柔性电子技能是一门新式的科学技能。树立在柔性和可延性基板之上的新式电子技能通称为柔性电子技能。由于其一起的柔性和延展性，柔性电子体系在许多方面有着宽广的运用远景。
柔性电子(Flexible Electronics)又称为塑料电子(Plastic Electronics)、印刷电子(PrintedElectronics)、有机电子(Organic Electronics)、聚合体电子(Polymer Electronics)等;是将有机/无机资料电子器材制作在柔性/可延性塑料或薄金属基板上的新式电子技能。
在人们的印象中，有机资料，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讨有了新打破，有机资料能够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。现代化学等技能的开展，促进了柔性电子这样一门学科的开展。
柔性电子制作的要害包含制作工艺、基板和资料等，其间心是微纳米图画化(Micro- and Nanopatterning)制作，触及机械、资料、物理、化学、电子等多学科穿插研讨。
柔性电子以其一起的柔性/延展性以及高效、低本钱制作工艺，在信息、动力、医疗、国防等范畴具有广泛运用远景，如柔性电子显现器、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、资料、平面显现、纳米技能等范畴技能外，一起横跨半导体、封测、资料、化工、印刷电路板、显现面板等工业，可帮忙传统工业，如塑料、印刷、化工、金属资料等工业的转型，进步工业附加值，因而柔性电子技能的开展必将为工业结构和人类日子带来革命性的改变。
柔性电子技能是一场全新的电子技能革命，引起全国际的广泛重视并得到了迅速开展。美国《科学》杂志将有机电子技能开展列为2000年国际十大科技成果之一，与人类基因组草图、科隆技能等重大发现并排。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范畴的开创性作业而取得2000年诺贝尔化学奖。
柔性电子与传统电子制作的差异
现在电子工业根本上都是归于传统的半导体工业，制效果到的设备适当巨大，且费用昂扬，制作功率低;整个柔性电子的概念是期望能够把传统半导体产品、组件及线路用印刷的办法来代替。首要从三方面来看柔性电子与传统电子电路不同之处：
(1)运用远景
一旦将很柔软的基材运用在规划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)制作本钱
选用卷到卷印刷工艺，而且在资料的运用上也可防止像光刻技能糟蹋95%以上资料的问题，而选用印刷办法印制上去的面积则等同于运用的面积，其运用率在90% 以上，以长时间开展视点来看，印刷办法会比传统光刻技能的本钱低许多;硅CMOS晶元一般造价为10$/cm2，复合半导体乃至更贵，柔性电子完结的抱负造价为0.1$/cm2，从造价就能够看出柔性电子的巨大优势。
(3)出资视点
传统的半导体厂动不动就要数十亿乃至上百亿的出资，但印刷的办法就像传统的印刷只需出资数千万就可把根本的规划树立起来。要着重的是印刷所要用的油墨跟传统的印刷不相同，需求特别研制，开发初期本钱由于量少也比较高，但批量出产后本钱就会变得较低价了。
柔性电子体系的结构和资料
柔性电子技能虽然可运用于不同范畴，可是其根本结构类似，至少包含以下4个部分：电子元器材、柔性基板fflexible substrate)、交联导电体finterconnect)和黏合层。
以下别离介绍柔性电子体系结构的4个首要部分。
1、电子元器材
电子元器材是柔性电子产品的根本组成部分，包含电子技能中常用的薄膜晶体管、传感器(sensor)等。
