金屬直接印刷電路：有望低成本量產(chǎn)柔性電子產(chǎn)品！

　　傳統(tǒng)的電子產(chǎn)品，通常給我們以一種“堅硬”的印象，無法被拉伸和彎曲。柔性電子，憑借其可彎曲、可伸縮、超輕薄、低功耗、耐用、便攜、舒適等特點，已經(jīng)成為電子業(yè)界未來一項重要創(chuàng)新發(fā)展趨勢。然而，柔性電子產(chǎn)品未來要從實驗室走向大規(guī)模市場化商用，“制造成本和大規(guī)模量產(chǎn)”仍是關(guān)鍵性挑戰(zhàn)。

(圖片來源：哈佛大學(xué)維斯生物啟發(fā)工程研究所)

　　然而，隨著半導(dǎo)體新材料技術(shù)發(fā)展，特別是溶液化的有機和無機半導(dǎo)體材料的研發(fā)，利用傳統(tǒng)印刷技術(shù)制造各種電子元器件變得可能。溶液化有機與無機半導(dǎo)體材料的最大特點就是：不依賴于基底材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體性質(zhì)，可以以薄膜形態(tài)，通過蒸發(fā)、旋涂或印刷的方式沉積到任何材料上。

(圖片來源：劍橋大學(xué))

　　印刷電子可以印刷任何可以油墨化的材料，制作在任何襯底材料上，因此印刷電子與有機電子、塑料電子、紙電子、柔性電子、透明電子、可穿戴電子都有相通性。印刷電子技術(shù)具有低成本、大面積、柔性化等優(yōu)勢。該技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于柔性電子產(chǎn)品的制造，筆者介紹過這方面許多的創(chuàng)新案例，這里就不一一列舉了。

　　創(chuàng)新

　　最近，美國北卡羅萊納州立大學(xué)的研究人員開發(fā)出一種采用金屬直接印刷電路的新型技術(shù)，可以制造出柔性、可拉伸的電子設(shè)備。這項技術(shù)使用了多種金屬和基板，而且與采用直接印刷技術(shù)的現(xiàn)有制造系統(tǒng)兼容。

(圖片來源：Jingyan Dong / 北卡羅萊納州立大學(xué))

　　技術(shù)

　　這項技術(shù)采用現(xiàn)有的靜電印刷技術(shù)，它已經(jīng)在許多使用功能性油墨的制造工藝中使用過。但是，研究論文的通訊作者、北卡羅萊納州立大學(xué) Edward P. Fitts 工業(yè)和系統(tǒng)工程系副教授 Jingyan Dong 領(lǐng)導(dǎo)的團隊，采用的不是功能性油墨，而是熔化的金屬合金，其熔點低至60攝氏度。研究人員的技術(shù)演示使用了三種不同的合金，打印到四種不同的基板：玻璃、紙張、兩種可拉伸的聚合物上。Dong 表示，這是直接印刷，不用掩膜、不用刻蝕、不用模具，讓工藝變得更加簡單直接。

　　研究人員在聚合物基板上測試了電路的彈性，發(fā)現(xiàn)在1000次彎曲后，電路的導(dǎo)電性仍不受影響。即使被拉伸至拉伸應(yīng)變的70%，電路仍可以穩(wěn)定導(dǎo)電。研究人員也發(fā)現(xiàn)，即使電路被彎曲或者拉伸過度，它們也能夠自我復(fù)原。Dong 認為，因為熔點低，你可以簡單地加熱受影響的區(qū)域，使其達到70攝氏度，然后金屬會流回到一起，修復(fù)相關(guān)損傷。

　　研究人員通過制造高密度觸摸傳感器，將一個400像素的陣列放入一平方厘米區(qū)域中，演示了該印刷技術(shù)的功能。Dong 表示，他們已經(jīng)演示了該方案的彈性和功能性，他們很樂意與工業(yè)部門合作，在制造可穿戴傳感器或者其他電子設(shè)備方面實現(xiàn)這項技術(shù)。

　　價值

　　Dong表示，這種方案降低了成本，提供一種制造高分辨率電路的高效途徑，讓它們可以集成到商用設(shè)備中。