1、电子元器件发展趋势及预测电子元件行业发展趋势小型化:电子产品的多功能化和便携式同时要求电子元件产品在保持原有性能的基础上不断缩小元件的尺寸。以多层陶瓷电容器(MLCC)为例,目前的主流产品的尺寸正在从0603 型向 0402 型过渡,而更受市场欢迎的高端产品是 0201 型。尺寸的缩小涉及一系列材料和工艺问题,这些问题是目前无源元件研究的一个热点,一些新材料和前沿技术(如纳米技术等)已开始被用于超小型元件的工艺之中。多功能化:随着电子新型产品功能的不断增加,对片式元件功能的要求也越来越多样化。尽管从数量上看,电子元件的片式化率已高达 70%以上,但发展很不均衡,一些元件由于工艺、结构及材料等原
2、因,片式化的难度较大。如具有电感结构的磁珠元件,其功能不在于作为一个电感器,而是抗电磁干扰,目前片式化的磁珠元件已成为用量最大的一类片式电感类元件。这些新元件的设计和材料都是电子元件所面临的新问题。目前,为了实现微波陶瓷元件、过流保护元件、敏感陶瓷元件、磁性变压器等元件的片式化,世界各国都在开发具有低温烧结特性的微波陶瓷介质和敏感陶瓷材料及相应材料的多层共烧技术。集成模块化:由于无源电子元件的制造工艺在材料和技术上差异很大,很长时间以来一直以分立元件的形式使用。尽管人们一直在片式元件的小型化方面进行着一系列努力,但与半导体器件的高度集成化相比,其发展相对缓慢得多。近年来,由于低温共烧陶瓷(LT
3、CC)等技术的突破才使无源集成技术进入了实用化和产业化阶段,并成为备受关注的技术制高点。基于 LTCC 技术的片式元件及其集成化产品的产值一直以每两年翻一番的速度发展。 ,到 2010 年,仅中国内地的 LTCC 产品市场就将达到 30 亿美元。高频化、宽频化:电子产品向高频(微波波段)发展的趋势很强劲,如无线移动通信发展到 2GHz,蓝牙技术是 2.4GHz,短距离无线数据交换系统可达 5.8GHz。此外,高速数字电路产品越来越多,光通信的传输速度已从 2.5Gbps 发展到 10Gbps。这些进展都对电子元器件提出了更高的要求,如降低寄生电感、寄生电容、提高自谐振频率、降低高频 ESR、提
4、高电子元器件发展趋势及预测深圳协林创业信息咨询有限责任公司 咨询服务热线:0755-83229655 FAX:0755-82865255 高频 Q 值等。绿色化:在电子元件的制造过程中,往往使用大量有毒物料,如清洗剂、溶剂、焊料及某些原材料等。部分电子元件成品中有时也含有有毒物质,如汞、铅、镉等。现在一些发达国家已经立法禁用这些有害物质,提倡绿色电子。我国电子元件行业也面临这一课题,有大量的技术问题有待于解决。纳米材料研发新趋势进入 21 世纪,纳米技术的发展日新月异,纳米高分子材料作为其中的重要分支,研发呈现出新的趋势。过去 5 年来纳米技术已在全球呈现在爆炸式的发展,几乎所有的工业化国家都
5、制订了纳米技术研究计划,政府为此投入了大量的资金。纳米技术的潜在利益驱使着许多国家的科学家们不断地探索和研究,并且引发了一场全球性的国际竞争。我国界如何适应形势贴近新趋势,是一个十分重要的趋势。纳米高分子材料被科学家称为强大的“混血儿” 。纳米粉末粒径小、表面积大、易于团聚,因此在制备纳米粉末改性的聚合物复合材料时,用通常的共混法难以得到纳米结构的复合材料。为了增加纳米添加物与聚合物的界面结合力,提高纳米微粒的均匀分散能力,需对纳米粉末进行表面改性。主要是降低粒子的表面能态、消除粒子的表面电荷、提高纳米粒子与有机相的亲和力、减弱纳米粒子的表面极性等。一般可采用 6 种方法对纳米粒子进行表面改性
6、:一是表面覆盖改性。利用表面活性剂覆盖于纳米粒子表面,赋予粒子表面新的性质。常用的表面改性剂有硅烷偶联剂、钛酸酯类偶联剂、硬脂酸、有机硅等;二是机械化学改性。运用粉碎、摩擦等方法,利用机械应力作用对纳米粒子表面进行激活,以改变表面晶体结构和物理化学结构,这种方法使分子晶格发生位移、内能增大,在外力的作用下活性的粉末表面与其他物质发生反应、附着,达到表面改性目的;三是外膜层改性,在纳米粒子表面均匀地包覆一层其他物质的膜,使粒子表面性质发生变化;四是局部活性改性,利用化学反应在纳米粒子表面接枝带有不同官能基团的聚合物,使之具有新的功能;五是高能量表面改性,利用高能电晕放电、紫外线、等离子射线等对纳
