詳解中國電子元器件的不同發(fā)展階段

　　電子元器件的發(fā)展及特點(diǎn)根據檢索，元器件的發(fā)展普遍的提法是：電子元器件發(fā)展階段已經(jīng)歷了以電子管為核心的經(jīng)典電子元器件時(shí)代、以半導體分立器件為核心的小型化電子元器件時(shí)代，現時(shí)已進(jìn)入以高頻和高速處理集成電路為核心的微電子元器件時(shí)代，如表1所示。

　　微電子元器件包括集成電路、混合集成電路、片式和扁平式元件和機電組件、片式半導體分立器件等。微電子指采用微細工藝的集成電路，隨集成電路集成度和復雜度的大幅度提高、線(xiàn)寬越來(lái)越細和采用銅導線(xiàn)，其基頻和處理速度也大幅度提高，在電子線(xiàn)路中其周邊的其他元器件必然要有相應速率的處理速度，才能完成所承擔的功能。因此，需要通過(guò)整個(gè)設備及系統來(lái)分析元器件的發(fā)展。

　　上述電子元器件的發(fā)展階段的劃分是2001年提出來(lái)的，但近年來(lái)電子技術(shù)和電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展很快，新技術(shù)，新產(chǎn)品不斷涌現，尤其是智能化產(chǎn)品和系統越來(lái)越普及，智能化時(shí)代已經(jīng)到來(lái)，同時(shí)，量子技術(shù)有了突破，信息技術(shù)有可能進(jìn)入“量子時(shí)代”

　　智能化時(shí)代已經(jīng)到來(lái)觀(guān)察一下我們周?chē)?，可以發(fā)現，智能化家用電子及電器，如智能電視機、電灶具、電熱水器等;智能化終端如手機、手表式終端等，智能化汽車(chē)電子及智能化公交系統等，其發(fā)展的總趨勢是以智能化為核心的信息化，系統化和網(wǎng)絡(luò )化。

　　這些變化也可以從智能化設備和系統框圖構成來(lái)分析對電子元器件的新要求：

　　1)指揮控制系統--嵌入式處理器芯片，高速，大容量的集成電路，計算芯片已經(jīng)滲入到各種系統和產(chǎn)品中。整機采用雙核、四核，八核以至更多的芯片并行，以加速運算速率的智能化處理。

　　2)信息采集系統--以傳感器為代表將各種信息轉化為電信號，并進(jìn)行處理。傳感器技術(shù)是一項當今世界令人矚目的迅猛發(fā)展起來(lái)的高新技術(shù)之一，也是當代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要標志，它與通信技術(shù)、計算機技術(shù)構成信息產(chǎn)業(yè)的三大支柱。

　　如果說(shuō)計算機是人類(lèi)大腦的擴展，那么傳感器就是人類(lèi)五官的延伸，當集成電路、計算機技術(shù)飛速發(fā)展時(shí)，人們才逐步認識信息攝取裝置--傳感器沒(méi)有跟上信息技術(shù)的發(fā)展而驚呼“大腦發(fā)達、五官不靈”.

　　但是目前傳感器的發(fā)展已成為一個(gè)瓶頸，對其品質(zhì)、穩定性、一致性與可靠性等程度要求越來(lái)越高。還出現如數字話(huà)筒、智能傳感器模塊等一些數字化器件。

　　3)傳輸系統--信號荷載信息，經(jīng)過(guò)不同的頻率交換、調制或編碼，變成適當的形式，以便適合于各種不同媒介質(zhì)的傳輸。傳輸系統需要高速大容量網(wǎng)絡(luò )，包括無(wú)線(xiàn)、有線(xiàn)傳輸，常由兩者結合傳輸。

　　a)傳輸系統為有更高的傳輸速率和帶寬，對元器件品質(zhì)要求如;高頻、帶寬、阻抗匹配、電磁干擾、穩定性與耗損等等特性有更加嚴格的要求，這將導致這些符合條件的元器件發(fā)展更快。

　　b)光網(wǎng)絡(luò )，光電結合更加普及，如光纖到戶(hù)(FTTH)，光纖到桌 (FTTD)，許多終端都有光接口。光電結合和轉化的元器件如光器件，光電轉化元器件等不斷出現和高速發(fā)展。

