Für die flexible Hybridisierung (FHE) ist es grundlegend, einen separat mittels Fotolithografie hergestellten integrierten Schaltkreis (IC) auf einem flexiblen Substrat zu montieren und mit den gedruckten Verbindungen zu verbinden. Dies stellt einige technologische Herausforderungen dar: Erstens sind Siliziumchips starr und weisen daher einen Formfaktor und einen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, die sich deutlich vom darunterliegenden flexiblen Substrat unterscheiden; zweitens besitzen alternative Halbleiter zu Silizium, wie Metalloxide und organische Halbleiter, deutlich geringere Mobilitäten und sind schwierig mit ausreichend hoher Ausbeute herzustellen.
Verkapselte ICs: Eine temporäre Lösung
Eine Übergangslösung besteht darin, einen herkömmlichen, gekapselten, starren IC auf ein flexibles (meist starres) Substrat zu löten. Solche Schaltungen werden trotz geätzter Verbindungen allgemein als flexible Leiterplatten (FPCBs) bezeichnet. Die Montage eines gekapselten ICs schränkt die Flexibilität jedoch erheblich ein und schließt die Rolle-zu-Rolle-Fertigung aus.
Eine Lösung besteht in der Verwendung von Chip-Bare-Dies, einer Strategie, die bei RFID-Tags seit Jahren Anwendung findet. Diese Chips verfügen über einen sehr kleinen integrierten Schaltkreis (< 1 mm²), der mit einem leitfähigen Klebstoff an zwei Punkten an einer Antenne befestigt ist. Diese Anwendung umgeht zwei Schwierigkeiten, die mit der Integration größerer, funktionsreicherer ICs einhergehen. Erstens sind die integrierten Schaltkreise so klein, dass ihre Flexibilität bei realistischen Biegeradien praktisch keine Rolle spielt. Zweitens sind große Chips realisierbar, da nur zwei elektronische Verbindungen benötigt werden.
Mit zunehmender Funktionalität integrierter Schaltungen (z. B. mit Bluetooth oder Speicher) und der damit einhergehenden Vergrößerung treten jedoch Schwierigkeiten auf. Erstens stellt ihre mangelnde Flexibilität ein Problem für FHE-Anwendungen dar, da sie nicht an das darunterliegende Substrat angepasst werden können.
Flexible ICs aus verdünntem Silizium
Flexible integrierte Schaltungen (ICs) kommen daher zunehmend auf den Markt, wobei die technologischen Ansätze zwei unterschiedliche Wege verfolgen. Der erste Ansatz besteht darin, die Größe bestehender Siliziumchips durch Abfräsen bis knapp über den ersten pn-Übergang zu reduzieren. Der empfindliche, dünne Chip mit einer Dicke von nur 10 µm wird mit einer dünnen Polyimidschicht umhüllt, um ihn vor Brüchen zu schützen und die Handhabung zu erleichtern.
Diese Methodik ist prinzipiell auf viele Halbleiterchips anwendbar, wobei flexible ICs bereits in kleinen Stückzahlen für Prototypen verfügbar sind. Dazu gehört ein Modul mit einem Analog-Digital-Wandler und UHF-RFID mit den Abmessungen 2,2 mm × 2,3 mm × 25 µm. Die aktuelle Einschränkung der Flexibilität liegt nicht im Chip selbst, sondern in der Befestigungsmethode, die wir als zentralen Innovationsbereich identifiziert haben.
Flexible ICs mit nativer Metalloxid-Technologie:
Die andere Alternative sind native flexible integrierte Schaltungen (FICs), die derzeit nur für relativ einfache Anwendungen wie RFID-Tags und Sensorauslesungen verfügbar sind. Obwohl gedruckte ICs erprobt wurden und weitgehend scheiterten, ermöglicht die Anwendung etablierter Fotolithografie-Verfahren zur sequenziellen Abscheidung von Metall-, Isolator- und Metalloxidschichten auf ein Polyamidsubstrat die Herstellung nativer flexibler ICs. Dadurch können Chips zu Kosten von nur 0,01 US-Dollar gefertigt werden.
Wie aus der folgenden Tabelle ersichtlich, sind native flexible ICs bei weniger als 100.000 Logikgattern kostengünstiger herzustellen als Si-basierte ICs; die Kosten für RFID-Chips liegen bei etwa 0,01 US-Dollar. Diese Kosten-Komplexitäts-Eigenschaft ist ideal für Anwendungen wie intelligente Verpackungen, bei denen die niedrigen Kosten und nicht die Verarbeitungskapazität der limitierende Faktor sind.
Einführung flexibler ICs 
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die flexible Hybridisierung (FHE) Alternativen zu den starren ICs in herkömmlichen Leiterplatten (PCBs) und flexiblen Leiterplatten (FPCBs) erfordert. Silizium-Chips mit verdünnter Siliziumschicht, die durch Polyimid-Verkapselung robuster werden, dürften in Anwendungen mit komplexeren Verarbeitungsanforderungen, wie dem Ersatz herkömmlicher Leiterplatten, Akzeptanz finden. Standard-Chips ohne Siliziumschicht können ebenfalls verwendet werden, erfordern jedoch eine sehr sorgfältige Handhabung, um die Ausbeute zu sichern. Nativ flexible, auf Metalloxid basierende integrierte Schaltungen (MOX), die derzeit nur HF-RFID-Kommunikation und relativ einfache Sensordatenverarbeitung ermöglichen, werden zunächst in RFID-Tags und intelligenten Verpackungsanwendungen eingesetzt. Ihre Leistungsfähigkeit und damit das Spektrum geeigneter Anwendungen dürfte sich mit der Weiterentwicklung der Technologie erweitern.
