柔性显示屏已经不是什么新鲜事了，那么柔性芯片算吗？

最近，ARM联合PragmatIC共同发布了一款“柔软”的处理器芯片。这款芯片不但薄如蝉翼，随手可弯，更是创了多个业界之最。

有了这样的芯片，可随意变形的电子设备似乎离我们越来越近了。

柔性芯片领军 各种产品齐上阵

图 ARM和PragmatIC推出的柔性处理器芯片PlasticArm

这款被称为PlasticArm的芯片是“第一个全功能、非硅的基于 Arm 架构的处理器”，集成了12倍于此前最好的柔性 IC 的逻辑门，成为了迄今为止最复杂的柔性芯片。

整个芯片的基板材料是名为聚酰亚胺的塑料，最基础的晶体管是薄膜晶体管（TFT），由金属氧化物即铟、镓和锌的混合物制成，远薄于通常芯片中的晶体管。

以前出现的柔性芯片多为传感器芯片，而这枚芯片是一颗实实在在功能强大的处理器芯片，包含 32 位处理器，处理器中又包含18000个逻辑门、56340个器件、以及456字节的RAM和 128 字节的ROM。

芯片的面积为59.2mm2，时钟频率最高可达29kHz，最大功耗为21mW，可以执行16位 Arm Thumb指令集架构和32位Arm Thumb指令集架构的子集。这就意味着，该芯片可以成为电子产品的核心。

该芯片是在PragmatIC公司的0.8μm工艺节点上、使用行业标准芯片设计工具制造而成，其中包括工艺设计套件、标准单元库、以及与PragmatIC 的FlexLogIC产品配合使用的仿真工具 。

该处理器仍然采用了光刻工艺，使用旋涂和光刻胶技术，有13道材料层和4道可布线的金属层。然而，由于TFT设计已经很普遍，因此生产成本仍很低。

两家其实已非头一次合作。早在2015 年，两家公司合作的第一款塑料芯片制造完成，并由当时的 Arm 首席技术官迈克穆勒（Mike Muller）在相关科技会议上展示。但在当时，这款芯片缺乏在柔性塑料基板上创建完整CPU所需的单元库和其它工具。

柔性芯片是柔性电子技术的产物，作为将有机/无机材料电子器件制作在柔性/可延性基板上的新兴电子技术，其涵盖有机电子、塑料电子、生物电子、纳米电子、印刷电子等，包括RFID、柔性显示、有机电致发光(OLED)显示与照明、化学与生物传感器、柔性光伏、柔性逻辑与存储、柔性电池、可穿戴设备等多种应用。

近年来已经有很多令人惊叹的产品诞生。华为、三星发布的可折叠屏手机，就为大众很好地科普了柔性技术。知名度较大的还有美国亚特兰大乔治亚理工学院研制的柔性电子皮肤，包含数百个独立的传感器，覆盖在机器人的机械臂上，可以让其获得“感觉”，能够灵活避开前进中遇到的各种障碍。

在最基础的半导体器件方面，柔性技术也在刮起一阵旋风。比如，英国曼彻斯特大学研发出一种固态的柔性超级电容设备，它通过丝网印刷技术，采用石墨烯氧化物导电油墨，直接将该设备打印在纺织品上。因为油墨和纺织品衬底之间具有强大的交互作用，这种印刷的电极具有卓越的机械稳定性。

爱尔兰都柏林大学圣三一学院的科研人员最近利用二维纳米材料，如石墨烯、氮化硼、二硒化钨纳米片制成的油墨，首次制造出了印刷而成的晶体管。

在阿里达摩院发布的2021十大科技趋势中，就预测了碳基材料作为制作柔性设备的核心材料，将走出实验室并制备可随意伸缩、弯曲的柔性电子设备。

柔性电子已经成为科技领域不可阻挡的技术潮流。

柔性电子产业崛起

图 无线柔性电路板和柔性传感器

经典硅基电子学的局限性受摩尔定律的影响日益突出，而柔性电子的诞生为经典电子学的发展提供了新的方向，不但触发了新形态电子设备的产生，更激发了一个朝阳产业的诞生。

据市场分析机构IDTechEx的报告，2019年，柔性电子市场价值为9500万美元。估计到2025年，市场规模将增至2.31亿美元。虽然对市场增长速度有不同的预测，但是对于未来的预期则基本看法一致。按照IDTechEx的估计，对柔性、可折叠、可伸缩、适形和轻量化电子产品的需求将把整个柔性电子器件市场推到83亿美元。

柔性电子与通信领域的接触最早，最初的应用就是5G中的天线阵列，这对波束形成至关重要，因为5G信号比以前的无线技术更容易受到干扰。这是一个简单的应用，柔性基板上印刷了导线，芯片安装在这些基板上传送信号。

电气化的汽车是柔性电子组件的另一重要目标市场。电动汽车都在追求更轻的质量以获得更长的行驶里程，但目前重达100多磅的线束严重限制了轻量化趋势。如果采用可印刷和快速定制的灵活布线方案替代线束是一个很有吸引力的选择，因为可以证明其可靠性与现有系统一样好。随着5G驱动的大量需求，汽车内部需要更多的连接以及新的电路板设计。有一些部件不再是将不同组件组装在一起，而是把它们放在一个柔性板上，这将取代汽车里的许多电线。

IIoT（工业物联网）领域也需要能够与现有技术集成的柔性电子部件，为实现近乎无限组合的应用打开方便之门。柔性电子器件独特的能力、可定制的形状尺寸、信号和鲁棒性正是工业应用求之不得的解决方案。例如，集成的柔性电子监控解决方案可以从多个角度实时监测设备性能，以提高效率，降低昂贵的设备维修成本。啤酒厂应用中的集成柔性电子解决方案进行原材料到成品的预测分析就是一个很好的案例。

在生物集成电子学中，为了尽量减少生物系统的固有运动对器件性能的影响，需要对器件的柔韧性和延展性等机械特性进行优化。迄今为止，多电极阵列等系统为柔性基底的柔性可拉伸电子器件已经提供了巨大的应用潜力。

各国政府都已经开始不遗余力投入柔性电子技术的产业发展当中。英国设定了“抛石机”计划，将柔性电子作为先进制造业的重点领域。2012年，美国《总统报告》中将柔性电子制造作为先进制造11个优先发展的尖端领域;同年，NASA制定柔性电子战略，2014年成立柔性混合电子器件制造创新中心。日本的TRADIM计划成立了先进印刷电子技术研发联盟，重点发展印刷与柔性电子材料与工艺关键技术。

我国对柔性电子也非常重视。国家“973”计划则支持了高效有机/聚合物太阳电池材料与器件研究、可印刷塑料电子材料及其大面积柔性器件相关基础研究、可延展柔性无机光子/电子集成器件的基础研究等项目。国家“863”计划也设立了“柔性显示关键材料与器件技术”专项；国家重点研发计划设立了12个与柔性电子技术相关的项目等。

同时，清华大学、西北工业大学、南京工业大学等一批高校也正在展开柔性电子技术的专项研究，在柔性显示、柔性传感、柔性固体器件等方向都取得了长足的进展。

此前，中国科学院院士黄维曾对媒体表示，柔性电子基于碳基材料的发挥可以为中国实现碳中和作出积极主动的贡献。以柔性电子技术作为带动力量，将会使得整个电子制造产业走上一个新的台阶。（校对/Andrew）