（接上期）

　　四、无需烧结的Ag墨接连出现

　　幸运的是，在不久的将来，布线或许会几乎不需要加热。因为无需烧结，导电性在室温下即可达到实用水平的Ag墨正在不断开发出来（图7）。这使得价格低廉的柔性基板自由选择成为可能，器件的成本有望降低到原来的一半左右。

图7：无需烧结的Ag墨不断涌现

　　无需烧结，只要在室温下印刷或是描绘，即可得到具有高度导电性的Ag墨水的示例。时任研究室的Ag墨在100℃下烧结后，体积电阻率将降低到6μΩcm。川原研究室的Ag墨为三菱制纸开发。

　　开发出这种Ag墨的有山形大学时任研究室、三菱制纸和东京大学川原研究室、冈山大学金原研究室。川原和金原两人已经成立风险企业并着手开展业务。

　　时任研究室没有公开无需加热的原理，三菱制纸的Ag墨似是利用化学反应，使Ag纳米颗粒发生相互结合，在涂抹墨水后立刻就具备一定的导电性。金原研究室则是利用具有导电性的有机材料覆盖Ag纳米颗粒而实现的。

　　全印刷方式技术和柔性电子的另一个课题——连接器接合方法也出现了前景看好的解决措施。

　　柔性电子在安装时无法使用焊接。因为焊接不仅会发热，还会破坏柔性，特别是薄度和柔软度。

　　目前正在探讨的替代技术，是各向异性导电膜（ACF）（图8（a））。ACF是掺入了导电颗粒的粘接膜，一般是用加压和加热的方式，使连接器相互接合。是作为在显示器触摸面板的玻璃上安装芯片的COG（chip-on-glass）的一项技术而开发出来的。

图8：替代焊接的技术也得以改善

　　焊接替代技术ACF（各向异性导电膜）的课题（a）及Dexerials开发的解决技术（b）的示例。在减少导电颗粒的同时，通过大幅提高其排列性，显著降低了导电性参差不齐和发生短路的可能性。

　　但ACF还存在许多课题：导电性、绝缘性、接着性参差不齐的问题很大。特别是绝缘性，在连接器密度高的情况下，会导致连接器之间发生短路。

　　2014年10月，Dexerials发布了可令ACF课题大大缓解的技术（图8（b））。使导电颗粒的数量减少到过去的约1/2，并且在胶带上极其规则地排列。以往该颗粒的随机分布是导致导电性参差不齐的原因。Dexerials令颗粒规则排列，大幅改善了导电性的参差不齐，并减少颗粒数量，降低了短路的可能性。

　　另一方面，日本航空电子工业与日本产业技术综合研究所的FLEC开发出了不使用ACF，也无需加热处理的接合技术（图9）。

图9：以印刷技术使连接高密度连接器成为可能

　　解决ACF性质参差不齐的课题，而且无需加热的技术示例。该技术由日本产业技术综合研究所与日本航空电子工业开发。

　　如果只是无需加热处理，Dexerials的技术“也可以使用以紫外线（UV）硬化树脂接合，替代加热ACF的方法”。而日本航空电子工业等开发的技术的一大特点，是能够在印刷过程中，完成电极端子高密度排列的连接器的印刷及接合。

　　具体来说，这项技术使用“丝网胶印”取代了通常的丝网印刷。不是将墨直接印在基材上，而是先在硅橡胶片上丝网印刷，再向基材转印。“硅橡胶片会吸收墨的晕染，所以能够高密度配置电极端子”（FLEC）。

　　在高密度连接器相互接合时，首先要在需要接合的基板和元件中的一方印刷UV硬化性粘合剂。然后利用丝网胶印，在接着层上印刷电极端子。在将连接器加压相互接合后，再照射UV加固。

　　FLEC的镰田表示，“这项技术的优点是可以接合高密度连接器，而且不对器件施加负荷”。

　　在电子皮肤和体内器件的开发上，最后的一个重大的技术课题是如何设置电源。因为轻薄、柔软到与能皮肤融为一体的器件不能安装坚硬的纽扣电池等。更不要说体内器件了，如果没有电源，一切都将是空谈。

　　一个有力的选项是无线供电。与向RFID标签无线供电一样，已经开发出来的电子皮肤器件很多都采用无线供电技术。甚至出现了像MC10公司那样，利用配备NFC功能的智能手机，在每次读取数据的时候，向电子皮肤器件供电的方式。

