独立行政机构国立产业技术综合研究所[会长野间口裕]（以下简称“AIST”）柔性电子研究中心[研究中心主任 Toshihide Kamata] 印刷电子器件团队研究员 Kiyoshi Uemura 与 Ajinomoto Co, Inc [代表董事 Masatoshi Ito]（以下简称“Ajinomoto”）合作开发了一种全印刷柔性压力传感器。
AIST 与味之素合作压电的聚氨基酸材料，将其制成墨水，进一步漏电流，柔性基板上的印刷方法传感器阵列通过使用这种印刷方法来制造传感器阵列并增加面积，将可以大量供应廉价的传感器。预计这将有助于监控传感器等传感器网络设备的普及。
该技术的详细内容将于2012年6月13日至15日在东京有明国际展览中心（东京江东区）举行的第42届国际电子电路工业展览会（JPCA Show 2012）上展出。
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| 全印刷柔性压力传感器 |
近年来，以实现安全放心的社会为目标，让人们随时随地用电子设备输入、录入信息的传感器网络备受关注。特别是，人们对构建一个系统寄予厚望，在该系统中，社会中存在的传感器在周围人不知情的情况下为网络提供必要的信息，例如人员的活动。此类传感器需要兼容多种用途，并且能够以低成本大规模生产。然而，现有的压力传感器价格极其昂贵，很多不适合阵列形成，且其结构难以扩展到大面积，从而难以普及到社会。
AIST正在进行柔性电子设备的研究和开发。特别是，我们的目标是开发通过印刷执行所有制造过程的技术，迄今为止已经开发出完全印刷的存储器阵列、射频标签和蒸腾传感器。另一方面，味之素在氨基酸、聚氨基酸等功能性有机材料的研发及其生产技术方面拥有多年的经验。
迄今为止，AIST 开发的所有印刷存储器阵列均使用铁电聚氨基酸作为晶体管的介电层铁电存储器的数组聚氨基酸不仅具有铁电性，而且具有较大的主链。偶极矩还表现出优异的压电性，我们与味之素合作开发了适合压电元件的聚氨基酸材料，将其用作材料墨水，并通过应用适合印刷的元件结构创建了压力传感器阵列。
◇新型聚氨基酸压电材料的研制
聚氨基酸材料是α-螺旋，当这种材料应用于形成薄膜时，这种棒状结构介晶，并将其分子轴平行于基板表面排列（图1）。由于该薄膜表现出铁电特性，因此已利用该特性制造了铁电存储器件。除了这种规则排列之外，重要的是当施加压力时增加极化量以将其用作压电材料。在这次试制的压电元件中，分子被设计成沿着聚氨基酸的分子轴增加主链中的偶极矩，并且分子还被设计成可溶解以使其成为墨水。基于这些分子设计合成的聚氨基酸为10 cm2，表现出数十V的电动势。负载为 6 公斤（图 2）。
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| 图1聚氨基酸主链结构 |
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| 图2 元件横截面图，施加压力时的电动势测量结果 |
◇ 采用适合打印设备的元件结构
柔性电子器件中最简单的结构是在柔性基板上形成电极，如图2所示的器件截面图，在其上形成介电层等薄膜层，然后在其上直接印刷电极，或者将印刷有电极的基板粘合到其上。即使具有如此简单的结构，也难以使用印刷方法形成元件。新开发的柔性压电传感器的结构是，压电薄膜夹在两个通过丝网印刷在塑料基板上制成的银电极之间。采用印刷法制造时，需要在下部电极上形成压电薄膜，但这种印刷电极的表面凹凸较大，难以精确控制三维形状，因此其上形成的压电薄膜受底层的影响很大，很难形成高质量的薄膜。通过丝网印刷制造的下电极的厚度约为50μm，其上形成的压电薄膜很难完全覆盖电极，从而导致上下电极接触并产生较大漏电流等问题，或者需要将压电薄膜做得过厚，从而显着增加驱动传感器所需的电压。特别是，漏电流的影响在下电极的边缘部分显着，因此需要确保该部分的绝缘。因此，通过采用能够抑制下部电极的边缘部处的漏电流的新的元件结构，能够使压电膜更薄。其结果是，漏电流被降低到实用上不成问题的水平，并且器件良率从百分之几提高到接近100%。
◇ 适用于片状器件的层压方法
增加传感器阵列的面积有两种方法：一种是直接在大面积基板上制造传感器阵列，另一种是在小基板上制造多个传感器阵列并将它们粘合在一起。当制造大量相同器件时，在大面积衬底上制造是合适的，但在小衬底上制造具有诸如器件小型化以及能够任意布置各种器件以满足多种要求等优点。
这次，我们采用了将基板粘合在一起的方法来增加面积（图3）。压力传感器承受来自元件顶部的压力，因此粘合强度必须足够强以承受该压力。到目前为止，柔性基板都是使用粘合剂粘合在一起的，但这一次我们开发了一种技术，可以提高柔性基板接头的结构强度。
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| 图3 大面积压力传感器（长：80 cm，宽：80 cm） |
未来，我们将通过提高压电传感器的灵敏度和小型化来提高压电传感器的性能，并通过改进压电传感器与其他设备的组合以及与网络的接口来提出压电传感器设备的新用途。此外，由于本次开发的压电传感器阵列可以应用于振动发电，因此我们的目标是将其与蓄电池结合起来，打造自发电传感器。