كتب printing technology

الاهتمام بالطباعة كتنولوچيا تُمكن من صناعة الإلكترونيات ينبُع أساساً من قدرة تلك التكنولوچيا وضع حزم من الهياكل الدقيقة فوق بعضها البعض(مما يعني أجهزة كهربية دقيقة) بطرق أسه وأرخص من تلك المستخدمة فيصناعة الإلكترونيات التقليدية. أيضاً قدرة تكنولوچيا الطباعة على إدخال وظائف جديدة لتلك الإلكترونيات  مثل المرونة الميكانيكية له دور مهم. اختيار طريقة الطباعة الملاءمة يعتمد بالأساس على الطبقات المطبوعة من حيث خصائص المواد المستخدمة في الأحبار بجانب الاعتبارات التقنية والاقتصادية للمنتج النهائي. وتنقسم الطباعة إلى نوعين، الطباعة بالفرخ، والطباعة بالبكر. في حالة الطباعة بالفرخ، فإن الطباعة بالنفث الحبري والطباعة الشبكية يعتبران الحل الأمثل في طباعة إلكترونيات بكمية قليلة ودقة عالية. بينما الطباعة بالحفروطباعة الأوفست وكذلك طباعة الفلكسوجرافيك أكثر شيوعاً في حالات الإنتاج بكميات كبيرة، مثل طباعة الخلايا الشمسية.، حيث أن سرعة الطباعة قد تصل 10000 متر مربع في الساعة.

تسخدم طباعة الأوفست والفلكسوجراڤيور في طباعة الموصلات العضوية و الغير عضوية (تستعمل طباعة الفلكسوجراڤيور في طباعة العوازل الكهربية أيضاً) بينما تستعمل الطباعة بالحفر خصيصاً في طباعة الطبقات ذات الجودة العالية</"ref name="Hub07> مثل أشباه الموصلات العضوية و واجهات أشباه الموصلات أو عوازل كهربة في الترانزستور وذلك نتيجة لقدرتها على طباعة طبقات ذات جودة عالية. وبالحديث عن درجة الدقة فإن  الطباعة بالحفر ممكنةٌ أيضاً في الموصلات العضوية وغير العضوية. من الممكن تجهيز الترانزستور العضويذو التأثير المجالي بالكامل بإستخدام طرق طباعة الكم</"ref name="Hub07> وكذلك طباعة الدوائر الموحدة.

طباعة النفث الحبري مرنة ومتنوعة، ويمكن نسبياً ضبطها بسهولة. من المحتمل أن تكون طباعة النفث الحبري هي الأكثر شيوعاً. ومع ذلك فإن طباعة النفث الحبري توفر إنتاجية محدودة قد تصل إلى 100 متر مربع بالساعة، ودرجة دقة منخفضة (تقريباً 50 ميكرون). هي ملاءمة أكثر لتلك المواد ذات اللزوجة المنخفضة مثل أشباه الموصلات العضوية. ولكنها غير ملاءمة للمواد ذات اللزوجة العالية مثل العوازل الكهربية العضوية والأجزاء المتناثرة مثل الأحبار المعدنية الغير عضوية، ونتيجة لطباعة الحبر عن طريق الطبقات فإن السماكة والتجانس منخفضين. حيث يحدث انسداد في فوهة الرأس الطباعي.

استخدام العديد من الفوهات وماقبل هيكلة الخامة المطبوع عليها يسمح بتحسين الإنتاجية وزيادة الدقة على التوالي. تفضل الطباعة بالنفث الحبري لأشباه الموصلات العضوية مثل الترانزستورات العضوية ذات التأثير المجالي OFET والثنائي العضوي المشع ضوئياً صمام ثنائي عضوي باعث للضوء. اللوحات الأمامية والخلفية Backplane للثنائي العضوي المشع صمام ثنائي عضوي باعث للضوء والدوائر الموحدة من الممكن تجهيزها بإستخدامطباعة النفث الحبري وكذلك أيضاً الخلايا العضوية الضوئية.