　　然而，仅靠无线供电不一定能够解决电源问题。佩戴器件的使用者无法保证永远靠近供电器。即使靠近供电器，因为人体不能长时间暴露于强电磁场中，所以可以获得的电力的大小和时间有限。如果拥有蓄电容量小、但薄而且柔软的二次电池，就能弥补无线供电的缺点。

　　其实，最近可穿戴终端、电子皮肤器件用可弯曲的电池和极薄的全固体电池的开发事例正在不断增加（图10）。不过，除半导体能源研究所（SEL）外，基本都是海外企业的开发品和产品。例如美国应用材料（Applied Materials）、美国蓝星技术公司（Blue Spark Technologies）、芬兰Enfucell公司、美国Imprint Energy公司、韩国三星SDI公司等。

图10：弯曲及柔性二次电池的示例。

　　最值得关注的当属美国加州大学伯克利分校（Universityof California，Berkeley）的研究生创办的Imprint Energy公司开发的电池（图10（f））。该公司使用Zn（锌）替代Li作为蓄电的活性物质，而且利用印刷技术制造。过去的观点一直认为Zn无法应用于二次电池，但是，在取得多项技术突破后，使其能够充电了。蓝星技术公司和Enfucell公司虽然也使用印刷技术和Zn，但制作的是一次电池。

　　日本企业开发事例少的原因是“电池属于爆炸物。很多技术人员都觉得弯曲太荒唐”（柔性电子技术人员）。而在海外，像上述那样，以图使用Solid-State Battery（SSB）全固体电池、Zn等二次电池新材料解决安全性课题的尝试比比皆是。

　　五、用人体发电

　　作为电源，既不是无线供电，也不是二次电池的技术活跃起来。那就是利用人体的体温、动作，以及心脏的搏动和体内的糖分等发电的技术（图11）。

图11：从身体获取电力

　　不使用电池，而是在体表或体内发电的元件的开发示例。（d）基于脑脊髄液中的葡萄糖和氧工作的燃料电池。

　　这些技术的发电功率虽然大都只有几μW左右，但足够点亮1个LED、或是为心脏起搏器供电。韩国科学技术院（Korea Advanced Institute of Science and Technology，KAIST）利用由PZT（锆钛酸铅）制成的3.5cm见方的大面积压电传感器，实现了几mW的输出功率（图11（b））。“能够同时点亮105个LED”（KAIST）。

　　另一方面，日本产业技术综合研究所的FLEC开发出了约10cm见方的柔性热电转换阵列膜。阵列膜利用丝网印刷制作。膜厚仅为20μm。据称因为热电转换元件以1000个为单位串联，所以容易提高输出电压。“片材的尺寸还可以相应于需要做得更大。能够缠在手上、缠在排水管上，可应用于许多用途和场合”（FLEC中心长镰田）。

　　即使解决了技术课题，实用化的障碍依然多多。满足《药事法》的规定是其中之一，除此之外，使业务步入轨道也难度颇大。因为无论开发的器件多么具有划时代的意义，单靠器件几乎产生不了附加值。

　　等到使器件与智能手机等连接的无线通信环境和智能手机APP、网络上的服务器群（云），以及优秀的服务策划等都俱备，且收集到一定量的使用者的信息后，服务才会产生高附加值。

　　器件厂商自行开展服务并非易事。器件的单价需要降低到能一次性使用的程度（图12）。而另一方面，“虽然只是组合现有技术，但无线通信等服务提供环境的开发成本之高是不能忽略的因素”（东京大学樱井）。就是说，从开发器件的第一线，到回收成本的服务的第一线，其“补给线”不仅长，而且路途险峻注6）。

图12：人体用柔性传感器的两难困境

　　注6）使可穿戴终端“UP”系列步入业务轨道的Jawbone公司原本是蓝牙音响设备厂商。因为自身拥有无线通信环境技术，所以回收成本可能比较容易。

　　经营名为“IoT（Internet of Things）”的传感器相关业务的企业，在最近的1年左右时间里，大幅开放了传感器使用环境，为大幅降低投入到补给线的成本，接二连三地成立了项目和行业团体（表1）。比方说，德国政府主导的“工业4.0”（Industry 4.0）超越单纯的通信接口的标准化，把传感器的种类、制造工厂，以及流通系统加以组合，意在打造使不具备技术和行业相关知识的人也能自由选择的产业结构。其关键词是“信息物理系统（CPS）”。据称是要将工厂、流通等“真实世界”系统的详细状态在信息网络上可见，以方便对其重新进行排列组合。（全文完）