打造英国首条300mm产线，Pragmatic半导体的规划

熟悉电子行业的读者都知道，我们传统的芯片都是基于硅打造的，无论其尺寸大小、性能高地，他们都有一个共同特征，那就是芯片都是“硬”的。诚然，我们当前主流的芯片都是基于硅或者其他半导体材料打造，在其制造成为晶圆之后，基本都是刚性的。
 
但近年来，一家名为Pragmatic半导体的英国公司似乎正在尽力打破这种局面。
 
该公司销售、业务发展与产品管理高级副总裁James Davey在介绍Pragmatic半导体的时候就强调：“我们的独特性在于所推出的是柔性半导体技术。”他进一步指出，公司于2010年创立于英国剑桥，并在英国东北部达勒姆郡有制造基地，也拥有英国第一条300毫米晶圆的生产线。
 

 
“我们非常强调可持续的生产制造，现如今我们能够以数十亿的芯片产量满足全球的需求，预计到今年年底，我们会成为在英国晶圆产量最大的公司，为全球客户服务。”James Davey说。
 
用传统产线，制造柔性晶圆
 
在日前于深圳举办IOTE 2025盛会期间，笔者在Pragmatic半导体展台看到了非常薄的柔性晶圆。据该公司现场工作人员介绍，这些晶圆都是在与制造传统芯片相同的设备上生产的，从节点上看，这些晶圆的制造工艺大约是在180nm左右，这就让其制造成本不会太高。
 
“当然，我们在某些关键设备和材料上也会和传统产线有所不同，这正是我们打造差异化产品的关键。”现场工作人员强调。“Pragmatic半导体的产品制造和传统工艺当然有不同之处”，James Davey补充说。
 
首先，得益于其独到的设计，Pragmatic半导体从原材料进场到最后产品交付只需要数天就可以完成。但如果是传统的硅基半导体生产，则可能需要数月才能完成；其次，Pragmatic 半导体所使用的是玻璃载具，能够在产品的基材上放上电阻、电容和晶体管，这部分的生产工艺和过程和硅基的半导体生产是一样的。不同之处就在于Pragmatic半导体会在上面放置一种叫做聚酰亚胺的聚合物反应，再执行和传统硅芯片相同的刻蚀等制造工艺。
 
具体而言，Pragmatic半导体采用的是有别于传统硅片的薄膜晶体管（TFT）技术与行业标准专用集成电路（ASIC）设计流程，能精确地将半导体、导体和绝缘材料沉积在柔性基板上，构建出紧凑且轻便的高密度柔性集成电路（FlexIC）。
 
据介绍，这种轻薄、柔韧、耐用的电路不但可以在纸、塑料和金属箔等基板上轻松弯曲，贴合各种曲面，从而使其特别适用于传统刚性电子器件无法触及的领域。此外，FlexIC还可以进行定制化，从形式到功能都能提供更强的灵活性，在可智能包装、服装、玩具与游戏应用、供应链管理等应用领域前景广阔。
 
在这种领先技术的支持下，Pragmatic半导体能提供具备极低的成本和可持续性的产品：从环境角度来讲，Pragmatic在生产过程中使用化学品、水、能源的量少，传统硅基在生产过程中会耗很多的能源、水和化学品，但我们就少很多。在水、能源、化学品使用减少后，自然可持续性就更强了。另外，由于制造更快，基于此工艺制造的产品成本会更低。
 
基于此，Pragmatic半导体正在向多个市场出击。
 
不是单纯替代硅基芯片
 
在IOTE展会现场，Pragmatic首先介绍了公司的第三代技术平台。
 
据介绍，这个可打造弯曲半径高达5毫米（ROC）柔性IC的平台基于 300 毫米晶圆，并在柔性基板上制造，采用最小沟道长度为 0.6 µm、宽度为 1 µm 的 N 型金属氧化物薄膜晶体管 (TFT)，可实现约 20 cm² /Vs 的场效应迁移率。器件在 3 V 电压下表现出 10 fA/ µm²的低关态漏电流，饱和状态下的驱动电流为 25 µA。
 
