Research

พลาสติกอิเล็กทรอนิกส์ (Electronic Plastics)


พลาสติกอิเล็กทรอนิกส์ (Electronic Plastics)

 

อุตสาหกรรมพลาสติกอิเล็กทรอนิกส์ซึ่งเป็นอุตสาหกรรมเกิดใหม่ (Emerging industry) ที่กำลังเป็นที่สนใจอย่างสูงทั้งในหน่วยงานวิจัยของมหาวิทยาลัยและในบริษัทชั้นนำในต่างประเทศ 

พลาสติกอิเล็กทรอนิกส์ หมายถึง ……. พลาสติกนำไฟฟ้าหรือโมเลกุลอินทรีย์เพื่อสร้างวงจรหรือเป็นฐานรองสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ อันมีผลทำให้เกิดกระบวนการใหม่ในการประกอบอุปกรณ์ รวมไปถึงคุณสมบัติใหม่ ซึ่งทำให้เกิดการประยุกต์ใช้งานได้เพิ่มเติมหรือใหม่ไปจากอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้กันอยู่ในปัจจุบัน ……..

ผลิตภัณฑ์ที่ได้จากพลาสติกอิเล็กทรอนิกส์สามารถประยุกต์ใช้งานได้หลากหลายกว่าและลดข้อจำกัดของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้อยู่ในปัจจุบัน ดังรูปที่ 2  ผลงานวิจัยเบื้องต้นได้แสดงในงานแสดงสินค้าที่เกี่ยวกับการพัฒนาผลิตภัณฑ์จากพลาสติกอิเล็กทรอนิกส์ที่สหภาพยุโรป  ประเทศสหรัฐอเมริกา และประเทศญี่ปุ่น เป็นต้น จึงเป็นการยืนยันว่าอุตสาหกรรมพลาสติกอิเล็กทรอนิกส์จะมีความสำคัญในอนาคตอย่างแน่นอน  และมีประมาณการว่าอุตสาหกรรมพลาสติกอิเล็กทรอนิกส์จะมีมูลค่าของผลิตภัณฑ์ทั่วโลกในปี พ.ศ. 2558 และในปี พ.ศ. 2568  เท่ากับ 15,000 ล้าน USD และ 125,000 ล้าน USD ตามลำดับ [1]  สำหรับประเทศไทย
ศูนย์เทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์และคอมพิวเตอร์แห่งชาติ (NECTEC) สวทช. เริ่มมีการศึกษาแนวโน้มด้านการ
ใช้งาน  ขนาดของตลาดต้นน้ำ กลางน้ำ และปลายน้ำ ของผลิตภัณฑ์พลาสติกอิเล็กทรอนิกส์  รวมทั้งเทคโนโลยีการสังเคราะห์วัสดุ  เครื่องมือวัดและการวิเคราะห์คุณลักษณะของวัสดุ  เทคโนโลยีการประกอบชิ้นงาน  ความสามารถในการแข่งขันด้านโครงสร้างพื้นฐาน  ด้านบุคลากรและเทคโนโลยี เพื่อหาทิศทางของอุตสาหกรรมพลาสติกอิเล็กทรอนิกส์ั้น ับประเทศไทยเทศญี่ปุ่น ประเทศสหรัฐอเมริกาจัยและบริษัทชั้นนำดับโลกของประเทศไทย

 

เนื่องจากอุตสาหกรรมพลาสติกอิเล็กทรอนิกส์ประยุกต์ใช้พลาสติกนำไฟฟ้าหรือโมเลกุลของสารอินทรีย์ซึ่งไม่นำไฟฟ้าในการสร้างเส้นลายวงจร  หรือทำเป็นฐานรองสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ทำให้วัสดุพลาสติกอิเล็กทรอนิกส์มีสมบัติที่แตกต่างจากวัสดุที่ใช้ในปัจจุบัน ดังนั้นจำเป็นต้องพัฒนาเทคโนโลยีและกระบวนการประกอบอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบใหม่  ประเภทของพลาสติกอิเล็กทรอนิกส์แบ่งได้เป็น [2]

