傳統印刷帶來新一輪電子產業變革
2012-06-29 10:34 來源：科技日報 責編：王岑
- 摘要：
- 印刷電子技術（printed electronics）是采用印刷工藝制造電子產品的技術，即將電子材料配成流動性的“油墨”，并采用印刷的方式制備成電子器件與系統。
【CPP114】訊：印刷電子技術（printed electronics）是采用印刷工藝制造電子產品的技術，即將電子材料配成流動性的“油墨”，并采用印刷的方式制備成電子器件與系統。它與傳統印刷技術、電子印刷以及傳統的印刷電路板都不同：傳統印刷是可視圖文的印刷；電子印刷是在傳統平面媒體印刷中更多地應用了電子排版等手段；傳統的印刷電路板也不是印刷制造的，而是通過光刻、腐蝕等工藝制作。
相比較于傳統的硅基半導體微電子加工技術，印刷電子技術省去了涂膠、光刻、刻蝕、濺射、真空沉積等高成本的工序，大幅簡化了生產過程，具有節約原料、降低成本、綠色環保等優勢。盡管性能目前無法與硅基微電子技術相比，但憑借批量化能力與低成本特點，以及大面積、柔性化等優勢，印刷電子技術已經成為一個獨立于傳統硅基微電子技術的新興領域，蘊含著巨大發展機遇。英國一家市場調查公司預測，到2020年各類非硅基電子產品的市場規模將達到近570億美元，其中83%的產品將基于印刷制造技術。為此，世界許多國家和地區紛紛制定發展戰略與科技計劃，建立研究中心與技術聯盟，以推動印刷電子研發及產業化。
政府資助是推動印刷電子發展的主力
2010年2月，歐盟委員會宣布在第七框架計劃下資助BIOEGOFET（Electrolyte-Gated Organic Field-Effect Biosensors）項目，重點發展便捷診斷傳感器，通過有機晶體管提供電轉換，并采用印刷技術在柔性塑料或紙基底上進行制備。同年6月，在第七框架計劃下發起CLIP（Conductive Low-Cost Ink Project）項目，主要目標是發展一系列低成本油墨，以確保中小規模企業滿足印刷電子產業發展的需求。為加強歐盟各成員國不同行業間的交流和協作，歐盟撥�？畛闪⒘�4個合作平臺，其中之一是聚合物和印刷電子制造生產設備與系統，資助經費達75萬歐元。
2008年3月，由德國PolyIC、巴斯夫、贏創工業、西門子、ELANTASBeck等企業以及德國聯邦教育研究部共同投資的科技項目MaDriX正式啟動，用以開發下一代可印刷的無線射頻識別標簽。其中企業投資150萬歐元，聯邦教育研究部投資80萬歐元。通過MaDriX項目形成的企業聯盟，將得到德國政府在可印刷電子技術方面的支持。
日本新能源和工業技術發展組織的項目“超柔性顯示器元件材料技術開發項目”中的“基于卷到卷方式的高生產—連續—高精度層疊技術與相關材料技術的開發”的分項目，投入約43億日元。眾多企業參與該項目的研究，包括：可樂麗、柯尼卡美能達、住友化學、住友電木、大日本油墨化學工業、大日本印刷、東亞化成、東麗、凸版印刷、日本電氣、日立化成工業、夏普和日立顯示器等。
2005年，臺灣地區將柔性電子產業定為未來三大重點發展的便利新科技之一，主要方向為印刷式無線標簽和柔性顯示器。2009年，在臺灣經濟部的科專計劃支持下，制定了一個為期三年的研究計劃“柔性電子設備及模組技術開發三年計劃”。該計劃把發展柔性電子顯示器作為開發重點，開發方式是以卷到卷的制造設備為基礎。
研究中心是促進技術進步的中堅力量
韓國以電子技術研究所為支撐，于2006年成立了韓國印刷電子中心，目標是提供過程制造、設備和分析服務，建立印刷電子領域研究開發計劃以及下一代顯示器的合作計劃，同時推動工業界與學術界的合作研究與開發。該研究中心積極舉辦各種各樣的商業活動，致力于把韓國建設為印刷電子的世界中心，目前已投資740億韓元用于前沿核心設備和基礎設施的建設。
