在人人都可进行制造的3D打印机受到关注之际,另一场“打印机革命”也在掀起,那就是“印刷电子”技术的实用化。简单来说,这是一种以印刷报纸、传单的方式,“印刷”电子元器件的技术。包括电路、传感器、显示器在内,能够把各种各样的器件印刷在1片基板上。只要把基板与利用3D打印机成形的树脂和金属外框组合到一起,就能制成平板电脑。在今后,这样的“桌面工厂”将不再是痴人说梦。
印刷电子技术的特点是能够在小空间内进行多品种少量生产,其中隐藏着颠覆投资高达数千亿日元建设大型生产线,进行大批量生产的传统电子产业商务模式的可能性。
传统的半导体技术是在硅晶圆上形成薄膜,然后再薄膜上绘制微细的电路。而印刷电子技术就像是在纸上打印油墨那样,在基板上叠加有机材料。只需把所需材料直接堆叠,无需传统技术中必需的削掉晶圆上薄膜的过程,能够大幅降低材料成本。而且,因为与印刷品一样,比较容易大面积化,所以印刷一张草席大小的大型传感器也不在话下。目前,有机EL(电致发光)显示器、太阳能电池、电子纸等产品的量产工艺的一部分已经采用了这项技术,为了在今后全面应用于量产,各企业正在积极开展该技术的相关研发。
富士胶片公司销售的台式工业打印机“DMP-2831”能够利用普通的喷墨技术,在树脂薄膜上印刷20微米(1微米为100万分之1米)宽的微细电路。除了平面印刷之外,还能在基板上形成立体图形。
DMP-2831的外观看上去就像一台个头稍大的打印机,通过USB连接线个人电脑,最大支持A4大小。这款打印机主要面向制造企业和大学的研发,价格为800万日元。上市5年来售出了700台。
应用开发需要转换思维
虽说在研发层次已经可以实现水平相当高的印刷,但是,在得到制造企业生产线的全面采用之前,除了打印机以外,墨水、基板材料等方面都需要进行诸多技术改良。要想取代现行的生产技术,这项技术必须应用于有望取得量产效果的新产品。例如在医疗领域,东京大学研究生院工学系研究科副教授关谷毅利用印刷电子技术,开发出了缠绕在导管上检测体内温度和氧浓度的传感器。关谷表示:“人体用传感器无需显示器和半导体那样的高集成化,能够以低成本进行印刷。开发新用途时必须要转换思维。”
在这一点上,日本拥有众多印刷设备、材料等方面的实力派制造企业,处于十分有利的地位。2011年,日本的27家电子、设备、材料公司组成“新一代印刷电子技术研究组合”,力争跨行业制定量产技术标准。