7、米粒子进行表面改性;六是利用沉淀反应进行表面改性,利用有机或无机物在纳米粒子表面沉淀一层包覆物,以改变其表面性质。以上方法中最简单和最常用的方法是添加界面改性剂,即分散剂、偶联剂等,分散剂能降低纳米粒子的表面能、改善填料的分散状况,但不能改善填料纳米粒子与基体的界面结合,偶联剂即可与基材有强的相互作用。普通填料加入到高分子材料中一般使拉伸强度明显降低,而采用纳米粉末填充的复合材料,其拉伸强度却会有所增加,并在一定范围内出现极值。如纳米 SiO2 填充复合材料的拉伸强度在 SiO2 体积分数为 4%时达到最大值。研究表明,采用纳米 CaCO3 填充聚乙烯,复合材料的断裂延伸率提高。对于复合材料杨
8、氏模量的影响也是如此,即微米级填料使杨氏模量增长平缓,而纳米级填料则可使杨氏模量急剧上升,这是因为纳米粒子表面原子比例高,易于与聚合物充分地吸附、键合。研究还发现,采用不同种类的纳米粉末混合填充聚合物,将使复合材料的性能在某一点上出现极值。这是由于不同粒子的官能团种类、数目及表层厚度不同,在粒子与基体作用的同时,粒子之间也相互吸附,从而表现出协同效应。例如,采用超微细 CaCO3 或滑石粉都会使冲击强度、断裂延伸率减小,但是两种粉末同时加入所产生的协同作用使得冲击强度和断裂延伸率均增大。塑料的增韧增强改性方法较多,传统的方法有共混、共聚、使用增韧剂等。无机填料填充基体,通常可以降低制品成本、提
9、高刚性、耐热性和尺寸稳定性,然而往往带来冲击强度和断裂延伸率的下降。往硬性塑料中加入橡胶弹性粒子,可以提高冲击强度,但拉伸强度却下降。往高分子材料中加入增强纤维,可以大幅度提高其拉伸强度,但冲击强度特别是断裂延伸率往往有所下降。近年来采用液晶聚合物对高分子材料的原位复合增强等,可使复合材料的拉伸及冲击强度均有所改善,但断裂伸长率仍有所下降。纳米技术的出现为塑料的增韧增强改性提供了一种全新的方法和途径。纳米粒子表面活性原子多,可与基体紧密结合,相容性比较好。当受外力时,粒子不易与基体脱离,而且因为应力场的相互作用,在基体内产生很多的微变形区,吸收大量的能量。这就使得复合材料能较好地传递所承受的外
10、应力,又能引发基体屈服,消耗大量的冲击能,从而达到同时增韧和增强的效果。例如,聚丙烯(PP)增韧增强改性以往多采用橡胶类弹性体共混合纤维、填料的填充共混方式,近年来开始用纳米级无机填料填充聚合物。面对今后汽车的设计、制造向全球化发展的趋势,丰田公司计划使这种 PP 纳米复合材料成为汽车上统一使用的标准材料。丰田公司还计划将目前汽车上用的 7 种外装饰树脂材料和 13 种内装饰树脂材料研究开发成纳米复合材料。目前日本已将纳米聚合物复合材料广泛应用于汽车工业、食品包装等,其他潜在的应用还包括飞机内部材料、电工和电子元件、防护罩结构部件、制动器和轮胎等。目前国际上几乎所有的塑料行业都涉足本项目的研究
11、发,研究内容也扩展到各种聚合物体系。目前国内扬子石化研究院研制成功纳米聚丙烯复合材料,是在聚丙烯基料加入纳米粉末,使其聚集态及结晶形态发生改变,从而具有了新的性能,即保持了原有刚性,而韧性大幅度提高,是国内首创。用这种材料制成箱包,既坚硬,又不易碎裂。用它制造汽车零部件,可代替高品质的塑料和钢材。但多局限于个别体系,且尚无规模化产品问世。塑料抗老化性能差影响了其推广应用。太阳光的紫外线波长在 200400nm 之间,而280400mm 波段的紫外线能使高分子材料分子链断裂,从而使材料老化。纳米 SiO2 与TiO2 适当混配,可吸收大量的紫外线,从而使塑料抗老化能力提高。例如在 PP 中加入
