迅速崛起的制造方法FHE

IDTechEx首席技能剖析师Matthew Dyson博士认为，FHE供应了两种制造方法中最好的选择。
IDTechEx的《柔性稠浊电子2024-2034》报告评估了FHE电路的现状和前景，估量到2034年，数字增材制造将推动FHE市场增长至18亿美元，如果包括干系的根本举动步伐、软件和做事，市场规模将更大。

FHE涵盖汽车电子原型、消费品（可穿着电子，如皮肤温度传感器）、能源、医疗保健/康健以及根本举动步伐/建筑/工业等领域智能封装（如印刷RFID标签）运用，还有底层技能，包括导电油墨、柔性集成电路、组件连接材料/方法和R2R制造。

FHE是在柔性基板上结合印刷功能和安装组件的电路，它须要印刷和非印刷功能的结合。
例如，导电互连，薄膜电池、天线、聚合物太阳能电池乃至显示器都可以印刷在柔性基板上，而存储器和处理能力将通过光刻置于单独生产的IC（硅或金属氧化物）上，然后安装在基板上。

FHE由其属性定义，而不是由材料或功能定义的。
实现这些特性的详细路子是开放的，从而衍生出各种技能。

FHE所需的组件和支撑技能范围广泛，将印刷互连、天线和传感器与IC等组件集成相结合，可以使柔性电子产品能够知足更广泛的运用需求。
FHE为包括柔性基板、印刷功能（常日为导电互连）和安装组件（常日为外部制造的IC）的电路。
其他功能包括传感器、电池和能量网络能力，可以印刷或安装。

显示原型FHE设备组件示意图，包括印刷和非印刷组件

制造FHE电路须要许多对电路至关主要确当前和正在发展的新兴技能。
个中包括：尺寸稳定的低本钱热稳定PET基材；与柔性热脆性基板兼容的组件连接材料，如低温焊料和场对准各向异性导电粘合剂；基于薄硅和金属氧化物的柔性集成电路；基于银和铜的导电油墨；薄膜电池，尤其是可印刷的；所有类型的印刷传感器；在柔性基板上安装部件的制造方法。

采取FHE代替传统刚性（乃至柔性）PCB的动机在于，在大多数情形下，本钱降落并不是一个主要的驱出发分，相反，这些好处要么与形状尺寸有关，要么与数字增材制造有关。
特殊是在某些情形下，这些好处中的一些可以通过将印刷/柔性传感器与传统生产的PCB配对来实现。

FHE的上风取决于运用

在本钱方面，传统电子作为一种既定的方法非常具有本钱效益，但由于该工艺已靠近极限，进一步降落本钱的空间有限。
如果将作为一项新技能的研发本钱打算在内，FHE目前可能更贵，但对付非常小的批量（采取数字制造）和非常大的批量（高量产R2R制造）来说，可能就会更便宜。

在功能方面，繁芜的多层电路板可以以高量产常规生产，而印刷电子器件常日被限定为1层（或偶尔限定为几层），从而限定了电路的繁芜性和功能性。

常日，原型制作可能既昂贵又耗时，由于PCB设计须要送到原型制作室并为单个设计制作掩模。
利用喷墨或挤压的数字制造办法极大地促进了原型制作，由于不须要生产掩模，统统都可以在内部完成。

传统的铜蚀刻利用的有害化学物质，在某些地区受到严格牵制，与传统的减材方法比较，增材制造的FHE意味着材料花费减少，具有可持续性。

传统的刚性PCB形状尺寸的变革险些无法实现，纵然是蚀刻铜层压板的柔性PCB也是这样，柔性但不能印刷。
柔性基板使电子器件能够波折，可拉伸基板使保形电子器件成为可能。

FHE旨在将传统，紧张是刚性电子产品的加工能力与印刷电子产品的灵巧性和低成本相结合。
这须要以前独立的制造业生态系统之间的互助，同时开拓新的材料和加工方法，以填补两者之间的差距。

