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可撓式MCU再獲重大進展 性能/可製造性明顯提升
新電子黃繼寬
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在2022年國際固態電路研討會(International Solid-State Circuits Conference, ISSCC)上,比利時imec、魯汶大學和PragmatIC Semiconductor展示了採用0.8微米金屬氧化物軟性技術的最快速8位元微控制器(MCU),能夠即時運算複雜的組合程式碼。該MCU以獨特的數位設計流程,可建立一個新的金屬氧化物薄膜技術標準元件庫。imec合作夥伴PragmatIC Semiconductor所提供的強化薄膜科技,是將約16,000個金屬氧化物薄膜電晶體(TFT)整合在一片24.9平方毫米可彎曲基板上的關鍵技術。

相較於以CMOS為基礎的電子技術,以薄膜電晶體技術為基礎的軟性電子更能達到低成本、細薄、可撓性或適形性裝置的應用。該技術已經在健康貼片感測器、無線射頻辨識(RFID)標籤、及平板顯示器的驅動程式等領域上取得進展。這項技術缺少的是一個可彎曲的CPU,以執行更複雜精細的訊號處理。若能在這方面取得突破,許多現在不具備運算能力的物聯網應用,都將改頭換面。

imec以0.8微米銦鎵鋅氧化物(IGZO)電晶體技術設計了一款可彎曲的8位元MCU,其最高時脈為71.4kHz、最大功耗則是134.9mW。該可撓式MCU總共整合了1.6萬顆電晶體,並且可以執行貪食蛇遊戲這種複雜組合程式。

imec首席科學家Kris Myny表示,這款新的MCU解決了單極系統設計上最大的挑戰。以IGZO為基礎的金屬氧化物薄膜電晶體是n型,與CMOS技術相比,其電路的靜態功耗更高。為因應此問題,我們以 MOS6502微處理器的開放原始碼文件為起點,創建了自己的一套設計流程,以制訂元件和邏輯閘的方式,在尺寸、功耗和速度方面實現了最佳的設計平衡。imec將這套流程稱為pseudo-CMOS,並以此為金屬氧化物薄膜技術建立起一座新的標準元件庫,可用於革新以金屬氧化物薄膜技術為基礎的應用。

為了製造可撓曲的MCU,imec找上PragmatIC一起合作 ,其獨特的FlexIC Foundry能提供軟性積體電路的快速模組設計和高產能製造服務。

PragmatIC產品開發部副總裁Brian Cobb說,業界一直缺乏能夠將如此大量的薄膜電晶體整合在軟性基板上,形成積體電路的可靠技術。但我們的FlexLogIC晶片製造廠,現在能以超低成本迅速處理如此複雜的新設計。展望未來,我們的FlexIC Foundry服務將持續協助像imec這樣的設計團隊,擴展軟性電子的應用。

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