为制作新一代可贴到身体上使用的可穿戴器件，如何美观整齐地连接电路非常重要。日本理化学研究所（简称“理研”）开拓研究本部的专任研究员福田宪二郎和主任研究员染谷隆夫，与早稻田大学研究生院创造理工学研究科的梅津信二郎教授等人组成的联合研究团队，成功开发出了无需使用粘合剂即可直接将形成在高分子膜上成膜的黄金电路实现电连接的技术。相关成果已经发布在《Science Advances》的网络版上。
试制的器件（供图：理化学研究所（理研））
近年来，为推进贴在皮肤或衣服上使用的新一代可穿戴器件投入实用，传感器和电极的高性能化和薄膜化逐渐取得进展。这些器件通过物联网，可以在感觉不到佩戴的情况下监测健康状态。
为了实现超薄器件，需要采用集成多种电子元件的布线技术和封装技术。尤其离不开类似于金属的导电性、不损害器件柔软性的低刚性和防止器件受损的低温工艺。然而，传统的布线方法要使用导电性粘合剂，其厚度会导致粘结部位刚性增强，而且还需要加热和加压工艺。
研究团队发现，向2微米厚的高分子材料（聚对二甲苯）基板上蒸镀的金电极照射水蒸气等离子体，使金电极在大气中相互接触可以形成金属键。研究团队将这种新键合方法命名为水蒸气等离子体辅助键合（WVPAB：Water Vapor Plasma-assisted Bonding）。福田研究员表示：“水蒸气等离子体会还原表面，因此我们觉得也许可以在不氧化金属表面的情况下制作元件，通过反复实验，找到了最佳条件。”
WVPAB只需将基板放入反应室，在10帕斯卡左右的低真空下照射水蒸气等离子体后取出，然后与想连接的电极贴在一起即可。将WVPAB法键合的薄膜样品和通过常规的异方性导电胶膜（ACF）连接的薄膜样品相比较，发现结合部位的柔软性如下：ACF连接的最小曲率半径为1毫米以上，而WVPAB的最小曲率半径还不到0.5毫米。另外，经过1万次反复弯曲试验和50％拉伸/压缩实验，后者的电阻的变化也很小，即使在100℃加热试验中，555小时后，后者的电阻也只减少了9％。
此外，研究团队还验证了超薄柔性电子在集成化器件中的应用。通过WVPAB法成功连接了厚约3微米的超薄有机太阳能电池、超薄有机LED及多条超薄布线。经确认，利用WVPAB法没有损坏元件和基板，实际向太阳能电池照射光后，可利用发电的电力驱动有机LED发光。
此次实验成功利用WVPAB法连接了金布线，今后还打算研究银、铜、铂、铝等其他金属的键合。
原文：《科学新闻》
翻译编辑：JST客观日本编辑部
