薄膜电路(美国普渡大学：研制出制造微型薄膜电子电路的新方法)

导读

近日，美国普渡大学和弗吉尼亚大学的研究人员开发出一种新型制造方法，制成了可从表面剥离的微型薄膜电子电路。这项技术不仅消除了几个制造步骤以及相关成本，而且也使得任何物体都可以感知环境，或者通过高科技的粘贴物来控制。

背景

时下，智能手机、智能手表、智能家居、医疗设备等越来越多的“物”，正变成感知周围环境的无线传感器。物与物之间的互相连接和数据交换，形成一种新的网络，也称为“物联网”。

我们的社会正在朝着所有物体都变得相互联网的方向发展，这些物体甚至可以包括家具和办公用品，物联网技术使得物体之间可相互通信和感知。因此，物联网曾一度被誉为继计算机、互联网之后的“世界信息产业发展的第三次浪潮”。

创新

近日，美国普渡大学和弗吉尼亚大学的研究人员开发出一种新型制造方法，制成了可从表面剥离的微型薄膜电子电路。这项技术不仅消除了几个制造步骤以及相关成本，而且也使得任何物体都可以感知环境，或者通过高科技的粘贴物来控制。

最终，这些粘贴物也将促进无线通信。在一篇最近发表于《美国国家科学院院刊（Proceedings of the National Academy of Sciences）》的论文中，研究人员展示了在各种物体上都可以实现这种能力。

这项技术具有一个正常申请（non-provisional）的美国专利。这项研究得到了普渡研究基金、空军研究实验室、美国国家科学基金会、弗吉尼亚大学的赞助。

技术

如今，大多数的电子电路都是单独地在自己的硅“晶圆”（一种平坦且刚性的基底）上制造。然后，硅晶圆需要承受住高温和化学腐蚀，以便从晶圆上分离出电路。但是高温和腐蚀会损坏硅晶圆，从而迫使制造工艺每次需要采用一块全新的晶圆。

Lee 发明的新型制造技术称为“转印”（transfer printing），用单个晶圆制造出非常多的具有电子电路的薄膜。这种薄膜的剥离，在室温条件下，利用简单的水就可以完成，无需高温和化学物质，是一种节能的方案。

普渡大学生物医学工程和机械工程系助理教授 Chi Hwan Lee 表示：“这就如同旧金山金门大桥的红漆，由于环境非常潮湿，所以漆会剥落。所以，在我们的案例中，将晶圆与整个电路浸入水中，将显著降低机械剥离应力，而且是环境友好的。”

一层具有韧性的金属，例如镍，插入到电子薄膜与硅晶圆之间，使得在水中的实现剥离变成可能。然后，这些薄膜电子设备可通过修剪，粘贴到任何物体的表面上，赋予物体电子功能。

例如，将一个粘贴物放置到花盆上，会使得花盆能够感知影响植物生长的温度变化。

Lee 的实验室也展示了将电子集成电子路的组件，集成到从硅晶圆上剥离的薄膜中，之前和之后的工作状况。研究人员用一片薄膜来打开和关闭LED显示器。

价值

这项技术将进一步促进物联网的发展以及规模的扩大，让更多的普通物体实现联网，成为物联网的一员。Lee 表示：“例如，我们可以定制传感器，将它粘贴到无人机上，并将无人机派遣到危险区域去检测气体泄露。”

他又说：“我们已经优化了这一工艺，从而可以将电子薄膜从晶圆上以一种无缺陷的方式分离出来。”

关键字

电子、物联网、薄膜、晶圆

参考资料

【1】https://www.purdue.edu/newsroom/releases/2018/Q3/electronic-stickers-to-streamline-large-scale-internet-of-things.html