无需焊接、可在室温下实现的多通道集成技术，适用于软混合电子器件

《InfoMat》：Solder-free room-temperature multichannel integration for soft hybrid electronics

室温直接互联技术通过氢键结合和分子链缠绕实现软硬模块可靠连接，机械强度达210.4 N/m2，电气延展性173.6%，可承受110%应变且电阻稳定。该技术无需高温或焊料，支持多通道（32通道最小间距0.2mm）和垂直芯片集成，在柔性显示、可穿戴设备、生物医学等领域展现应用潜力。

　　软体混合电子技术在可穿戴设备、机器人和生物医学等领域展现出巨大的应用潜力。然而，目前的连接方法存在诸多挑战，如高温焊接导致的热损伤、复杂的化学处理过程以及机械连接不足，这些因素常引发界面变形和电性能失效。为此，研究者们提出了一种室温直接连接（Room-Temperature Direct Interconnection, RTDI）技术，该技术利用氢键和分子链缠结机制，实现了软体模块与刚性电路组件之间的坚固、无焊料、多通道连接。这种连接方式不仅克服了传统方法的局限性，还显著提升了连接的机械强度和电性能稳定性。

RTDI技术的核心在于其独特的连接机制。通过在软体聚氨酯（PU）模块和刚性聚酰亚胺（PI）模块之间建立氢键网络和分子链的物理缠结，使得连接过程在常温下即可完成，无需高温处理。这种设计不仅简化了制造流程，还避免了对软体材料的热损伤，同时确保了连接的机械强度和电性能的稳定性。实验结果显示，RTDI连接的机械强度高达210.4?N?m?1，比商用银膏连接高出24.7倍，比传统ACF连接高出1.8倍。这一显著的提升表明，RTDI在构建可拉伸电子系统方面具有极高的可靠性。

在电性能方面，RTDI连接表现出卓越的拉伸能力，达到了173.6%的电拉伸性，且在110%应变下电阻变化不超过一个数量级。这种特性对于需要在动态变形下保持稳定信号传输的可穿戴设备和生物医学传感器至关重要。此外，该技术在重复拉伸测试中表现优异，能够在3000次拉伸、弯曲和扭转循环后仍然保持良好的性能，显示出其出色的耐久性和稳定性。

RTDI技术的应用验证了其在实际系统中的有效性。例如，在多通道连接方面，该技术成功实现了PU基软体模块与PI基柔性印刷电路板（FPCB）之间的平面并行连接，以及商用封装芯片与软体模块之间的垂直集成。这种连接方式不仅适用于高密度LED显示系统，还能够用于逻辑控制的可变形电子系统，确保在复杂机械变形条件下，系统仍能维持稳定的电连接和功能运行。

进一步地，RTDI技术在生物医学应用中也展现出潜力。通过将软体电极阵列与FPCB连接，该技术实现了稳定的表面肌电信号（sEMG）采集，同时具备良好的生物相容性。此外，该技术在细胞毒性测试中表现良好，证明其在生物电子接口中的安全性。

在材料选择和加工工艺方面，研究团队采用了多种软体材料，包括聚氨酯、PDMS和SEBS，以确保其在不同应用场景下的适用性。同时，使用了具有高导电性和可拉伸性的银膏（SSP）作为导电层，结合特定的图案化设计，实现了高效的连接。对于刚性模块，采用了聚酰亚胺基底，其表面具有极性分子链和微孔结构，有助于与软体模块形成紧密的连接。

为了确保连接的稳定性，研究者们还进行了详细的力学和电学性能测试。通过拉伸测试和周期性拉扯测试，验证了RTDI连接在机械性能上的优越性。同时，利用有限元分析（FEA）对比了不同连接方式下的应力分布情况，发现RTDI连接在应变下能够实现更均匀的应力分布，从而减少了应力集中，提高了连接的可靠性。

此外，RTDI技术还支持多种标准针距的连接，包括2.54 mm、1.0 mm和0.5 mm，使得其在高密度传感器阵列和高度集成的芯片系统中具有广泛的应用前景。这种灵活性和可扩展性，为未来的柔性电子系统提供了新的解决方案。

综上所述，RTDI技术通过结合氢键和分子链缠结机制，为软体与刚性模块之间的连接提供了全新的思路。它不仅克服了传统方法的缺点，还显著提升了连接的机械强度和电性能稳定性，适用于多种应用场景，包括可穿戴设备、智能机器人和生物医学设备。该技术的出现，标志着软体混合电子技术在连接方式上的重要突破，为实现更复杂、更高效的电子系统提供了坚实的基础。