世界電子元件科技發(fā)展趨勢
發(fā)表時間：2009-06-23 文章來源：
電子元件是信息技術的重要支撐，是電子裝備、電子信息系統(tǒng)以及武器裝備控制系統(tǒng)必不可少的重要部件。從信息技術的發(fā)展歷程可以看出，電子系統(tǒng)功能的每一次升級、半導體技術的每一種創(chuàng)新與變革都會從產(chǎn)量和性能等方面對元件提出新的更高的要求。電子元件的發(fā)展速度、技術水平高低和生產(chǎn)規(guī)模，不僅直接影響著電子信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，而且對改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，促進科技進步，提高裝備現(xiàn)代化水平都具有重要的現(xiàn)實意義。因此，跟蹤世界電子元件科技發(fā)展新動向，總結各國發(fā)展電子元件科技發(fā)展新舉措，找出電子元件科技發(fā)展新特點，密切關注電子元件領域的新材料等，對促進我國電子元件科技的發(fā)展、提高電子元器件整體水平、推動電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展，都具有重要的理論和現(xiàn)實意義。主要介紹以下三方面內容：
1、世界主要國家發(fā)展電子元件科技的舉措
2、電子元件科技發(fā)展的新特點
3、電子元件發(fā)展中的新材料
一、世界主要國家發(fā)展電子元件科技的舉措
一個國家信息技術發(fā)展水平，武器裝備先進程度都與電子元件的科技發(fā)展和工藝水平息息相關。因此，美國、俄羅斯、日本等世界主要國家都十分重視電子元件的發(fā)展，制訂了諸多政策、措施，并大幅度地加大經(jīng)費投入，以促進電子元件這一基礎領域的科技發(fā)展。
下面重點分析美國、俄羅斯、日本等國家，積極研發(fā)電子元件的政策與措施。
1、美國。美國是傳統(tǒng)電子元件強國，早在上世紀90年代中期，為促進電子元件發(fā)展，美國政府就曾撥款7000萬美元，實施了一項旨在開發(fā)無源集成和多芯片組裝技術的三年計劃。2000年，美國商務部 、國家標準與計劃研究所和一些大型企業(yè)聯(lián)合發(fā)起了一個規(guī)模更大的“先進嵌入式無源元件聯(lián)合研究計劃”，這為期四年的計劃，通過建立一個國家制造科學中心，推動了新一代元件的研發(fā)。其內容涉及新材料、新制程、以及新的設計工具（軟件）開發(fā)等諸多方面，并取得了重要成果。美國軍方也相當重視元件技術的發(fā)展，在美國國防部2004財政年度計劃中，“先進元件開發(fā)與產(chǎn)品”被列為7個重大計劃之一，其預算經(jīng)費高達132億美元。美國政府、軍方的高度重視和高強度的投入，正是美國元件科技一直能夠保持很高水準的重要原因。
2、俄羅斯。近年來，受蘇聯(lián)解體影響，俄羅斯喪失了大部分元件生產(chǎn)能力，陷入依賴進口的局面。為提升自身，包括元件在內的電子信息技術的基礎保障能力，減少對國外依附，2007年末，俄羅斯聯(lián)邦政府批準了“2008～2015年發(fā)展電子元器件和無線電聯(lián)邦專項計劃”，旨在幫助解決電子元件在內的電子領域技術工藝落后問題。俄聯(lián)邦拔給該計劃的預算資金為1100億盧布，此外還有預算外資金770億盧布。該計劃如能順利實施，到2015年，俄羅斯國產(chǎn)元件預計將會占據(jù)國內市場的一半份額。
3、日本。長期以來，日本的電子元件發(fā)展都具有扎實的基礎，這主要歸功于日本電子元件工業(yè)界對元件基礎研究的重視，并著眼于中長期的研究和開發(fā)。日本的電子元件廠商普遍與企業(yè)結成聯(lián)盟并制訂了5～10年基礎研究的技術路線圖，對包括材料技術、納米級加工技術和其他加工技術在內的技術領域進行深入研究。2007年，各電子元件企業(yè)把研發(fā)目標指向技術與產(chǎn)業(yè)的融合，將研發(fā)經(jīng)費積極投向強化核心技術和新技術發(fā)明，致力于向高性能化、復合化、多樣化發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計，日本十大電子元件主要廠商2007年度研發(fā)經(jīng)費的投入總金額達到2352億日元。
二、電子元件科技發(fā)展的新特點
當前，隨著傳統(tǒng)元件科研生產(chǎn)逐步走向成熟，電子元件科技正步入以新材料、新工藝、新技術帶動下的產(chǎn)品更新升級和深化發(fā)展的新時期，呈現(xiàn)出向片式化、小型化方向發(fā)展；以低功耗、高可靠滿足國防和尖端裝備新要求；以抗輻射滿足宇航級應用；以無源集成作為無源元件新的增長點；實現(xiàn)無毒無害、綠色環(huán)保新目標等五個方面新的發(fā)展趨勢和特點。
