利用卷筒状塑料基板与印刷技术，直接将硅半导体或是金属材料，如同印刷报张杂志般，制作类似厚度只有0.6mm的液晶显示器、1/10重量的太阳光电板，以及如同衣服般柔软的传感器等电子产品，如(图一)，进而取代传统真空、溅镀、光阻、蚀刻等制程，亦即所谓的「次世代科技－电子组件印刷技术」，最近几年成为全球嘱目的焦点。利用上述全新的制作观念制成的电子产品，具有轻薄、可挠曲，以及低单位面积制作成本、可大型化等特点，未来甚至可应用于非挥发性内存，与高频无线tag等领域，如(图二)，因此国外各大公司相继加入研发行列，有鉴于此本文将介绍电子组件印刷技术的最新发展动向。

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印刷技术发展经纬

如(图三)所示利用印刷方式制作电子组件，主要理由是它可以大幅改变传统技术的制作方法与使用的材料，尤其是材料的改变更可获得单位面积的制作成本，与轻巧薄型化双重效益，如(图四)。

制程上的变革有两项，分别是电路pattern的制造方式的改变与基板结构的改变。第一项是利用半导体或是金属材料，在基板上直接描绘电路亦即「直接描绘技术」；另一项是基板结构改变，它是改采长达数百公尺卷筒状基板，利用所谓的role to role方式，以连续复数制程完成组件的制作。

传统电子组件的制作为了形成电路pattern，必需使用非常复杂的制程技术，通常会先在基板上制作由半导体或是金属构成的电路膜层，接着在膜层上描绘电路应用范围，最后再刻绘成电路，整个过程如同先将纸张表面涂黑，再逐一去除文字以外的黑色部位。

《图二 印刷技术制作电子组件的特点》

为了达成上述目的，电子组件的场合必需使用高单价，且体积庞大的真空设备，相较之下直接描绘方法有如直接描绘文字，它可以利用转写手段描绘出电路pattern，使得传统溅镀、光罩、蚀刻三个工程被简化成一个，而且制作过程可在大气环境下完成，不需使用任何高单价真空设备。除此之外传统制程的基板处理所需的over head非常大，主要原因是制程上使用切割状的基板，因此必需设置各工程之间的基板搬移，以及基板的进出空间。

role to role方式的基板则是在各设备之间连续移动，加上制作设备被连成一体，所以空间以及基板搬送等问题都可获得彻底解决，如果合并使用role to role与直接描绘两技术时，更可以大幅简化繁琐的程序与设备投资并提高量产性。

有关印刷技术的单位面积制作成本，虽然会随着组件的种类与量产规模而异，根据初步试算结果显示，例如以印刷电路为例，合并使用role to role与直接描绘技术，可使制作成本降至1/3以下，若是制作液晶显示器与LSI的场合，制作成本可望压缩至千分之一甚至万分之一以下。

《图三 利用印刷技术制作电子组件的优点》

值得一提的是利用次世代印刷技术是制作电子组件时，基于轻薄可挠曲等诉求，传统的半导体、导线与基板使用的材料必需改变，例如玻璃、半导体基板会变成塑料基板，半导体与导线则变成有机半导体与金属微粒子。尤其塑料基板的厚度比硅半导体基板与玻璃基板少一位数，比重只有一半左右，因此制成的电子组件非常轻巧。

东京大学利用塑料基板与有机半导体试作的压力传感器，即使卷绕于铅笔上亦无破损之虞、此外飞利浦即将量产的电子纸，安全挠曲曲率半径更高达2cm。

未来发展动向

如上所述印刷技术制作电子组件具有许多优点，不过反面是距离实用化仍有几项障碍（hurdle）有待克服，因此部份厂商计划先建立关键技术，日后再与周边技术整合，事实上即使是部份印刷技术，已经对厂商产生实质帮助。富士电机将太阳光电板与TRADIM（次世代可携式显示用材料技术研究小组），将液晶显示器用的role to role技术列为最优先研发项目，有机半导体的直接描绘技术更被列为前瞻研究范畴；Albac、Epson、大日本印刷等公司，则是全力投入直接描绘技术实用化的研究。

不论是「role to role」方式或是「直接描绘方式」，两者面临最大问题是如何建立高频晶体管的制作技术。计划采用role to role方式的厂商，试图利用真空制膜技术解决上述问题；采用直接描绘方式的厂商，则以各别塑料基板提高性能的手法因应，不过以上两者却不约而同计划以制作上比较容易的简易matrix type EL有机显示器、太阳光电板、电子纸作起始，再逐步朝结构复杂的高速电子组件，以及液晶显示器方向发展。

虽然role to role方式未来可应用于晶体管的制作，不过目前TFT电路仍以硅半导体晶体管为主，一般认为未来液晶显示器相关组件，可望全部利用role to role方式贴合制成，只有彩色滤光膜片（color filter）基于制程上受限于真空设备，因此只能使用直接描绘技术制作。

