米乐m6官方网站[理事长中钵良二]（以下简称“AIST”）柔性电子研究中心[研究中心主任 Toshihide Kamata] 印刷工艺组研究员金泽修介，研究组组长兼研究中心副主任牛岛浩，负责悬臂梁、桥梁等的开发具有浮动部分的微观结构采用印刷方式，效率高、成本低。
传统上，为了形成如此微小的浮动部分，需要去除与基板接触的部分并留下浮动部分。蚀刻法已被使用，但存在制造步骤多、材料浪费、能源消耗等问题。利用新开发的技术，只需在基板上堆叠必要的结构即可形成浮动部件，与传统方法相比，制造时间减少了80%，从而可以实现节能和低成本制造。像这样带有浮动部件的微结构被用作各种传感器的检测部件，因此这项技术使得需要引入大量的传感器。物联网的全面社会落实做出贡献。此外，基材可以使用布、橡胶等各种材料，浮动部的材料也有多种选择，浮动部的形状也可以根据用途而定，工艺自由度很高。此外，使用开发技术创建的头戴式呼吸传感器可以使用与以前几乎相同的设备来检测公共交通司机的健康状况，例如困倦。
相关技术将于2017年6月7日至9日在Tokyo Big Sight（东京江东区）举行的JPCA Show 2017（第47届国际电子电路工业展览会）上展出。
 |
利用新开发的印刷技术制造具有浮动部分的微结构的示例
(a)弦状悬臂结构，(b)矩形波状桥梁结构 |
为了实现一个更安全、更有保障的社会，需要能够适当了解和管理人们健康状况的技术。例如，过去的惨痛案例表明，有必要适当、有效地监测公共交通司机的健康状况以及老年人和婴儿的活动状况。为此，有必要提供能够以融入生活空间的形式准确捕获目标现象的传感器设备。 “物联网”（IoT）可以说是为一切事物配备传感器并通过信息和通信技术有效部署先进服务的总称。
传感器的检测机构有多种，但通过移动检测部进行检测的机械式位移检测机构，其用途广泛，从压力、加速度等物理量到化学物质的吸附，因此被广泛使用。具有浮动部件的微结构，例如悬臂和桥，可以用作检测部件，因为它们在响应所需事件时具有大量“偏转”，并且可以引起明显的位移，这使得它们在创建高灵敏度传感器方面非常有用。另一个优点是，通过改变浮动部分的宽度、厚度或材料，可以调整偏转程度，从而允许独立于周围结构发生位移。例如，与固定到基板上的应变传感器相比，可以形成可以处理宽范围灵敏度的检测部分。
像这样具有浮动部件的微结构被用作高性能检测部件，但为了使使用这些部件的传感器在社会上广泛使用，首先必须高效且低成本地制造它们。此外，考虑到由于物联网的进步，传感器将被安装在生活空间周围，因此需要高度的基板灵活性来形成使用人们生活中发现的各种物体作为基板的传感器。然而，所谓的半导体制造工艺，即传统的制造技术，步骤较多，产生大量废料，难以支持高效、低成本的生产。此外，对基板平整度和工艺耐久性的要求很高，这极大地限制了在柔性基板上形成传感器的能力。因此，需要一种新技术，能够使用最简单的方法在各种基材上形成具有浮动部件的微结构。
AIST 柔性电子研究中心一直致力于研究和开发利用印刷技术的高效器件制造技术。基于高生产率的转移印刷方法，我们的目标是使用多种材料作为基材实现高效的器件制造。不干胶对比印刷法是啊丝网胶印方法
传统上主要以硅基板为基础加工形成悬臂、桥等具有浮动部分的微结构，该结构的优点是容易引起机械位移，作为传感器的检测部分特别有用MEMS它已在现场显示。另一方面，传统的印刷方式3D 打印机）之外，可以形成的结构仅限于二维形状。因此，这次我们致力于开发一种基于适合批量生产的转印方法的打印技术，可以形成具有浮动部件的三维结构。
这项研究的一部分得到了日本学术振兴会青年科学家科学研究补助金（B）的支持。
此次开发的技术通过简单地使层的一部分接触来转移整个层，从而有效地形成具有浮动部分的结构。胶印基于11492_11543 |L如果On-O偏移P打印(LOOP)方法。图1(a)和1(b)示出了使用环法形成悬臂结构的工艺以及传统的半导体制造工艺。与胶印相同，毯子的临时基材上印刷一次，然后转移到目标基材上。此时印刷在橡皮布上的形状在后续转印后成为浮动部分。与传统胶印不同的是，油墨在橡皮布上完全固化，在转印前再次印刷转印所需的粘合区域。即使在转移之后，固化层在橡皮布上也保持其形状，因此通过将该层接触并转移到先前设置在基板上的凸部，可以形成具有在远离基板的空间中浮动的部分的结构。
