Печатная электроника — что это, как она создается и чего от нее ждать

Печатная электроника — перспективное направление микроэлектроники, основанное на методах печати, аналогичных применяемым в полиграфии.

Такая технология предполагает использование методов печати для нанесения тонких пленок токопроводящих, полупроводящих и диэлектрических материалов на подложку. Получающиеся структуры напоминают печатные платы, однако могут быть гораздо сложнее и содержать множество слоев. В результате получаются электронные компоненты, свойства которых зависят от свойств использованных материалов.

По нашим оценкам, российский рынок печатной (или как ее еще можно назвать — гибкой) электроники составит около 40 млрд рублей в перспективе 3-5 лет. Мировой рынок печатной электроники по оценкам международных аналитических агентств сейчас составляет около $15 млрд, и к 2030 году он может увеличится до $44 млрд.

Это говорит о том, что в ближайшее десятилетие нас ждет новая волна технологического прорыва. Привычные устройства — смартфоны, осветительные приборы, телевизоры, одежда — будут иметь новые свойства и функции. Совсем скоро мы сможем их «печатать» как банкноты или документы, а на их поверхности можно будет создать гибкие дисплеи, источники освещения, сенсоры и многое другое. Все это возможно благодаря относительно новой и перспективной технологии — печатной электронике. Но для начала лучше всего разобраться, как она работает.

Сам термин «печатная электроника» предполагает, что привычные нам изделия электроники мы буквально можем печатать на обычных носителях (пленке, бумаге, ткани или стекле). Только вместо печатной краски обычно используют специальные токопроводящие материалы. Главная характеристика таких материалов не цвет, а их специальные свойства — электропроводимость, электролюминесценция, полупроводниковые свойства и другие. Не менее важным является подложка, на которую наносятся эти материалы — ткань, бумага, пленка или стекло. Основными требованием к подложке являются ее высокие диэлектрические и поверхностные свойства. 

Развитие технологии стало возможным благодаря созданию новых полимерных материалов с токопроводящими и полупроводниковыми свойствами. В результате это позволяет создавать простые электронные компоненты без использования кремния и сложных, дорогостоящих технологий его обработки. Проще говоря, создать RFID метку, печатную память и даже несложный микропроцессор с использованием технологии гибкой электроники будет быстрее и дешевле, чем изготовить такие же на заводе по кремниевой технологии.

Стоит напомнить, что еще несколько лет назад именно дефицит кремния привел к масштабному кризису в мировой электронике.

Некоторые элементы, например, осветительные приборы, солнечные элементы, массивы сенсоров, можно напечатать в форме тонких гибких панелей большой площади и произвольной формы, что сложно, дорого, а порой и невозможно реализовать по традиционной технологии. Подобные панели возможно дополнить элементами дизайна, нанеся их на том же производстве с помощью обычных полиграфических технологий. Используя бумагу в качестве подложки, мы получаем недорогие (при массовом производстве) и легко утилизируемые элементы печатной электроники, которые можно рассматривать как одноразовые или сменные компоненты более сложных устройств.

Сфера применения печатной (гибкой) электроники достаточно обширна. Это может быть, например, датчик дождя для ферм, который автоматически посылает сигнал накрыть урожай для чувствительных плодов. Или, вместо привычного нам градусника, достаточно будет наклеить специальный стикер на руку, и через минуту получить с точностью до десятой доли градуса измеренную температуру. Кроме того, печатные электронные компоненты могут использоваться для создания носимых устройств. Эти устройства могут отслеживать физическую активность, пользоваться для внутреннего подогрева одежды. 

Кстати, один из экспериментальных сенсоров, разработанный НИИ Гознака, позволяет измерять температуру с высокой точностью и используется для создания устройств интернета вещей. 

Отличительная особенность такой технологии — ее можно будет применять в труднодоступных местах или же там, где традиционные устройства будут показывать себя гораздо хуже. На ум сразу приходит космонавтика, где важен каждый лишний грамм. С использованием компонентов печатной электроники, космический аппарат станет гораздо легче, а это дает возможность увеличить полезную нагрузку.

Другое из самых интересных применений печатной электроники — это производство гибких дисплеев. Такие дисплеи используются в мобильных телефонах, телевизорах и других устройствах. Они легкие, тонкие и могут быть легко согнуты или свернуты.

Еще одно применение печатной электроники — это производство солнечных батарей. Эти батареи могут  располагаться на любой поверхности, включая окна и крыши домов и даже на рельефных поверхностях. Они могут быть очень эффективными и дешевыми в производстве.

Таким образом, печатная электроника имеет большой потенциал и может использоваться в различных отраслях. Однако, эта технология все еще находится в стадии разработки и требует дальнейших исследований и улучшений. В этой связи, в  конце прошлого года АО «Гознак» выступил инициатором и подписали соглашение с ключевыми российскими разработчиками печатной электроники о совместном развитии этой отрасли. Такой документ необходим, ведь вместе гораздо проще не конкурировать, а сотрудничать и развивать отрасль — обмениваться информацией, выполнять совместные исследования, формировать эффективные производственные цепочки.

До недавнего времени в России разработками в сфере печатной электронике занимались лишь несколько исследовательских центров. К счастью, эта цифра начинает потихоньку расти. 

Рынок печатной электроники новый, растущий, с большим потенциалом. Мы надеемся, что в обозримом будущем, технология станет повсеместно распространенной и сможет дополнить традиционную электронику новыми возможностями.