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] 混合 IoT 设备团队研究团队负责人 Kiyoshi Uemura、研究员 Yuichi Watanabe、化学过程研究部[研究部主任滨川聪]西冈正树，微化学组首席研究员； Takashi Nakamura，同一部门功能材料加工组首席研究员，负责超薄聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）和可拉伸材料弹性体传感器等电子元件可以安装在低耐热塑料基板上而不会造成损坏实施我们开发了一种利用微波选择性加热的短时焊料熔化技术。
在低耐热板上安装电子元件时，传统的焊料加热方法需要较长的加热时间。底物应变会发生。这次，我们开发了一种微波照射技术，可以通过将磁场集中在平面形状来无火花（放电）地加热导体，以及使用微波选择性加热焊点的技术。焊料熔化在 3 秒内完成，允许将器件安装在低耐热基板上，所需基板应变量是传统方法的 1/20。新开发的技术是将传感器等物联网设备安装在布料和可拉伸材料上的基本技术之一，因此佩戴时不会感到不舒服。可穿戴设备之类的设备这些设备将导致下一代健康监测系统的实现，该系统可以无意识地感知日常生活中的健康状况。
该技术的详细信息将于 2018 年 2 月 14 日至 16 日在东京有明国际展览中心（东京江东区）举办的“Printable Electronics 2018”展览会上公布。
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| 使用新开发的技术焊接到 PET 基板上的柔性温度/湿度传感器阵列（左）和安装部分的放大图（右） |
在物联网社会中，假设各种“事物”将连接到互联网。为了实现这一目标，需要将器件安装在三维结构上，例如被认为难以安装的曲面和改变形状的结构。因此，需要开发将器件安装在柔性基板或可拉伸基板上的柔性/可拉伸混合安装技术。
使用焊料的传统器件安装方法不仅用途广泛，而且粘合强度和电气性能可靠。然而，工业焊料安装需要170摄氏度或更高温度约300秒的加热过程，即使在低温和短时间内也是如此，因此存在耐热性低的塑料和弹性体等材料无法用作基板的问题。另外，导电胶其粘合强度和电性能的可靠性较低，实际应用存在诸多挑战。因此，为了快速普及柔性器件和可拉伸器件，需要一种能够将器件快速焊接到低耐热基板上的技术，以尽量减少热的影响。
在 AIST 柔性电子研究中心，存储器是通过印刷来创建的。RF 标签、可拉伸压力传感器）等器件技术，以及印刷电极等低温烧制工艺。2015 年 2 月 25 日、2017 年 6 月 2 日 AIST 新闻稿）。此外，AIST 化学工艺研究部门正在开发化学工艺，例如使用微波加热合成纳米颗粒（2010 年 2 月 15 日 AIST 新闻稿）。
这次，我们致力于开发一种利用微波加热技术的选择性加热特性和短时间加热特性在短时间内熔化焊料的安装工艺技术。
微波加热已被用于加热和干燥各种物体的装置中，并且作为一种有前途的技术而受到关注。不过，微波炉等常见设备微波照射法（多模式）加热将器件焊接到基板上时，电极等金属可能会产生火花，这可能会导致电极破裂或基板燃烧。这是因为作为电磁波的微波中的电场成分集中在电极附近。因此，新开发的技术在金属盒内以特定方式使用微波。驻波单模式利用微波辐射技术，电场和磁场分量的位置和能量强度被固定。圆柱形空腔谐振器TM110的驻波采用这种技术，仅使磁场分量集中在圆柱体的中心轴上，而电场分量无限减少（图1），从而可以显着减少电场对照射目标的影响。此外，使用TM110的微波辐射方法具有沿中心轴的均匀磁场强度分布，并且可以辐射大面积。因此，我们开发了一种具有传输机制的微波，该传输机制允许柔性基板穿过该谐振器的中心轴。回流焊炉并研究了焊料熔化过程对电路板的影响以及对IC芯片的损坏。
结果，可以在不产生火花的情况下加热金属，这在使用混合电场分量的微波加热中是常见的，并且可以在微波回流焊炉中选择性地加热焊料部件并熔化焊料（图2）。此外，传感器芯片、电容器、电阻器等可以在室温和压力下在3秒内焊接。典型的回流工艺加热整个电路板，需要四个温度区：加热、预热、主加热和冷却，大约需要300秒才能完成，但微波加热可以选择性地加热微小区域，在短时间内完成该过程。这种局部、选择性和短时间的加热过程将低温基底上的应变降低到几乎可以忽略不计的水平。
如果对耐热温度为120摄氏度的PET基板进行普通回流焊工艺，会出现02%的应变，因此如果使用例如10厘米的基板，就会出现高达200μm的偏差。 200μm与传感器芯片的布线宽度大致相同，因此设计和布线位置完全错位，导致无法使用。然而，当使用新开发的微波回流炉进行焊料安装时，并使用炉加热方法来比较变形量时，变形量改善至使用微波加热方法的1/20。在10cm的基板上，错位最大可以减少到10μm，并且对100μm间隔的布线几乎没有影响。新开发的利用微波加热的焊接安装技术可以说是一种柔性混合安装技术，可以将电子元件安装在柔性基板上。
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| 图1 所开发的用于焊料安装工艺的微波辐射装置的概述（左）和谐振器内部的电场和磁场分布（右） |
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| 图2 微波照射前后PET基板上的焊料和工艺条件的照片 |
我们还使用新开发的柔性/可拉伸混合安装技术在 PET 基板上安装了 3 x 3 阵列的市售温度和湿度传感器（图 3）。由于它可以应用于极薄的基材，因此可以将25μm厚的基材放置在衣服内部，用于测量衣服内部的温度和湿度分布并评估舒适度。
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| 图3 安装在PET 上的温度/湿度传感器阵列 |
使用新开发的技术实现的传感器阵列还可以具有可拉伸的布线，从而允许传感器以各种形状安装。由于传感器可以以各种形状排列安装，因此可以获得传感器输出的映射信息，并且对该数据进行人工智能处理可以预测愉快和不愉快的状态，并将情绪等人类敏感数据可视化。它有望成为支持人体工程学领域传感器技术发展的技术。
此次开发的技术将被确立为一种低温、短时间安装工艺基础技术，不仅可以将传感器焊接安装，还可以将IC芯片等各种电子元件焊接安装在柔性且可拉伸的基板上。利用这项技术，我们将实现可拉伸传感器驱动电路、数据分析芯片、无线电路等，旨在实现和普及可拉伸设备，这些设备可以收集以前无法收集的有用信息。
未来，我们将开发全可拉伸器件技术，使传感器本身可拉伸，并且我们将使用新开发的柔性混合传感器来比较并获得新传感器的校正数据，并用其来评估可靠性。