这些电子元器材与传统电子技能的元器材没有实质不同，部分元器材选用无机半导体资料(如硅)，由于其原料较脆，在变形进程中易于发生脆断，所以它们一般不直接散布在电路板上，而是先安放在刚性的微胞元岛(cell island)上，然后承载元器材的微胞元岛再散布在柔性基板上，这样做的优点在于有利于维护电子元器材，防止其在曲折进程中损坏。当然，有些电子元器材也能够直接散布在柔性基板上，例如部分薄膜晶体管，由于本身特性，能够直接接受必定的应变而不影响其功用。
与传统微电子技能比较，在柔性电子技能中，有机电子元器材的运用是一个明显的特色，其间有机薄膜晶体管forganic thin film tran—sistor，OTFT)占有着十分重要的位置，有机资料的运用为减小元器材分量和厚度，进步其柔韧性和延展性发明了条件。
2 、柔性基板
柔性基板是柔性电子技能不同于传统电子技能的最杰出的当地。它具有传统刚性基板的一起特色，首要便是绝缘性：绝缘的柔性基板确保电子设备在运用进程中不至于漏电，既确保其能正常作业，又能确保其运用的安全性。
其次是较高的强度：不管在哪种电子技能下，基板所起的效果适当于骨架的效果，没有较高的强度做确保，就不能确保其正常运用。
再次便是廉价性：基板资料是电路中运用最多的资料之一，只要运用价格低价的资料才干有用的下降电子产品的本钱。
除了上述基板的一起特色以外，柔性基板还有其本身独有的特性。首要是柔韧性：柔性电子体系的柔韧性首要经过基板表现出来，对柔韧性要求不同的产品可运用不同原料的基板;例如，电子皮肤一般选用柔性十分强的硅有机树脂(Si1icone)，而柔性电子显现器对柔性的要求较电子皮肤弱，多选用聚对苯二甲酸乙二醇酯资料(PET)俗称聚脂。
其次是薄膜性：虽然称为基板，但其在尺度上已不再是“板”，而是薄膜;柔性电子体系的基板一般在1mm 左右，既下降了资料的本钱，又减轻了产品的分量.
鉴于上述考虑，柔性基板选用高分子聚合物是抱负的挑选.现在可供挑选的柔性基板资料包含杜邦公司的Kapton聚酰亚胺(Polyimide，PI)薄膜资料，聚二甲基硅氧烷，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等等，它们都能够很好的满意绝缘性、柔韧性以及强度要求。
3、 交联导电体
电子元器材先散布在刚性的微胞元岛上，许多个这样的微胞元岛再散布于柔性基板之上，这些微胞元岛并不独立存在，它们由交联导电体衔接，然后组成一个完好的柔性电路，也便是说交联导电体在柔性电子体系中起到了电线的效果。交联导电体以金属薄膜的办法附着在柔性基板上。
4 黏合层
柔性电子体系各种组成部分的结合需求黏合层，而黏合层对交联导电体和柔性基板的结合特别重要。
柔性电子体系的黏合层应具有以下特性：
(1)耐热性.
柔性电子产品在安装和运用进程中，不可防止的要阅历高于常温的环境，必定的耐热性是必要的。
(2)结合力。
由于柔性电子产品在运用进程中要不断的饱尝拉压曲折变形，而经黏合层衔接的两个薄层一般具有不同的力学功用，假如结合力不够大，必定导致两个薄层的相对滑动乃至剥离。
(3)曲折才能。
黏合层本身是柔性电子体系结构的一个组成部分，其本身的曲折才能对整个结构的曲折才能具有重要影响。现在柔性电路中常用的黏合层资料首要有丙烯酸树脂和环氧树脂。
5 、掩盖层
掩盖层(又称封装层)首要维护柔性电路不受尘土、潮气或许化学药品的腐蚀，一起也能减小曲折进程中电路所接受的应变，而最近的研讨标明掩盖层能够减小柔性电路中刚性微胞元岛fcellisland)边际的应力强度，而且能够按捺其与柔性基板的别离(delamination)。
依据柔性电子体系的特色，需求掩盖层能够忍耐长时间的挠曲，因而掩盖层资料和基板资料相同，抗疲劳性必需满意必定要求。其他，掩盖层掩盖子蚀刻后的电路之上，因而要求其具有杰出的敷形性，以满意无气泡层压的要求。用于掩盖层的常用资料为丙烯酸树脂、环氧树脂以及聚酰亚胺等。
