將印刷技術用于電子產品制造的可印刷電子(Printable Electronics)開始受到關注。日前,本站記者就其背景、目前存在的課題以及應用領域等,采訪了Cabot Specialty Chemicals Ink新事業本部技術負責人野口弘道。野口曾在大日本油墨化學工業(現DIC)及佳能等公司長期從事噴墨技術的開發工作,目前從事油墨開發等,對可印刷電子技術十分熟悉。(采訪人:安保 秀雄)
??為什么目前可印刷電子備受關注?
野口弘道。
野口:其背景是,半導體及平板顯示器(FPD)的制造設備越來越大,電子設備在生活及產業等各個領域日益普及,而且價格越來越低,另外還因為有機類電子材料的發展。貴金屬含量較多并置于真空中制造的成膜工藝技術及光刻(Lithography)技術的開發成本和設備成本非常高,投資回收十分困難。因此,可在常壓下以非光刻技術實現低成本制造的可印刷電子技術逐漸受到人們的關注。
??可印刷電子技術能應用于哪些領域?
野口:可應用于LCD(Liquid Crystal Display)、TFT(Thin Film Transistor)、有機EL(Electro Luminescence)面板、照明裝置、太陽能電池、電磁波屏蔽設備、智能卡、印刷布線板、內存及RFID(IC標簽)的天線等方面。
目前許多技術處于樣品制作階段,雖然受經濟形勢低迷的影響,開發出現放緩跡象,但估計09年內量產設備的開發會取得較大進展。
量產方面,同樣也會受經濟形勢左右,但2010年可能會達到實用水平。今后提高了油墨轉移性的傳統印刷、絲網印刷、噴墨印刷及噴射印刷等技術將會共存。
噴墨技術將首先應用于納米粒子信號布線
??噴墨技術是最容易實現細微化的技術之一,其應用前景如何?
野口:為了滿足細微化需求,現在正在開發可生成并噴射毫微微升(Femtoliter)液滴的新設備。目前打印頭廠商能夠量產的元件,除了FPD彩色濾光片之外,還能用來為部件打上標記。包括部件打標及擴散透鏡制造等在內,不直接通電的印刷技術被許多領域采用。
通電產品的噴墨技術將首先從采用導電性納米粒子的布線開始。理由是目前已十分清楚納米粒子技術的性質及特性,從分辨率的角度來看,布線是比較容易實現的作業。不過,為了獲得電流量,需要增加導體的膜厚,所以制造工序會延長,從而導致成本增加。目前,除電流量外,還存在耐壓等課題,因此雖說是布線,但并不是指供電線路,而是指信號的布線會首先采用該技術。
??目前存在的一大課題是“電子部件制作與圖像印刷不同,要求錯誤率非常低,每個點都不容忽視,而且要求每個點的精度非常高”,圖像印刷和電子部件制作有何不同?
野口:采用噴墨技術的圖像印刷的質量是以人的感覺和視覺作出最終判斷的,與各個網點的準確性相比,色彩性、色彩表現范圍及半色調(Halftone)的平滑度等方面更為重要。所以,最小網點尺寸為1微微升(Picoliter)左右就足夠了。
但是,1微微升的液滴在紙上會變成35μm左右的點,遠遠大于7μm左右的膠版印刷的最小網點及1μm左右的銀鹽像素。目前,噴墨設備能在工業水平上將1微微升的液滴放在基材所要求的位置上,但使用該設備并不能形成半導體光刻一直采用的以μm為單位的圖案。
所以,因照片及印刷而為人熟知的圖像印刷方法,無法以μm為單位應用于線條準確性要求較高的可印刷電子領域。這是因為可靠性方面的目標要求大不相同。
圍繞打印頭和油墨開發的爭論呈現白熱化
即使所需的有機電子材料能夠制成低粘度溶液,最終能否采用噴墨技術仍然不清楚。在不散落Aatellite(本文注:從主液滴飛散的物質)的情況下,要實現從多噴嘴打印頭中高速噴出、能長期穩定地工作、基本不發生不噴射等故障、而且還具有工業上要求的速度的實用化技術,必須準確地匹配噴墨的特性與打印頭的工作特性,所以開發現場的爭論呈現白熱化。因為需要充分掌握各個打印頭的工作原理和出現問題的原因。
采用噴墨技術并取得成功的領域包括:LCD彩色濾光片(RGB顏料)、配向膜涂布以及擴散板制作等,顯示器最終是由人來觀看,因此要求的像素密度本身并不太高,現有的噴墨打印頭即可充分滿足形成圖案的要求。不過,在應用領域中,也有要求更高分辨率的產品,但即使分辨率能夠滿足要求,大多數產品也只能對形成圖案的均勻性和涂布穩定性進行超高水平控制后才能生產。
??噴墨技術在可印刷電子領域中發揮什么作用?與絲網印刷等會形成什么格局?
野口:我個人認為,采用納米液體工藝的噴墨技術可在高純度狀態下將功能材料分配給基材,能按自己的需要控制固化工藝以及形成固體時的層結構。與其他印刷方法相比,可在高純度狀態下完成油墨處理。不過,固體含量較低,因此難以增加膜厚。
批量生產可通過電信號的相對較單純的功能膜時,可利用原來的印刷技術生產。噴墨技術的作用是,可代替上文提到的光刻技術生產電子產品。要想準確地繪制線條,預處理十分重要,不過,將其用于制造直線線條間隙小