用于实现可扩展3D集成且具有优异柔韧性的电子产品的界面与机械工程技术

《npj Flexible Electronics》：Interfacial and mechanical engineering for scalable 3D integration of robust stretchable electronics

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摘要

在高密度多层电路集成到可拉伸电子器件中时，垂直互连处和异质材料界面处的机械不稳定性成为限制因素。本研究提出了一种通过协同的界面化学工程和“软中带硬”的结构设计实现稳健多层电子器件单片三维集成的策略。垂直互连（VIA）采用液态金属/镀铜（LM/Cu）连接方式，其中自限性的天然氧化物有助于形成低电阻的Ga-O-Cu接触，同时抑制易碎金属间相的形成。这些VIA区域通过坚硬的封装岛进一步防止变形，从而在高达700%的应变下保持几何完整性。具有化学活性的双网络聚氨酯材料能够形成共价和氢键结合的封装界面，确保LM互连与电子元件之间无需焊接即可保持电气稳定性，甚至在极端变形条件下也是如此。该平台的可扩展性通过多层光电系统和可穿戴电子器件得到验证，这些系统的信号保真度与传统的刚性电子器件相当。这种方法克服了集成密度与机械柔顺性之间的矛盾，为下一代类似皮肤的柔性电子设备开辟了新的发展方向。

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