英國成立印刷電子科技中心以推動研究成果商業化，希望通過概念驗證性的設備和大規模的試點生產，把研究領域的創新者與商業活動結合起來，幫助客戶確定把產品迅速推向市場所需要的材料、工業步驟和投資。該中心獲得來自區域發展委員會、中央政府和歐盟的2300萬英鎊，以及英國商業創新與技能部、新加坡國際基金會和歐洲地區發展基金會的2000萬英鎊的資金支持。印刷電子技術中心麾下的杰出專家來自多個行業和研發領域，包括印刷電子的設計、開發和樣機研究等各個方面。
2011年5月，日本高級印刷電子技術研究協會宣布成立并召開首次會議。該協會以位于茨城縣筑波市的產業技術綜合研究所為依托，以探索加快薄膜、柔性印刷電子設備制造技術的早期商業化模式為主要目的。這些設備主要是指制造低能耗、低成本的顯示器、傳感器、電池等柔性設備和印刷設備。在新能源和工業技術發展組織的委托下，高級印刷電子技術研究協會展開了名稱為“下一代印刷電子材料和制造過程的基礎工藝開發”五年計劃，計劃的執行時間是2011年至2015年。
芬蘭的奧盧區域具備印刷產品原型化的充分設備，位于奧盧的PrintoCent中心是印刷電子領域的商業發展中心，具備世界級的卷對卷和雜交生產、光學測量、多元應用的生產環境。PrintoCent與同位于奧盧區域的芬蘭VTT中心保持著密切的聯系。VTT中心為印刷電子提供了獨特的卷對卷試生產服務。有了這種獨特的試運行環境，VTT中心及其合作伙伴能夠以第一產業的規模開發和制造出原創產品。
技術聯盟是加強合作、助推發展的重要力量
2008年7月，美國顯示器聯盟宣布更名為柔性技術聯盟，主要致力于推動北美柔性印刷電子和顯示器行業發展。柔性技術聯盟充分利用美國顯示器協會在促進顯示器技術發展方面的悠久歷史，與工業界、學術機構和研究組織開展廣泛的雙邊或多邊合作，推動顯示器、柔性顯示器和印刷電子產品從研發到商品化的進程。該聯盟與行業、學術界、投資銀行、風險資本公司以及聯邦機構建立強大合作關系。其中，包括美國海軍研究實驗室和國家標準與技術研究所在內的聯邦機構，為聯邦政府早期設立的印刷電子發展計劃籌集資金。同時，柔性技術聯盟也與亞利桑那州立大學柔性顯示器中心，以及由亞利桑那州立大學和賓漢姆頓大學（紐約）領導的高級微電子制造中心在印刷電子領域展開緊密合作。
2007年，澳大利亞成立維多利亞有機太陽能電池聯盟。該聯盟由科學家和業內人士團隊構成，協作開展一個世界領先的綜合研究項目，目標是開發出可以用印刷工藝制造的低成本高效率的柔性聚合物太陽能電池。這一項目也是澳大利亞聯邦科學與工業研究組織“未來制造旗艦計劃”的一部分。該聯盟在國際頂級競爭中占有一席之地，獲得了為期3年1200萬澳元的投資，其中50%是來自維多利亞州政府的能源技術創新戰略的可持續能源研發資金。維多利亞有機太陽能電池聯盟的參與單位有墨爾本大學、澳大利亞聯邦科學與工業研究組織、莫納什大學、博思格鋼鐵公司、Securency國際公司、英諾薄膜公司等。
我國在印刷電子領域起步相對較晚。2010年，中科院蘇州納米所的“印刷電子技術研究中心”成立，這是國內首個致力于印刷電子技術研究的中心。該中心由中組部“千人計劃”崔錚研究員領銜組建，致力于在柔性塑料基體材料上的大面積印刷電子技術及其產業化應用研究。2011年，北京印刷學院與天津大學共建的“印刷電子研究中心”正式成立，中心隸屬于北京綠色印刷包裝產業技術研究院，聘請天津大學的中國國家工程院院士鄒競為研究中心主任。南北兩個中心成為推動中國印刷電子技術發展的中堅力量。同年，在蘇州成立了“印刷電子產業技術創新聯盟”。
