de conversión de 40,7%, ocho veces la de las mejores células orgánicas, acercándose a la mejor actuación de silicio cristalino.[53]

Sustratos

Electrónica impresa permite el uso de sustratos flexibles, que reduce los costos de producción y permite la fabricación de circuitos flexibles mecánicamente. Mientras inkjet y serigrafía impresión típicamente sustratos rígidos como vidrio y silicio, masa-impresión métodos utilizan casi exclusivamente papel y lámina flexible. Poli (tereftalato de etileno)-hoja (PET) es una opción común, debido a su estabilidad de bajo costo y mayor temperatura. Poli (etileno naphthalate)-(PEN) y Poly(imide)-hoja (PI) son alternativas. Papelde múltiples aplicaciones y bajos costos hacen un sustrato atractivo, sin embargo, su rugosidad alta y gran capacidad de absorción que sea problemático para la electrónica.[50]

Otro criterio importante sustrato es baja rugosidad y mojabilidad adecuado, que puede ser afinado tratamiento previo (capa, corona). En contraste con la impresión convencional, alta absorbencia es generalmente desfavorable.

Aplicaciones

Electrónica impresa está en uso o bajo consideración para:

  • Identificación por radio frecuencia Etiquetas (RFID)
  • Monitoreo
  • Almacenamiento de datos
  • Pantalla y efectos visuales
  • Juguetes

Empresa Noruega ThinFilm rollo a rollo con éxito demostrado impreso orgánica de memoria en 2009.[54][55][56][57]

Actividades y elaboración de normas

Normas técnicas y hojas de ruta iniciativas van encaminadas a facilitar cadena de valor Desarrollo (para compartir de especificaciones del producto, Caracterización las normas, etc.) Esta estrategia de desarrollo de normas refleja el enfoque utilizado por la electrónica basada en silicio en los últimos 50 años. Las iniciativas incluyen:

  • El IEEE Standards Association ha publicado IEEE 1620-2004[58] e IEEE 1620.1-2006.[59]
  • Similar a la establecida International Technology Roadmap for Semiconductors (RTI), la iniciativa internacional de fabricación de electrónica (iNEMI)[60] ha publicado un mapa de ruta para impresos y otros electrónica orgánica.

Véase también

Portal icon Portal de electrónica
  • Silicio amorfo
  • Anilox rollos
  • Etiqueta de chip
  • Deposición de circuito
  • Procesos de impresión y recubrimiento
  • Tinta conductora
  • Papel electrónico
  • Batería flexible
  • Electrónica flexible
  • Electrónica laminar
  • Capas
  • Silicio de nanopartículas
  • Oligómero

Referencias

  1. ^ Coatanéa, E., Kantola, V., Kulovesi, J., Lahti, L., Lin, R. & Zavodchikova, M. (2009). Electrónica impresa, ahora y el futuro. De Neuvo, Y. & Ylönen, S. (eds.), Bit Bang – rayos hacia el futuro. Helsinki University of Technology (TKK), MIDE, impresión de la Universidad de Helsinki, Helsinki, Finlandia, 63-102. ISBN 978-952-248-078-1. https://lib.TKK.fi/Reports/2009/isbn9789522480781.pdf
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Enlaces externos

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  • Grupo de investigación de electrónica limpiador - la Universidad de Brunel
  • Enciclopedia de la electrónica impresa (IDTechEx)
  • Conferencia/exposición de electrónica impresa Asia ESTADOS UNIDOS
  • Vuelve inorgánico electrónica - todo está perdonado
  • Nuevo Nano plata polvo permite que los circuitos impresos flexibles (Ferro Corporation)
  • De la Universidad de Western Michigan Centro para el avance de la electrónica impresa (CAPE) incluye Impresora de huecograbado AccuPress
  • Principales tendencias en huecograbado impreso electrónica junio de 2010
  • Electrónica impresa – avistando el futuro. Impreso en electrónica Español
  • Células solares orgánicas - teoría y práctica (Coursera)

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