在刚性电子器件中，多层电路的互连通常依赖于化学或等离子蚀刻技术，从而能够在微米到纳米尺度上实现电连接。然而，柔性电子器件需要更加柔软和具有弹性的材料，传统的刚性连接方式往往存在模量不匹配、应力集中等问题，容易造成机械失效。液态金属因其良好的导电性和流动性，近年来逐渐被应用于柔性电子器件中,但现有的液态金属连接技术（如注入和电镀）仍存在加工步骤多、接口不稳定等问题。因此，如何在柔性电子设备中实现可靠的多层连接成为一个亟待解决的技术难题。针对这一问题，弗吉尼亚理工大学Michael D. Bartlett教授团队提出了一种液态金属分层组装技术（LM-STAIR），通过紫外线（UV）固化的方式在光敏树脂中构建液态金属微滴（LMMDs）的三维网络。通过UV固化过程中掩模边缘的“异常固化”现象产生阶梯状的固化层结构，引导液态金属在不同电路层之间有序沉降，实现多层电路的柔性连接。这一技术可以在不到1分钟的时间内创建多个电路层之间的导电连接，并能够在不同电路层间实现平面和垂直方向的电气集成。该研究以“Soft electronic vias and interconnects through rapid three-dimensional assembly of liquid metal microdroplets”为题发表于Nature Electronics。图1.LM-STAIR的柔性互连和导通孔的构建 (a) LM-STAIR导通孔的微CT扫描重建图（左侧）和包括顶部和底部平面互连的电路示意图。(b) 两种不同平面间的典型电连接方法示意图。(c) LM微滴的定向分层过程的图像（左侧）和示意图（右侧）。(d) 使用LM-STAIR工艺构建的包含导通节点和交叉平面互连的功能性电路。(e) 十个平面电极中的200个LM-STAIR导通孔的样品照片及其在聚合物基体中的分布示意图。
图2. LM-STAIR导通孔和互连的物理特性 (a) 光敏聚合物及稀释剂的化学结构。(b) 基于剪切混合转速和加工时间的LM微滴大小分析。(c) 根据LM微滴直径的电路特征尺寸示意图。(d) 不同光敏树脂、稀释剂和LM体积百分比组合的杨氏模量。(e) 在不同光敏树脂、稀释剂和LM体积百分比组合下的断裂应变。(f) 激活前后样品的微CT重建图像。(g) 各聚集体的体积分数分析。(h) 最小电导平面互连间隙的光学显微图像。图3. LM-STAIR导通孔和互连的电机械特性(a) 基于不同LM体积百分比的柔性电路平面互连的片电阻。(b) 平面互连柔性电路在压缩应变下的相对电阻。(c) 平面互连柔性电路在拉伸应变下的相对电阻。(d) 基于不同LM体积百分比的LM-STAIR导通孔的片电阻。(e) LM-STAIR导通孔柔性电路在压缩应变下的相对电阻。(f) LM-STAIR导通孔柔性电路在拉伸应变下的相对电阻。(g) 经过100次50%压缩应变循环测试的电机械耐久性。(h) 经过100次50%拉伸应变循环测试的柔性电路电机械耐久性。图4. 多层电路交叉互连与粘附特性(a) 交叉图案和LM-STAIR导通孔构建的示意图。(b) 交叉图案的光学显微图的截面图。(c) 使用交叉图案的LED电路实物图。(d) 单个设备中具有五个导通孔的六层柔性电路的光学显微图截面。(e) 一对叠加的LM-STAIR电路的手动弯曲测试图。图5. 多层磁场传感和指示柔性电路的演示(a) 使用LM-STAIR方法制作的磁传感和指示柔性电路的照片。(b) 磁传感和指示柔性电路的电路图。(c) 霍尔效应传感器工作机制的示意图。(d) 根据磁铁与霍尔效应传感器距离的输出变化。(e) 通过改变磁铁在柔性电路背后的位置点亮LED的照片。(f) 变形后的柔性电路在靠近磁铁时仍能正常工作的照片。全文链接：https://doi.org/10.1038/s41928-024-01268-z