优点集于一身的FHE

“增材制造”是一个广泛利用的术语，常日是指固体构造的3D印刷或指印刷电子产品。
它是将导电油墨沉积在须要的地方，而不是将不须要的地方去除（就像传统的PCB生产一样）。
增材制造是一种“自下而上”的制造方法，减少了材料花费，供应了更大的设计自由度。

增材制造的减法上风

不过，增材制造并不虞味着数字化制造，后者的过程由打算机掌握，可以实时调度，带来快速原型设计/定制和低本钱小批量生产的好处（有时也采取增材制造）。
当然，制造既可以是增材，也可以是数字的（比如3D印刷机或喷墨印刷导电油墨），但它们的含义有所不同。

FHE有助于管理具有不同形状尺寸（厚度、柔性）的组件。
传统的拾取和放置系统适用于小型SMD组件，但常日无法处理柔性电池或光伏板等较大的组件。
能够放置更大（多个cm2）的组件扩展了FHE电路的可用功能范围。

FHE可以利用R2R制造改进拾取和放置，而目前R2R生产线上的取放采取“走走停停”的方法。
假设快速组件连接方法（例如，低温固化单组份环氧导电银胶（ECA）或光子焊接）拾取和放置是速率的关键。
对付大体积的类似组件，如大面积LED照明，替代放置选项可能速率更快。

FHE可以实现基于快速原型/数字制造的商业模式。
印刷而不是蚀刻导电迹线意味着每个电路可能不同。
这有助于原型设计、高稠浊低批量（HMLV）制造，乃至大规模定制；还可以供应周转韶光短的“待订购电路”，其办法可与CNC（打算机数字化掌握精密机器加工）和3D印刷等其他数字制造技能生产的产品媲美。

可靠的高导电性连接也是FHE的一个特点。
对付许多运用，FHE不会单独利用，因此将印刷FHE组件连接到传统电子设备至关主要。
目前利用的为传统PCB开拓的连接器并没有针对柔性（乃至可拉伸）基板进行优化。

从代价链来看，有多种材料和技能可以用于广泛的运用。

FHE电路的导入、组装和运用

老牌电子产品制造商可能转向FHE制造，还有新的FHE特定公司、桌面PCB原型系统的开拓职员，以及丝网印刷公司等。
目前，FHE大多数商业化例子都来自丝网印刷公司，由于他们的动机是用相对较少的成本支出生产代价更高的产品。

用于汽车运用的FHE电路面积预测

当前，印刷/柔性电子产品在汽车行业得到了巨大的吸引力，紧张用于人机界面（HMI）传感，如座椅占用传感器和加热。
该预测建立在现有印刷元件的根本上，FHE的运用也将包括安装元件的电路。

FHE有可能通过取代用于读出/掌握的传统PCB来降落重量和繁芜性。
不过，由于汽车开拓韶光表以及与汽车电子领域的其他创新比较，FHE的代价主见相对有限，采取速率要看实际运用。
这些运用包括：安装在柔性基板上的LED照明、电阻和PTC车内加热/座椅加热、座椅占用/掌握面板压阻式传感、掌握面板箔粘合传感、其他印刷/柔性电路。

FHE在消费领域的运用也非常多：家电掌握面板（压电式）、电器掌握面板（压阻式、功能箔粘合）、智好手机生物识别传感器、电子阅读器（电泳显示器）、柔性液晶显示器（智能封装）、NFC（HkRFID）/RAIN（UHF RFID）（印刷天线）、电致发光和OLED（发光封装）、电子纺织品加热（印刷）等。

总之，印刷/柔性/稠浊电子产品的增长源于其能够实现新的运用，乃至商业模式，如用于远程康健监测和智能封装的电子皮肤贴片，将在未来十年推动导电油墨市场的增长。
此外，许多新兴运用，如模内电子（IME）、电子纺织品和高频天线，都有特定的印刷和材料哀求，这为电子产品的差异化供应了更多的机会。