尽管已有所改进,卷对卷处理技术依然面临障碍。
卷对卷处理技术已经取得了长足的发展,正在成为软板电子电路大批量制造的有效方式。然而,该技术的广泛采用仍非常依赖于创新设计与创新技术。
位于美国弗吉尼亚州 Mechanicsburg 的 JLP Consultants LLC 公司主管 Lee Parker 说:“在设计师们确信软板确实可以节省成本以及 R2R 是软板的最佳解决方案之前,工程师们始终会过于小心谨慎,避免犯错。如果一项已被证实的技术可以满足需要的话,他们为什么还要去尝试不熟悉的技术呢?”
在卷对卷处理过程中,软板是在 PEN(一种可以不间断运转的聚酯或聚酰亚胺卷或网)上处理的。卷对卷处理要比传统的批量处理方式更快速高效,并且其生产不受层压板或硅晶圆大小限制。一张 R2R 网可长达数里。在软板上建造的电路具有轻、薄和耐久的特点。
但卷对卷技术的广泛应用却受到来自经济和技术两方面的阻碍。该处理技术要求采用高度专业化的设备和固定的处理顺序,并且修正缺陷非常困难且费用高昂。目前,市场上尚未出现能够抵销卷对卷电子产品制造成本的相应技术流程。
早期阶段
卷对卷处理技术是由报纸印刷方法演变而来的。该方法在 20 世纪 70 年代早期首先用于光学电子学领域,用于通过在胶片上使用热模压印技术来大量生产全息图。
当前用来制造软性电路、淀积、电路图设计和包装的流程与晶片制造流程相似。但是,与支持多流程序列的晶片制造不同,卷对卷流程的处理顺序是固定的。这限制了可在卷对卷设备中运行的产品多样性。当前,对于需要较多物理空间的大批量应用而言,该处理方法是最高效的。
普通的电子产品处理技术可能会影响卷对卷处理的效率。Parker 说,金属镀层简直就是卷对卷处理技术的“天敌”。电解铜可能会粘附到用于在生产线上移动网的轴承上。他补充道:“这可能会使整条生产线停产。”
大多数电路图设计技术会在基板上沉积数层材料,然后去除部分材料以形成线路和通路孔。离子蚀刻及热钻孔和机械钻孔等典型的清除方法会加热、拉伸或撕破网。我们可以去除被破坏的地方并把网拼接起来,但如果网大量损失,则会增加出现缺陷的可能性。Parker 说:“任何时候发生生产线停产或网断裂的情况都可能导致损失大量产品。”
战胜挑战
我们正在对现有的几项技术加以改进以克服这些障碍。例如,使用专门的喷墨打印机可直接在网上喷上催化墨水。经过固化之后,金属会只粘附在网上经过预图案处理的区域,以生成通路孔和线路。
由于不需要去除网上的各种材料,与生产相关的缺陷和废料会大大减少。位于英国英格兰剑桥镇的 Conductive Inkjet Technology 公司的业务发展经理 Joel Yocom 说:“这是一个单纯的附加程序,因而产生的废品量非常小。”
有机电子产品的出现,使采用卷对卷技术生产大型、灵活的显示和照明设备成为可能。有机材料同时具有发光和传导属性,同时还能在低温下在大面积基板上进行处理。
有机发光二级管 (OLED) 正被广泛应用于显示设备中。2008 年,位于美国纽约 Niskayuna 的 GE Global Research 机构制造了它的第一个采用卷对卷技术生产的 OLED 设备。卷对卷技术还被用在太阳能电池上:大型太阳能电池板使用的简单 p-n 二级管和无线电频率识别 (RFID) 设备,可以同时组装其驱动电子产品和 RFID 设备。RFID 设备是应用了卷对卷生产流程的最大领域。
位于美国加州 Morgan Hill 的 Alien Technology 是 RFID 标签的最大生产商,它已经将卷对卷技术整合到其流控自装配 (FSA) 流程中,用于生产数十亿计的低成本 RFID 标签来满足不断增长的市场需要。如果不使用卷对卷技术,RFID 标签生产必将无法满足这一快速增长的行业对速度和成本的要求。尽管 RFID 标签只是整个电子产品市场的一小部分,但它却代表了卷对卷生产流程技术自投入应用以来的最佳应用。
卷对卷技术在海外市场上的应用范围正在扩大,这有助于降低成本。位于韩国 Kyungki-do 的 InkTec 和位于挪威奥斯陆的 Thin Film Electronics 都于 2008 年 3 月宣布,将卷对卷技术投入印刷内存产品的批量生产。Parker 还说,很多工厂也在中国进行了重大投资。
此外,专家们认为设计才是真正的障碍:电子产品应用必须将新技术与具有创造性的产品开发相结合,这样才能实现较大的灵活性。
