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革命性的电子技术——柔性电子

本文由传感器技术（ ID:WW_CGQJS ）授权转载柔性电

子技术是一门新兴的科学技术。建立在柔性和可延性基板之上

的新兴电子技术通称为柔性电子技术。由于其独特的柔性和延

展性，柔性电子系统在很多方面有着广阔的应用前景。

柔性电子（ Flexible Electronics ）又称为塑料电子（ Plastic Electronics ）、印刷电子（ PrintedElectronics ）、有机电子

（O rganic Electronics ）、聚合体电子（ Polymer Electronics ）等；是将有机 /无机材料电子器件制作在柔性 /可延性塑料或薄金属基板上的新兴电子技术。在人们的印象中，有机材料，如塑料等，都是很好的绝缘体，很少有人会想到塑料也能导

电。近年来，由于对导电高分子的研究有了新突破，有机材

料可以从传统的绝缘体变成可导电的半导体，柔性电子便应

运而生。现代化学等技术的发展，促进了柔性电子这样一门

学科的发展。柔性电子制造的关键包括制造工艺、基板和材

料等，其核心是微纳米图案化（Micro- and Nanopatterning ）制造，涉及机械、材料、物理、化学、电子等多学科交叉研

究。柔性电子以其独特的柔性/延展性以及高效、低成本制造

工艺，在信息、能源、医疗、国防等领域具有广泛应用前景，如柔性电子显示器、有机发光二极管 OLED 、印刷 RFID 、薄膜太阳能电池板、电子报纸、电子皮肤 (Skin Patches)/人工肌

肉等。柔性电子除整合电子电路、电子组件、材料、平面显

示、纳米技术等领域技术外，同时横跨半导体、封测、材料、化工、印刷电路板、显示面板等产业，可协助传统产业，如

塑料、印刷、化工、金属材料等产业的转型，提升产业附加

值，因此柔性电子技术的发展必将为产业结构和人类生活带

来革命性的变化。柔性电子技术是一场全新的电子技术革

命，引起全世界的广泛关注并得到了迅速发展。美国《科学》杂志将有机电子技术进展列为2000 年世界十大科技成果之一，与人类基因组草图、科隆技术等重大发现并列。美国科

学家艾伦黑格、艾伦·马克迪尔米德和日本科学家白川英树

由于他们在导电聚合物领域的开创性工作而获得2000年诺贝尔化学奖。

柔性电子与传统电子制造的区别

目前电子产业基本上都是属于传统的半导体产业，制造用到

的设备相当庞大，且费用高昂，制造效率低；整个柔性电子

的概念是希望能够把传统半导体产品、组件及线路用印刷的

方式来替代。主要从三方面来看柔性电子与传统电子电路不同

之处：（ 1）应用前景一旦将很柔软的基材应用在设计方面或

把线路做成无形的或可折迭的东西，那就跟传统的硬式基材有

很大的不同。（ 2）制造成本采用卷到卷印刷工艺，并且

在材料的使用上也可避免像光刻技术浪费95%以上材料的问题，而采用印刷方式印制上去的面积则等同于使用的面

积，其使用率在90% 以上，以长期发展角度来看，印刷方

式会比传统光刻技术的成本低很多；硅 CMOS 晶元一般造价

为 10＄/cm2 ，复合半导体甚至更贵，柔性电子实现的理想造

价为 0.1＄/cm2 ，从造价就可以看出柔性电子的巨大优势。（ 3）投资角度传统的半导体厂动不动就要数十亿甚至上百亿的

投资，但印刷的方式就像传统的印刷只要投资数千万就可把

基本的规模建立起来。要强调的是印刷所要用的油墨跟传统

的印刷不一样，需要特别研制，开发初期成本由于量少也比

较高，但批量生产后成本就会变得较低廉了。柔性电子系统

的结构和材料

柔性电子技术虽然可应用于不同领域，但是其基本结构相

似，至少包含以下 4 个部分：电子元器件、柔性基板 fflexible substrate)、交联导电体 finterconnect) 和黏合层。柔性电子系

统结构以下分别介绍柔性电子系统结构的 4 个主要部分。 1、电子元器件电子元器件是柔性电子产品的基本组成部分，包

括电子技术中常用的薄膜晶体管、传感器 (sensor)等。这些电子元器件与传统电子技术的元器件没有本质差别，部分元器

件采用无机半导体材料(如硅 )，由于其材质较脆，在变形过

程中易于发生脆断，所以它们通常不直接分布在电路板上，

而是先安放在刚性的微胞元岛(cell island) 上，然后承载元器

件的微胞元岛再分布在柔性基板上，这样做的好处在于有利

于保护电子元器件，避免其在弯曲过程中损坏。当然，有些

电子元器件也可以直接分布在柔性基板上，例如部分薄膜晶

体管，由于自身特性，可以直接承受一定的应变而不影响其

功能。与传统微电子技术相比，在柔性电子技术中，有机电

子元器件的使用是一个显著的特点，其中有机薄膜晶体管forganic thin film tran — sistor，OTFT) 占据着十分重要的地位，有机材料的使用为减小元器件重量和厚度，提高其柔韧性和

延展性创造了条件。 2 、柔性基板柔性基板是柔性电子技术

不同于传统电子技术的最突出的地方。它具有传统刚性基板

的共同特点，首先就是绝缘性：绝缘的柔性基板保证电子设

备在使用过程中不至于漏电，既确保其能正常工作，又能保

证其使用的安全性。其次是较高的强度：无论在哪种电子技

术下，基板所起的作用相当于骨架的作用，没有较高的强度

做保障，就不能保证其正常使用。再次就是廉价性：基板材

料是电路中使用最多的材料之一，只有使用价格低廉的材料

才能有效的降低电子产品的成本。除了上述基板的共同特点

以外，柔性基板还有其自身独有的特性。首先是柔韧性：柔

性电子系统的柔韧性主要通过基板表现出来，对柔韧性要求

不同的产品可使用不同材质的基板；例如，电子皮肤通常

采用柔性非常强的硅有机树脂 (Si1icone) ，而柔性电子显示器对柔性的要求较电子皮肤弱，多采用聚对苯二甲酸乙二醇酯

材料 (PET) 俗称聚脂。其次是薄膜性：虽然称为基板，但其在尺寸上已不再是“板” ，而是薄膜；柔性电子系统的基板通