本文選取近年來具有代表性的多層柔性電子器件，重點(diǎn)介紹了多層柔性電子器件的制造方法和應(yīng)用。制備多層柔性電子系統(tǒng)的方法主要是直接多層微加工和逐層轉(zhuǎn)移打印技術(shù)，來構(gòu)建所需的幾何形狀和實(shí)現(xiàn)多層互連。

    柔性電子技術(shù)是指在柔性和可拉伸襯底上制備傳感器、執(zhí)行器、基礎(chǔ)電路和其他電子設(shè)備的技術(shù)。與傳統(tǒng)電子產(chǎn)品相比，柔性電子產(chǎn)品在耐磨性、生物相容性、機(jī)械穩(wěn)定性等方面具有極大優(yōu)勢(shì)。這些特性使得柔性電子學(xué)可以應(yīng)用于化學(xué)/生物傳感器、人機(jī)交互、顯示器、電子皮膚和許多其他領(lǐng)域。而傳統(tǒng)單層柔性電子器件的功能組件的組裝空間和傳感方式有限，空間分辨率和集成度低，個(gè)性化配置能力不足。多層設(shè)計(jì)的概念可以利用垂直空間來解決單層柔性電子產(chǎn)品的上述限制。

    如圖1所示，有很多種制造技術(shù)可以用來制備多層柔性電子器件，目前主要應(yīng)用領(lǐng)域有電子皮膚、生物醫(yī)療器件、自供電系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)、能源器件、人機(jī)接口、可調(diào)色LED和治療等。

    轉(zhuǎn)移印刷、柔性印刷電路板(FPCB)、絲網(wǎng)印刷等多種制造方法保證了多層電子器件的靈活性和延展性，為層間互連和多層電子電路提供了可能（圖2）。與傳統(tǒng)單層結(jié)構(gòu)相比，這些多層柔性電子器件不僅具有柔韌性和可拉伸性，而且在空間分辨率和多功能集成方面也獲得了提高。

    多層柔性電子器件的制備需要制造方法，包括多層FPCB、絲網(wǎng)印刷、逐層物理轉(zhuǎn)移和逐層印刷等。與傳統(tǒng)方法相比，上述方法可將所有材料集成在柔性基底上，構(gòu)建的多層電子器件具有可彎曲、扭曲甚至拉伸等特征。

    盡管直接在柔性基底上逐層構(gòu)建的電子器件具有高效率、低成本和足夠的可擴(kuò)展性等優(yōu)點(diǎn)，由于基底的限制，很難使用需要在高溫下形成的復(fù)雜半導(dǎo)體材料來制造器件。一個(gè)可行的解決方案是在耐高溫但剛性的基材上制造材料或器件，然后將其轉(zhuǎn)移印刷到柔性基材上。與2D相比，通過逐層轉(zhuǎn)移打印得到的多層3D結(jié)構(gòu)可獲得更高的空間密度和更復(fù)雜的細(xì)微結(jié)構(gòu)，在生物醫(yī)學(xué)、能源器件和其他領(lǐng)域可能具有廣泛的應(yīng)用前景（圖3）。

    在前述的多層柔性電子產(chǎn)品中，通過垂直互連訪問（VIAs）在不同層之間添加電氣互連，可以為布線提供更多選擇。構(gòu)建VIA的挑戰(zhàn)包括保持高導(dǎo)電性，提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和魯棒性，以及增強(qiáng)與傳統(tǒng)印刷電路板（PCB）工藝的兼容性（圖4）。

    在柔性基底上直接制造多層材料/器件可以實(shí)現(xiàn)更緊密的層間連接和更方便的跨層加工（圖5）。然而，薄膜內(nèi)部應(yīng)力在加工過程中會(huì)積累，從而限制了薄膜的厚度和層數(shù)。此外，使用的柔性高分子材料不能耐受高溫，阻礙了某些高性能材料的集成應(yīng)用。

    在剛性襯底上制造單層材料/器件，然后采用多次轉(zhuǎn)移印刷工藝再柔性基底上垂直集成材料，如器件級(jí)硅。該方法可將多層二維圖案逐層轉(zhuǎn)移打印到可拉伸得彈性基底上，產(chǎn)生具有可調(diào)節(jié)的可分離3D微觀結(jié)構(gòu)。但是，該方法的多層對(duì)齊精度相對(duì)較差（對(duì)于商用裝備，對(duì)齊精度為數(shù)毫米量級(jí)）。

    不同層間的電氣互聯(lián)可以拓寬多層柔性電子器件的功能，這樣的連接往往會(huì)影響整個(gè)器件的靈活性。因此，開發(fā)垂直互聯(lián)技術(shù)，如充滿LA的VIA是必要和值得的。