对于柔性互连(FHE)而言,将单独使用光刻技术制造的集成电路(IC)安装到柔性基板上,并将其连接到印刷互连线至关重要。这带来了一些技术挑战:首先,硅芯片是刚性的,因此其形状因子和热膨胀系数与下方的柔性基板完全不同;其次,除硅之外的其他半导体材料,例如金属氧化物和有机半导体,其迁移率要低得多,而且难以实现足够高的良率。.

封装集成电路:一种临时解决方案

一种过渡策略是将传统的封装式刚性集成电路焊接在柔性(通常为刚性)基板上。尽管互连线是蚀刻的,但这类电路通常被称为柔性印刷电路板(FPCB)。然而,封装式集成电路的安装会大大限制柔性,并排除卷对卷(R2R)制造的可能性。.

一种解决方案是使用裸芯片,这种策略已在RFID标签中应用多年。裸芯片包含一个非常小的集成电路(< 1 mm²),通过导电胶将电路固定在天线的两点上。然而,这种应用避免了集成更大、功能更强大的集成电路所带来的两个难题。首先,由于集成电路尺寸非常小,其柔韧性在任何实际弯曲半径下几乎可以忽略不计。其次,由于只需要两个电子连接,因此可以使用大尺寸芯片。.

然而,随着集成电路功能日益强大(例如,集成蓝牙或存储器),尺寸也随之增大,由此也出现了一些问题。首先,由于无法根据底层衬底进行定制,集成电路缺乏灵活性,这对于自由同态加密(FHE)应用而言是一个难题。.

稀硅柔性集成电路

因此,柔性集成电路开始涌现,其技术发展方向主要有两种。第一种是通过铣削现有硅芯片,将其尺寸缩小到仅略高于第一个结的位置。这种脆弱的超薄芯片(厚度低至10微米)会被封装在一层薄薄的聚酰亚胺层中,以防止断裂并使其更易于操作。.

这种方法原则上适用于许多半导体芯片,目前已有小批量生产的柔性集成电路可用于原型制作。例如,一款尺寸为 2.2 mm x 2.3 mm x 25 µm 的模块,集成了模数转换器和超高频射频识别 (UHF RFID) 功能。目前限制柔性的并非芯片本身,而是固定方法,我们已将此确定为关键的创新领域。.


原生金属氧化物柔性集成电路
,目前仅适用于相对简单的应用,例如RFID标签和传感器读取。虽然印刷集成电路曾被尝试过但大多以失败告终,但将成熟的光刻技术应用于在聚酰胺基板上依次沉积金属、绝缘体和金属氧化物薄膜,已经能够制造出原生柔性集成电路,使芯片成本低至0.01美元。

如下表所示,如果逻辑门数量少于 10 万个,则原生柔性集成电路的生产成本低于硅基集成电路,RFID 芯片的成本约为 0.01 美元。这种成本-复杂度特性非常适合智能包装等应用,在这些应用中,低成本而非处理能力是限制因素。.


柔性集成电路的应用
​​总之,FHE本质上需要替代传统刚性PCB和FPCB中使用的刚性封装集成电路。采用聚酰亚胺封装的稀释硅芯片更加坚固耐用,有望在工艺要求更高的应用中得到广泛应用,例如替代传统PCB。标准裸芯片也可以使用,但需要非常小心地处理以保证良率。目前仅能进行高频RFID通信和相对简单的传感器数据处理的原生柔性金属氧化物基集成电路,最初将用于RFID标签和智能包装应用。随着技术的进步,其功能以及适用范围有望扩展。