変形可能なデバイスとディスプレイ用の伸縮可能な回路のインターフェース

変形可能なデバイスとディスプレイ用の伸縮可能な回路のインターフェース テクノロジー

電子機器が変化しています。折りたたみ式の携帯電話、巻き取り式の電子時計、画面を広げることができるエクステンダブルディスプレイなど、フレキシブルなデバイスが私たちの生活に浸透しています。紙のように折りたたんでポケットに入れることができるディスプレイは、果たして現実のものとなるのだろうか。このような変形可能なデバイスでは、部品にも柔軟性が求められます。しかし、さまざまな部品をつなぐインターフェース材料のコア技術はまだ確保されていません。そこで、POSTECHの研究チームはこのほど、フレキシブルな電子機器をつなぐ変形可能な導電性フィルムを開発しました。

材料科学工学科のUnyong Jeong教授、博士課程のHyejin Hwang氏、Minsik Kong氏らの研究チームは、電気工学科のHo-Jin Song教授、化学工学科のSoojin Park教授と共同で、回路線の剛性、柔軟性、弾性にかかわらず、他の電極を物理的、電気的に接続できる伸縮自在の異方性導電フィルム(S-ACF)1異方性導電膜。厚み方向には金属の導電性を持ち、横方向には非導電性を持つ薄膜のこと。2つの複雑な回路をつなぐもので、ディスプレイなどの電子機器に広く使われている。を開発しました。本研究の成果は、権威ある国際学術誌Science Advancesに掲載されました。

ストレッタブル・ディスプレイ、電子皮膚、インプラント・デバイスなどの伸縮自在のデバイスには、変形可能な回路基板を作ることが不可欠です。さまざまな形状に成形可能な回路基板には、配線、ディスプレイ、センサー、電池などの二次エネルギー供給デバイスなど、多くの材料や部品の高い伸張性が求められます。これまで、高精細な回路を接続する方法としては、はんだ付け、ワイヤーボンディング2ワイヤ・ボンディングとは、直径十数マイクロメートルから数百マイクロメートルの金、アルミニウム、銅などのワイヤを用いて、トランジスタ、集積回路上の電極と、プリント基板、半導体パッケージの電極などを、電気的に接続する方法である。、異方性導電フィルム、フリップチップボンディング3チップ上にバンプと呼ばれる接続用の突起を載せ、その面をパッケージ基板に合わせて接続する方法。チップ全面を接続に使えるため、端子数が多くかつチップ面積が小さい集積回路でよく利用される。などがありますが、形状を変えても物理的・電気的特性を安定的に維持することが課題となっていました。

そこで研究チームは、伸展性のあるブロック共重合体であるSEBS-g-MAに金属粒子を一定間隔で配置したS-ACFを作製しました。このS-ACFは、基板との化学結合により形状が変化しても、安定した電気的接続を確保しつつ、強固な界面接着性を維持しています。

特に、SEBS-g-MAに含まれる無水マレイン酸は、基板間の化学結合を可能にし、低温で強い接着力を発揮します。このS-ACFを2枚の基板の接触界面に置き、穏やかな温度(80℃)で約10分間処理すると、電気的・物理的接続が効果的に形成されることが確認されました。

a)伸縮自在の異方性導電フィルムのイメージと、マイクロチップと配線をつなぐ模式図。b,c)S-ACFを用いて製造された柔軟で伸縮自在のマイクロLED。©postech

また、S-ACFは、所望の部分に粒子が配置されるように選択的にパターニングすることができるため、電気的接続を必要としない部分のポリマー接触面を増やして接合強度を高めることができ、金属粒子の使用量を減らすことができて経済的です。このようにして製造されたフィルムは、従来の異方性導電フィルムに延伸性を付加し、高精細な回路接続(50μm)、低温処理、生産の拡張性を実現しています。

本研究を主導したUnyong Jeong教授は、「このフィルムは、将来、より複雑な構造のデバイスを接続することを可能にします」と説明しました。さらに、「これまで独自に研究されてきた伸縮自在のデバイスを、一つの基板や統合システムに統合して製造するための発射台になることを期待しています。」と述べています。

将来的にS-ACFがテープ状に生産されるようになれば、誰でもちょっとしたテープで、伸縮自在の高精細回路を接続できるようになるのではないか?

導電性微粒子の配列に関する基礎研究は、2014年から2018年までの「 The Samsung Future Technology Development Project」による長期支援によってスタートアップの立ち上げとその後の技術移転が可能となりました。さらに事業化に向けた研究開発を経て、韓国産業技術評価院(KEIT)の材料・部品技術開発プログラムに新たに採択され、高精度な異方性導電フィルムの国産化が待たれています。Unyong Jeong教授は、「この研究は、基礎研究への大胆な投資が実用化につながった代表的な例になると期待しています。」とコメントしています。

本研究は、韓国国立研究財団の「Nano-Material Technology Development Program」の支援を受けて実施しました。

Provided by Pohang University of Science & Technology (POSTECH), Journal : Science Advances, 2021; 7 (32): eabh0171 DOI: 10.1126/sciadv.abh0171 by Hyejin Hwang, Minsik Kong, Kyunghwan Kim, Doowon Park, Sangyeop Lee, Soojin Park, Ho-Jin Song, Unyong Jeong.

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