制造商可以利用先進的印刷電子技術(PE)技術將功能材料應用到塑料薄膜上，從而到達降低成本的目的。柔性和輕質聚酯(PET)基板在許多應用中是一個可靠的選擇，比傳統印刷電路板(PCB)或柔性印刷電路(FPC)技術的整體成本要低。

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用于高端和中等范圍應用的傳統電路

在電子產品中使用的蝕刻銅PCB提供了許多優點，包括機械完整性、導電性和可靠性。然而，剛性結構限制了設計的靈活性。隨著電子器件尺寸的減小和形狀的不斷變化，FPC解決方案比多氯聯苯具有優勢，因為它們是可彎曲的，利用了三維空間，同時保留了PCB的某些理想性能特征。然而，FPC的成本高于傳統的PCB。

圖1. 傳統銅蝕刻電路

PCB和FPC的制造都涉及到減色法制造方法，首先是一層聚酰亞胺或一種FR(玻璃纖維增強環氧基板)電介質粘在一層銅上。在用濕化學方法腐蝕不需要的銅之前，導電路徑被掩蓋，只留下所需的電路模式。在大多數情況下，大量的銅被移除了在基材上，導致材料利用率低。增加兩個以上的信號層還需要額外的步驟，如疊層熱壓，鉆孔和電鍍過程。多層電路可能涉及40多個過程步驟。由于潮濕的化學過程，蝕刻的銅制設備也需要昂貴的水過濾和廢水處理系統。

盡管存在這些挑戰，PCB仍然是高端應用的黃金標準。傳統制造的基于PCB板的電子產品的性能仍然高于使用可替代的印刷電子產品。然而，許多產品不需要PCB的高端性能。大多數電子產品需要相對較低的中檔性能。在這些情況下，印刷電路提供了一個可行的替代方案。

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經濟型印刷電子產品提供多功能性和節約成本

在越來越多具有較低功能性能要求的實際應用中，印刷電子(PE)可以成為PCB或FPC技術的低成本替代品。顧名思義，PE結合了傳統的印刷功能，將機能性油墨印刷到一個制造電子電路的基底上。機能性油墨通過單張紙或卷筒紙印刷工藝選擇性地沉積在襯底上。然后這些墨水被加熱或通過紫外光固化。如果需要多個信號層，就會有多個打印和治療通過。銀電路印刷工藝非常高效，不使用刺激性化學物質，也不會產生任何廢物。精確的印刷方法只適用于電路中所需要的材料。

圖2. 印刷電路技術的演變(從左到右: PCB, FPC 以及PE 技術）

幾種用于印刷的常見沉積方法。絲網印刷，目前最流行的PE制造方法，允許應用厚度均勻的機能層。對于更高的輸出要求，可以使用flexography、rotogravure或旋轉屏幕來使用連續的卷對卷(R2R)過程。柔性印刷提供了比絲網印刷更薄的油墨層的高分辨率印刷。凹版印刷是一個成本較高的過程，它可以提供優勢，特別是在高速高分辨率模式的大面積電子產品。

一些R2R，多階段印刷系統提供混合解決方案與一個印刷線結合多種沉積方法。生產速度快是R2R系統的主要優點，有些過程的速度可達每分鐘1000英尺。但是，速度可以根據材料和印刷精度的不同而變化，特別是如果需要打印多層印刷油墨。通過注冊是確保最終產品的正確的關鍵。一般來說，較慢的印刷速度會產生更均勻的材料層和更好的注冊公差。R2R過程對于高通量生產也是最有效的，因為它需要一個更長的設置時間，并且需要更多的油墨和基底。

圖3. 針對大量PE產品制作流程的卷對卷(R2R) 方式

最近在功能材料和制造能力方面的發展使印刷電子產品在更廣泛的應用領域變得更加通用和實用。導體、絕緣體(介質)和半導體構成了大多數印刷電子系統的功能材料。這些材料中含有無機和有機物質，這些物質能使它們的功能發揮作用。導電墨水可以包含銀、碳或銅粒子，此外還有聚合物粘合劑和溶劑等其他部件。可以利用各種添加劑來影響油墨的沉積能力和功能特性。

