目前，柔性芯片支持的柔性傳感器設(shè)備已經(jīng)可以量產(chǎn) 進而用于醫(yī)療監(jiān)測、工業(yè)控制等領(lǐng)

• 洪前進 2023年11月6日 來源：互聯(lián)網(wǎng) 1366 90
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目前柔性電子的制造方法主要有三種。一是轉(zhuǎn)移印刷，利用中間轉(zhuǎn)印載體將線路圖案轉(zhuǎn)移到柔性承印物上。二是噴墨印刷，直接沉積功能性材料以在基材上形成圖案。三是基于纖維結(jié)構(gòu)的柔性電子器件制作方法。

目前柔性電子的制造方法主要有三種。一是轉(zhuǎn)移印刷，利用中間轉(zhuǎn)印載體將線路圖案轉(zhuǎn)移到柔性承印物上。二是噴墨印刷，直接沉積功能性材料以在基材上形成圖案。三是基于纖維結(jié)構(gòu)的柔性電子器件制作方法。

柔性芯片作為柔性電子的一個分支，仍存在一些技術(shù)上的難點。首先，柔性芯片在不損壞本身電子性能的基礎(chǔ)上的伸展性和彎曲性，對電路的制作材料提出了新的挑戰(zhàn)和要求。

其次，柔性電子的制備條件以及組成電路的各種電子器件的性能相對于傳統(tǒng)的電子器件來說仍然不足，也是其發(fā)展的一大難題。

目前，柔性芯片支持的柔性傳感器設(shè)備已經(jīng)可以量產(chǎn)，進而用于醫(yī)療監(jiān)測、工業(yè)控制等領(lǐng)域，在大規(guī)模應(yīng)用之前，必須加強包括安全和待機時間等技術(shù)問題檢測。

圖表：2021-2023年中國柔性芯片行業(yè)的市場規(guī)模

數(shù)據(jù)來源：中研普華研究院

根據(jù)中研研究院《2023-2028年國內(nèi)芯片行業(yè)發(fā)展趨勢及發(fā)展策略研究報告》分析得知，目前柔性芯片行業(yè)處于應(yīng)用階段，技術(shù)表現(xiàn)還不成熟，但行業(yè)的增長速度較快，2023年中國柔性芯片行業(yè)的市場規(guī)模達(dá)到29.27億元，市場景良好。

硅基芯片技術(shù)的普及，已經(jīng)嵌入到了地球上的每一個“智能”設(shè)備中，但硅基芯片技術(shù)也面臨著一些難題，比如如何將其布置在諸如瓶子、食品包裝、服裝、可穿戴貼片、繃帶等日常物品上，讓它們也能實現(xiàn)智能化?采用傳統(tǒng)的硅基芯片技術(shù)在成本上帶來了極大的阻礙。此外，硅基芯片技術(shù)無法實現(xiàn)薄、柔韌等特性，在這些具有一定曲度或者柔軟度的物品身上難以實現(xiàn)高度貼合。

柔性電子材料的出現(xiàn)，為解決上述難題提供了新的思路。在《自然》雜志發(fā)表的這篇論文中提到，Arm與PragmatIC合作，做出了Arm最受歡迎的微控制器之一M0的完全實用的非硅版本。

據(jù)介紹，Arm柔性芯片的微處理器PlasticARMM0是采用柔性電子制造技術(shù)制造的，設(shè)計有128字節(jié)的RAM和456字節(jié)的ROM，還支持32位Arm微架構(gòu)。Arm在不到60平方毫米的芯片上集成了56340個組件，這個數(shù)量比目前最先進的塑料芯片設(shè)計強大12倍，計算性能大幅提高。

該處理器采用聚酰亞胺基板，通過薄膜金屬氧化物晶體管(比如IGZOTFT)做成。這意味著這從技術(shù)上來說仍然是光刻工藝，使用旋涂和光刻膠技術(shù)，最后做出來的處理器有13道材料層和4道可布線的金屬層。然而，由于自使用IGZO屏幕以來TFT設(shè)計已經(jīng)很普遍，因此生產(chǎn)成本仍很低。