1) อิเล็กทรอนิกส์แบบยืดหยุ่น (Flexible Electronics) หรืออิเล็กทรอนิกส์แบบอ่อน (Soft Electronics) หรืออิเล็กทรอนิกส์แบบพับงอได้ (Foldable Electronics) พลาสติกอิเล็กทรอนิกส์ประเภทนี้อาศัยสมบัติการพับงอได้ของพลาสติกมาพัฒนาผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ เช่น เซลล์แสงอาทิตย์ จอภาพแบบยืดหยุ่น แผ่นติดสินค้า เซนเซอร์ตรวจคุณภาพอาหาร วอลเปเปอร์อิเล็กทรอนิกส์ (Electronic Wallpaper) โดยตัวอย่างผลิตภัณฑ์ของอิเล็กทรอนิกส์แบบยืดหยุ่นแสดงดังรูปที่ 3 และปัจจุบันได้มีการพัฒนาเทคโนโลยีแบบ Reel to Reel สำหรับการพัฒนาการผลิตผลิตภัณฑ์ของอิเล็กทรอนิกส์แบบยืดหยุ่นแสดงดังรูปที่ 4

 

 

2) อิเล็กทรอนิกส์แบบพิมพ์ได้ (Printed Electronics) เป็นพลาสติกอิเล็กทรอนิกส์ที่ได้จากการพิมพ์รูปแบบต่างๆ เช่น อิงค์เจ็ต (Inkjet) หรือเฟล็กโซกราฟี (Flexography) เป็นต้น ทำให้สามารถพิมพ์แผ่นวงจรได้สะดวกขึ้น  รูปที่ 5 แสดงตัวอย่างการใช้งานอิเล็กทรอนิกส์แบบพิมพ์ได้ที่ใช้เทคโนโลยีแบบเฟล็กโซกราฟี

 

3) อิเล็กทรอนิกส์แบบสวมใส่ได้และสิ่งทออิเล็กทรอนิกส์ (Wearable electronics และ Electronic Textile) เป็นการนำฟังก์ชันทางด้านอิเล็กทรอนิกส์ของวัสดุเข้าไปใช้กับสิ่งทอ ผลิตภัณฑ์ที่ได้ เช่น ผ้าฉลาด (Smart Fabrics) อีเท็กซ์ไทล์ (e-Textile) เท็กซ์ทรอนิกส์ (Textronics) สิ่งทออัจฉริยะ (Intelligent Textile) การประมวลผลบนสิ่งทอ (Textile Computing) เสื้อผ้าอันตรกริยา (Garment Interaction) อาภรณ์ตอบสนอง (Interactive Cloth) หรือแม้กระทั่งผิวหนังอิเล็กทรอนิกส์ (e-Skin) เสื้อผ้าที่สวมใส่มีความสามารถในการประมวลผล เสื้อผ้าสามารถตอบสนองต่อสิ่งแวดล้อม หรือเสื้อผ้าตรวจสุขภาพของผู้สวมใส่ เป็นต้น ตัวอย่างผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์แบบสวมใส่ได้สำหรับการดูแลสุขภาพของมุนษย์แสดงดังรูปที่ 6 โดยผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์แบบสวมใส่มีอัตราการใช้เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องดังรูปที่ 7

 

4) สภาพล้อมรอบอัจฉริยะ (Ambient Intelligence) เป็นเทคโนโลยีที่ต้องการทำให้สภาพแวดล้อมของที่อยู่อาศัยสามารถตอบสนองต่อความต้องการของมนุษย์ เช่น แผ่นไฟส่องสว่างแบบสภาพธรรมชาติ  e-wallpaper  ฟิล์มปรับตามแสงสว่าง เซนเซอร์ตรวจสอบสภาพล้อมรอบ เป็นต้น

พลาสติกอิเล็กทรอนิกส์เกิดขึ้นมา (Emerging Technology) และได้กลายมาเป็นเทคโนโลยีก่อกำเนิด (Enabling Technology) ที่ช่วยทำให้แนวคิดของสภาพแวดล้อมอัจฉริยะมีความเป็นจริงมากขึ้น เนื่องจากอุปกรณ์สามารถเตรียมให้อยู่ในสภาพของฟิล์มบางและฝังตัวไปกับวัสดุหรือสิ่งของที่ใช้ในชีวิตประจำวันได้

