刚性半导体与柔性半导体的特点对比

刚性硅半导体在处理能力方面表现卓越，是为计算机、智能手机、人工智能和自主系统等高性能任务供电的关键工具。它们经过精心设计，具备出色的稳健性和经过验证的长期可靠性，这对于航空航天、汽车和电信等不允许出现故障的任务关键型应用至关重要。然而，这种高性能是以牺牲灵活性为代价的。与硅芯片生产相关的长交货时间和高成本，往往导致芯片规格过于复杂，更像是通用型芯片，而非针对特定任务量身定制。例如，在一些对成本和灵活性要求较高的小型物联网设备中，使用刚性硅芯片可能会导致成本过高和设计冗余。

相比之下，柔性半导体具有重量轻、可弯曲的特点（如图2所示），能够无缝集成到具有弯曲或不规则表面的物品中。它们可以直接嵌入包装，触摸时几乎难以察觉，不会侵占产品品牌，并且足够坚固，能够承受运输过程中的严酷考验。此外，柔性半导体的成本相对较低，这使得大规模引入智能到大批量产品成为可能，从而在需要的地方提供有价值的见解。

图1.300-mmFlexIC晶圆

万物互联时代的新范式

尽管刚性硅芯片在未来一段时间内仍将主导高功率应用，但柔性半导体引入了一种新的范式：在传统电子设备不具有成本效益甚至无法实现的地方增加智能。这主要得益于其制造工艺比标准半导体生产更加灵活，并且对环境的影响显著降低。柔性半导体的制造允许在单个站点进行端到端生产，从而显著加快了生产速度，通常只需几周时间，而标准芯片生产则可能需要数月。

刚性硅半导体的制备过程极其复杂，包含数百个步骤，其中许多步骤需要在极高的温度下进行。例如，硅锭的准备过程就需要耗费大量的时间和资源，在蚀刻和切块成芯片之前，还需要从硅锭中进行切片。而使用薄膜技术的柔性半导体仅需30个工艺步骤，其中大部分在低于200°C的温度下进行，并且使用简单的聚酰亚胺涂层进行晶圆制备。这种精简的工艺不仅消耗的能源、水和有害化学物质更少，降低了生产的碳影响，还显著降低了非经常性工程成本。这些因素使得柔性半导体更适合大众市场应用，同时也为快速且经济实惠的定制创造了机会。

可定制的智能应用

刚性半导体的定制通常既昂贵又耗时，但能够提供无与伦比的性能和效率。相比之下，定制柔性半导体设计（如图3所示）既快速又简单。其设计更注重适用性，通常不太复杂，为了降低成本、提高多功能性和适应性，可以接受一定的性能权衡。这使得生成的芯片非常适合特定于应用程序的工作负载，尤其是在边缘物联网（IoE）用例中。

图2.PragmaticSemiconductor的旗舰制造工厂PragmaticPark正在生产中的晶圆

柔性芯片的潜力巨大。在食品包装上，智能标签可以用于监控食品的新鲜度；在运动服装中，柔性传感器可以嵌入以跟踪生物特征。其可塑性强的外形使其成为智能医疗贴片的理想选择，这些贴片不仅成本效益高，而且佩戴舒适。它们可以用于伤口监测，通过水分/泄漏检测或温度、压力或pH值的变化提醒临床医生伤口恶化的迹象；还可以检测可能预示更严重冠状动脉事件的心跳不规则。此外，柔性芯片嵌入产品包装中，有助于促进顺畅、互动的消费者互动，只需轻按智能手机即可访问动态、个性化的内容，从而提高消费者忠诚度，丰富消费体验。

展望未来，柔性半导体可以提供新的、强大的方式来与我们的环境交互，使监控、检测和自主决策成为传感器群的一部分。传感器群是相互连接的传感器集群，协同工作以实时收集大量数据。其应用范围广泛且具有影响力，包括跟踪气候变化、监测污染水平、优化能耗以及增强智慧城市场景中的交通管理等。在虚拟现实和增强现实（VR/AR）应用中，柔性半导体可以促进将日益复杂的远程沉浸式和交互式体验嵌入到更轻便、更实惠、用户友好的眼镜、耳机甚至电子皮肤中。它们甚至可能在生物计算中发挥作用，微流体和芯片实验室技术可以实现历史上需要整个实验室才能完成的工作，这不仅可以提高科学研究的效率和成本效益，还可以使先进诊断和分析工具更加普及，从而有可能改变全球医疗保健和其他领域。

互补智能的未来发展

简而言之，刚性半导体和柔性半导体在我们日益互联的世界中发挥着互补但同样有价值的作用。柔性半导体不会取代刚性硅芯片，而是与它们协同工作，让创新者能够根据具体任务选择最合适的芯片。通过使用柔性芯片实现低成本、可定制的智能，利用其快速生产、低碳足迹和独特外形尺寸的优势，我们可以将碳足迹较重的刚性硅芯片解放出来，用于需要高功率和最佳通用性能的工作负载。

电子产品的未来将建立在刚性半导体的强大性能和柔性半导体的低成本敏捷性之上，为创新者提供无限的多功能性和应对各种设计挑战的能力，无论挑战大小。