未來幾年，全球印刷電子產業將有可能進入高速成長期。這將是我國突破硅基微電子產業的“低端鎖定”，走向電子強國的難得機會。作為全球最大的電子產品的生產國與消費國，我國也極有可能成為未來全球印刷電子產品最大的市場。我們不能坐等國外將技術開發成熟后大舉占領我國市場，而應當積極行動起來，提前布局，全面推動我國印刷電子技術與產業的發展。
相比較于傳統的硅基半導體微電子加工技術，印刷電子技術省去了涂膠、光刻、刻蝕、濺射、真空沉積等高成本的工序，大幅簡化了生產過程，具有節約原料、降低成本、綠色環保等優勢。盡管性能目前無法與硅基微電子技術相比，但憑借批量化能力與低成本特點，以及大面積、柔性化等優勢，印刷電子技術已經成為一個獨立于傳統硅基微電子技術的新興領域，蘊含著巨大發展機遇。英國一家市場調查公司預測，到2020年各類非硅基電子產品的市場規模將達到近570億美元，其中83%的產品將基于印刷制造技術。為此，世界許多國家和地區紛紛制定發展戰略與科技計劃，建立研究中心與技術聯盟，以推動印刷電子研發及產業化。
政府資助是推動印刷電子發展的主力
2010年2月，歐盟委員會宣布在第七框架計劃下資助BIOEGOFET（Electrolyte-Gated Organic Field-Effect Biosensors）項目，重點發展便捷診斷傳感器，通過有機晶體管提供電轉換，并采用印刷技術在柔性塑料或紙基底上進行制備。同年6月，在第七框架計劃下發起CLIP（Conductive Low-Cost Ink Project）項目，主要目標是發展一系列低成本油墨，以確保中小規模企業滿足印刷電子產業發展的需求。為加強歐盟各成員國不同行業間的交流和協作，歐盟撥�？畛闪⒘�4個合作平臺，其中之一是聚合物和印刷電子制造生產設備與系統，資助經費達75萬歐元。
2008年3月，由德國PolyIC、巴斯夫、贏創工業、西門子、ELANTASBeck等企業以及德國聯邦教育研究部共同投資的科技項目MaDriX正式啟動，用以開發下一代可印刷的無線射頻識別標簽。其中企業投資150萬歐元，聯邦教育研究部投資80萬歐元。通過MaDriX項目形成的企業聯盟，將得到德國政府在可印刷電子技術方面的支持。
日本新能源和工業技術發展組織的項目“超柔性顯示器元件材料技術開發項目”中的“基于卷到卷方式的高生產—連續—高精度層疊技術與相關材料技術的開發”的分項目，投入約43億日元。眾多企業參與該項目的研究，包括：可樂麗、柯尼卡美能達、住友化學、住友電木、大日本油墨化學工業、大日本印刷、東亞化成、東麗、凸版印刷、日本電氣、日立化成工業、夏普和日立顯示器等。
2005年，臺灣地區將柔性電子產業定為未來三大重點發展的便利新科技之一，主要方向為印刷式無線標簽和柔性顯示器。2009年，在臺灣經濟部的科專計劃支持下，制定了一個為期三年的研究計劃“柔性電子設備及模組技術開發三年計劃”。該計劃把發展柔性電子顯示器作為開發重點，開發方式是以卷到卷的制造設備為基礎。
研究中心是促進技術進步的中堅力量
韓國以電子技術研究所為支撐，于2006年成立了韓國印刷電子中心，目標是提供過程制造、設備和分析服務，建立印刷電子領域研究開發計劃以及下一代顯示器的合作計劃，同時推動工業界與學術界的合作研究與開發。該研究中心積極舉辦各種各樣的商業活動，致力于把韓國建設為印刷電子的世界中心，目前已投資740億韓元用于前沿核心設備和基礎設施的建設。
英國成立印刷電子科技中心以推動研究成果商業化，希望通過概念驗證性的設備和大規模的試點生產，把研究領域的創新者與商業活動結合起來，幫助客戶確定把產品迅速推向市場所需要的材料、工業步驟和投資。該中心獲得來自區域發展委員會、中央政府和歐盟的2300萬英鎊，以及英國商業創新與技能部、新加坡國際基金會和歐洲地區發展基金會的2000萬英鎊的資金支持。印刷電子技術中心麾下的杰出專家來自多個行業和研發領域，包括印刷電子的設計、開發和樣機研究等各個方面。