同时，该工艺包含一个专用电阻层，其薄层电阻为 200 kΩ/sq，线宽低至 0.6 µm。这些电阻的温度系数为 -0.8% / °C。同时，集成金属-绝缘体-金属 (MIM) 电容器支持 4.5 fF/µm² 的单位电容，在1.8 V 电压下漏电流仅为 1x10 1 -6A/µm²。
 
而为了管理更大电路设计中的信号路由，该平台采用四层金属层，布线间距为 4 微米。封装集成了 5.5 微米钝化层和 1.5 微米铝重分布层 (RDL)，以支持通过柔性或混合方法进行电气接口。制造的 FlexIC 总厚度约为 37 微米，弯曲半径为 5 毫米。
 
为了支持设计和部署，该平台还包含一个与 Cadence 和西门子 EDA 工具兼容的流程设计套件 (PDK)。
 

 
换而言之，客户可以通过从市面上买到的Cadence和西门子EDA工具进行自己的设计。当然，客户也可以借助Pragmatic的平台，在其产线上生产自己设计的芯片。
 
在IOTE展会现场，Pragmatic更是展示了公司基于这个平台打造的NFC Connect产品 PR1301。
 
据介绍，NFC Connect 采了Pragmatic 独特的 FlexIC（柔性集成电路）技术，以超薄灵活的外形提供行业标准的 NFC 终端功能，并具有独特的低碳足迹。因为拥有如此多的优势，标签制造商、标签加工商和服务机构可以帮助品牌轻松地将 NFC 功能集成到产品或包装中，即使在曲面上也能实现，从而提供更智能、更互联的体验，并大规模地提升消费者的参与度。
 
该方案提供了灵活、超薄的架构，用于无源 NFC 操作接口。据介绍，该芯片专门针对医疗保健和服装等高产量、成本敏感型市场，其 3 毫米 x 2 毫米 x 37 微米（厚度）的薄型设计使其能够集成到曲面或可压缩表面，且外形和触感无明显变化。
 
Pragmatic半导体指出，该设备支持 ISO/IEC 15693 和 NFC Forum Type 5 通信，工作频率为 13.56 MHz。它还集成了 96 字节低功耗 ROM，支持 NDEF 格式的有效载荷，并以半双工模式运行，数据速率为 26.48 kbps。在制造过程中，Pragmatic 还对其内存进行了预编码，以提高相对于可编程芯片的线路速度。同时，16 位 CRC 校验用于处理数据完整性，以便在通信过程中进行错误检测。
 
从机械角度来看，该器件支持两个键合焊盘，并兼容单面和双面铝制高频天线线圈（带或不带分频器）。该架构支持宽松的布局和键合公差，以减少高速制造过程中的装配限制。
 
在Pragmatic半导体看来，随着全球供应链寻求将数字智能嵌入一次性和半一次性产品中的可扩展方式，像 PR1301 这样的灵活 NFC 解决方案可以为讨论带来新的活力。
 
谈到类似PR1301这样产品的定位时，James Davey说，Pragmatic的这个产品不只是单纯去替代硅基的，因为该产品在价位上已经到了比较具有可及性的位置，可以帮助公司打开一些新的市场。“我们不是直接去做竞争或者把其他都替代掉，而是看更多新的市场机会。”James Davey强调。他指出，除了前面提到的NFC Connect 产品以外，公司还在这个平台上规划了NFC Protect和NFC Sense产品，这一切都值得期待。
 
写在最后
 
在问到公司未来规划时，James Davey表示，到2026年，Pragmatic会推出功耗是现在一半，面积是现在产品1/3的第四代产品，该产品还将加入OTP（一次性可编程存储器）。基于这个平台，公司一方面会增加在NFC领域的产品组合。与此同时，公司的代工业务也会进一步增加，这主要因为目前一方面是增强电容传感器，还有有源中介层等等方面的业务会越来越多。
 
到2027年，Pragmatic半导体会推出第五代平台，其功耗会是现在平台的1/100，在面积上再缩小一半，届时公司还会加入EEPROM（电可擦除可编程只读存储器）技术。在此基础上，Pragmatic将推出更加包括UHF特高频类产品在内的广泛产品线，这也会给Pragmatic代工业务带来更多机会。
 
“我们是全球唯一的柔性半导体制造商。”James Davey最后说。