Разработана первая в мире многослойная стрейч-конструкция для интегральных схем носимой электроники: как её начали применять?

Разработана первая в мире многослойная стрейч-конструкция для интегральных схем носимой электроники: как её начали применять?

Развитие носимой потребительской электроники началось в 60-е годы прошлого века с портативных радиоприемников и компактных магнитофонов. Мода на эти устройства ушла к началу 90-х годов, а ей на смену пришла новая «ветвь» карманных электронных девайсов - мобильные телефоны, которые стали родоначальниками смартфонов, «умных» часов, фитнес-браслетов и других быстро ставших популярными мини-аппаратов.


Но изобретателям носимой электроники уже недостаточно создавать различные функциональные приборы в корпусах, они все больше экспериментируют с гибкими электронными устройствами на основе эластичных полимерных подложек, закрепляемыми на коже, на поверхности одежды и даже встраиваемых в структуру текстильных изделий. Пока достижения в области «эластичной носимой электроники» не распространяются дальше простейших по функциональности устройств, однако очевидно, что эта технология пройдет, как и все известные в истории техники решения, путь «от простого к сложному». И в обозримом будущем мы сможем, надевая на себя, например, тенниску, использовать ее не только как элемент из набора одежды, но и как «распределенное по телу» и скрытое в текстиле средство мобильной телефонной связи, радиоприемник, медиаплеер, комплекс наблюдения за текущими показателями состояния здоровья и множества других устройств, о которых сегодня мы даже не догадываемся.

И вот, чтобы пройти этот путь «от простого к сложному», для начала нужно разработать технологии создания гибких многослойных электронных схем (до сих пор используются лишь однослойные), подобных многослойным платам печатного монтажа. Одна из такого рода технологий недавно разработана исследовательской группой, сформированной из ученых США и КНР на базе Калифорнийского университета в Сан-Диего. Ключевым процессом создания трехмерного интегрированного стрейч-электронного устройства (three-dimensional integrated stretchable electronics) является создание надежных межслойных электрических соединений. На первых стадиях технологии на нескольких силиконовых пленках «печатаются» электронные схемы, состоящие из «жестких» электронных элементов (микропроцессоров, резисторов, емкостей, индуктивностей), соединенных эластичными токопроводящими зигзагообразными дорожками, выполненными из медно-полимерной композиции, растягивающимися при растяжении или скручивании силиконовых подложек. В пленках в заданных координатах лазерным лучом выжигаются отверстия. После наложения слоев друг на друга (и их взаимной фиксациии клеевой композицией) в эти отверстия внедряется токопроводящий сплав, который при термическом воздействии припаивается к токопроводящим дорожкам на соседних слоях, осуществляя надежный электрический контакт, сохраняющийся при растяжениях и скручиваниях многослойной конструкции.



Для демонстрации работоспособности стрейч-технологии изобретатели изготовили прототипы нескольких устройств. Одно из них представляет собой своего рода «диагностический пластырь», закрепляющийся на руке человека силами межмолекулярного (и межатомного) взаимодействия полимерной пленки и кожи (Вандерваальсовыми силами) и выполняющий функции термометра, измерителя частоты дыхания, пульса и электрокардиографа.
Проект, в котором участвовала группа ученых Департамента наноинженерии Калифорнийского университета в Сан-Диего, Лаборатории электроники тонких пленок и интегральных устройств Университета электронной науки и технологии Китая, Тяньцзиньского университета и Университета Чжэнчжоу был реализован благодаря гранту, выделенному Национальным институтом здоровья США.

Комментарии