近日，在浙江省杭州市召開的2019第二屆柔性電子國際學術大會上，柔性電子與智能技術全球研究中心研發團隊（簡稱“荷清柔電”）發布了兩款柔性芯片，分別為運放芯片和藍牙SoC芯片，厚度均小于25微米。同時，荷清柔電還展示了利用柔性芯片制成的“創可貼”，可以監測人體數據。

清華大學柔性電子技術研究中心主任馮雪認為：“柔性電子技術是一種將有機、無機材料制作在柔性、可延展基板上的新興電子技術。”柔性芯片作為柔性電子的重要分支，突破了傳統剛性電路的物理形態，將在數字醫療、人工智能、智能制造、物聯網等領域產生巨大而深遠的影響。

目前，國內外柔性芯片發展均處于起步階段，只有一小部分醫療檢測等領域的應用可以投入量產。對于柔性芯片技術來說，電路制作材料和性能突破是最主要的限制。柔性芯片的產業化進程剛剛起步，未來將可能帶來醫療監測、可穿戴設備、機器人等領域的顛覆式變革。

隨著“柔性屏”、“折疊屏”等技術已經投入應用并被許多人熟知，“柔性芯片”對大家來說還是一個比較陌生的概念。柔性芯片所指何物？相比于傳統的剛性芯片有什么特征？在國內外的發展狀況如何以及面臨什么樣的技術難點？本文對這些問題進行了深入調查。

一、適合多種形變環境，帶來新一代人機交互體驗

柔性芯片相對于剛性芯片有三大特點。

首先，薄。本次荷清柔電發布的兩款柔性芯片厚度均在25微米以下，薄于一般頭發絲直徑的1/4。

其次，柔。柔性芯片具有非常優良的柔韌性，可以被輕易改變形狀。

最后，大。本次荷清柔電發布的柔性芯片大約在5cm2左右。

柔性芯片可以作為傳統剛性芯片的一個很好的補充，可用于許多不適合剛性芯片的情況，能夠在一定程度上適應不同的工作環境，滿足設備的形變要求。

在可穿戴智能設備上，柔性芯片可能促進“新一代可穿戴設備”的產生。可穿戴設備的形態將變得更加靈活可變。例如，以后，手機可能像腕帶一樣纏在手上，或者想頭巾一樣戴在頭上。但是，這也要依賴柔性電池、柔性屏等柔電子技術的發展。

在機器人領域，可以帶來更好的交互體驗。柔性芯片為更加輕薄柔軟的電子感知系統提供支持，使得機器人對環境或人體的感知變得更加靈敏，進而能夠又快又好地與環境或人體進行信息溝通和互換，建立更完善的人機信息傳輸系統。

在人體醫療監測方面，柔性芯片已經得到了非常重要的應用，包括無創血糖測量、光電血氧傳感器、坐骨神經電信號采集、類皮膚柔性變形傳感器、碳納米纖維泡沫柔性壓力傳感器、類皮膚柔性壓力傳感器等柔性醫療電子產品方面。

二、國內外均處于起步階段，目前主要應用在醫療

馮雪稱：“柔性電子技術發展目前還處于起步階段。”目前國內外的柔性芯片技術都才剛剛起步，大多數處于試驗階段，小部分投入量產，主要集中在醫療傳感領域。

1、荷清柔電中心

荷清柔電中心發布的運放芯片和藍牙SoC芯片，厚度僅為25微米。運放芯片可用于放大模擬信號，藍牙SoC芯片則集成了處理器和藍牙無線通信功能。

其研發的柔性傳感器“創可貼”里鑲嵌了可彎曲的監測芯片。將它貼在體表，即可監測血壓、血糖、提問等數據，并能將數據無線上傳至手機應用或云端，這項技術已通過國家藥監局和歐盟CE認證。

“我們通過特殊的晶圓減薄工藝、力學設計和封裝設計，使得剛性的硅芯片呈現出柔性和可彎曲變形的特征。”該公司柔性芯片技術研發團隊負責人王波說，“硅基集成電路的柔性化十分具有挑戰性，這兩款柔性芯片在這一挑戰上運用了新技術。”

2、美國半導體公司和空軍研究實驗室（AFRL）

2018年1月，AFRL和美國半導體公司利用3D打印領域的創新共同研發出全球首個柔性系統級芯片（SoC），據稱是當時最復雜的柔性集成電路，可用于物聯網控制，存儲能力是其他柔性器件的7000倍。

這項技術的獨特之處不僅是芯片的柔性，而且還實現了一個帶有存儲器的微控制器，能夠控制系統和收集數據以滿足未來使用。

研究者Berrigan表示：“通常硅基集成電路都脆而易折。當我們將這些器件放入一個柔性的封裝中，它將能夠在惡劣環境下的正常工作。我們對硅集成電路進行減薄直至其變得柔軟，但仍能維持電路功能，這使我們能夠靈活放置微控制器。”

3、ARM

ARM聯合高校共同研發基于機器學習的塑料柔性傳感器，用于檢測氣味，旨在簡化設計、將柔性傳感器成本降至最低，最終用于食品、服裝等消費品的氣味檢測。

塑料芯片將擁有傳感器陣列、定制的機器學習處理器、以及端口，所有這些組件都將集成在一張薄薄的塑料膜上。雖然塑料電子有望比硅便宜得多，但它們能容納的晶體管數量有限，因為這類晶體管要大得多。據稱，原型芯片將在 2019 年制造和測試。

4.維也納技術大學

2017年4月，維也納技術大學研究者在《自然》上發表論文稱，發現二硫化鉬是一種類似于石墨烯的二維材料，研究者進一步使用二硫化鉬研制柔性微處理器 。

研究者制造了一種由二維材料二硫化鉬組成的晶體管，并將115個這樣的晶體管構成一種新型微處理器。這種微處理器能夠進行一比特的邏輯運算，而未來有望拓展至多比特運算。

硅制薄片很容易折斷，但維也納技術大學研究者使用的過渡金屬硫化物像2D材料，由一層原子或分子厚度的晶體制作而成，可折曲自如。“2D半導體微處理器”是柔性芯片的另一思路。

三、主要難點：制作材料和性能突破

目前柔性電子的制造方法主要有三種。一是轉移印刷，利用中間轉印載體將線路圖案轉移到柔性承印物上。二是噴墨印刷，直接沉積功能性材料以在基材上形成圖案。三是基于纖維結構的柔性電子器件制作方法。

柔性芯片作為柔性電子的一個分支，仍存在一些技術上的難點。首先，柔性芯片在不損壞本身電子性能的基礎上的伸展性和彎曲性，對電路的制作材料提出了新的挑戰和要求。

其次，柔性電子的制備條件以及組成電路的各種電子器件的性能相對于傳統的電子器件來說仍然不足，也是其發展的一大難題。

目前，柔性芯片支持的柔性傳感器設備已經可以量產，進而用于醫療監測、工業控制等領域。半導體行業協會中國固態照明聯盟副秘書長耿波表示：“在大規模應用之前，必須加強包括安全和待機時間等技術問題檢測。”