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作者及机构：本文的主要作者包括Ratul Kumar Baruah（印度Tezpur大学电子与通信工程系）、Hocheon Yoo（韩国嘉泉大学电子工程系）和Eun Kwang Lee（韩国釜庆国立大学化学工程系）。论文于2023年5月27日发表在期刊《Micromachines》上，标题为《Interconnection Technologies for Flexible Electronics: Materials, Fabrications, and Applications》。
主题：本文综述了柔性电子设备中金属互连技术的最新进展，重点关注材料、结构和应用。柔性电子设备因其轻量、可弯曲、可拉伸等特性，在消费电子、医疗、传感器、软机器人等领域具有广泛应用前景。然而，传统金属互连材料如铜在机械和电气性能上存在局限性，因此需要开发新型互连材料和结构以满足柔性电子的需求。
主要观点及论据：
柔性电子设备的需求与挑战
柔性电子设备需要在非平面表面上工作，因此其基底材料必须具有拉伸性、自修复性、轻量化和生物相容性等特性。传统的导电材料如铜在机械和电气性能上无法满足这些需求。为了解决这一问题，研究人员开发了波浪形、蛇形、蜂窝状和预应力材料等新型结构，以提高机械和电气性能。此外，二维本征材料因其优异的机械和电气性能也被视为潜在的导电材料候选者。
金属互连材料的关键特性
在设计柔性电子设备的金属互连时，需考虑多个因素，包括导电性、柔韧性、粘附性、可靠性和成本效益。导电性是确保信号高效传输的关键，而柔韧性则使互连能够在不同形状和表面上弯曲而不断裂。粘附性确保互连在反复弯曲和拉伸条件下保持稳定性能，而可靠性则要求互连在长时间使用和各种环境条件下保持电气性能。此外，成本效益对于大规模生产的柔性电子设备至关重要。
常用金属互连材料及其应用
常用的金属互连材料包括铜、银、金和铝。每种材料都有其独特的性能，适用于特定应用。例如，银纳米线因其高导电性和优异的光学透明性被广泛应用于透明柔性电子设备中。铜线虽然成本较高，但其高导电性和拉伸强度使其成为优选材料。此外，液态金属如镓基合金因其固有的可拉伸性和低毒性也被用于柔性互连。
柔性互连的制造技术
柔性互连的制造技术包括纳米级结构设计、激光数字图案化、接触印刷等。例如，银纳米线通过溶液沉积在目标基底上形成透明导电膜，而激光数字图案化技术则用于在聚合物基底上制造高分辨率铜电极。此外，碳纳米管（CNT）因其优异的机械柔韧性和载流子迁移率被视为高性能柔性电子的候选材料。
柔性互连在电子纺织品中的应用
电子纺织品（e-textiles）为柔性电子设备提供了一个多功能平台，广泛应用于可穿戴设备、医疗、通信等领域。纤维间互连的导电性在非平面表面上的应用是一个重要挑战。硅基技术由于机械不兼容性难以满足需求，而聚合物基纤维基底则显示出更好的性能。例如，超薄单晶硅集成电路在柔性箔片上制造，具有优异的电气性能和机械柔韧性。
柔性电池的发展
柔性电池是柔性电子设备的重要组成部分。传统的锂离子电池由于其刚性难以在柔性电路中使用。近年来，柔性电池技术取得了显著进展，包括同轴纤维电池、聚合物/聚合物分离器或极性凝胶聚合物电极等方法。柔性电池需要具备高能量密度、功率密度和循环稳定性，同时还需满足弯曲、折叠和扭曲等机械要求。
未来研究方向与挑战
尽管柔性互连技术取得了显著进展，但仍面临许多挑战。例如，开发具有更高可靠性和成本效益的新型互连材料，优化制造工艺以实现大规模生产，以及提高柔性电池的性能和安全性。此外，柔性电子设备的集成技术也需要进一步研究，以实现更高效的系统级集成。
论文的意义与价值：
本文全面综述了柔性电子设备中金属互连技术的最新进展，为研究人员提供了宝贵的参考资料。通过分析不同材料和制造技术的优缺点，本文为未来柔性互连技术的发展指明了方向。此外，本文还探讨了柔性互连在电子纺织品和柔性电池中的应用，为柔性电子设备的实际应用提供了理论支持。本文的研究成果不仅具有重要的科学价值，还为柔性电子设备的商业化应用奠定了基础。
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