液晶显示器的TFT电路若在大气环境下，利用直接描绘技术制作，必需使用载子（carrier）移动度极高的有机半导体，不过目前尚未发现可以满足所有性能要求的材料，因此Tradin改用其它方式，具体方法是在塑料基板上制作硅膜层，然而实际上卷筒状塑料基板并无法承受长膜时的高温，因此具备250度耐高温塑料基板问世之前，Tradin计划开发新技术，将玻璃基板上形成的TFT电路膜层，依照(图五)所示黏贴于塑料基板，包含反射膜与配向膜在TFT电路膜层的总候度约为0.2mm左右。不过上述黏贴替代方案只是过渡期技术，最终目标是TFT液晶显示器全部利用印刷技术制作。

《图四利用印刷技术制作液晶显示器》

利用印刷技术制作电子组件主要得力于材料与加工技术的进步，其中又以加工技术最显著，因此制作各种显示器、太阳光电板、无线tag所需的高精度直接描绘技术几乎非常完备。制作如此电子组件所需的最小加工尺寸，以晶体管为例5μm配线部份的最小加工尺寸大约是20μm。目前有机半导体与金属微粒子直接描绘方法可分成四种，不过实际上满足(表一)条件的技术却远超过上述四种。

在塑料基板上制作有机晶体管时，材料涂布于基板表面不可施加压力，因为反复涂布复数的电极与半导体材料，若残留应力会造成晶体管的质量劣化，这意味着符合此条件的制作方法将受到限制；此外喷墨技术（ink jet）与网版印刷以及凹版（gravure）印刷技术，相异层间的位置偏异也一直受到质疑与争议。

《图五 TFT膜层黏贴于塑料基板的制作原理》

喷墨方式可根据CAD数据直接描绘pattern，由于无网版问题因此非常适合少量多样生产；网版印刷以及凹版印刷技术有制作原版的困扰，不过反面是所有电路pattern可利用原版一次完成，因此具有极高的量产效益。除此之外也可以利用模版压制方式，制作10μm以下的pattern线宽，亦即所谓的「Imprint技术」最近备受相关业者高度嘱目，不过Imprint技术程上基板会残留应力，所以不适合晶体管（transistor）的制作，比较适合应用于印刷电路板屿电子组件的布线等领域。Imprint技术可获得与原版几乎一致的pattern，一般认为布线宽度可望低于10μm，事实上最小加工尺寸70nm的制作设备，已经进入商品化阶段（图六）。

《图六 利用Imprint技术制作的宽70nm pattern外观》

利用印刷技术在基板制作电子组件是否能实用化，取决于有机半导体与微粒子材料技术的进展，尤其是动作频率高达MHz晶体管的有机半导体材料的开发，更是具有决定性的影响。

虽然部份厂商尝试利用有机半导体材料在塑料基本上制作二极管、电阻与电容等各别独立电子组件，不过有机晶体管的动作频率非常低，因此利用以上方式制成的电子组件即使组成电路(图七)，往往无法获得预期效果，严重时甚至不会动作。

目前利用有机半导体与直接描绘技术制成的晶体管，动作频率大约是100kHz，虽然晶体管的动作频率随着用途有极大差异，不过基本上未来必需提高一位数以上。

《图七 利用有机材料制成的电子组件》

2003年12月美国3M曾公开表示有机晶体管可作1MHz的动作，这意味着未来非结晶硅(amorphous silicon)主动式液晶显示器、有机EL显示器，以及电子纸甚至硅基板制成的125kHz、530kHz无线tag，都将成为有机晶体管的应用范围，如(图八)。

不过，目前使用的有机晶体管是利用真空设备制成，因此无法应用直接描绘技术加工，所幸的是最近五年有机半导体的载子移动度提高二位数左右，2005年已可利用直接描绘技术制作动作频率为1MHz的有机晶体管。

《图八 有机半导体可望取代所有传统硅半导体电子组件》

有关布线用金属微粒子的发展，已经在各种用途上达到实用化水平，因此直接描绘加工技术可选择的范围更加宽裕，以往直接描绘大多使用Ag金属微粒子，2004年出现的Cu金属微粒子加入，使得流通电流的印刷电路板受益最大。

因为Ag金属微粒子即极造成电子迁移（electro migration）与断线，因此不适合大电流用途，如果改用Cu金属微粒子除了可以解决上述问题之外，更可当作各种电子组件的配线，彻底杜绝断线困扰。

利用Cu金属微粒子制作印刷电路板的布线时，由于电路基板必需加热至250℃～300℃，因此无法合并使用「直接描绘加工技术」与「role to role加工技术」，因为如此高温塑料基板会遭到破坏无法使用，如果Ag与Cu金属微粒子的加工温度不超过200℃，基本上可以融着于塑料基板表面，因此未来必需开发低温Cu金属微粒子。

《图九 利用金属微粒子制作印刷电路板的布线pattern》

结语

随着科技的进步小型、轻巧、可挠曲已经成为电子产品的专有名词，这意味着传统的电子组件加工技术与观念即将面临革命，今后类似印刷技术制作电子组件新技术会陆续问世。