印刷电子：传统印刷行业的新机遇

文 崔铮

什么是印刷电子？印刷电子是将传统印刷方法用于制造电子元器件与电路，是印刷与电子的跨界融合。目前电子元器件与电路的制造方法是依赖光刻与腐蚀工艺，本质上是一种减材制造技术。印刷则是一种增材制造技术，即将功能材料添加到基材表面。传统印刷中，这些功能材料是黑色或彩色油墨。对于印刷电子，则是将功能电子油墨印刷到各种基材上。这些功能电子油墨可以是导电的、发光的、发电的、半导体的、传感的（温度、压力、湿度、气体等）。增材制造不再依赖基材本身的性质，可以在硬质材料如硅晶体、玻璃、陶瓷上印刷，也可以在柔性材料如塑料、纸张、布料上印刷，甚至可以在弹性材料上印刷，生成可以拉伸的电子元器件或电路。与传统减材制造方式比较，印刷电子具有大面积、柔性化、低成本的优点，而增材制造本身也是绿色环保的。

印刷电子发展进程

印刷电子是一个新兴技术领域，国际上印刷电子技术的兴起也不过十余年时间。中国开始印刷电子技术的研发起始于2010年，以国内在苏州举办的首届印刷电子研讨会为标志。中科院苏州纳米所于2010年率先在国内成立了印刷电子技术研究中心。过去9年来，这个研究中心在印刷电子技术的多个领域进行开拓，包括电子墨水合成、印刷电子工艺、喷墨打印装备、印刷薄膜太阳能电池、印刷薄膜晶体管、印刷有机与量子点发光、印刷柔性可拉伸可穿戴电路等。除了技术研发外，也在产业化方面做了一些尝试。技术研究中心开发的印刷纳米银触摸屏透明导电膜已在国内触摸屏龙头企业南昌欧菲光实现了产业化。

图1 带背胶的超高频电子标签

印刷电子与传统印刷有着天然联系。北京印刷学院作为国内印刷界的高等院校在2011年就成立了印刷电子研究中心。笔者曾应邀担任北京印刷学院的特聘教授。2015年，中国印工协组织编写了《中国印刷产业技术发展路线图》，笔者应邀担任编委，参与编写了印刷电子技术有关章节。中科院苏州纳米所印刷电子中心成立早期，也接待了一些印刷企业的来访，他们表示了对印刷电子技术的极大兴趣。但纵观9年来的发展，印刷电子并没有在中国印刷行业真正落地。根据笔者的观察分析，在印刷与电子的跨界融合方面，传统电子行业要比传统印刷行业更容易进入，因为印刷电子的核心是电子。传统电子行业使用印刷技术相比传统印刷行业掌握电子技术要更容易。那么传统印刷行业在印刷电子领域中是不是就没有机会了？机会是有的，而且机会正在到来。

RFID智能标签，传统印刷行业转型之机

随着物联网与5G时代的到来，万物互联入网是一个不可阻挡的趋势。万物互联缺不了每件物品上的传感与识别标志。而标签就成为万物信息的载体。但传统标签所承载的信息量已无法满足物联网时代的需求，而且普通条形码与二维码都需要人工读取。以快递行业为例，中国在2018年的快递包裹量已达到505亿件，并在不远的将来将进入日快递10亿件时代。目前每件快递都需要快递小哥手工扫码记录物流信息，这已经成为物流行业提高效率的痛点。射频识别（RFID）标签将成为物联网时代的传统标签。事实上，RFID标签已经开始进入商品流通环节。许多大型连锁商家都开始引入RFID标签技术。比如运动服装品牌迪卡侬T恤衫上的标签，除了普通条形码外，两层纸之间还夹有一个RFID。将这个RFID撕下来会发现，目前的RFID仍然是做在一层塑料膜上。这是因为RFID的天线还是用腐蚀铝箔的方式制作的，也就是前面提到的传统减材制造方法。

图2 卷对卷在普通纸上印刷的RFID天线

图3 在酒标与药品包装盒上直接印刷的RFID标签

印刷纳米银天线的标签的成本要比铝刻蚀天线的标签低20%～30%左右。这是因为传统铝标签必须做在PET塑料上，PET塑料的成本要远高于纸基材料。另外，传统铝标签必须复合在两层纸之间才能使外观看起来如同纸标签，而印刷电子制造的RFID标签就是纸标签。针对纳米银材料的成本问题，我们也在开发基于纳米铜的导电墨水，而且取得了突破性进展。用印刷纳米铜天线制备的RFID标签也已经达到了10米左右的读距。未来用铜取代银可以进一步降低印刷RFID标签的成本。

RFID标签能够承载的信息量至少是目前二维码的4倍，而且RFID标签不但可以读出信息，还可以写入信息，灵活性与智能化程度远远高于目前的二维码。国际市场调查公司IDTechex曾预测，到2019年全球RFID标签的市场将达到7000亿个。其中增长最快、增幅最大的是日常消费品领域，也就是超市与零售业对RFID标签的需求量最大，而且越来越大。2017年，日本经济产业省决定使用RFID技术提升零售行业的自动化。经济产业省与日本5家规模最大的便利店签订了协议，在日本7-11、全家、罗森、迷你岛和New Days全面推广RFID技术。到2025年，这些便利店的所有商品都将使用电子标签，需求量将达到每年1000亿个。最近央视财经频道报道，日本零售链罗森超市已经开始采用RFID标签监控店内食品保质期，免除了人工挨个检查。日本经济产业省希望将RFID技术的自动化系统最终扩展至药店和所有超市。

在纸上直接印刷RFID电子标签意味着电子标签可以直接印在传统商标上。图3是我们团队在酒标与药品包装盒上直接印刷的RFID标签，这为传统印刷行业带来了新的机遇。传统印刷行业的技术优势是有成熟的卷对卷印刷工艺与设备，在目前印刷文字与图像基础上，增加印刷导电油墨的工艺步骤就可以把RFID天线直接印到现有的标签上，如果再增加贴装芯片的工艺设备，就可以直接生产带RFID的智能标签。事实上，国内已经有传统标签印刷企业开始布局印刷RFID智能标签。

随着国家对生态保护的力度不断加大，腐蚀铝制作RFID天线这种有污染排放的行业的生存空间将被不断压缩。如果把治理污染排放的投资考虑进来，势必增加目前传统RFID天线的制造成本。随着公民环保意识的增强，一些国外零售业巨头开始大量采购通过绿色环保技术制作的RFID智能标签，并将绿色环保RFID标签作为商家一个卖点。这为传统印刷行业发展绿色印刷制造的RFID标签带来机遇，这也是传统印刷行业实现产业转型升级的新机遇，希望这个行业能够抓住这一机遇，跨进印刷电子制造的新天地。