Pour l'électronique à haute résolution (FHE), il est fondamental de monter un circuit intégré (CI), fabriqué séparément par photolithographie, sur un substrat flexible et de le connecter aux interconnexions imprimées. Ceci présente plusieurs défis technologiques : d'une part, les puces en silicium sont rigides et ont donc un facteur de forme et un coefficient de dilatation thermique totalement différents de ceux du substrat flexible sous-jacent ; d'autre part, les semi-conducteurs alternatifs au silicium, tels que les oxydes métalliques et les semi-conducteurs organiques, ont des mobilités beaucoup plus faibles et sont difficiles à fabriquer avec des rendements suffisamment élevés.
Circuits intégrés encapsulés : une solution temporaire
Une solution provisoire consiste à souder un circuit intégré rigide encapsulé classique sur un substrat flexible (généralement rigide). Ces circuits sont généralement appelés circuits imprimés flexibles (FPCB), malgré la présence d'interconnexions gravées. Malheureusement, le montage d'un circuit intégré encapsulé limite considérablement la flexibilité et empêche la fabrication R2R.
Une solution consiste à utiliser des puces nues, une stratégie employée depuis des années dans les étiquettes RFID. Celles-ci comportent un circuit intégré de très petite taille (< 1 mm²) fixé en deux points à une antenne par un adhésif conducteur. Cette application permet d'éviter deux difficultés liées à l'intégration de circuits intégrés plus grands et plus fonctionnels. Premièrement, la taille réduite des circuits intégrés rend leur flexibilité quasiment négligeable pour tout rayon de courbure réaliste. Deuxièmement, l'utilisation de puces de grande taille est envisageable puisqu'elles ne nécessitent que deux connexions électroniques.
Cependant, à mesure que les circuits intégrés deviennent plus fonctionnels (par exemple, ceux intégrant le Bluetooth ou de la mémoire) et donc plus volumineux, des difficultés apparaissent. Tout d'abord, leur manque de flexibilité pose problème pour les applications FHE, car ils ne peuvent être adaptés au substrat sous-jacent.
Circuits intégrés flexibles à base de silicium dilué
Ainsi, les circuits intégrés flexibles commencent à émerger, selon deux approches technologiques distinctes. La première consiste à réduire la taille des puces de silicium existantes en les usinant jusqu'à la première jonction. La puce, fragile et très fine (jusqu'à 10 µm d'épaisseur), est encapsulée dans une fine couche de polyimide pour la protéger des fractures et faciliter sa manipulation.
Cette méthodologie est en principe applicable à de nombreuses puces semi-conductrices, des circuits intégrés flexibles étant déjà disponibles en petites séries pour le prototypage. On peut citer par exemple un module intégrant un convertisseur analogique-numérique et une puce RFID UHF de dimensions 2,2 mm × 2,3 mm × 25 µm. Actuellement, la flexibilité est limitée non pas par la puce elle-même, mais par la méthode de fixation, que nous avons identifiée comme un axe d'innovation majeur.
Circuits intégrés flexibles à base d'oxyde métallique natif.
L'autre alternative est celle des circuits intégrés flexibles natifs, actuellement disponibles uniquement pour des applications relativement simples telles que les étiquettes RFID et la lecture de capteurs. Si les circuits intégrés imprimés ont été testés avec un succès mitigé, l'application de techniques photolithographiques éprouvées pour le dépôt séquentiel de couches de métal, d'isolant et d'oxyde métallique sur un substrat en polyamide a permis la création de circuits intégrés flexibles natifs, réduisant ainsi le coût des puces à seulement 0,01 $.
Comme le montre le tableau ci-dessous, les circuits intégrés flexibles natifs sont moins coûteux à produire que les circuits intégrés à base de silicium lorsqu'ils comportent moins de 100 000 portes logiques, le coût des puces RFID avoisinant les 0,01 $. Ce rapport coût-complexité est idéal pour des applications telles que l'emballage intelligent, où le faible coût, plutôt que la capacité de traitement, constitue le facteur limitant.
Adoption des circuits intégrés flexibles. 
En résumé, l'électronique flexible (FHE) requiert intrinsèquement des alternatives aux circuits intégrés rigides utilisés dans les circuits imprimés rigides et les circuits imprimés flexibles conventionnels. Les puces en silicium dilué, dont la robustesse est accrue par l'encapsulation en polyimide, devraient s'imposer dans les applications aux exigences de traitement plus complexes, comme le remplacement des circuits imprimés conventionnels. Les puces nues standard peuvent également être utilisées, mais nécessitent une manipulation très soigneuse pour préserver les rendements. Les circuits intégrés à base d'oxyde métallique, nativement flexibles et compatibles actuellement uniquement avec la communication RFID HF et le traitement relativement simple des données de capteurs, seront initialement utilisés dans les étiquettes RFID et les applications d'emballage intelligent. Leurs capacités, et par conséquent la gamme d'applications possibles, devraient s'étendre avec le développement de cette technologie.