　　網(wǎng)絡(luò )傳輸速率越來(lái)越快，如3G通信，國際電聯(lián)“IMT-2000”(國際移動(dòng)電話(huà)2000)標準規定，移動(dòng)終端以車(chē)速移動(dòng)時(shí)，其傳轉數據速率為144kbps,室外靜止或步行時(shí)速率為384kbps,而室內為2Mbps.4G是集3G與WLAN于一體，并能夠傳輸高質(zhì)量視頻圖像，它的圖像傳輸質(zhì)量與高清晰度電視不相上下。4G系統能夠以100Mbps的速度下載，上傳的速度也能達到20Mbps.

　　4)執行系統--如控制元件(繼電器，包括固體繼電器)、微特電機及功能性電子元器件發(fā)展更快。功能性電子元器件是具有某些獨特功能的元器件，如頻率、時(shí)頻及顯示器件等，以區別構成一般電子線(xiàn)路的阻容感元件、開(kāi)關(guān)等元器件。

　　5)軟件系統--智能化軟件，如智能化網(wǎng)絡(luò )的軟件。

　　印制電路技術(shù)的支撐與元器件發(fā)展的相互支撐由于HDI(高密度互連技術(shù))集中體現當代PCB(印制電路板)最先進(jìn)技術(shù)，它給PCB帶來(lái)精細導線(xiàn)化、微小孔徑化。HDI多層板應用終端電子產(chǎn)品如移動(dòng)電話(huà)(手機)是HDI前沿發(fā)展技術(shù)典范。在手機中PCB主板微細導線(xiàn)寬度/間距50μm~75μm/50μm~75μm已成為主流。此外導電層、板厚薄型化、導電圖形微細化帶來(lái)電子設備高密度化、高性能化。加上由于裝配密度高，不同頻率的元器件的相互干擾更為明顯。

　　HDI緊隨移動(dòng)電話(huà)發(fā)展，帶動(dòng)信息處理和控制基本頻率功能的LSI和CSP芯片(封裝)、封裝用模板基板的發(fā)展。當前，在PCB的內層形成半導體器件(有源組件)、電子組件(無(wú)源組件)埋嵌PCB已開(kāi)始量產(chǎn)化，組件埋嵌技術(shù)是PCB功能集成電路的巨大變革，同時(shí)對相應的裸芯片和元器件的結構和載帶又有了相應的要求。

　　無(wú)論是剛性PCB或是撓性PCB材料，隨著(zhù)全球電子產(chǎn)品無(wú)鉛化，釬焊溫度提高，要求它們的耐熱性更高，因此新型高Tg、熱膨脹系數小、介質(zhì)常數小，介質(zhì)損耗角正切優(yōu)良材料不斷涌現。同樣，對其上的元器件也帶來(lái)了以上同樣的要求，即耐熱性更高，熱膨脹系數小等。

　　光電PCB利用光路層和電路層傳輸信號，這種新技術(shù)關(guān)鍵是制造光路層(光波導層)。它是一種有機聚合物，利用平版影印、激光燒蝕、反應離子蝕刻等方法來(lái)形成。

　　總之，印制電路板從工藝和特性上對元器件有高頻特性好、一致性、高可靠、高穩定、高精度、耐高溫，微小型、超小型化，也對它們外型結構及新型載帶等提出更高要求。

　　從以上智能化設備及系統分析中，可以看到對元器件的總的要求是：1)智能化元器件要有適應更高頻率，更高速率的特性。2)高速發(fā)展帶動(dòng)以智能化元器件為代表的新功能性元器件向更高層次、更好的特性、成系列的發(fā)展。