 |
图1悬臂结构创建过程概述（a）新技术“循环法”（b）半导体制造过程，
和(c)两个进程的总累积时间的比较 |
循环法的最大优点在于，与传统方法相比，它可以显着减少制造所需的时间。如图1(c)所示，整个制造过程的累计时间比半导体制造过程减少了大约80%。通过在大气中进行整个过程并仅形成必要的结构，可以显着缩短时间。此外，准备要转移到橡皮布上的结构的过程以及在基板上形成用于接收结构的突起的过程是在单独的基板上并行进行的，这也有助于缩短时间。
循环方法的主要技术优势在于，只需触摸层的一部分即可转移整个层，从而可以创建具有浮动部分的结构。这是“附着力切换过程”的过程来实现的（图1(a) ④）。粘合切换处理是利用橡皮布所用橡胶材料的特性，在适当的时机降低橡皮布上固化层的粘合力，使其更容易从橡皮布上剥离的技术。图 2 显示了测量粘附切换过程效果的测量概述（图 2(a)）和测量结果（图 2(b)）。将市售的银浆印刷在橡皮布的表面上并固化，对膜的一部分进行粘附力转换处理，并与未处理的区域一起测量粘附力。该处理将粘合力降低到三分之一以下，可以用27±068 mN/mm的极弱力将其剥离。因此，使用环形方法形成的浮动部件在形状上具有很高的自由度，并且现在可以在不破坏复杂结构的情况下转移诸如弦状悬臂梁和矩形波浪形桥梁等复杂结构。
 |
| 图2 有和没有粘合转换处理的粘合力差异（a）测量概述，（b）测量结果 |
环法的优点在于，除了生产效率高之外，通过在用于印刷的油墨中添加树脂或功能性颗粒，可以根据目的调整浮动部分的特性，例如用杨氏模量小的软质材料形成结构或添加电子功能。另一个优点是可以使用多种材料作为基材。传统的半导体制造工艺要求基板具有高平面精度，并且暴露于反应气体或酸性或碱性液体，因此难以使用布或橡胶等材料作为基板。由于环法基于印刷技术，因此不仅可以在半导体制造工艺中使用的玻璃和硅基板上形成具有浮动部分的微结构，而且还可以在海绵等软质材料上形成具有浮动部分的微结构。
此外，没有用作形成浮置部分的底层并随后被去除的牺牲层，也没有在工艺过程中不可避免地丢弃的材料，例如蚀刻的保护抗蚀剂，因此材料使用效率高，并且与传统半导体制造工艺相比，制造步骤数量显着减少。另外，由于采用分层转移的方法，轮转印刷这样的量产工艺，并且整个过程在大气中进行，因此我们可以期待它作为量产技术投入实际应用。
这次，我们利用循环法的各种优点，在公共交通司机使用的头部麦克风的海绵部分上形成了导电悬臂梁（图3（a）），并开发了带有集成头部麦克风的呼吸传感器（图3（c））。该传感器的原理是测量海绵背面的导电悬臂和隔着气隙面对面的对电极之间的电容。当悬臂因呼气而位移时，如图3(b)所示，电容也会发生变化，因此可以通过电容的变化来检测呼吸的深度和周期，并且如图3(d)所示，我们能够清楚地检测到白天活动时的呼吸与睡眠时缓慢、深长的呼吸之间的差异。许多研究表明，呼吸的深度和周期与困倦和疲劳等健康状况密切相关。然而，在实践中，重要的是要避免使用具有大麦克风尖端的传感器和限制性呼吸传感器来检查健康状况。新开发的呼吸传感器非常实用，因为它可以集成到与传统型号几乎相同的头部麦克风中，以管理驾驶员的健康状况。类似的呼吸传感器还可以制成医用胶带和口罩，因此可以用来监测老人和婴儿。通过以这种方式使用循环方法，可以有效地形成传感器，帮助人们使用熟悉的材料安心地生活。
 |
| 图3（a）在织物上形成的用于呼吸传感器的悬臂，（b）传感器配置和由于呼出空气引起的悬臂位移的示意图，（c）结合呼吸传感器的头部麦克风的外观，（d）呼出气体检测的结果 |
未来，我们将能够使用循环方法处理各种材料，以提高性能并扩大传感器的变化范围。我们还旨在增加印刷面积并将其建立为大规模生产工艺。为了广泛地为传感器的高效生产做出贡献，从而在社会上全面实现物联网，我们将继续向民间企业转让技术，为实现安全放心的社会做出贡献。