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柔性集成电路,未来可期
来源:原创 李飞 半导体行业观察 | 作者:隽思半导体设备部 | 发布时间: 2021-08-02 | 2133 次浏览 | 分享到:

柔性集成电路的应用

      柔性电路是指在柔性基底是制造的电路,而柔性集成电路则是在柔性基底(例如聚酰亚胺PI固化烤箱,Polyimide)上实现的高集成度大规模电路。

      柔性集成电路一个显而易见的优势是可弯曲,甚至可折叠。这对于健康相关应用和可穿戴设备来说都很有用,例如可以像创可贴一样贴在用户身体上的生理信号监控产品中,使用可弯曲的柔性集成电路就很方便。

     除了可弯曲之外,柔性电路的另一大优势是成本较基于硅的集成电路来说,成本要低很多。这一点,和上面的可弯曲相结合,有可能会成为下一代万物智能的重要赋能技术。提起物联网设备,大家的第一印象还是一个电子设备,售价至少要数十人民币;而在“万物智能”的设想中,生活中每一个物件都应该是智能化的,包括饮料、零食、洗衣液等等,都应该有能力可以接入物联网中,而这就对于物联网电子部分的成本、尺寸和可集成性等都提出了新的需求。而如前所述,柔性电子的两大特性则正好对应万物智能的两大需求:可弯曲的特性让柔性集成电路可以很方便地集成到不同物件的表面,例如弯曲的洗衣液屏,需要被折叠的辣条包装等等;而低成本的优势则可以让加入柔性集成电路的额外成本足够低因此可以进入海量的物件中。由此实现的“万物智能”构想则有可能比今天的物联网的智能程度更进一步,例如基于柔性集成电路的系统可以检测你的洗衣液还有多少剩余,从而在合适的时间节点给你推送需要购买的通知。而从另一个角度来看,万物智能意味着这类集成电路的出货量将比目前的手机等最主流的智能设备还要高几个数量级,其潜力巨大。

柔性集成电路的未来


      与硅基CMOS电路目前已经接近摩尔定律的瓶颈不同,柔性集成电路目前还处于摩尔定律发展曲线的初期,因此未来无论是集成度、性能还是功耗方面都可望会有很大的提升空间。根据欧洲顶尖半导体研究机构IMEC在《自然·电子学》发表的柔性集成电路的展望论文《The development of flexible integrated circuits based on thin-film transistors》,当未来的柔性集成电路的特征尺寸发展到200nm左右(即目前主流1um左右特征尺寸的五分之一到十分之一)时,其电路性能可望达到目前的20倍以上,而功耗则可以达到目前的一百分之一。到那个时候,我们可望可以看到功能更强大的柔性集成电路SoC(包括传感、处理和通信系统),从而真正赋能下一代“万物智能”时代,让智能化走入所有日常物件。
      欧洲的机构在柔性集成电路的研究领域有非常高的热情。英国芯片(芯片洁净烘箱)IP巨头ARM在柔性集成电路研究领域做了非常多的投资,并且主导了一系列具有前瞻性的研究。除了这次发表的首个柔性32位ARM处理器之外,ARM在这之前还发表了一系列基于柔性集成电路的工作,包括基于TFT的机器学习加速器等等。另外,IMEC在柔性集成电路领域也有很多重要的工作。目前,中国的TFT相关产业在显示领域有京东方这样的领军企业,拥有不错的底子,希望能在柔性集成电路领域的研究在未来几年能有更多投入,从而当柔性集成电路成为主流时,中国的相关产业也能成为领军企业。