將科技與人們的日常生活用品緊密結合，一直是科技產業所追求的目標。軟性電子技術則是實現此一願景的關鍵技術。藉由軟性電子技術，電子產品不再被限制在四四方方的外觀機構上，任何日常生活中能看到的表面，甚至穿在身上的紡織品，都有可能具備某種電子設備的功能。
在國際半導體產業協會（SEMI）所舉辦的FLEX Taiwan 2021線上論壇中，來自產業與學術界的專家分享了各種軟性電子技術的研究進展，以及已經商品化的應用實例。從這些專家的分享可以看出，軟性電子所帶來的設計自由度，將為使用者體驗的革新，帶來前所未有的可能性，但同時也考驗產品開發者對人類認知跟行為的掌握程度。
軟性混和電子將為醫療革命帶來動能
來自加州大學柏克萊分校的Ana Claudia Arias教授指出，軟性電子最大的特徵，就是在具有彈性的薄膜上製作功能電路。這個特點使得軟性電子技術非常適合用來製作緊貼人體的應用產品。例如圖1的心電圖(ECG)感測貼片，其感測器的功能電路是在底層的軟性基材上製成，但在基材上方，還是有電源、通訊、訊號處理晶片等硬性的元件。因此，比較精確地說，軟性電子應稱為軟性混和電子(Flexible Hybrid Electronics)。
▲圖1 加州大學柏克萊分校所開發出的ECG貼片。
Arias的團隊主要的研究課題，是如何在軟性基材上盡可能用印刷製程來製作功能電路。同時，該團隊也參與了一項名為人類內部網路(Human Intranet)的研究計畫，目標是利用軟性混合電子技術來監測運動員全身的狀態，作為訓練的依據。
這類貼片除了用在運動員身上外，同時也可以用在病患的生理數據監控上，提高醫療體系的運作效率。這會是軟性混合電子未來一個很大的應用市場，但目前這類技術要進入實際應用，最大的挑戰還是在於電力供應跟量測的精準度。因為感測貼片還是需要外部電源才能運作，如何提高電池續航力，是當前研究還需要努力的一大課題。另一方面，人體表面的狀態是不斷在變化的，例如流汗、皮屑等等，都會影響到感測結果的準確度。
軟性電子顛覆I/O設計 人因掌握將是最大考驗
既然軟性電子可以用來製作各種感測器，要用同樣的技術來實現I/O，為人機互動帶來全新體驗，自然也是其發展方向。
Geely Design首席設計師Andreas Friedrich就指出，在汽車領域，用軟性電子技術實現人機介面，已經是相對成熟的應用，例如車內的顯示跟觸控設備，就已經不在僅限於螢幕，任何車艙內的表面，例如前座的飾板、車窗，都有可能是具備人機操作介面功能的智慧表面(Smart Surface)。
對產品製造商來說，採用智慧表面有很多好處，例如產品的重量更輕、零件數量減少，視覺上更具一體感等。但對產品設計者而言，最大的挑戰在於智慧表面仍是一個相對新的概念，使用者未必習慣、甚至認知到某個物體的表面，是可以用來與設備互動的。對使用者心理跟行為模式的掌握，是設計者在導入智慧表面時，除了技術之外的最大考驗。
人機介面的設計必須盡可能直覺，使用者才會覺得好用，進而喜歡這種技術。如果介面設計太顛覆使用者的認知，或超出使用者的理解範疇，這種人機介面設計，就不是那麼理想了。
塑膠做的Arm？ 軟性處理器潛力十足
雖然在軟性基材上的晶片等元件，絕大多數都還是硬的，但這些元件有沒有「軟化」的可能性呢？答案是肯定的。
安謀研究院傑出工程師John Biggs指出，安謀內部有一個名為PlasticARM的研究專案，目標是開發出世界第一款以Arm架構為基礎的非矽基處理器晶片。其實，imec早在2011年，就開始嘗試在軟性薄膜材料上，用印刷製程生產可撓曲的軟性處理器。圖2是2011年時imec團隊所做出來的軟性處理器，內含3381顆線寬5微米的電晶體，採用8位元運算架構，每秒可以執行40次運算。這也是世界第一顆塑膠做的微處理器。
▲圖2 imec所開發出的人類第一顆塑膠微處理器
Arm的研發團隊得知imec的成就後，在2014年決定投入相關研究，設立了PlasticARM專案。與imec採用8位元架構不同，PlasticARM一開始的目標，就是要把已經被廣泛使用的32位元Arm運算架構做在有機薄膜上。
到目前為止，PlasticARM專案已發展出三個世代的軟性處理器架構，第一代是典型Cortex-M0的移植，但之後兩代則改用實驗性的NERF架構。NERF架構是以面積最佳化為設計目標的架構，移除了許多不必要的功能，同時也縮小記憶體容量，讓新一代軟性處理器所使用的電晶體數量更少、面積更小，但同時也更省電。
Biggs相信，雖然現在軟性處理器的密度跟性能，還無法與矽基處理器比美，但如果用密度提升的速度來看，軟性處理器的進步速度跟矽基處理器是十分接近的，只是矽基處理器的發展比軟性處理器早了50年。因此，只要維持現有的進步速度，假以時日，軟性處理器將在微電子領域成為一個要角。
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軟性混合電子(FHE)集可捲曲、輕薄、不易破裂的特性，為產業帶來一股新的變革風潮，在這二十幾年之間不斷的創新突破，應用的領域也不斷加深加廣，更進一步與紡織、醫療、汽車等產業形成跨界的多方整合，開創無限商業前景。
今年FLEX Taiwan 2021軟性混合電子特展即將於12月28至30日在台北南港展覽館1館與SEMICON Taiwan 2021國際半導體展同期舉辦，匯聚來自智慧醫療、電子紙、顯示器、系統整合、車用電子、5G通訊、紡織、穿戴式裝置等領域專業人士參與，展示涵蓋最新軟性混合電子新興應用、前瞻技術，完整呈現電子產業鏈最深厚的跨界技術能量。
