Gedruckte Elektronik - eine Technologie der Vergangenheit und Zukunft

Gedruckte Elektronik (PE) ist ein neues, schnell wachsendes Geschäftsfeld im Bereich der Verbindungstechnologien. Ihren Ursprung hat sie in gedruckten, flexiblen Tastaturen für Haushaltsgeräte und für die sich ausweitenden Technologien in ausgefallenen Zeitschriften und Literatur. Die Ironie der PE liegt darin, dass die Technologie wahrscheinlich zuerst im Zweiten Weltkrieg eingesetzt wurde und alle gedruckten Schaltungen ihren Ursprung der PE verdanken.

ANWENDUNGEN

Das Aufregendste an der PE sind all die neuen Anwendungen und Märkte, die sie eröffnen wird. In Abbildung 1 sind nur zehn der Märkte aufgeführt, die derzeit von PE-Entwicklern verfolgt werden. Für die Mehrheit dieser Märkte sind die Anwendungen kurzlebig und die eigentlichen PE-Substrate möglicherweise wegwerfbar. Einige Anwendungen haben sich bereits etabliert, wie flexible Tastaturen, gedruckte Glukosesensoren und gedruckte RFID-Tags. Andere, wie mit gedruckten Batterien und elektrophoretischen Elektrolyten betriebene kosmetische Faltencreme-Masken, sind nicht einmal auf dieser Liste.

MATERIALIEN

Materialien bleiben die größte Herausforderung für PE-Entwickler. Da viele PE-Anwendungen kostenempfindlich sind, sind die derzeitigen leitfähigen Tinten aus Silber und Isolatoren aus Polyimidfilmen zu teuer für ihre Anwendungen. Die aktuellen Isolatoren als Kandidaten sind in Tabelle 1 und Leiter in Tabelle 2 zu sehen.

Forschungen scheinen Nanotechnologien aus Glas, plastifiziertem Papier und PET als Substrate sowie Kupfer, Graphit/Graphen und Kohlenstoff-Nanoröhren (CNT) als Leiter zu bevorzugen.

TABELLE 2: Leitfähige Materialien und Tinten geeignet für PE

HERSTELLUNGSPROZESSE

Gedruckte Elektronik erinnert an kostengünstigen Druck wie bei Zeitschriften. Diese Technologie ist eine unserer ältesten und am meisten automatisierten. Aber andere Drucktechnologien werden in Abbildung 2 gezeigt.

Die verschiedenen Methoden des Tintendrucks werden als Funktion ihrer Auflösung (in Mikron) und Durchsatz in Quadratmetern pro Sekunde charakterisiert.          

Eine detailliertere Tabelle des Drucks wird in Tabelle 3 gezeigt. Sie listet Geschwindigkeit, Auflösung, Filmdicke (in Mikron) und Viskosität der Tinten, die verwendet werden können, auf.

DESIGNWERKZEUGE

Wenn Sie auf Altium Designer^® 19 umgestiegen sind, haben Sie vielleicht bemerkt, dass es die Möglichkeit bietet, gedruckte Elektronik zu entwerfen. Das ist glücklich, denn viele Ideen und innovative Elektronik können die Form eines gedruckten elektronischen Substrats annehmen. Der 3D-Druck kann jetzt gedruckte Elektronik mit Silberpasten und verschiedenen Isolatoren, resistiven und kapazitiven Tinten herstellen. Bald werden auch Halbleiter-Tinten (P & N Typ) sowie OLED-Pasten verfügbar sein. Da die Technologie immer beliebter wird, werden auch andere spezielle Tinten entwickelt sowie verbesserte Substrate ähnlich dem Papier.

Für eine umfassende und gründliche Erklärung der gedruckten Elektronik, laden Sie herunter und lesen Sie mein Kapitel 11: Gedruckte Elektronik, S. 380-444 in Joseph Fjelstads eBook: Flexible Circuit Technology-Vierte Ausgabe unter www.iconnect007.com

ABBILDUNG 2. Neun Methoden des Hochgeschwindigkeitsdrucks als Funktion ihrer Auflösung

TABELLE 3. Weitere Details zu den Eigenschaften des heutigen Hochgeschwindigkeitsdrucks mit Angabe des Viskositätsbereichs der Tinten, die verwendet werden können

REFERENZEN:

1. Organic and Printed Electronics Association, OPE Journal, 1-2007, www.ope-journal.com