Altium Designer对印刷电子技术的支持

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什么是印刷电子技术？

        早在上世纪80年代，当有机导体与半导体材料被发现时，人们看到了未来电子电路有可能通过印刷制造的希望。因为有机材料一般可以制备成溶液形态，使其具有印刷油墨的特征，因而可以通过印刷导体与半导体材料制备电子技术的最基本的单元器件——晶体管，通过晶体管再构筑复杂的电子系统。但有机电子材料中只有一大类有机小分子材料具有较好的电子学性能，而这些有机小分子材料必须通过真空蒸发来制备电子器件。适合印刷的高分子有机电子材料，其电荷输运性能（电荷迁移率）总是比有机小分子材料差一个数量级。

       印刷电子真正迅速发展起来是在近几年，其主要原因是无机纳米材料开始应用于印刷电子领域。无机纳米材料具有远远高于有机电子材料的电荷迁移率。而且无机纳米材料（纳米粒子、纳米线、纳米管等）可以较容易地制成墨水或油墨，然后用传统印刷方式制成图案。纳米材料本身的性质赋予了这些图案以电荷传输性能、介电性能或光电性能，从而形成各种半导体器件、光电与光伏器件。

       因此，简单说来，印刷电子技术（Printed Electronics），以下简称PE，就是将不同功能的纳米材料制备成印刷墨水，以打印的形式在基底上成型。PE技术将是纳米材料合成方向的福音，使很多材料的合成直接有了应用价值。

       下面先欣赏一组印刷电子技术的制造花絮。

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印刷电子技术的优点

1. 成本低

        来源于简化的成型工艺和对材料的节省。传统光刻成型工艺，需要多步骤的涂胶，曝光，显影，蚀刻，期间涉及到大量真空工艺，耗时长，需要设备多，属于一种先沉积再去除不需要部分的技术。而PE基本属于一步法，不需要真空环境，哪里需要点哪里，极为节省材料。举个例子，对于生成铜的图案化技术，两种技术的对比可见下图。

2. 生产效率极高

        PE技术直接跟柔性电子和卷对卷技术对接，目标是像印报纸一样做半导体器件。这对传统意义上的电路板制造工艺来说不可想象。而且，其印刷的基材可以灵活选择，包括塑料，制造，布料之类的都可并行进行。大大提高了生产效率，简化生产流程，降低生产成本。

3. 可集成。可以将很多电子元器件与连接线集成印刷，比如传感器，电池，无源器件，有源器件，显示元件等等。

4. 可定制。如果用数字化打印，还可以按照自己的想法进行个性化定制设计。

5. 制造设备重量相对轻，又灵活。而且此技术由于简化的过程，对环境的污染也较小，属于绿色制造技术。

印刷电子技术的应用场合

        比如智能包装

        在产品的包装上，打印电子条形码，里面可以打印有传感器。我们可以触摸传感器，并与厂家服务器系统通信。或者扫码来查看其详细信息。

        电子实时标签，也非常有用。以非常廉价简便的方法来处理并交互巨大的信息量及工作量。比如超市管理系统对商品的标价，一个一个标价，然后遇到促销活动或者需要改变标价的时候，原来是需要人工再一个一个重新标价。现在有了印刷电子技术，将实时标签打印在包装上，即可方便智能实时呈现相应的信息。

        生命周期监控，可以做的事情更多。除了监控其正常的产品是否过期的状态之外，还可以放置传感器，真实检测并分析食品是否变质。比如有时候厂家标示的过期日到了，真实检测下来99%的情况下还是可以食用的。有时候我们就在扔掉还是舍不得之间来回犹豫。为了避免浪费，这种实时的监控系统就可以派上用场了。当然，检测下来确实不能食用的，还是要果断干湿垃圾分开来丢弃哦（此处要脑补垃圾分类知识）。

        因此，印刷电子可以做的事情很多。把它们印刷在包装纸上或塑料上，用智能手机连接云服务与之交互。如下图所示。

        比如印刷电子技术可以做电感耦合（Inductive Coupling），可以做印刷的电池（Printed Batteries）进行局部小系统供电，可以做简单的数字逻辑处理电路（Data Processor）进行数据处理，可以放置传感器进行数据采集。所以对物联网（IoT）终端应用也是极其广泛便捷。

      下面还有不同的印刷电子技术应用场合。

印刷电子技术发展需要哪些配合？

        作为改变传统方法和流程的新技术发展，一定需要与之相配套的相关技术的发展与支持。对于印刷电子技术的发展还需要哪些相应的更新呢？

• 需要利用传统的现有设计流程，在此基础上支持印刷电子技术的设计。
• 需要能实现高质量的各种所需图案的工具。
• 需要支持印刷电子多层设计的处理方法。
• ECAD-MCAD集成。因为我们的2D设计是要在3D的空间来实现和处理的。
• 热成型仿真技术。如何保证您的印刷电子设计最后可以通过热量的考验。
• 热塑性应变仿真技术。印刷电子设计在打印的时候，其热塑性应变情况实际是怎样的。
• 需要强有力的EDA工具的支持。保证设计出来的作品经打印出来是想要的样子。
  
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          那么对于具体到EDA工具，都需要哪些相应的支持和改变呢？

• 设计规则（Design Rule）的支持。因为不像传统电路板那样顶层底层非常清楚，印刷电子的设计规则还需要考虑两根线的交叉时会导致短路的情况，需要增加对于电介质交叉的设计表示方法，以及相应的设计规则。
• 3D布线。在设计中对于3D模型或者导入的3D体上面或周围布线。
• 交叉技术。如何设计在印刷电子电路时互相交叉的导电连接。
• 层叠技术。在印刷电子技术中没有传统的顶层底层的概念，如何进行复杂的印刷电子设计。
• 材料库。如何选择导电材料和绝缘材料，如何选择导电油墨，如何根据导电性能以及温度要求等等来对各厂家材料进行比较和选用。
  
  

altium Designer对印刷电子技术的支持

        非常令人高兴的是，Altium Designer 19版本就顺应潮流对印刷电子技术进行了支持。详情参考链接https://www.altium.com/documentation/19.0/display/ADES/((Printed+Electronics))_AD 。在AD19里，有对于印刷电子设计所需要的相应的规则设计，层叠设计，材料选择，具体布线等支持。这里选截几个图片展示一下。

   

层叠设置

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布线

        如果需要，可以增加布线厚度，例如，要实现诸如印刷天线的结构。 可通过在不同的导电层上将多条路线放置在彼此之上来实现。

设计规则检查

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Altium Designer对印刷电子技术的支持