目前，雖然硅基互補金屬氧化物半導(dǎo)體(Complementary metal–oxide–semiconductor,CMOS)電子器件是用于制備高性能集成電路的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。但是，由于它的平面結(jié)構(gòu)以及硅的脆性導(dǎo)致的彎曲困難等特點使得制備柔性且緊湊的集成電路極具挑戰(zhàn)性。于是，硅基超薄芯片的研究引起了越來越多人的興趣與關(guān)注。

自然合作期刊《npj-柔性電子》最近發(fā)表的研究Ultra-thin chips for high-performance flexible electronics綜述對從剛性硅片中獲得超薄芯片的各種方法進行了深入分析，并且綜合全面地分析了超薄芯片的特性，例如電、熱、光和機械特性、應(yīng)力模型和封裝技術(shù)，還討論了其在傳感、計算、數(shù)據(jù)存儲和能量等領(lǐng)域的基礎(chǔ)進展以及在若干新興領(lǐng)域的應(yīng)用(例如，可穿戴系統(tǒng)、移動保健(mobile health)、智能城市和物聯(lián)網(wǎng)等)。

FlexChip?超薄模具組件:靈活的混合電子設(shè)備需要靈活的IC。通常，IC是一種易碎的管芯，彎曲時會破裂。然而，當(dāng)芯片的厚度減少到50微米以下時，它就會變得靈活。問題是創(chuàng)建、放置和互連薄芯片的方法目前還沒有商用。這就是Uniqarta正在解決的問題——將現(xiàn)成的半導(dǎo)體晶圓轉(zhuǎn)變?yōu)榻M裝在柔性基板上的超薄柔性IC。

這種轉(zhuǎn)變需要四個一般制造步驟。通過每個步驟都開發(fā)了解決方案，并將它們組合成一個完整的超薄模具組裝解決方案。FlexChip 可用于從晶圓廠運出的任何類型的半導(dǎo)體晶圓，而無需對半導(dǎo)體制造工藝進行任何修改。此外，憑借其拾放選項，F(xiàn)lexChip 可以使用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的拾放設(shè)備來實現(xiàn)。

Uniqarta正在讓FlexChip可供制造商授權(quán)使用。在大多數(shù)情況下，最好將晶圓制備步驟與芯片組裝步驟分開進行。Uniqarta 通過提供晶圓制備服務(wù)來滿足這一需求，以支持尋求在自己的設(shè)施中進行減薄芯片組裝的用戶。

芯片放置選項

FlexChip 支持兩種放置選項：拾放或激光轉(zhuǎn)移。拾取和放置最適合與現(xiàn)有設(shè)備、人口稀少的組件或涉及不同類型IC的組件一起使用。激光傳輸最適合具有緊密間隔的相同IC的高速裝配線，例如與RFID嵌體。?

拾取和放置芯片轉(zhuǎn)移 拾取

和放置轉(zhuǎn)移的起點是一組安裝在傳統(tǒng)晶圓膠帶上的減薄芯片，每個芯片都有一個臨時手柄。芯片/手柄的組合厚度在傳統(tǒng)拾放設(shè)備的正常操作范圍內(nèi)，因此可以輕松容納。使用傳統(tǒng)的倒裝芯片方法放置和互連管芯，每個管芯面朝下放置在基板上，并通過各向異性導(dǎo)電膏或薄膜電連接到基板導(dǎo)體。手柄在模具放置后通過釋放機構(gòu)從模具上拆下手柄。

激光芯片轉(zhuǎn)移

激光芯片轉(zhuǎn)移的起點是一組安裝在透明玻璃載體上的減薄芯片，每個芯片都有一個臨時手柄。芯片/手柄堆疊和透明載體之間的界面是一個響應(yīng)激光能量的動態(tài)釋放層。

該組件面朝下放置在要接收管芯的基板上方。預(yù)計這種方法將用于卷對卷制造工藝，通過該工藝，襯底材料在準(zhǔn)備好的晶圓下方連續(xù)分度。芯片轉(zhuǎn)移是通過將激光聚焦在選定芯片的透明載體的頂側(cè)來執(zhí)行的。該芯片位置的動態(tài)釋放層響應(yīng)激光能量而膨脹，并將芯片向下推到要連接的基板上。在互連和移除手柄方面，該過程與拾放方法相同。

使用激光轉(zhuǎn)移，消除了拾取和放置的重復(fù)來回運動，因為激光以電子方式掃描到每個芯片位置。結(jié)果，可以實現(xiàn)極高的裝配吞吐量。

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