液体金属の接触抵抗要因の解明による高伸縮・高性能な伸縮電子デバイスの実現

通过阐明液态金属的接触电阻因素，实现高可拉伸性和高性能可拉伸电子器件

• 批准号: 22KJ2944
• 负责人: 佐藤 峻
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: Waseda University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ2944/
• 关键词: ストレッチャブルエレクトロニクス; フレキシブルエレクトロニクス; 液体金属; ガリンスタン; 接触抵抗

第一年度は，主に液体金属の接触抵抗の高精度計測方法の提案を行い，さらに液体金属による電子素子実装の伸縮耐性を評価した．液体金属の接触抵抗計測に関しては，従来教科書的な接触抵抗の計測方法としてTransfer Length Method (TLM) が非常によく知られている．従来の接触抵抗計測は半導体と金属電極間の接触抵抗を主としていたため，TLMでは金属電極のシート抵抗は対象物（半導体）のシート抵抗と比べて無視できると仮定されていた．しかしながら，実際にTLM計測および有限要素法（FEM）による電流密度分布解析の結果，液体金属は金属電極とシート抵抗が同程度であるため，上記仮定が成立せず，教科書的なTLMでは接触抵抗の計測はできないことを発見した．さらに，教科書的なTLMを改良して計測電極毎への電流印加の提案・実証まで行った．液体金属実装の伸縮耐性に関しては，まず，実装部の引張試験とFEMによる応力分布解析を行った．その結果，液体金属実装によってハンダや導電性ペーストの12倍以上の伸縮耐性が得た一方で，素子と基板間が応力集中により剥離することを発見した．これに対し，素子下部の基板を硬くして実装部の応力集中を緩和することを考え，基板の剛性分布に対する応力分布を解析した．その結果，基板の高剛性部のヤング率や面積を増加させることで応力集中を10%以下に低減可能であることが明らかになった．これらの結果，マイクロマシン・MEMS分野における世界最上位の国際会議であるIEEE MEMS 2023をはじめ，査読付き国際論文誌1件（共著），国際会議3件，国内学会6件の成果を上げ，2件の受賞を受けた．

In the first year, the proposal of high-precision measurement method for contact resistance of liquid metal was carried out, and the expansion resistance of electron assembly for liquid metal was evaluated. Contact resistance measurement of liquid metals is closely related to the Transfer Length Method (TLM) in textbooks. Contact Resistance Measurement of Semiconductor and Metal Electrodes Contact Resistance Measurement of Semiconductor and Metal Electrodes Contact Resistance Measurement of Semiconductor and Metal Electrodes The current density distribution analysis results of TLM measurement and finite element method (FEM) show that the resistance of liquid metal to metal electrode is the same as that of metal electrode. In addition, the textbook TLM was improved to measure the current of each electrode. Analysis of stress distribution in tension test FEM of liquid metal installation. As a result, the liquid metal has a resistance to expansion of more than 12 times the conductivity, and the separation between the element and the substrate has been observed. The stress concentration of the lower part of the substrate is reduced by considering the stress distribution of the substrate. As a result, the rate and area of the high rigidity portion of the substrate increase and the force concentration decreases by less than 10%. IEEE MEMS 2023 is the world's most important international conference, and one international paper (co-authored), three international conferences, six achievements of domestic societies, and two awards.

项目成果

Finite element analysis of current density distribution in transfer length method measurement of galinstan

加林斯坦转移长度法测量电流密度分布的有限元分析

• 发表时间: 2023
• 作者: 佐藤峻;岩瀬英治
• 通讯作者: 岩瀬英治

Highly Accurate measurement of contact resistance between galinstan and copper using transfer length method

使用传输长度法高精度测量伽林斯坦和铜之间的接触电阻

• 发表时间: 2023
• 作者: Y. Sato;T. Sato;and E. Iwase;T. Sato and E. Iwase
• 通讯作者: T. Sato and E. Iwase

Bilayer Self-Folding Method with High Folding Force and Angle by Suppressing Delamination of Shrink Layer

• DOI: 10.1002/tee.24055
• 发表时间: 2023-06
• 期刊: 2023 22nd International Conference on Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems (Transducers)
• 作者: Yusuke Sato;Takashi Sato;Eiji Iwase

液体金属による電子素子実装

使用液态金属安装电子器件

• 发表时间: 2022
• 作者: 佐藤峻;岩瀬英治
• 通讯作者: 岩瀬英治

Study on measurement method of contact resistance between galinstan and copper electrodes

伽林斯坦与铜电极接触电阻测量方法研究

• 发表时间: 2022
• 作者: 佐藤峻;岩瀬英治;T. Sato and E. Iwase;T. Sato and E. Iwase
• 通讯作者: T. Sato and E. Iwase