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  • 印刷电路板:物联网是网络的终极梦想
  • 当我们听到“印刷电路”四个字时,往往会想起最常见的电子部件。那是表面涂了一层导电金属的树脂板,作为电子器件的支撑体和连接者,差不多已经出现在所有的现代电子设备中。

        这种技术自19世纪末萌芽,到1948年被正式用于商业用途,其间经历了多次革新,就连爱迪生也都对其进行过改良。但是现在,“印刷电路”有了更多的含义。

        印刷电子

        2013年的国际消费电子展上,英特尔公司和英国塑料逻辑公司推出了“纸平板”电脑,用的是10.7英寸、可弯曲的塑料屏幕。最值得注意的是,这块屏幕上 的晶体管,是通过印刷的方式实现的。利用类似的技术,三菱化学公司在2010年印制出了世界上最大的有机发光二极管面板,美国俄勒冈大学曾经用喷墨打印机 制造过太阳能电池,英国的一家公司正在开发以印刷方式生产太阳能薄膜电池的技术,而日本甚至已经开发出了可以在阳光下为电子设备充电的公文包。德国企业在 几年前就开发出了可以印刷的锂离子聚合物电池技术,如纸般轻薄。现在在德国、美国和英国已经有了几家公司拥有了类似技术,可以像印刷海报般印出电池来。

        人们将这种直接印刷出电子器件的技术叫做“印刷电子”,和过去的“印刷电路”相区别。在“印刷电路”中,“印制”的主要工序是光刻和腐蚀,而印刷电子则是 直接将电气器件制作到基材上。这种技术以新型油墨替代传统印刷油墨,采用类似于传统喷墨印刷技术制备电子电路和元器件。这里,具有关键性意义的新型“油 墨”是具有导电、介电或半导体性质等的“电子油墨”。

        这种印刷技术还有更多可能性。现在我们正面对着越来越多的电子器件,其中还有许多是一次性使用的。印刷电子技术的成本更低、工艺简单、而且可以大批量制 备。2013年年初,挪威的ThinFilm公司发布了一小段有趣的视频,介绍了自己的专利技术:使用在印刷厂常见的卷对卷印刷技术,把电路、处理器、温 度传感器、存储单元、一小块显示屏和一块电池印在信用卡大小的柔性标签上。这块标签可以贴在任意包装箱上,成本不高,但是用处很大。

        现在我们也可以再印刷一些别的东西。数米长的显示器、柔软的存储元件、各类传感器甚至是可以弯折的电池,都可以印刷出来。这将会带来即用即印随用随抛的小型电子产品,也可以成为低成本低价格的易耗品,就像纸张或者塑料一样。而且还不仅如此。

    物联网是网络的终极梦想:每个物体都有自己的名字,可以彼此交换信息,并且能够在充分评估的前提下做出最好的决策。汽车之间的通讯可以避免车祸的发生,我 们身上的健康传感器会实时把数据告诉医生,而消防员可以观察到某个地区温度的意外升高而出动。物联网想要让一切信息都自由流动,让所有物体都可以主动汇报 自身的任何变化。

        但是,这一梦想需要的计算能力、传感器以及网络设备的数量,都是天文数字。如果没有低成本解决方案的话,将不会有物联网的未来。印刷电子技术的特点正在于可以低成本地大量制造简单电子器件,而物联网需要大量的这类器件来进行无处不在的数据收集。

        在上世纪80年代,当有机半导体与导体被发现之后,就打开了印刷电子的大门。有机半导体材料往往可以制成溶液,而这也许就意味着可以通过印刷来生产——虽 然这些材料的电子学性能并不算很好,但是可以以成本优势来弥补部分不足。而在进入本世纪后,随着纳米技术的发展,制备无机材料“油墨”也成为了可能,于是 印刷电子技术就成为了电子产业中的新兴热点之一。

        就在前几天,通用电气宣布开发出了一种新技术,可以在特殊的地方印刷出传感器来。他们使用计算机控制的针管在金属表面打印特殊的墨水传感器,用到了两组墨水,其中一组导电性能良好,另一组则是绝缘的金属氧化物。

        这种技术叫做“直接书写”,可以把传感器放到过去无法放置的地方,例如高温高压的发动机内部。虽然这种技术和印刷交通卡天线的技术类似,但是通用电气的这 种新技术能在更严苛的环境下工作。现在,它们开发的传感器已经能够经受超过一千度的高温,还能承受巨大的压力。

        这意味着,我们可以在那些巨大而危险的机器里布下一些眼线。它可以更早地发现问题,提前发出警告;而这也就意味着人们可以做出更好的决策,享受更安全更舒适的生活。

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