可打印纸质电路

用普通喷墨打印机就能打印出电路来了——这也许听起来不可思议，但英国剑桥微软研究院的史蒂夫·霍奇斯与日本东京大学的川原圭博让这种看似天马行空的想法变成了现实。

史蒂夫·霍奇斯与川原圭博已找到使用普通喷墨打印机在纸张上印制电子电路的方法，这种方法只要使用一种含有银纳米粒子的特殊墨水就可以完成。

川原和霍奇斯认为，这种技术可以对3D打印机进行功能上的补充。现阶段，凭借3D打印技术可以制造任何物体的框架，但无法制造内部电路，因为这项技术尚未达到打印电路所需的精密水平。

2013年9月，在瑞士苏黎世举行的普适计算会议上，川原和他的搭档展示了他们制造的纸质传感器。这两位科学家认为，在电子工业不断发生变化的背景下，这种喷墨打印系统是制造电路的完美选择，设计者可以将需要测试的电路打印出来，进而剔除不工作的电路，相比常规做法大大降低了制作成本。

川原的团队使用的墨水，是日本著名造纸企业三菱制纸公司最新研制的一种银粒子悬浮液。川原使用了一台60欧元的普通打印机进行试验，发现这种墨水在相纸级别的纸张上工作正常。而且，这种墨水不需要通过烧结释放银粒子，粒子的大小、黏性和表面张力都有利于这种银标记在纸张表面沉淀。

为了把使用银粒子墨水在纸张上进行的简单打印变成实用的电路，研究人员使用了一种有传导性的胶水，把电阻器和电容器等必要印刷元件粘起来，以避免使用可能会引燃纸张的焊接技术。

普适计算会议上展示的传感器是一个湿度计，它包含一个记录湿度数据的电路，还有一个电路能通过打印的无线网络传输数据。未来这一系统可以用来制造基于纸张的计算机，即使某些小零件遭到破坏仍然可以运行。川原相信，凭借这种方法，将来只按一下“打印”键就能制造出手机。

金属“墨水”

打印电路最关键的是墨水，不仅川原，全世界的科学家都在寻找这样的“墨水”。而在这种墨水的理念被提出之前，纸质电路就已经出现了。目前，低端单面的印制电路板PCB使用的就是纸质电路板。

中国印制电路行业协会常务副秘书长张瑾告诉《中国经济和信息化》的记者：“全球都在研制喷墨打印技术。这是全球最新技术半加成或全加成新工艺的重要技术。”喷墨打印是在印制电路板生产中取代减成法工艺，将字符、阻焊膜或导电线路直接喷射到任何绝缘体上。这是印制电路技术的革命，不需要覆铜箔板，不产生对环境造成压力的废料、废水和废液，极大缩短工艺流程和生产周期。

其实，这些技术本身的原理与3D打印技术的原理是一样的。除了这种特殊的墨水难求以外，还存在许多技术难题，在亚洲制造业协会会长罗军看来：“打印电路这项技术目前看来相对成熟，并不存在多少技术本身的障碍，关键在于材料方面的制约。”

材料方面的重大突破主要取决于两个方面：一是市场的需求，如果没有一定的市场需求，实验室里面的技术距离实际需求还是有差距的。通过市场需求来倒逼材料技术本身的突破，是最好的捷径。另外，科技研发需要投入和扶持，需要一定的支撑体系。

将液态金属做成墨水，相当于用墨水做印刷是一个长期积累的过程，研究者要对材料的流动特性、物理化学特性等方面进行大量的研究，掌握相关核心可靠的数据，在确保安全可行的情况下一步步实验才可以进行下一步的研究。

金属喷墨打印，墨水的选择尤其重要。除此之外，喷墨打印技术有三个非常关键的因素是需要每一位研究人员格外注意的。分别是喷墨头，浆料和控制系统。其中浆料包括了字符浆料、阻焊浆料和导电浆料三类。目前，此类技术还存在技术瓶颈，而这种瓶颈不仅体现在材料的选择上，还体现在喷墨设备方面。

