复旦大学突破柔性电子技术瓶颈 全球首创"纤维芯片"实现可穿戴设备核心部件革新

长期以来,智能设备走向柔性化的一大瓶颈在于:承担信息处理的芯片天然偏硬,与柔性材料的需求存在矛盾。这直接限制了可穿戴设备、柔性显示、智能纺织品等领域的深入创新。复旦大学研究团队通过新的设计思路与制备工艺,把这道难题落到了一条可实现的技术路径上。传统芯片制造通常在平整稳定的硅片基底上构建高密度集成电路。复旦团队跳出了此范式,提出“多层旋叠架构”的设计方案:把原本平面展开的电路改为三维螺旋结构,使其能够嵌入一维纤维载体中。形象地说,就是把一张布满精密电路的平面“图纸”,以螺旋方式缠绕到细线内部。这样的结构更充分利用纤维内部空间,在一维尺寸受限条件下实现高密度集成,突破了平面芯片的几何边界。 然而,在柔软、易变形的纤维材料上制作高精度电路,难度远高于在硬质基底上加工。研究团队将其比作在“软泥地”上建高楼。为解决这一问题,团队开发了一条与现有商业光刻工艺兼容的制备路线:先用等离子体刻蚀对弹性高分子纤维表面进行精细处理,将表面粗糙度控制在1纳米以内,以满足商业光刻要求;随后在纤维表面沉积一层致密的聚对二甲苯保护膜,为内部电路提供一层“柔性防护”。 这层保护膜发挥了多重作用:一是阻挡光刻过程中极性溶剂对弹性基底的影响,降低材料受损风险;二是缓冲电路层承受的应变,保证纤维芯片在反复弯折、拉伸等形变下,电路结构与性能依然稳定。也就是说,纤维芯片不仅能“弯”,还能在复杂使用环境中保持可靠工作。 更关键的是,这套方法与成熟芯片制造工艺具有良好兼容性,为纤维芯片从实验室走向规模化生产与应用提供了现实基础。相比需要重建整套工艺流程的方案,这种兼容性有助于降低产业化门槛与成本投入,并缩短技术转化周期。

从硬质芯片到柔性系统,再到“芯片长在纤维里”,这条技术路线的演进表明了电子信息与材料工程的深入融合;柔性化的核心不只是把设备做得更软、更薄,更在于让关键能力与使用场景相匹配、相适配。以工艺兼容为连接、以可靠性为前提、以应用需求为导向,“纤维芯片”等探索有望推动智能设备从“穿戴在身”走向“融入生活”,并为新一代人机交互与健康服务提供更多可能。