การพัฒนาพลาสติกอิเล็กทรอนิกส์ประเภท Printed electronics ที่ใช้กับผลิตภัณฑ์ เช่น Organic thin film transistors (OTFT) Organic light-emitting diodes (OLED), Radio frequency identification (RFID) และ สมาร์ทการ์ด  เป็นต้น Printed electronics จะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญของอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ เพราะจะใช้เวลาและต้นทุนการผลิตต่ำลง สามารถผลิตผลิตภัณฑ์ได้จำนวนมาก  และลดขั้นตอนที่ซับซ้อนในการพิมพ์แผ่นวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น (ไม่จำเป็นต้องมีการใช้ Photoresist  การฉายรังสีอัลตราไวโอเลต  และการ Etching และ Cleaning) ไม่ต้องใช้สารเคมีและน้ำสำหรับล้างสารเคมีในขั้นตอนการกัดทองแดงเพื่อสร้างเส้นลายวงจร  ลดการใช้พลังงานได้อย่างมาก เข้าตามหลักเกณฑ์ของ Green Chemistry [3]  นอกจากนี้การใช้พลาสติกอิเล็กทรอนิกส์ชนิด Printed electronics จะช่วยแก้ไขข้อจำกัดที่สำคัญในปัจจุบันในการผลิตแผ่นวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นของบริษัท คือ จะสร้างแผ่นวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นที่มีเส้นลายวงจรเล็กกว่า 50 ไมโครเมตร ซึ่งจะประยุกต์ใช้ได้กับผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ต้องการชิ้นงานขนาดเล็กลงแต่มีฟังก์ชันการใช้งานมากขึ้น  รูปที่ 3  เปรียบเทียบขั้นตอนการผลิตแผ่นวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นที่บริษัทใช้อยู่ในปัจจุบันและการผลิตด้วย Printed electronics ตารางที่ 1 แสดงการเปรียบเทียบลักษณะเฉพาะของเทคโนโลยีการพิมพ์ Printed electronics แบบต่างๆ

 

ปัจจัยทั่วไปที่ต้องศึกษาในการผลิต Printed electronics เพื่อให้สามารถพิมพ์เส้นลายวงจรหรือส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ได้งานที่มีคุณภาพสูง ได้แก่ 1) การพัฒนาหมึกพิมพ์ 2) การศึกษาส่วนประกอบของหมึกพิมพ์ที่สำคัญ เช่น สารที่ทำหน้าที่เป็นตัวนำไฟฟ้าหรือสารกึ่งตัวนำไฟฟ้าประเภทอนุภาคโลหะระดับนาโนเมตรหรือพอลิเมอร์ที่สามารถนำไฟฟ้าได้ (Conductive polymers) เช่น PEDOT:PSS (Poly(3,4-ethylenedio- xythiophene): Poly(styrenesulfonate)) 3) ภาวะของการพิมพ์เส้นลายวงจรหรืออิเล็กโทรดที่เหมาะสมเมื่อใช้วัสดุชนิดต่างๆ เช่น พอลิไอไมด์ (Polyimide: PI) พอลิเอทิลีนแนฟทาเลต (Poly(ethylenenaphthalate): PEN)
พอลิเอทิลีนเทเรฟทาเลต (Poly(ethyleneterephthalate): PET) และพอลิโพรพิลีน
(Polypropylene: PP)  เพื่อพัฒนาไปสู่การพิมพ์แบบม้วนต่อม้วน (Roll-to-roll) สำหรับกระบวนการผลิตระดับอุตสาหกรรม ปัจจัยอื่นที่มีผลต่อการพิมพ์ เช่น ค่า Reynolds number (Re) ค่า Capillary number (Ca) ค่า Weber No (We) และค่า Rayleigh time เป็นต้น [2]

 

แนวทางอุตสาหกรรมพลาสติกอิเล็กทรอนิกส์ของไทย

1) Value Networks of Existing Industry

- การเพิ่มมูลค่าพลาสติก เช่น antiscratch, boutique plastics, functional film

- การเพิ่มมูลค่าแก่สิ่งทอ functional textile, functional fiber

- บรรจุภัณฑ์ฉลาด

- การเพิ่มมูลค่าแก่อุตสาหกรรมสิ่งพิมพ์, art industry

2) Foreign Investment

- อุตสาหกรรม Lighting เช่น Philips, OSRAM

- อุตสาหกรรม Flat Panel Display

- อุตสาหกรรม Disposable electronics, large area electronics

3) Start-Up Companies/Emerging Business

- RFID

- Organic solar cell

- Chemical sensor, food sensor, electronic nose

- Hybrid electronics, MEMS

- Functional environment, precision farming

- Embedded system

 

แหล่งที่มาข้อมูล

[1]  Frances Gardiner and Eleanor Carter, Polymer Electronics-A Flexible Technology, Smithers Rapra, 2009.

[2]  http://nanotech.sc.mahidol.ac.th/plastronics/index.html

[3] Esa Kunnari, Jani Valkama, Marika Keskinen, and Pauliina Mansikkamaki, Environmental evaluation of new technology: printed electronics case study, Journal of Cleaner Production, Vol. 17, pp. 791–799, 2009.

<< ย้อนกลับ