印刷出來的電路板：物聯(lián)網(wǎng)是網(wǎng)絡(luò)的終極夢想
當(dāng)我們聽到“印刷電路”四個字時，往往會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，就連愛迪生也都對其進行過改良。但是現(xiàn)在，“印刷電路”有了更多的含義。
印刷電子
2013年的國際消費電子展上，英特爾(30.2, 0.11, 0.37%)公司和英國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發(fā)光二極管面板，美國俄勒岡大學(xué)曾經(jīng)用噴墨打印機制造過太陽能電池，英國的一家公司正在開發(fā)以印刷方式生產(chǎn)太陽能薄膜電池的技術(shù)，而日本甚至已經(jīng)開發(fā)出了可以在陽光下為電子設(shè)備充電的公文包。德國企業(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、美國和英國已經(jīng)有了幾家公司擁有了類似技術(shù)，可以像印刷海報般印出電池來。
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。現(xiàn)在我們正面對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卷印刷技術(shù)，把電路、處理器、溫度傳感器、存儲單元、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)米長的顯示器、柔軟的存儲元件、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)的終極夢想：每個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實時把數(shù)據(jù)告訴醫(yī)生，而消防員可以觀察到某個地區(qū)溫度的意外升高而出動。物聯(lián)網(wǎng)想要讓一切信息都自由流動，讓所有物體都可以主動匯報自身的任何變化。
但是，這一夢想需要的計算能力、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，將不會有物聯(lián)網(wǎng)的未來。印刷電子技術(shù)的特點正在于可以低成本地大量制造簡單電子器件，而物聯(lián)網(wǎng)需要大量的這類器件來進行無處不在的數(shù)據(jù)收集。
在上世紀80年代，當(dāng)有機半導(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)勢來彌補部分不足。而在進入本世紀后，隨著納米技術(shù)的發(fā)展，制備無機材料“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。他們使用計算機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)動機內(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的機器里布下一些眼線。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網(wǎng)城
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