2011年5月，日本高級印刷電子技術研究協會宣布成立并召開首次會議。該協會以位于茨城縣筑波市的產業技術綜合研究所為依托，以探索加快薄膜、柔性印刷電子設備制造技術的早期商業化模式為主要目的。這些設備主要是指制造低能耗、低成本的顯示器、傳感器、電池等柔性設備和印刷設備。在新能源和工業技術發展組織的委托下，高級印刷電子技術研究協會展開了名稱為“下一代印刷電子材料和制造過程的基礎工藝開發”五年計劃，計劃的執行時間是2011年至2015年。
芬蘭的奧盧區域具備印刷產品原型化的充分設備，位于奧盧的PrintoCent中心是印刷電子領域的商業發展中心，具備世界級的卷對卷和雜交生產、光學測量、多元應用的生產環境。PrintoCent與同位于奧盧區域的芬蘭VTT中心保持著密切的聯系。VTT中心為印刷電子提供了獨特的卷對卷試生產服務。有了這種獨特的試運行環境，VTT中心及其合作伙伴能夠以第一產業的規模開發和制造出原創產品。
技術聯盟是加強合作、助推發展的重要力量
2008年7月，美國顯示器聯盟宣布更名為柔性技術聯盟，主要致力于推動北美柔性印刷電子和顯示器行業發展。柔性技術聯盟充分利用美國顯示器協會在促進顯示器技術發展方面的悠久歷史，與工業界、學術機構和研究組織開展廣泛的雙邊或多邊合作，推動顯示器、柔性顯示器和印刷電子產品從研發到商品化的進程。該聯盟與行業、學術界、投資銀行、風險資本公司以及聯邦機構建立強大合作關系。其中，包括美國海軍研究實驗室和國家標準與技術研究所在內的聯邦機構，為聯邦政府早期設立的印刷電子發展計劃籌集資金。同時，柔性技術聯盟也與亞利桑那州立大學柔性顯示器中心，以及由亞利桑那州立大學和賓漢姆頓大學（紐約）領導的高級微電子制造中心在印刷電子領域展開緊密合作。
2007年，澳大利亞成立維多利亞有機太陽能電池聯盟。該聯盟由科學家和業內人士團隊構成，協作開展一個世界領先的綜合研究項目，目標是開發出可以用印刷工藝制造的低成本高效率的柔性聚合物太陽能電池。這一項目也是澳大利亞聯邦科學與工業研究組織“未來制造旗艦計劃”的一部分。該聯盟在國際頂級競爭中占有一席之地，獲得了為期3年1200萬澳元的投資，其中50%是來自維多利亞州政府的能源技術創新戰略的可持續能源研發資金。維多利亞有機太陽能電池聯盟的參與單位有墨爾本大學、澳大利亞聯邦科學與工業研究組織、莫納什大學、博思格鋼鐵公司、Securency國際公司、英諾薄膜公司等。
我國在印刷電子領域起步相對較晚。2010年，中科院蘇州納米所的“印刷電子技術研究中心”成立，這是國內首個致力于印刷電子技術研究的中心。該中心由中組部“千人計劃”崔錚研究員領銜組建，致力于在柔性塑料基體材料上的大面積印刷電子技術及其產業化應用研究。2011年，北京印刷學院與天津大學共建的“印刷電子研究中心”正式成立，中心隸屬于北京綠色印刷包裝產業技術研究院，聘請天津大學的中國國家工程院院士鄒競為研究中心主任。南北兩個中心成為推動中國印刷電子技術發展的中堅力量。同年，在蘇州成立了“印刷電子產業技術創新聯盟”。
未來幾年，全球印刷電子產業將有可能進入高速成長期。這將是我國突破硅基微電子產業的“低端鎖定”，走向電子強國的難得機會。作為全球最大的電子產品的生產國與消費國，我國也極有可能成為未來全球印刷電子產品最大的市場。我們不能坐等國外將技術開發成熟后大舉占領我國市場，而應當積極行動起來，提前布局，全面推動我國印刷電子技術與產業的發展。
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