Современная технология печатной электроники только развивается, так что в 2020 году мировой её рынок составил около 41,2 млрд $, а в нынешнем (2023г) может вырасти до 55 млрд $ и больше. При этом российский рынок тоже принял в этой сфере своё участие, правда с долей около 1%. Под понятием такого типа электроники подразумевается не только сама печатная плата, но и все размещённые на ней компоненты, которые выполнены печатным способом до полного их функционирования.
А вот насколько долго такие приборы работают и где это можно применить? Впрочем, было бы изобретение, а использование всегда найдётся!
Материалы печатной электроники
Компоненты печатной электроники создаются в процессе печати из специальных чернил. Их основной характеристикой является не цвет, а свойства. Для них очень важно, на какой материал они будут нанесены на бумагу, ткань, полимерную плёнку или пластик. Это связано с отличительными свойствами смачиваемости чернил с материалами, на которые они будут наноситься.
Проводники
Для печати дорожек, перемычек, катушек индуктивности, низкоомных сопротивлений и обкладок конденсаторов используются графитные или серебросодержащие чернила.
Диэлектрики
В качестве изоляторов в печатной электронике используются материалы с высокими диэлектрическими свойствами. Это необходимо для того, чтобы создавать конденсаторы максимальной ёмкости при минимальной площади обкладок. Для образования высокоомных сопротивлений в диэлектрик добавляют графит.
Полупроводниковые компоненты
Из активных элементов печатной электроники используются, в основном, транзисторы и диоды. Их печатают с помощью струйных принтеров, которые отличаются от обычных в 6 раз меньшим диаметром сопла. Оно может наносить на подложку капельку, размером всего 5 микрон. Однако такой тип печати имеет существенный недостаток — необходимо предотвращать растекание полупроводниковых чернил. Это несколько замедляет процесс печати и усложняет составление алгоритмов такой топологии.
Органические и комплексные материалы
Транзисторы и диоды могут изготавливаться в процессе печати из органических полупроводников. Отличительными свойствами обладают органические светодиоды. Это излучатели света, выполненные путём нанесения на печатную основу нескольких слоёв из органических материалов. Сначала наносится проводник – анод. Затеем токопроводящий и излучающий слой, состоящий из низкомолекулярного органического вещества. Завершающим слоем является катод, состоящий из тончайших и незаметных нитей пыли алюминия или серебра.
Свойства изделий печатной электроники и их применение
Пока рабочая частота печатных компонентов составляет лишь сотни килогерц. Однако, этого достаточно даже для печати дисплеев с небольшим объёмом отображаемой информации. Таким способом есть возможность нанесения на картонную или пластиковую подложку изменяющихся изображений типа Gif-картинок.
Причём отдельное питание для подобных открыток не нужно. В таких системах каждый пиксель изображения может питаться от отдельного генератора. Он делается из крошечной солнечной батареи, напечатанной рядом. Такое изображение проявляется лишь при освещении. Для питания напечатанного таким образом дисплея, размером 30 см по диагонали, достаточно всего 12 мВт мощности.
Вообще-то, солнечные батареи, антенные, также магнитные элементы печатать не сложно. Напечатанный элемент преобразования световой энергии в электрическую стоит в 5 раз дешевле кремниевого, а по свойствам, практически не уступает своему аналогу. Поэтому в печатной электронике гальванические элементы, вместе с напечатанными драйверами, очень часто заменяют отдельные источники питания.
Нам всем знакома магнитная карточка, которая активируется в нужный момент магнитным полем, движущимся вдоль специальной полосы. Такие магнитные элементы можно выполнить печатным способом и использовать в качестве детектора или генератора питания для напечатанных схем недорогого устройства. Это могут быть разовые электронные ключи, метки и датчики электромагнитного излучения, которые реагируют, например, на радиоволны сотового телефона или другого подобного аппарата.
Диапазон стоимости, например, метки, заменяющей штрих-код, которая изготовлена печатью — от доллара (для дорогих товаров с серьёзной защитой) до нескольких центов.
Основные характеристики печатной электроники серьёзно ограничивают её возможности. Потому что все напечатанные компоненты являются:
· Низкочастотными;
· Низковольтными;
· Маломощными;
· Неустойчивы к агрессивным факторам окружающей среды;
· Имеют невысокую степень интеграции.
Долговечность напечатанных изделий зависит от наличия и свойств защитного покрытия. Есть у них ещё и преимущество над кремниевыми аналогами — высокая пластичность. Для них безопасными являются, до определённой степени:
· Изгибания;
· Растяжения и сжатия;
· Удары;
· Вибрация и тряска.
Много различных приборов может быть выполнено для разовых целей. Для этого вовсе не обязательно изготавливать печатную плату и паять на ней компоненты, достаточно это напечатать.
Хотелось бы, чтобы появились подобные принтеры для пользователей-любителей. Ну а программы создания чертежей топологии можно было бы скачивать удалённо. Возможно ли такое в обозримом будущем?
