近十幾年來，隨著可穿戴電子設(shè)備概念的火爆和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的興起，柔性電子器件已經(jīng)成為數(shù)碼圈、電子技術(shù)領(lǐng)域和材料科學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)話題。

其實(shí)較為簡單的柔性元件早已存在。在十年前的手機(jī)上，就已經(jīng)能夠見到以聚酰亞胺柔性基板連接的內(nèi)部接口，柔性電路基板在現(xiàn)在的電子產(chǎn)品中也已經(jīng)非常常見了。2013年10月，三星電子將柔性O(shè)LED顯示面板第一次在手機(jī)上展示給了全世界的消費(fèi)者；2019年，三星電子和華為通信各自實(shí)現(xiàn)了完整的柔性觸摸屏總成的商業(yè)化。

而2021年7月，英國的芯片設(shè)計(jì)公司ARM公司及其旗下的PragmatIC公司開發(fā)了一款柔性處理器芯片“PlasticARM”，并成功登上了Nature雜志。盡管PragmatIC在過去的二十年間已經(jīng)開發(fā)出許多種簡單的柔性電子器件，但PlasticARM與這些產(chǎn)品都有所不同。

PlasticARM處理器采用ARM Cortex-M0處理器架構(gòu)，支持32位ARMv6-M精簡指令集，時(shí)鐘頻率29KHz，功耗21mW，其中有99%的電能最后以熱能形式消耗。物理面積僅59.2平方毫米，采用薄膜晶體管（TFT）制造技術(shù)，擁有3個(gè)可布線的金屬層和13個(gè)材料層、18000個(gè)邏輯門電路，制程工藝為0.8微米，可以彎曲至3毫米半徑。盡管與現(xiàn)有的同樣基于ARM架構(gòu)的硅基芯片在處理性能上相去甚遠(yuǎn)，比起同等規(guī)格的單片機(jī)CPU在體積上也臃腫不少，但仍比過去最強(qiáng)大的柔性集成電路復(fù)雜12倍，尺寸也算得上小巧。更重要的是，它是第一個(gè)具有完整的指令集、完全的計(jì)算機(jī)功能的無硅處理器。

PlasticARM處理器的外觀以及一般的Cortex-M0+微控制器與PlasticARM的對比，可見兩者在功能上已幾乎沒有區(qū)別

PlasticARM將能夠被用于各種柔性可穿戴電子器件，以及更大型的集成電路的低功耗控制單元中。

從過去的柔性電路基板到現(xiàn)在的PlasticARM，雖然很少在論文或新聞報(bào)道中提及，但這一切成就背后的功臣，是聚酰亞胺薄膜。從最簡單的絕緣阻燃膠帶，到磁帶，再到柔性電路基板和電路板夾層，再到柔性顯示屏覆膜，聚酰亞胺薄膜是為電子技術(shù)產(chǎn)業(yè)量身打造的材料學(xué)奇跡。

聚酰亞胺是一類主鏈含有酰亞胺結(jié)構(gòu)的工程塑料，通常呈黃色透明，具有較好的力學(xué)性能、耐熱性、絕緣性和化學(xué)穩(wěn)定性，是“解決問題的能手”。

聚酰亞胺一般采用“兩步法”制備。第一步，二元酸酐和二元胺在180℃下發(fā)生第一步反應(yīng)，生成凝膠狀的聚酰胺酸。此時(shí)薄膜已經(jīng)基本成形，但同時(shí)分子鏈具有較大流動(dòng)性，可以進(jìn)一步進(jìn)行牽伸等操作。第二步，在300-340℃，聚酰胺酸鏈上的羧基與仲胺發(fā)生反應(yīng)，脫去一分子水，生成聚酰亞胺。

聚酰亞胺的兩步法合成

聚酰亞胺薄膜具有較好的力學(xué)性能，同時(shí)也具有阻燃性，還可耐高達(dá)280℃的高溫，化學(xué)穩(wěn)定性和耐候性都極好。聚酰亞胺介電常數(shù)低至3.4，體積電阻高達(dá)10^17Ω·cm，超高的絕緣性使得在其上印刷超大規(guī)模集成電路成為可能，這也是聚酰亞胺被用于柔性電子器件的最重要的原因。

盡管聚酰亞胺基柔性電子器件已經(jīng)發(fā)展了許多年，但在真正意義上的柔性處理芯片方面才是剛剛起步，距離投入市場應(yīng)用還需要許多年。29KHz的超低頻率、低至1%的電效率，也在提醒著我們這一點(diǎn)?，F(xiàn)在而言，這一技術(shù)帶來的，更多的是新的可能和新的機(jī)遇，是國內(nèi)微電子行業(yè)的全新機(jī)遇。我國聚酰亞胺生產(chǎn)技術(shù)和能力正在不斷完善，也擁有了具備芯片設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力的企業(yè)。如果能夠在柔性芯片領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)彎道超車，對我國科技實(shí)力將無疑又是一次巨大的飛躍。

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