柔性电子体系的制备工艺
与传统IC技能相同，制作工艺和配备也是柔性电子技能开展的首要驱动力。柔性电子制作技能水平方针包含芯片特征尺度和基板面积巨细，其要害是如安在更大幅面的基板上以更低的本钱制作出特征尺度更小的柔性电子器材。
柔性电子制作进程一般包含: 资料制备→堆积→图画化→封装, 可经过卷到卷(R2R)基板运送进行集成。
柔性电子制作首要重视出产本钱、出产功率、可完结的特征尺度, 以及有机资料的相容性等要素. 近年来, 由于活性资料及其图画化技能的打破, 柔性电子制作技能得到了长足的开展。
柔性电子制作的中心是薄膜晶体管(TFT)制作, 其要害制作技能是制作源漏极间沟道长度的高分辨率图画化技能, 直接影响输出电流、开关速度等器材功用. 在有机半导体图画化进程中, 特别需求消除寄生漏电和削减串音, 以确保高的开关比. 大多数运用要求有机薄膜晶体管(OTFT)沟道长度小于10 μm. 现有的图画化技能包含光刻、荫罩、打印(微触摸印制和喷印)等。详细比较见下表。
光刻等能量束技能在微电子器材图画化中得到广泛运用, 分辨率高, 但因其工艺进程杂乱、设备贵重、溶剂和显影剂无法用于塑料基板, 加之耗时费料、仅适用于小面积图画化, 在刻蚀底层时环境要求严苛, 去除光刻胶时会损坏有机电子资料的活性和聚合物基板等, 在柔性电子制作运用中受限。
荫罩技能为“干”工艺, 可防止溶剂损坏有机半导体, 但分辨率有限。
打印技能在同一个进程中一起完结功用资料堆积和图画化, 首要办法有: (1) 将完好的电路搬运并粘贴到柔性基板上, 如传印(图书印章); (2) 直接在柔性基板上制备电路, 如喷印和微触摸印制(软刻蚀)。
在传印办法中, 首要经过规范光刻办法在硅晶片或玻璃板上制备整个结构, 然后搬运到柔性基板上制作出高功用器材. 由于运用光刻和高温堆积技能, 传印技能只能制作小面积器材, 且加工本钱高。
微触摸印制可制作出多级图画用于掩模, 可与R2R批量化制作技能集成. 一般一个母版可制作100 个以上的图书印章, 每个图书印章又可完结3000 个以上的印记, 图书印章的本钱相对较低, 能够每秒数厘米的速度制作60 nm 高分辨率图画, 但完结多层图画比较困难. 微触摸印制可用于非晶硅、多晶硅及TMOS等多种资料, 但难以直接用于有机资料刻蚀. 兰红波等人对纳米压印刻蚀模具技能的研讨开展及其开展趋势进行了详细的论说和剖析。
柔性电子抱负的图画化工艺应满意: 低本钱、大面积、批量化工艺、低温、“加”式、非触摸式、可实时调整、三维结构化、易于多层套准、可打印有机物/无机资料等. 从上图的表可知, 喷印是一种无触摸、无压力、无印版的印刷仿制技能, 它具有无版数码印刷的特征, 在室温下将溶液直写完结数字化柔性印刷, 简化了制作进程。 运用溶液化的半导体和金属资料替代传统的真空堆积资料, 可有用减低本钱， 喷印还具有以下优势:
(1) 图画质量不受光刻焦距约束, 可在非平面表面乃至深沟结构上进行图画化
(2) 与有机/无机资料的杰出兼容性;
(3) 直接运用CAD/ CAM数据加工器材, 可完结大面积动态对准和实时调整;
(4) 作为非触摸式图画化技能, 可有用削减瑕疵, 并可运用虚拟掩模补偿层间变形、错位等缺点;
(5) 无需物理掩模的按需打印(DOD)技能;
(6) 可完结杂乱三维微结构的快速规划与加工, 并可经过根据软件打印控制体系进行图形的快速更改。
柔性电子的运用
伴随着柔性电子技能的开展，各种电子产品应运而生。正如微电子技能为大规划集成电路和计算机芯片技能供应技能渠道相同，柔性电子技能为新产品的研制供应了簇新的的技能渠道。柔性电子产品现在正处于研制起步阶段，部分产品现已投放市场。从现在的研制趋势来看，柔性电子技能在以下3个方面有着广泛的运用。
1 、柔性电子显现器