　　智能化元器件的發(fā)展前景信息化是當今世界經(jīng)濟和社會(huì )發(fā)展的大趨勢，“十二五”期間我國要實(shí)現信息產(chǎn)業(yè)的跨越式發(fā)展，大力推進(jìn)國民經(jīng)濟和社會(huì )信息化，以信息化帶動(dòng)工業(yè)化，發(fā)揮后發(fā)優(yōu)勢，實(shí)現社會(huì )生產(chǎn)力的跨越式發(fā)展。未來(lái)的五年，正是世界和我國電子技術(shù)和電子產(chǎn)品更新?lián)Q代的關(guān)鍵時(shí)期，國家提出要支持我國新型元器件的發(fā)展，以提高信息化裝備和系統集成能力，滿(mǎn)足市場(chǎng)對它的要求。這其中，就包括滿(mǎn)足新一代電子整機發(fā)展需求的新型片式化、小型化、集成化、高可靠電子元件產(chǎn)品;滿(mǎn)足我國新型交通裝備制造業(yè)配套需求的高質(zhì)量、關(guān)鍵性電子元件;為節能環(huán)保設備配套的電子元件以及環(huán)保型電子元件;為新一代通信技術(shù)配套的電子元件;為新能源以及智能電網(wǎng)產(chǎn)業(yè)配套的電子元件;新型電子元件材料以及設備。其中包括基于MEMS技術(shù)的傳感器、環(huán)境監測設備用氣體傳感器、流量傳感器、濕度傳感器等。

　　數字電視、第三代移動(dòng)通信和第四代移動(dòng)通信、新一代互聯(lián)網(wǎng)等對未來(lái)發(fā)展影響重大的信息網(wǎng)絡(luò )系統和技術(shù)日益成熟，“云”技術(shù)的發(fā)展，使網(wǎng)絡(luò )內空間超大容量，超大距離網(wǎng)絡(luò )的發(fā)展;這就導致智能化為核心的功能集成更廣的產(chǎn)品發(fā)展越來(lái)越快，促成智能微電子元器件要具有適應大規模超高頻超高速，并有智能化處理的功能。

　　此外，物聯(lián)網(wǎng)應用已進(jìn)入實(shí)際應用階段，傳感器處于物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈的上游，將是整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)中需求量最大和最基礎的環(huán)節。目前全球現在大概有40個(gè)國家從事傳感器的研制生產(chǎn)工作，研發(fā)、生產(chǎn)單位有5000余家，產(chǎn)品達20000多種。中國傳感器的市場(chǎng)近幾年一直持續增長(cháng)，增長(cháng)速度超過(guò)15%.

　　量子電子元器件階段即將到來(lái)，也是對未來(lái)智能化元器件發(fā)展的一個(gè)推動(dòng)力。2012年，量子技術(shù)有了突破，獲得諾貝爾物理獎題目叫做《量子調控新紀元》，這個(gè)物理獎和量子調控非常有關(guān)系。研究量子計算機的中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)郭光燦院士就說(shuō)：“現在做量子計算機，實(shí)際上就是芯片，把很多離子糾纏在一起，分到各個(gè)區里面，如果這個(gè)能實(shí)現，量子計算機有希望從這兒走。”由清華大學(xué)、中科院物理所和斯坦福大學(xué)研究人員聯(lián)合組成的團隊在量子反?；魻栃芯恐腥〉弥卮笸黄?，他們從實(shí)驗中首次觀(guān)測到量子反?；魻栃?，這是我國科學(xué)家從實(shí)驗中獨立觀(guān)測到的一個(gè)重要物理現象，也是物理學(xué)領(lǐng)域基礎研究的一項重要科學(xué)發(fā)現。該成果于北京時(shí)間3月15日凌晨在美國《科學(xué)》雜志在線(xiàn)發(fā)表。量子技術(shù)的重要突破，可能在未來(lái)電子器件中發(fā)揮特殊的作用，可用于制備極低能耗的高速電子器件，量子計算機就有可能實(shí)現。從而，基于新機理、新材料、新結構、新工藝以及新功能的極低能耗，適應于高速率的量子電子元器件和多功能的組件也會(huì )出現。

　　綜合以上對電子整機及系統、產(chǎn)品結構和工藝以及市場(chǎng)的分析，微電子電子元器件應分為一般和智能化前后(如表2所示)兩個(gè)階段，同時(shí)，量子電子元器件階段也將到來(lái)。