Инновационные технологии
Многие из этих подходов полагаются на существующие печатные технологии. Струйная печать превалирует в небольших объемах устройств, где она доказала свою экономичность, но это относительно медленный вариант. Известны такие технологии, как офсетная и глубокая печать, которые обрели популярность благодаря возможности печатать точные слои в больших объемах. Технология глубокой печати, использующая изображения, выгравированные на пластинах, восходит к 1800м годам, когда с ее помощью создавались высококачественные художественные репродукции. Офсетная печать долгое время была распространена в газетном деле. Кроме того, существующее оборудование применялось для литографии чипов при создании более сложных структур на гибкой подложке.
Но настоящая инновация касается не столько печатных процессов, сколько химического состава и стабильности чернил и их соединения с подложкой. Как и во всех полупроводниках, основной упор делается на повторяемость, согласованность и экономию на масштабе, и такие усилия выходят далеко за рамки простой печати чернилами. Это касается и того, как чипы нарезаны, как соединяются с подложкой и насколько точно и надежно они откалиброваны.
«Глубокая и офсетная печать быстры и имеют отличное качество кромки, а аэрозольные чернила хороши для прототипирования,— говорит Натан Преториус, инженер по прототипированию и автоматизации в NextFlex.— Но мы выяснили, что калибровка должна выполняться после установки кристаллов. Если вы печатаете что-то, сама печать может создавать нагрузку для устройства и удерживать его в этом состоянии, а потому вам необходимо откалибровать чип. Для ВЧ кристалла нужно реорганизовать линию передачи, и сделать это на гибкой подложке».
Окисление создает еще одну проблему. «Вам необходим материал, который не будет создавать окисную пленку,— говорит Преториус.— То есть у вас не должно быть отверстий под кристаллом».
Все это оказывает влияние на производство данных устройств и их дальнейшее использование. Например, исследовательская лаборатория ВВС совместно с UESInc. разрабатывает датчики для мониторинга газов на постоянной основе, а не просто для измерения кумулятивного воздействия, как большинство современных подобных устройств.
«Требования были таковы, что это должен был быть металлооксидный датчик, обязательно гибкий и с конформной полосой,—отметил Майкл Бродерс, технический программный менеджер в UES.— Если вы посмотрите на многие сегодняшние датчики, то увидите, что они большие и требуют много энергии. Существует острая необходимость в гибких носимых датчиках, восновном одноразовых, крупную партию которых можно создать за несколько часов в одноразовых формфакторах. Они должны работать примерно на 100 мВ и обнаруживать органические растворители, а диэлектрики должны быть устойчивыми».
В UES есть много направлений деятельности в этой сфере. Другим примером того, какими маленькими могут быть подобные устройства, является пластиковый датчик для подмышечной впадины Arm, который разрабатывался последние пару лет. Компания Arm создала органический полевой транзистор, реагирующий на органические соединения, такие как запах тела. «Если вы установите несколько подобных устройств и добавите машинное обучение, оно может классифицировать запах как одну из характеристик»,— заметил Джон Биггс, соучредитель компании Arm и консультант по исследованиям и разработкам.
То, насколько данная технология может быть маленькой и тонкой, лишь один из множества вопросов, стоящих перед гибкой технологией. Другая проблема в том, насколько плотно можно напечатать линии и зазоры. Чем больше можно установить на гибкую подложку, тем полезнее будут эти устройства для множества различных приложений, от сложных датчиков со встроенной обработкой до одноразовых применений.
«Если вы смотрите на 32битный микропроцессор, то это все еще сложно для печатной электроники, — говорит Биггс. — Использование тонких пленок на подложке все еще отстает от кремния на три-четыре десятилетия. Поэтому думайте о чипах в 1 мкм и 3–4 В. Даже если пластиковая электроника следует закону Мура, она не будет работать совершенно таким же образом».
Для некоторых приложений это не имеет значения. «Прямо сейчас вы можете установить трекер для занятий спортом или нанести «умную» маркировку на продукты питания или вино, чтобы продать до определенной даты,— говорит Биггс.— Но некоторые продукты питания портятся быстрее в зависимости от того, хранятся ли они в тени или на солнце».
Скачать полный текст статьи «Проблемы печатных и одноразовых чипов» в формате pdf
