【编者按】柔性电子，将电子元器件和设备柔性化，能够丰富应用场景，提升应用体验，促进电子智能化，是微电子领域最重要的发展方向之一。如何让硬件能够实现可拉伸、可弯折和任意变形呢？如何能够在保证性能的同时，实现电子印刷的高效和环保呢？针对电路图的新型印刷技术很关键。
柔性，包含几万到几十万次的360°弯折，高弹性的可拉伸形变等等，为了满足这些严苛的物理变化要求，就需要在多曲率、复杂形变的表面实现柔性电路印刷。另外，传统的PCB印刷主要采用刻蚀法，这种“减法”的基本原理决定了需要耗费大量的资源来解决环保问题，因此环保成本非常高。兼顾快速和环保，颠覆传统的电子印刷方案，是柔性印刷术亟待解决的课题。
柔性电子印刷术市场充满想象力
数字技术是本轮技术革命的驱动因素。柔性电子，作为数字技术在硬件层面的发展要素，将迎来亿万级的蓝海市场。根据IDTechEX预测，2018年全球柔性电子市场是469亿美元。2028年可达到3010亿美元，存量和增量市场的应用场景极具前途。
柔性电子印刷产业包含基底材料、可印刷电子材料、印刷技术、印前/后处理和封装、系统设计和集成等环节。涉及的行业几乎无所不包，包含物联网、消费电子、汽车电子、光伏、智能包装等等。以物联网为例，海量的物体都需要通过传感器进行连接，基于柔性印刷技术的柔性传感器具有低成本属性，能够满足低成本联网、电子标签、电子票证、溯源、监测等应用。
图1 |柔性电子印刷技术涉及的领域
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以水洗标签为例，全球市场市场容量就可以达千亿片，应用场景包括酒店、铁路、医院、航空、家居等。中国酒店数量超过10万家，每家酒店房间数量平均是300间，洗涤用品至少每个房间每天达到30件，因每家酒店的标签需求量超过1万枚，因此仅中国酒店的市场规模就达到每天10亿片。
在可穿戴设备方面，2018年全球可穿戴设备出货量3.1亿台，年均增长16%，每个智能穿戴设备至少需要2条以上的柔性连接电路。在FPC天线方面，2018年全国超过200亿片的需求，2019年预计达到210亿片，复合增长率达5%。
可折叠屏手机是柔性电子印刷技术走向高端应用化的关键战场。可折叠屏手机将传统的二维平板改造成“变形金刚”，提升了视觉体验，方便了随身携带，还能实现一屏多界面的“娱乐+办公”操作，主要将7~9寸屏折叠成4~6寸屏。三星、LG、华为、苹果等公司都先后推出可折叠屏手机。可折叠屏手机的一个关键难点就是保证内部的电路能够耐受高频次的折叠。通过柔性电子印刷术，能够完美地匹配柔性电子的应用要求。
图2 | 可折叠屏手机
柔性电子印刷技术百家争鸣
由于柔性电子印刷技术仍处于初级发展阶段，技术路径较多，目前并没有成熟的技术方案能够一统江湖。
从材料层面来看，液态金属、纳米银线、纳米铜线等都是具有潜力的应用材料，性能、成本、成熟度等关键要素也都各有优劣。
从工艺层面来看，传统喷墨打印、气流喷墨打印、点流体动力喷墨打印、丝网印刷、凹版印刷、涂布印刷等，路径多元化，具体选用何种方案也和材料、应用需求等息息相关。和工艺相对应的是设备层面，针对喷墨印刷、丝网印刷、凹版印刷、涂布印刷等都需要不同的设备，同时采用激光固化、自然固化等不同的方案也都需要不同的设备。
以液态金属为例，由于常规金属材料的成型和运用往往需要化学、电化学或高温高能的方法才能实现，液态金属在增材制造及印刷电子领域的突出优势体现在其自身拥有良好的金属性及稳定性的同时，还能够具有独特的流体柔性性质，这一特征使得其能够以较灵活的引入各类掺杂成分以定向调控其性能，还可以通过非化学、低能耗、低损耗的方式进行成型。
液态金属的核心壁垒体现在材料配方和制备工艺。不同的材料配方，决定了液态金属的物理性质和化学性质，对下游应用的性能表现起到基础性的作用。由于需要在主体成分的基础上进行掺杂以形成分散体系，因此材料制备的方法和参数对于能否形成分散、分散是否稳定、分散后性能水平等都会造成影响。例如，以一般性搅拌方式无法分散的粉体，能在特殊工艺及特殊添加剂后与液态金属复合；
此外，粉体粒径、比例、分散设备转速、分散时间、冷却、隔氧等参数也都会对分散的稳定性、分散后的性能带来不同程度的影响，例如某些增强导电成分在特定比例下最适合滚涂印刷，高于或低于此比例的情况下精细图案黏连问题出现的几率就会大大提升。
以纳米银线为例，该产业链包含纳米线墨水、涂布、电路刻蚀、模组产品和终端产品等环节。纳米线墨水的制备具有极高的技术挑战。我们知道，纳米材料的制备需要解决团聚、氧化等本征问题，通过金属分体、溶剂、添加剂等基础材料，进行纳米尺寸材料的制备决定了下游产品的电学性能。涂布环节则应用到涂布机，能够高效地完成涂布工作，并通过激光刻蚀、黄光工艺等实现刻蚀，得到柔性电路图。在纳米银线方面，华科创智、苏州诺菲等几家初创企业已经取得了较大的进展，并且将产品应用在了教育面板、会议面板等市场中。
整体而言，柔性电子印刷技术还处于“百家争鸣”的状态，性能、成本、环保等都是关键要素。传统的电路印刷方案产业链成熟，性能稳定性高，产品可靠性强，因此取代传统的电路印刷方案并不容易。目前的阶段，通过水洗标签、柔性RFID等技术壁垒相对不太高的市场作为切入点，同时进一步挖掘各种柔性电路印刷技术的潜力，不断实现低成本和高可靠，是新型柔性印刷技术的发展良策。
柔性电子印刷术的市场前景非常广阔，是创业投资的重要题材。但是，柔性电子涉及到材料、工艺、设备等全方位的革新，因此产业化的路程将是非常艰辛。同时，柔性电子印刷技术路径的多元化，增添了该赛道的投资风险。未来，期待能够见到有创业企业，掌握核心的材料和工艺技术，兼具强悍的新产品推广能力，能够在“雾里看花”的柔性电子印刷赛道中脱颖而出。
