Flexible Elektronik
Gedruckte MCUs greifbar machen
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Die »FlexLogIC«-Fabs
Auf Basis des Prozesses PragmatIC produzierte das Team aus Illinois Hunderte von 4- und 8-bit-Controllern auf den mit der TFT-IGZO-Schicht versehenen, 30 µm dünnen Polyimid-Wafern. Anschließend testeten sie die Controller bei verschiedenen Spannungen und unter starken Biegungen. Allein das sei laut Kumar schon völliges Neuland. Seines Wissens nach sei die Ausbeute auch der besten Chips auf Basis von organischen Materialien so gering, dass Daten über das Verhalten einer Vielzahl von Chips und mögliche Ausbeuten bis heute nicht veröffentlicht worden sind.
Doch damit gab sich das Design-Team noch nicht zufrieden, sondern entwarf ein Design Tool, um weitere Optimierungen der Architektur zu finden. Ein Ergebnis war, dass sich erhebliche Einsparungen in der Leistungsaufnahme erzielen lassen, wenn die Zahl der Gates ein wenig erhöht wird. Damit lasse sich die Leistungsaufnahme kommender Generationen um 45 bis 56 Prozent senken.
John A. Rogers von der Northwestern University, der als einer der Pioniere auf dem Gebiet der flexiblen Elektronik gilt, bezeichnete die Arbeit des Teams aus Illinois und von PragmatIC als »sehr beeindruckend« und wartet gespannt auf die Ergebnisse weiterer Tests und Analysen, insbesondere zu dem Verhalten der Controller unter starken Biegebeanspruchungen.
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Die »FlexLogIC«-Fabs von PragmatIC
Die »FlexLogIC«-Fab von PragamtIC nimmt in der kleinsten Konfiguration eine Fläche von 200 Quadratmetern ein. Die Fabs kommen ohne Diffusionsmaschinen und Ionen-Implanter aus; für die Lithografie werden i-Line-Stepper eingesetzt. Die Prozesse laufen vollautomatisch ab, nur um die Wafer herum muss für eine Reinraumatmosphäre gesorgt werden. Die Kosten liegen bei einigen 10 Mio. Dollar, wie Scott White, CEO von PragmatIC, im erklärte. Das Ziel bestehe darin, sie direkt vor Ort bei großen Kunden aufzubauen; schon bald würde PragmatIC bauen.
Auf Basis des eigenen Prozesses fertigt PragmatIC bereits im eigenen Hause entworfene RFID-Tags der »ConectIC«-Familie, die eine Fläche von 3 mm2 einnehmen. Das sei zwar relativ groß, so Scott White, wegen des kostengünstigen Fertigungsprozesses stünden sie den Kunden aber für unter 1 Cent pro Stück zur Verfügung.
Die nächste Herausforderung besteht nun darin, flexible Controller zu fertigen, die komplexere Berechnungen durchführen können, um sie beispielsweise in IoT-Geräten einzusetzen. Im Februar dieses Jahres hatten das imec, die KU Leuven und PragmatIC Semiconductor auf der ISSCC einen flexiblen 8-bit-Controller für den Einsatz in Low-Power-Applikationen vorgestellt. Er enthält 16.000 Metal-Oxide-Dünnfilmtransistoren und nimmt eine Fläche von 24,9 mm2 ein. »Unsere FlexLogIC-Fab ermöglicht es, solch komplexe Designs schnell und sehr kostengünstig auf flexiblen Wafern zu fertigen«, erklärte dazu Brian Cobb, VP Product Development von PragmatIC. Zu den Partnern von PragmatIC gehören Arm, Cambridge Consultants, Serma, Imec und WDC.
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