導電微粒或填料可以是不同的尺寸或化學結構，直接影響液體油墨和干印刷層的性能。傳統的填充物在尺寸上比較大，因此在印刷200微米以下的小部件時是一個限制因素。多年來，油墨制造商已經能夠降低填充劑的尺寸，并微調油墨系統的組成，使其能夠可靠地打印低于50微米的導電痕跡。低電阻銀油墨的發展為各種低功率低轉速信號的應用提供了一個特別有效的電路。

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PE技術基板的進展

印刷電子產品的另一個獨特之處是能夠使用更經濟的基板。聚酰亞胺在傳統電子電路中是一種受歡迎的柔性基底，具有很高的熱穩定性和尺寸穩定性。然而，這些屬性的價格限制了它對許多產品應用的使用。在制造過程中，傳統的PCB和FPC基底必須滿足一定的要求才能耐高溫，并且耐腐蝕和電鍍槽的化學物質。在印刷電子產品中使用的基底不需要如此苛刻的條件，因此PET是一個很好的基礎材料選擇。

用機能性油墨印刷的聚酯(PET)基底被證明對更廣泛的應用來說是有效的，這些應用需要柔軟并能彎曲的電路，以適應狹窄的空間或相應的應用領域。NFC印刷智能標記利用了這些屬性，創建了一個超薄的設備，它只是比典型的紙質標簽稍微突出一些。雖然基于PCB板基礎的設備在平面上的應用是有限的，但印刷設備可以符合各種幾何圖形，增加潛在應用可能性。

圖4. NFC 溫度標簽

PET基底可在多種產品中使用。根據最終的應用方向，可以選擇透明的、半透明的或帶厚度小于0.18mm的白色版本。在決定PET技術之前，其他的考慮因素包括材料的選擇、加工參數以及通過表面安裝技術(SMT)添加電子元件等后印刷過程。經過特殊處理的聚酯類型可以在不同的級別上提供穩定的印刷表面，并加強油墨和基材之間的粘結。這些處理促進粘連，防止油墨在印刷電路模式時擴散。這在打印細紋時尤其有用。

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PET 粘合材料和流程

目前生產的大多數聚乙烯可以被稱為混合技術。部分電路被打印出來，而其他功能部件則采用傳統的SMT過程集成。改進的導電結合材料，允許制造商在PET上附加細螺距組件。傳統焊料回流過程允許附件的電子元件(二極管、電容器、電阻、集成電路等)聚酰亞胺和其他包銅基板在溫度超過+ 200°C。由于聚酯在這些溫度下降解，另一種選擇是使用導電環氧樹脂，在恒定溫度下固化，但限制了可能粘結的組分的類型。

圖5. SMT 元件: 聚酰亞胺上的FPC(左) 和聚酯上的PE(右)

增強的粘合材料現在允許微處理器和其他半導體元件的連接，通過傳統的回流焊工藝，其間距為0.50mm。標準的擋拆和回流設備用于將表面安裝組件與印刷的銀電路連接起來。在較低溫度下回流處理可滿足PET加工參數。作為表面安裝過程的最后一步，可以在組件上放置一個可彎曲的封裝材料。固化后，使焊點更耐振動和機械沖擊。

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發掘印刷電路的更多機會

該應用將決定生產工藝的選擇，最終選擇基材(FR，聚酰亞胺或聚酯)。每個基底都有獨特的設計優勢，制造成本和操作限制。耐溶劑和熱穩定的PET提供了一種靈活的替代品，在多氯聯苯中使用的剛性FR基板和一個更劃算的替代聚酰亞胺基FPCs。PET薄膜可以很好的平衡加工特性，包括溫度電阻、性能和成本。

在薄膜開關面板的應用中，在PET襯底上印制的銀電路已有多年經驗。現在，他們越來越多地遷移到汽車、醫療、商業傳感器和射頻識別和NFC支持的產品、可穿戴設備、物聯網和其他應用領域的電子應用領域。技術集成商正在將PE解決方案應用于新產品和現有產品。用于制造印刷電子產品的材料和技術的發展將繼續為這一領域提供更多的機會。

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