1、片式化、小型化是電子元件技術發(fā)展的主要方向，片式、小型化是電子元件近年發(fā)展的主要方向，已成為衡量電子元件技術發(fā)展水平的重要標志之一，美、歐、日等發(fā)達國家以及亞太、印度等發(fā)展中國家和地區(qū)，各類電子元件均已有相應的片式化產(chǎn)品。其中，片式電容、片式電阻、片式電感三大無源元件，約占全球片式元件總產(chǎn)量的85%～90%。
電子元件片式化的同時，小型化也在迅速發(fā)展，不僅傳統(tǒng)元件在迅速小型化，片式元件也在迅速小型化。當前片式阻容元件的主流產(chǎn)品的尺寸是0603型、0402型，正朝著外形尺寸更小的0201型和01005型方向發(fā)展。例如，體積僅為0.0045cm3的溫度補償晶體振蕩器（TCXO）和體積為0.325cm3的片式繼電器，以及高度僅為1.55mm的DIP開關等小型化元件都已相繼開發(fā)成功。尺寸縮小涉及一系列材料和工藝問題，這也是當前元件研究的一個熱點，一些新材料和前沿技術（如納米技術等）已開始被用于超小型元件的工藝之中，如超小型連接器，針腳的間距可以做到0.635mm。
2、以低功耗、高可靠滿足國防和尖端裝備新要求
隨著便攜式消費電子設備正向小尺寸、輕重量、多功能、數(shù)字化方向發(fā)展，全面帶動了世界電子元件向小型、片式、低厚度、低功耗、高頻、高性能的深入發(fā)展和不斷改進。與此同時，國防和尖端科技裝備也對電子器件提出低功耗、高可靠等性能方面的新要求。如美國單兵作戰(zhàn)系統(tǒng)、便攜式電臺等小型作戰(zhàn)裝備，為保證裝備在戰(zhàn)場中可持續(xù)使用時間，在設計之初就提出低功耗的要求。而且還將這些要求層層細化，在對電子元件的設計和選擇上，低功耗已經(jīng)成為很重要的一條標準。除低功耗之外，未來戰(zhàn)場復雜的電磁環(huán)境和惡劣的自然環(huán)境對電子元件產(chǎn)品的可靠性要求也越來越高。如在連接器領域，近年來國外迅速興起了一種新型連接器——納小型連接器。由于具有很高的可靠性，以及尺寸小、重量輕等特點，納小型連接器已經(jīng)在軍事領域得到了廣泛應用。
3、以抗輻射滿足宇航級應用
隨著空間活動的深入發(fā)展，宇航用各類電子系統(tǒng)增長迅速，一方面使空間用電子元件的需求量不斷增加，另一方面對電子元件提出了更高的性能要求，抗輻射加固的要求已經(jīng)達到相當苛刻的地步。美國空軍研究試驗室（AFRL）幾年前發(fā)起的一項航天計劃，其中的一項重要研究內容就是系統(tǒng)地認識空間惡劣環(huán)境對電子元件的影響，提高材料的抗輻射加固性，從根本上弄清楚電子元件內部因輻射導致故障的內在機理，以期為美國國防部21世紀大量的空間任務做準備。
4、以無源集成作為無源元件新增長點
無源集成元件是電子元件的重要組成部分，就電子設備與系統(tǒng)應用的元件總數(shù)量來看，無源元件占據(jù)著絕大多數(shù)，高達70%以上。同時，無源元件對未來系統(tǒng)功能增加及性能提高也發(fā)揮著越來越重要的作用。系統(tǒng)功能的改進要通過小型化、集成無源元件及功能模塊的開發(fā)來實現(xiàn)。而對無源元件來說，以低溫共燒陶瓷（LTCC）技術為代表的無源集成則是無源元件發(fā)展新的增長點。LTCC技術是近年發(fā)展起來的整合組件技術，它已成為無源集成技術的主流。當前，由于LTCC工藝技術的迅速發(fā)展，片式集成無源元件（IPD）已在手機、無線網(wǎng)絡、藍牙等領域獲得應用。日本TDK公司為適應電子元件由單體向模塊化轉變要求，已陸續(xù)開發(fā)出小尺寸、高精度的LTCC模塊，以及在基板里內置了IC裸芯片的超小通信模塊等。我國對LTCC的研究也十分活躍，清華大學、上海硅酸鹽研究所等單位正在開發(fā)LTCC用陶瓷粉料。南玻電子公司開發(fā)出一系列不同性能的陶瓷生帶產(chǎn)品，為不同設計、不同工作頻率的LTCC產(chǎn)品的開發(fā)奠定了基礎。
5、實現(xiàn)無毒無害、安全環(huán)保的新目標
隨著人們對資源環(huán)保、生產(chǎn)安全等方面的關注和意識的增強，世界各國開始十分關注電子產(chǎn)品制造和生產(chǎn)流程環(huán)節(jié)中的環(huán)保和安全問題，綠色電子制造的概念應運而生。歐盟三個指令之后，2007年8月EUP指令（用能產(chǎn)品的生態(tài)化設計要求）生效，該指令針對包括電子信息產(chǎn)品在內的用能產(chǎn)品，在設計階段，對其生命周期涉及的節(jié)能、環(huán)保要求提出全面的框架性指令，帶來深遠影響，建立生物設計、評估和管理體系成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新課題。
