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印刷出來的電路板:物聯(lián)網(wǎng)是網(wǎng)絡(luò)的終極夢(mèng)想

2014/7/3 17:33:05??????點(diǎn)擊:

 我們聽到“印刷電路”四個(gè)字時(shí),往往會(huì)想起最常見的電子部件。那是表面涂了一層導(dǎo)電金屬的樹脂板,作為電子器件的支撐體和連接者,差不多已經(jīng)出現(xiàn)在所有的現(xiàn)代電子設(shè)備中。
  這種技術(shù)自19世紀(jì)末萌芽,到1948年被正式用于商業(yè)用途,其間經(jīng)歷了多次革新,就連愛迪生也都對(duì)其進(jìn)行過改良。但是現(xiàn)在,“印刷電路”有了更多的含義。
  印刷電子
  2013年的國(guó)際消費(fèi)電子展上,英特爾公司和英國(guó)塑料邏輯公司推出了“紙平板”電腦,用的是10.7英寸、可彎曲的塑料屏幕。最值得注意的是,這塊屏幕上的晶體管,是通過印刷的方式實(shí)現(xiàn)的。利用類似的技術(shù),三菱化學(xué)公司在2010年印制出了世界上最大的有機(jī)發(fā)光二極管面板,美國(guó)俄勒岡大學(xué)曾經(jīng)用噴墨打印機(jī)制造過太陽(yáng)能電池,英國(guó)的一家公司正在開發(fā)以印刷方式生產(chǎn)太陽(yáng)能薄膜電池的技術(shù),而日本甚至已經(jīng)開發(fā)出了可以在陽(yáng)光下為電子設(shè)備充電的公文包。德國(guó)企業(yè)在幾年前就開發(fā)出了可以印刷的鋰離子聚合物電池技術(shù),如紙般輕薄?,F(xiàn)在在德國(guó)、美國(guó)和英國(guó)已經(jīng)有了幾家公司擁有了類似技術(shù),可以像印刷海報(bào)般印出電池來。
  人們將這種直接印刷出電子器件的技術(shù)叫做“印刷電子”,和過去的“印刷電路”相區(qū)別。在“印刷電路”中,“印制”的主要工序是光刻和腐蝕,而印刷電子則是直接將電氣器件制作到基材上。這種技術(shù)以新型油墨替代傳統(tǒng)印刷油墨,采用類似于傳統(tǒng)噴墨印刷技術(shù)制備電子電路和元器件。這里,具有關(guān)鍵性意義的新型“油墨”是具有導(dǎo)電、介電或半導(dǎo)體性質(zhì)等的“電子油墨”。
  這種印刷技術(shù)還有更多可能性?,F(xiàn)在我們正面對(duì)著越來越多的電子器件,其中還有許多是一次性使用的。印刷電子技術(shù)的成本更低、工藝簡(jiǎn)單、而且可以大批量制備。2013年年初,挪威的ThinFilm公司發(fā)布了一小段有趣的視頻,介紹了自己的專利技術(shù):使用在印刷廠常見的卷對(duì)卷印刷技術(shù),把電路、處理器、溫度傳感器、存儲(chǔ)單元、一小塊顯示屏和一塊電池印在信用卡大小的柔性標(biāo)簽上。這塊標(biāo)簽可以貼在任意包裝箱上,成本不高,但是用處很大。
  現(xiàn)在我們也可以再印刷一些別的東西。數(shù)米長(zhǎng)的顯示器、柔軟的存儲(chǔ)元件、各類傳感器甚至是可以彎折的電池,都可以印刷出來。這將會(huì)帶來即用即印隨用隨拋的小型電子產(chǎn)品,也可以成為低成本低價(jià)格的易耗品,就像紙張或者塑料一樣。而且還不僅如此。
  物聯(lián)網(wǎng)的呼喚
  物聯(lián)網(wǎng)是網(wǎng)絡(luò)的終極夢(mèng)想:每個(gè)物體都有自己的名字,可以彼此交換信息,并且能夠在充分評(píng)估的前提下做出最好的決策。汽車之間的通訊可以避免車禍的發(fā)生,我們身上的健康傳感器會(huì)實(shí)時(shí)把數(shù)據(jù)告訴醫(yī)生,而消防員可以觀察到某個(gè)地區(qū)溫度的意外升高而出動(dòng)。物聯(lián)網(wǎng)想要讓一切信息都自由流動(dòng),讓所有物體都可以主動(dòng)匯報(bào)自身的任何變化。
  但是,這一夢(mèng)想需要的計(jì)算能力、傳感器以及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的數(shù)量,都是天文數(shù)字。如果沒有低成本解決方案的話,將不會(huì)有物聯(lián)網(wǎng)的未來。印刷電子技術(shù)的特點(diǎn)正在于可以低成本地大量制造簡(jiǎn)單電子器件,而物聯(lián)網(wǎng)需要大量的這類器件來進(jìn)行無處不在的數(shù)據(jù)收集。
    在上世紀(jì)80年代,當(dāng)有機(jī)半導(dǎo)體與導(dǎo)體被發(fā)現(xiàn)之后,就打開了印刷電子的大門。有機(jī)半導(dǎo)體材料往往可以制成溶液,而這也許就意味著可以通過印刷來生產(chǎn)——雖然這些材料的電子學(xué)性能并不算很好,但是可以以成本優(yōu)勢(shì)來彌補(bǔ)部分不足。而在進(jìn)入本世紀(jì)后,隨著納米技術(shù)的發(fā)展,制備無機(jī)材料“油墨”也成為了可能,于是印刷電子技術(shù)就成為了電子產(chǎn)業(yè)中的新興熱點(diǎn)之一。
  就在前幾天,通用電氣宣布開發(fā)出了一種新技術(shù),可以在特殊的地方印刷出傳感器來。他們使用計(jì)算機(jī)控制的針管在金屬表面打印特殊的墨水傳感器,用到了兩組墨水,其中一組導(dǎo)電性能良好,另一組則是絕緣的金屬氧化物。
  這種技術(shù)叫做“直接書寫”,可以把傳感器放到過去無法放置的地方,例如高溫高壓的發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部。雖然這種技術(shù)和印刷交通卡天線的技術(shù)類似,但是通用電氣的這種新技術(shù)能在更嚴(yán)苛的環(huán)境下工作?,F(xiàn)在,它們開發(fā)的傳感器已經(jīng)能夠經(jīng)受超過一千度的高溫,還能承受巨大的壓力。
  這意味著,我們可以在那些巨大而危險(xiǎn)的機(jī)器里布下一些眼線。它可以更早地發(fā)現(xiàn)問題,提前發(fā)出警告;而這也就意味著人們可以做出更好的決策,享受更安全更舒適的生活。

該文章轉(zhuǎn)載于:PCB百能

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