柔性电子显现器(flexible electronic display)是在柔性电子技能渠道上研制出来的全新产品。与传统平板显现器不同，这种显现器能够被重复的曲折和折叠，因而给咱们的日子带来极大的便当。
例如，一切可视资料，包含各种书本、报纸、杂志和视频文件都能够经过这种显现器来出现，而且能够随时随地观看。虽然现在盛行的MP4播放器和个人数字助理器(personal digital assistant，PDA)也能满意这样的运用需求，但其显现屏不能曲折和折叠，只能在很小的屏幕范围内阅览和观看这些文字和视频，视觉效果遭到极大的限制。比较而言，柔性电子显现器具有无与伦比的优势，它就像报纸相同，在需求时将其打开，运用结束后将其曲折乃至折叠，在确保携带便利的一起充沛的统筹了视觉效果。
柔性电子显现器的样品现在已研制成功，信任离进入市场已为时不远.值得一提的是，柔性电子显现器选用更多的轻质有机资料替代无机资料，所以其分量比传统显现器轻，这种特性有利于进步其便携性。此外，高分子有机资料的运用为下降本钱供应了可能性。其他，柔性电子显现器具有薄厚度的特色，其厚度能够远远小于现在盛行的液晶显现器，所以柔性电子显现器的另一种称号便是纸状电子显现器(paper—like electronic display)。
2 、薄膜太阳能电池板
薄膜太阳能电池板(thin film solar cel1)是柔性电子技能的另一项详细运用.在当今国际里，动力已成为全球高度重视的论题，而我国不只面对动力缺少，还面对环境污染.太阳能作为一种清洁动力，能够在环境零污染的前提下有用的缓解动力缺少的对立。
作为最常用的运用太阳能的办法，太阳能电池板能够以最低的本钱掩盖较大的面积然后有用的运用太阳能。现在，非晶硅薄膜(thin film amorphous Sili—Con)太阳能电池板现已研制成功并进入市场出售。
根据柔性电子技能的薄膜太阳能电池板能够满意大功率的发电需求，比方能够在阳光充足的沙漠区域太阳能发电厂里运用这种薄膜太阳能电池板。
除此以外，还能够充沛运用其柔韧和轻质的特色，将其集成在衣服上。穿上这种衣服在阳光下行走或运动，随身携带的小电器(例如MP3播放器和笔记本电脑)的电源就可由衣服上的薄膜太阳能电池板供应，然后到达即节省又环保的意图。
3、柔性电子在RFID范畴的运用布景
射频辨认(RFID)技能以无需人工触摸即可完结信息输入和处理、操作便利便利、开展迅速等特色，广泛运用于出产、物流、交通、医疗、食物、防伪等范畴。射频辨认体系一般由应答器、阅览器组成。
电子标签是应答器许多办法中的一种，能够理解为一种薄膜型结构的应答器，具有运用便利、体积小、轻浮、可嵌入产品内等特色。未来的射频辨认体系中将越来越多的运用电子标签。
电子标签的结构局势朝着轻、薄、小、软的方向开展的趋势。在这方面，柔性电子器材有着其他资料无法比拟的优势，因而在射频辨认体系的电子标签未来的开展很可能会与柔性电子制作相结合，使得RFID电子标签的运用愈加广泛和便利。其他，还能够很大程度上下降本钱，带来更高的效益。这也是柔性电子制作将来的开展方向之一。
制作低本钱柔性电子标签具有两方面的含义。一方面，是制作柔性电子器材的有利测验。电子电路与电子器材朝着“轻、薄、小、软”的方向开展，而柔性电子电路与电子器材的开发研制则更有目共睹。
例如现在现已能够出产的柔性电路板，是一种含有精美导线，选用薄薄的、和婉的聚合物薄膜制作的电路，它能够适用表面安装技能并能够被曲折为无数种所需形状。
选用SMT技能的柔性电路很薄、很轻盈，绝缘厚度小于25微米，这种柔性电路能够被恣意曲折而且能够曲折后放入圆柱体中，以充沛运用三维体积。
它打破了传统固有运用面积的思想定势，然后构成充沛运用体积形状的才能，这能够在现在的选用的办法上极大的添加有用运用密度，构成高密度组装办法。适应了电子产品“柔性化”的开展趋势。