تعتبر الطباعة الشبكية من الطرق الملاءمة لتصنيع الإليكترونيات وذلك لقدرتها على إنتاج طبقات سميكة منمطة من مواد مختلفة. هذه الطريقة بإمكانها إنتاج خطوط موصلة كهربياً من مواد غير عضوية مثل تلك المواد المُستخدمة في لوحات الدوائر الكهربية والهوائيات، ولكن أيضاً يمكنها إنتاج العوازل وطبقات الإلكترونيات السلبية(لا تحتاج إلى قوة كهربية في التشغيل)، حيث السماكة أهم من الدقة. إنتاجيتها تصل إلى 50 متر مربع بالساعة، ودرجة دقة تصل إلى 100 ميكرون، مشابهة لطباعة النفث الحبري. تلك الطريقة التنافسية المتنوعة تستعمل أساساً للطبقات الموصلة والعازلة كهربياً بجانب أشباه الموصلات الكهربية مثل الخلايا الضوئية العضوية Organic solar cell.

الطباعة بالهباء الجوي هي طريقة أُخرى من طرق تصنيع الإلكترونيات المطبوعة. تبدأ عملية الهباء الجوي عن طريق جعل الحبر في الشكل الذري(انحلال الحبر)، حيث يمكن تسخينه إلى 80 درجة سيليزية منتجاً قطرات من الحبر بقطر 1 إلى 2 ميكرون. يصل الغاز المحمل بالقطرات الناتجة عن عملية الأنحلال إلى الرأس الطباعي. يأتي تيار من غاز نقي ليندمج معالغاز المشع بالقطراتمسبباً ترتيب الذرات على هيئة خط متقارب القطرات من المادة المطبوعة. كلاً من الغاز النقي والمشع يخرجا من فوهة ضيقة بالرأس الطباعي والتي تقوم بضغط ذرات الهباء إلى أقطار تصل إلى 10 ميكرون. تخرج قطرات الطباعة من الرأس الطباعي عند سرعة 50متر/ثانية مخترقةً سطح الخامة المطبوع عليها.

تتشكل أجزاء التوصيل الكهربي والأجزاء النشطة والخاملة كهربياً عن طريق تحريك الرأس الطباعي المجهز بقفل ميكانيكي للفتح والغلق تبعاً للخامة. قد تصل دقة المطبوع إلى 10 ميكرون عرضاً سماكة من عشرات النانوميترات إلى أقل من 10 ميكرون. الرؤوس الطباعية ذات الفوهات العريضة تمكن من تصنيع الأنماط الإلكترونية الأكبر مقاساً بكفاءة وكذلك لأغراض تغطية سطح الخامات. كل المرحلة الطباعية تحدث في درجة حرارة الغرفة العادية ودون تفريغ للهواء أو غرف ضغط.

سرعة القذف من الفوهة تعطي إمكانية لتوسيع المسافة بين الرأس الطباعي وسطح الخامة المطبوع عليها قد تصل من 2 ملمم إلى 5 ملمم. تبقى القطرات متماسكة ومُركزة فيما دون تلك المسافة مما يساعد على طباعة أنمطة توافقية على أسطح ثلاثية الأبعاد. بغض النظر عن سرعة القطرات المقذوفة إلى أن عملية الطباعة رقيقة ومعتدلة ولا تحدث تلفاً في السطح الطباعي عادة، ولا ينتج عنها بقع أو رذاذ زائد. بمجر الإنتها من طباعة النمط المطلوب فإن الحبر المطبوع لابد له من عملية معالجة لتحقيق الخواص الكهربية والميكانيكية المطلوبة. تعتمد عملية العلاج هذه على تركيبة الحبر والسطح الطباعي معاً أكثر منها على عملية الطباعة نفسها. العديد من المواد تم طباعتها بنجاح بإستخدام طباعة النثر الهوائي. أمثلة على ذلك: المعاجين المخففة، البوليمرات الحرارية، البوليمرات المذابة والمواد البيلوچية.

الطباعة بالتبخر هي مزيج من الطباعة الشبكية عالية الجودة وتبخر المواد للوصول إلى درجة دقة تصل إلى 5 ميكرون. تستخدم هذه الطريقة تقنيات مثل الإشعاع الحراري والبصق بجانب طرق الإنتاج التقليدية لإسقاط المادة على السطح الطباعي من خلال قناع شفاف منضبط مع السطح الطباعي للوصول إلى نسبة تسجيل أفضل من 1 ميكرون. من الممكن عمل دوائر كهربية ذات تكلفة مناسبة وجودة معتمدة بإستخدام تصاميم من الأقنعة المختلفة مع أو مواد الضبط، وذلك دون الحاجة إلى الليثوجرافيك بحيث تكون الإنتاجية أكثر وبجودة أفضل من أساليب طباعة الإلكترونيات التقليدية.