至于这些技术瓶颈该如何克服，罗军认为，需要全球的研发者投入并互相合作，也需要通过政府和国家投入资金和技术进行进一步的研发。液态金属的形态多样，且基础设置不够完备，因此需要研发者进一步研究，多方位挖掘可能性。

巨大的潜力

打印电路的思路无疑对3D打印技术注入了生命力。

在纸张上面直接打印电路，是3D打印技术在电子电器领域的应用和探索。但利用3D打印技术可以在工业、文化创意产业、生物医学产业等众多领域广泛运用，目前还主要处于探索阶段。

不仅对于3D打印，对传统电子市场而言，这项技术也具有十分特别的意义，全世界都看到了它的巨大潜力。张瑾认为：“世界各国对印制电子技术的关注极大，仅欧盟第七框架计划就将持续投入数十亿欧元的研发经费。2007年初，世界第一家印刷电子厂商奥地利Nanoindent正式投入商业生产。近年来，美国、英国、日本、韩国等也有大量的研究和技术开发投入。

此外，可打印纸质电路无疑对传统的集成电路产业会造成巨大的冲击。在张瑾看来，未来20年内，整个印制电子的市场价值将达到2000亿至3000亿美元。

这个数字并不夸张，印制电子的发展空间无疑是巨大的。改变传统电路，印制电子让打印电子产品成为了可能，人们也许在家中就可以成功地打印一整的具有功能的电子设备。如果这样的技术得到了彻底完善，整个市场的空间是不可想象的。

根据估计，印制电子的市场规模将来可能达到现在传统硅芯片市场的两倍。另外，印制电子也将是目前全球印制电路板PCB的4～6倍，其中纸质喷墨PCB将会是应用最广的技术之一。

虽然目前这项技术并不成熟，需要解决的问题也非常多，但不可否认的是，这项技术将会带来一种全新的思路，让许多不可能变成可能，而这种可能不仅是在3D打印和传统电路产业内，还可以在多个领域借鉴。

然而，即便有如此巨大的市场前景，这项技术的推广和产业化应用也并不能一蹴而就。目前，此类技术并不完善和成熟，尤其在中国，印制电子处于刚刚起步的阶段，虽然有一定的研究成果，但离世界先进水平依然有很大的距离。

冲击传统产业

在传统PCB领域，任意层高密度互连印制板（Any HDI）、刚挠结合板、IC载板是当今发展最快的趋势性产品。

目前应用在通信、电子最新科技产品中最为高端的印制板品中，这三类印制板统称为多层超薄高密度印制板。这种多层超薄高密度印制板目前已经被大量用到智能手机、平板电脑、网络、云计算等电子产品上。

例如一部普通手机用3～5块软性板，而智能手机会用到6～8块多层超薄高密度PCB板，iPhone4双镜头多模块的智能手机则需用到12～14块，而平板电脑则需用到15～16块。其原因是电子产品轻薄短小和多功能发展需要这类超薄多层高密度的印制板。

在目前的技术基础上，将印制电子延伸进入个人电子行业内，将会催生大量新技术产生，伴随而来的将是个人电子领域快速的发展。

此外，由于这种技术采用3D打印技术的基本原理，3D打印也将随之产生革命性的影响。

当年的3D打印技术只能做到打印外壳和形状，打印出来的东西并不能实际应用。而印制电子使这个问题迎刃而解。因此，未来可能会成为3D打印技术在电子电器领域运用的基本模式。

由此来看，可打印纸质电路带来的影响将会是不可想象的，但是这个美好未来的实现还需要大量的研发人员共同努力，尤其在中国。

要想在技术上取得突破并迅速进入产业化推广，其在材料上的突破和安全性的提升都亟需解决。这样才能让可打印纸质电路变为印制电子，推动人们生活质量的进一步提高。