另一方面,能够加快射频辨认技能在我国的被知道和开展的进程。射频辨认体系中，应答器是技能要害所在。电子标签是RFID应答器许多办法中的一种，而柔性化的电子标签更是适用于更多场合，电子标签本钱的下降将大力推进射频辨认技能的真实广泛运用。
4、 电子皮肤
柔性电子技能的另一项重要运用便是电子皮肤(electronic skin)。 电子皮肤又称为皮肤状电子，其根本特征是将各种电子元器材集成在柔性基板之上然后构成皮肤状的电路板，像皮肤相同具有很高的柔韧性和弹性，能够用于许多其它电器设备。
例如，在机器人技能中能够广泛的运用电子皮肤：电子皮肤集成了各种传感器和导电体，将外界的受力或受热状况转换为电信号后传递给机器人的电脑进行信号处理，因而电子皮肤又称灵敏皮肤(sensitive skin)。
1)像人的皮肤相同具有柔性和弹性以便机器人能够像真人相同举动灵敏和灵敏。
2)电子皮肤上散布传感器以便机器人能敏锐的感觉到外界环境的改变。
现在，国内外对电子皮肤的研讨方兴未已。针对机器人皮肤的重要电子元器材—— 传感器，国内在其原理及运用研讨方面取得了必定开展。 根据红外传感器的电子皮肤的规划办法，进步了机器人对不知道环境的感知才能以便及时躲避障碍物。
此外， 处理了电子皮肤中许多传感器的信号交融问题。 由于PVDF压电薄膜具有压电才能高，柔韧，极薄，质轻，很挨近人体皮肤的特性，因而国内外环绕该资料进行电子皮肤传感器的研讨较为遍及。
国外对电子皮肤的相关问题研讨也取得了适当的开展.日本的研讨人员不只开展了电子皮肤的相关理论，更是制作出试验性产品. 针对电子皮肤的力感触问题进行研讨，经过树立受力与传感器电容的联系探讨了完结力传感的可能性。
虽然电子皮肤的根本原理并不杂乱，可是怎么给机器人掩盖电子皮肤具有适当的挑战性，由于电子皮肤是感触机器人全身的外界环境，有必要具有全体性，一起，电子皮肤作为一种表面部件，存在受外部要素而损坏的可能性。当电子皮肤的全体或部分损坏时，需求及时替换。
针对电子皮肤的这种需求、提出了电子皮肤单元模块的概念，经过接连总线(serialbus)衔接各个单元模块，然后完结了电子皮肤的全体性与可扩展性的一致.可是，电线的运用不可防止的添加了电子皮肤的分量，电线的绝缘橡胶层也在必定程度上限制了电子皮肤的柔软性。
在这种状况下， 对电子皮肤的衔接导体进行了深入研讨，提出了金属(金)薄膜附着在预拉伸的聚对苯二甲酸乙二醇酯，俗称聚酯基板上的新技能。试验标明这种金属薄膜在大到一倍的拉伸变形下(即应变到达100%)仍可导电。
针对电子皮肤传感器的研讨现在大多集中于单一外界信息的传感(例如力)。可是，作为电子皮肤，对多重外界信息的传感十分重要，即能一起感遭到力、温度、湿度等外界影响。要完结该方针，至少需求在3个方面完结技能打破：
(1)资料挑选：传感器传感功用的完结在必定程度上依赖于传感器资料的功用特性，例如压电性、热释电性或半导性，所以对功用资料的研讨和运用影响着传感器技能的开展。
(2)多重灵敏信号的处理：一个完好的(机器人)电子皮肤上聚集着适当数量的感触微元，每个感触微元都具有对外界环境进行呼应的功用，在某些状况下每个感触微元还要一起对多重信号(例如一起感触力和热)进行呼应。在信号量适当巨大的状况下，怎么对信号进行处理从而确认机器人对外界影响的对策是一项重要课题。
(3)电子皮肤力学功用的优化：作为柔性电子技能的重要运用，电子皮肤有必要满意在强度确保下柔韧性的完结;在不发生损坏前提下的最轻质量优化规划也是需求考虑的重要内容。
除了机器人，在人工器官中也能够运用电子皮肤，例如医治心脏病所用的人工心脏，当然这对电子皮肤的资料提出了更严苛的要求。总归，电子皮肤充沛发挥了柔性电子体系结构轻质、柔韧的特色，具有广泛的运用远景。
伴随着柔性电子技能的开展，各种电子产品应运而生。正如微电子技能为大规划集成电路和计算机芯片技能供应技能渠道相同，柔性电子技能为新产品的研制供应了簇新的的技能渠道。
