印刷電子：傳統印刷行業的新機遇

文 崔錚

什么是印刷電子？印刷電子是將傳統印刷方法用于制造電子元器件與電路，是印刷與電子的跨界融合。目前電子元器件與電路的制造方法是依賴光刻與腐蝕工藝，本質上是一種減材制造技術。印刷則是一種增材制造技術，即將功能材料添加到基材表面。傳統印刷中，這些功能材料是黑色或彩色油墨。對于印刷電子，則是將功能電子油墨印刷到各種基材上。這些功能電子油墨可以是導電的、發光的、發電的、半導體的、傳感的（溫度、壓力、濕度、氣體等）。增材制造不再依賴基材本身的性質，可以在硬質材料如硅晶體、玻璃、陶瓷上印刷，也可以在柔性材料如塑料、紙張、布料上印刷，甚至可以在彈性材料上印刷，生成可以拉伸的電子元器件或電路。與傳統減材制造方式比較，印刷電子具有大面積、柔性化、低成本的優點，而增材制造本身也是綠色環保的。

印刷電子發展進程

印刷電子是一個新興技術領域，國際上印刷電子技術的興起也不過十余年時間。中國開始印刷電子技術的研發起始于2010年，以國內在蘇州舉辦的首屆印刷電子研討會為標志。中科院蘇州納米所于2010年率先在國內成立了印刷電子技術研究中心。過去9年來，這個研究中心在印刷電子技術的多個領域進行開拓，包括電子墨水合成、印刷電子工藝、噴墨打印裝備、印刷薄膜太陽能電池、印刷薄膜晶體管、印刷有機與量子點發光、印刷柔性可拉伸可穿戴電路等。除了技術研發外，也在產業化方面做了一些嘗試。技術研究中心開發的印刷納米銀觸摸屏透明導電膜已在國內觸摸屏龍頭企業南昌歐菲光實現了產業化。

圖1 帶背膠的超高頻電子標簽

印刷電子與傳統印刷有著天然聯系。北京印刷學院作為國內印刷界的高等院校在2011年就成立了印刷電子研究中心。筆者曾應邀擔任北京印刷學院的特聘教授。2015年，中國印工協組織編寫了《中國印刷產業技術發展路線圖》，筆者應邀擔任編委，參與編寫了印刷電子技術有關章節。中科院蘇州納米所印刷電子中心成立早期，也接待了一些印刷企業的來訪，他們表示了對印刷電子技術的極大興趣。但縱觀9年來的發展，印刷電子并沒有在中國印刷行業真正落地。根據筆者的觀察分析，在印刷與電子的跨界融合方面，傳統電子行業要比傳統印刷行業更容易進入，因為印刷電子的核心是電子。傳統電子行業使用印刷技術相比傳統印刷行業掌握電子技術要更容易。那么傳統印刷行業在印刷電子領域中是不是就沒有機會了？機會是有的，而且機會正在到來。

RFID智能標簽，傳統印刷行業轉型之機

隨著物聯網與5G時代的到來，萬物互聯入網是一個不可阻擋的趨勢。萬物互聯缺不了每件物品上的傳感與識別標志。而標簽就成為萬物信息的載體。但傳統標簽所承載的信息量已無法滿足物聯網時代的需求，而且普通條形碼與二維碼都需要人工讀取。以快遞行業為例，中國在2018年的快遞包裹量已達到505億件，并在不遠的將來將進入日快遞10億件時代。目前每件快遞都需要快遞小哥手工掃碼記錄物流信息，這已經成為物流行業提高效率的痛點。射頻識別（RFID）標簽將成為物聯網時代的傳統標簽。事實上，RFID標簽已經開始進入商品流通環節。許多大型連鎖商家都開始引入RFID標簽技術。比如運動服裝品牌迪卡儂T恤衫上的標簽，除了普通條形碼外，兩層紙之間還夾有一個RFID。將這個RFID撕下來會發現，目前的RFID仍然是做在一層塑料膜上。這是因為RFID的天線還是用腐蝕鋁箔的方式制作的，也就是前面提到的傳統減材制造方法。

圖2 卷對卷在普通紙上印刷的RFID天線

圖3 在酒標與藥品包裝盒上直接印刷的RFID標簽

印刷納米銀天線的標簽的成本要比鋁刻蝕天線的標簽低20%～30%左右。這是因為傳統鋁標簽必須做在PET塑料上，PET塑料的成本要遠高于紙基材料。另外，傳統鋁標簽必須復合在兩層紙之間才能使外觀看起來如同紙標簽，而印刷電子制造的RFID標簽就是紙標簽。針對納米銀材料的成本問題，我們也在開發基于納米銅的導電墨水，而且取得了突破性進展。用印刷納米銅天線制備的RFID標簽也已經達到了10米左右的讀距。未來用銅取代銀可以進一步降低印刷RFID標簽的成本。

RFID標簽能夠承載的信息量至少是目前二維碼的4倍，而且RFID標簽不但可以讀出信息，還可以寫入信息，靈活性與智能化程度遠遠高于目前的二維碼。國際市場調查公司IDTechex曾預測，到2019年全球RFID標簽的市場將達到7000億個。其中增長最快、增幅最大的是日常消費品領域，也就是超市與零售業對RFID標簽的需求量最大，而且越來越大。2017年，日本經濟產業省決定使用RFID技術提升零售行業的自動化。經濟產業省與日本5家規模最大的便利店簽訂了協議，在日本7-11、全家、羅森、迷你島和New Days全面推廣RFID技術。到2025年，這些便利店的所有商品都將使用電子標簽，需求量將達到每年1000億個。最近央視財經頻道報道，日本零售鏈羅森超市已經開始采用RFID標簽監控店內食品保質期，免除了人工挨個檢查。日本經濟產業省希望將RFID技術的自動化系統最終擴展至藥店和所有超市。

在紙上直接印刷RFID電子標簽意味著電子標簽可以直接印在傳統商標上。圖3是我們團隊在酒標與藥品包裝盒上直接印刷的RFID標簽，這為傳統印刷行業帶來了新的機遇。傳統印刷行業的技術優勢是有成熟的卷對卷印刷工藝與設備，在目前印刷文字與圖像基礎上，增加印刷導電油墨的工藝步驟就可以把RFID天線直接印到現有的標簽上，如果再增加貼裝芯片的工藝設備，就可以直接生產帶RFID的智能標簽。事實上，國內已經有傳統標簽印刷企業開始布局印刷RFID智能標簽。

隨著國家對生態保護的力度不斷加大，腐蝕鋁制作RFID天線這種有污染排放的行業的生存空間將被不斷壓縮。如果把治理污染排放的投資考慮進來，勢必增加目前傳統RFID天線的制造成本。隨著公民環保意識的增強，一些國外零售業巨頭開始大量采購通過綠色環保技術制作的RFID智能標簽，并將綠色環保RFID標簽作為商家一個賣點。這為傳統印刷行業發展綠色印刷制造的RFID標簽帶來機遇，這也是傳統印刷行業實現產業轉型升級的新機遇，希望這個行業能夠抓住這一機遇，跨進印刷電子制造的新天地。