爲製作新一代可貼到身體上使用的可穿戴器件，如何美觀整齊地連接電路非常重要。日本理化學研究所（簡稱「理研」）開拓研究本部的專任研究員福田憲二郎和主任研究員染谷隆夫，與早稻田大學研究生院創造理工學研究科的梅津信二郎教授等人組成的聯合研究團隊，成功開發出了無需使用粘合劑即可直接將形成在高分子膜上成膜的黃金電路實施電連接的技術。相關成果已經發布在《Science Advances》的網路版上。
試製的器件（供圖：理化學研究所（理研））
近年來，爲推進貼在皮膚或衣服上使用的新一代可穿戴器件投入實用，感測器和電極的高性能化和薄膜化逐漸取得進展。這些器件透過物聯網，可以在感覺不到佩戴的情況下監測健康狀態。
爲了實施超薄器件，需要採用整合多種電子元件的佈線技術和封裝技術。尤其離不開類似於金屬的導電性、不損害器件柔軟性的低剛性和防止器件受損的低溫工藝。然而，傳統的佈線方法要使用導電性粘合劑，其厚度會導致粘結部位剛性強化，而且還需要加熱和加壓工藝。
研究團隊發現，向2微米厚的聚合體材料（聚對二甲苯）基底層上蒸鍍的金電極照射水氣電漿，使金電極在大氣中相互接觸可以形成金屬鍵。研究團隊將這種新鍵合方法命名爲水氣電漿輔助鍵合（WVPAB：Water Vapor Plasma-assisted Bonding）。福田研究員表示：「水氣電漿會還原表面，因此我們覺得也許可以在不氧化金屬表面的情況下製作元件，透過反復實驗，找到了最佳條件。」
WVPAB只需將基底層放入反應室，在10巴斯卡左右的低真空下照射水氣電漿後取出，然後與想連接的電極貼在一起即可。將WVPAB法鍵合的薄膜樣品和透過常規的異方性導電黏結膜（ACF）連接的薄膜樣品相比較，發現結合部位的柔軟性如下：ACF連接的最小曲率半徑爲1毫米以上，而WVPAB的最小曲率半徑還不到0.5毫米。另外，經過1萬次反覆彎曲試驗和50％拉伸/壓縮實驗，後者的電阻的變化也很小，即使在100℃加熱測試中，555小時後，後者的電阻也只減量了9％。
此外，研究團隊還驗證了超薄柔性電子在整合化器件中的應用。透過WVPAB法成功連接了厚約3微米的超薄有機太陽能電池、超薄有機LED及多條超薄佈線。經應答，利用WVPAB法沒有損壞元件和基底層，實際向太陽能電池照射光後，可利用發電的電力驅動有機LED發光。
此次實驗成功利用WVPAB法連接了金佈線，今後還打算研究銀、銅、鉑、鋁等其他金屬的鍵合。
原文：《科學新聞》
翻譯編輯：JST客觀日本編輯部