在電子元件生產(chǎn)過程中，原材料和工藝是實現(xiàn)綠色制造的關鍵，因此無鉛化的實施對印制線路板（PCB）材質、電子元件的耐溫性、助焊劑的性能、無鉛焊料的性能、無鉛組裝設備的性能提出了更高的要求。因此，各電子元件企業(yè)普遍加強對新材料的研究開發(fā)，以求在元件無鉛化方面有新的突破。近年來Sn/Ag/Cu、Sn/Cu和Sn/Ag/Cu/Bi三種合金已經(jīng)逐漸成為替代錫—鉛的無鉛焊接材料，而在這三種材料中，美國傾向采用Sn/Ag/Cu合金，而日本則更青睞Sn/Ag/Cu/Bi合金。
片式多層陶瓷電容（MLCC）和片式電阻在元件中占有很大比重，當前，全球主要的片式陶瓷電容（MLCC）和片式電阻供應商已經(jīng)完成向無鉛生產(chǎn)的轉變，70%的MLCC企業(yè)已經(jīng)實現(xiàn)了無鉛化，我國大部分廠商已采取相應措施，大型MLCC企業(yè)已經(jīng)基本實現(xiàn)了全面的無鉛化與無毒化生產(chǎn)。如我國風華科技公司已在生產(chǎn)過程中全面實行了無鉛化，針對生產(chǎn)MLCC的主要原材料瓷粉和漿料，已有自己的研發(fā)和配套，瓷粉和漿料等原材料的配套能力達到70%左右。西安創(chuàng)聯(lián)公司在電位器及連接器等產(chǎn)品的生產(chǎn)實現(xiàn)無鉛化。在此基礎上，正在加快解決延遲線、電阻漿料等產(chǎn)品的無鉛化問題。
三、電子元件發(fā)展中的新材料
隨著電子行業(yè)的快速發(fā)展，電子設備的輕薄小型對電子元件小型化、設計差異化及綠色節(jié)能等要求越來越強烈，新型高端元件發(fā)展以關鍵材料為突破口并成為世界各國發(fā)展新一代實用化、節(jié)能化及環(huán)�；娮釉夹g制高點。
主要介紹鐵氧體、電子陶瓷、壓電晶體、新型綠色電池等四種材料。
1、鐵氧體材料。 高頻開關電源因具有低損耗、高頻化和小型化、重量輕等特點，在國際上日益受到重視。而決定電磁器件性能、體積、效率等特性的磁芯材料也被廣泛關注。隨著開關電源高頻化及電子裝備數(shù)字化技術的發(fā)展，軟磁鐵氧體已經(jīng)拓展了更大的市場空間。鐵氧體材料制作的磁性元件是高頻電力電子技術的重要組成部分，對電力電子設備的體積和效率起著決定性的作用。
2、電子陶瓷。 電子陶瓷是廣泛應用于電子信息領域中重要的高技術新材料。隨著現(xiàn)代通訊、計算機、微電子、光電子、機器人制造、生物工程以及核技術等高科技的飛速發(fā)展，微電子行業(yè)對電子陶瓷元器件的要求也愈來愈高，世界各先進國家對高性能復合型電子陶瓷材料的研究開發(fā)都高度重視，日本、美國在電子陶瓷材料的發(fā)展方面處于領先地位，特別是日本在電子陶瓷材料領域中一直以系列最全、產(chǎn)量最大、應用領域最廣、綜合性能最優(yōu)而名列前茅。
3、壓電晶體材料。 壓電晶體材料是制造聲表面波器件、諧振器、振蕩器等頻率元件的關鍵材料。壓電薄膜（ZnO/Al2O3）制作的3GHz以下的高頻率SAW器件已商品化，并已應用于光纖通信及衛(wèi)星通信系統(tǒng)中。壓電晶體與薄膜材料有兩個特別值得注意的發(fā)展方向：一是結構由晶體向薄膜方向發(fā)展，這對信息產(chǎn)業(yè)的通信領域高頻化發(fā)展具有重要意義；二是功能向復合效應方向發(fā)展。
4、新型綠色電池材料。 新型綠色電池技術近年來發(fā)展迅猛，產(chǎn)業(yè)化進程加快。高性能、無污染的新型綠色環(huán)保的鋰離子電池作為通信及電動車輛動力電池，被普遍看好且發(fā)展?jié)摿薮�。目前，在動力電池方面，國際上鋰離子電池最好的材料克容量為每克120毫安～130毫安，我國新材料的克容量水平已經(jīng)超過每克140毫安，技術水平處于國際領先地位。
綜上所述，電子元件科技與工業(yè)依然是世界各國科技發(fā)展的基礎性產(chǎn)業(yè)和發(fā)展重點，電子元件科技的發(fā)展對電子信息產(chǎn)業(yè)的革新和升級仍起著十分重要的基礎作用。電子、納米、生物以及新能源、新材料技術的進步，以及國防和尖端裝備需求，電子元件科技將會繼續(xù)向小型化、片式化、高集成、高精密，高性能，高可靠性，高抗輻射和低功耗等方向發(fā)展。
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