12、0.3%的纳米 TiO2,经过 700h 热光照射后,其拉伸强度仅损失 10%。在塑料中添加具有抗菌性的纳米粒子,可使塑料具有持久抗菌性。应用此技术现已生产出抗菌冰箱等产品。将纳米 ZnO或纳米金属粒子添加到塑料中,可以得到具有抗静电性的塑料。选用适当的纳米粒子添加到塑料中,还可以制成吸波材料,用于生产“隐身涂料” 。国内小鸭集团运用纳米技术将无机 Ag/聚合物复合材料制成洗衣机外桶,不但增强了韧性,具有耐摩擦和耐冲击的能力,而且还具有很好的光洁度和很强的防垢能力,保持洗衣机的自身清洁。通用塑料具有产量大、应用广、价格低等优点。在通用塑料中加人纳米粒子能使其达到工程塑料的性能。如采用纳米技术对
13、聚丙烯进行改性,其性能可达到尼龙 6 的性能指标,而成本却降低 1/3,这样的产品如果实现工业化生产,将取得很好的经济效益。以往橡胶改性多加入炭黑来提高强度、耐磨和抗老化等性能,但这样处理后制品变成黑色,色彩单调。为了制成彩色橡胶,可将白色纳米粒子如纳米 SiO2 作补强剂或使用纳米粒子着色剂。由于纳米 SiO2 是三维链状结构,将其均匀分散在橡胶大分子中并与之结合成为立体网状结构,从而提高制品强度、弹性和耐磨性。同时,纳米 SiO2 对波长 499nm 以内的紫外线反射率达 70%80%,故可提高橡胶的抗老化能力。如北京橡胶设计研究所研制的彩色防水卷材,其性能指标达到或优于三元乙丙橡胶防水卷
14、材。也可用纳米技术改性轮胎侧面胶生产彩色轮胎,轮胎侧面胶的抗折性能将由 10 万次提高到 50 万次。将少量纳米 TiO2 加入到合成纤维中,制成抗老化的合成纤维,用它制成的服装和用品具有防紫外线的功效,如防紫外线的遮阳伞等。近年来出现的各种新型功能化学纤维,不少是应用了纳米技术。如日本帝人公司将纳米 ZnO 和纳米 SiO2 混入化学纤维,得到的化学纤维具有除臭及净化空气的功能,这种纤维被用于制造长期卧床病人和医院的消臭敷料、绷带、睡衣等。日本仓敷公司将纳米 ZnO 加入到聚酯纤维中,制得了防紫外线纤维,该纤维还具有抗菌、消毒、除臭的功能。与对塑料的纳米改性相似,将金属纳米粒子添加到化纤中可
15、以起到抗静电的作用,将 Ag 的纳米粒子添加到化纤中还有除臭、灭菌的作用。以生产“波司登”羽绒服而出名的江苏康博集团,将从天然奇冰石中提取的纳米级超细粉末加入到保暖内衣层中,能有效地杀菌抑菌、消除异味。近年来随着各种家电、手机、电视机、电脑、微波炉等的使用越来越普遍,电磁波对人体的影响已有明确的定论。目前美、日、韩等国已有抗电磁波的服装上市,国内采用纳米材料制备抗电磁波纤维的研究也正在进行之中。纳米材料作为一项高新技术在高分子材料改性中有着非常广阔的应用前景,对开发具有特殊性能的高分子材料有着重要的实际意义。尤其是纳米粉末填充塑料体系表现出同时增强增韧的特性,为开拓聚合物复合材料的应用领域开辟
16、了广阔的前景。我国塑料进口量占国内总需求量的 50%,但同时又存在国产塑料产品过剩的问题,这是因为国产塑料产品大多属于大品种用聚合物,具有产品型号少、品位低的缺点。开发纳米聚合物复合材料并使之工业化应用,可以充分利用我国资源优势,也是改造传统聚合物工业技术的最佳途径,具有巨大的市场潜力。我国在纳米改性高分子材料的应用研究方面才刚刚起步,相信在不远的将来,纳米材料会进一步扩大工业化,并广泛应用于高分子材料领域。传感器市场发展趋势改革开放 30 年来,我国的传感器技术及其产业取得了长足进步,目前国内容传感器面临着新的形势,未来 10-20 年传感器市场的发展会呈现稳中增长的趋势。1、国内传感器的总
17、需求量将稳定增长投资类用传感器将呈现较大幅度增长,各工业部门为节约原材料、降低能耗、提高产品质量以及提高劳动生产率和经济效益,将大量需要工业控制传感器,以实现对传统产业的改造;随着国家对环保工程的高度重视,环保工程中所需各类传感器的需求更加旺盛;尤其是我国“西部开发”工程以及“西电东送” 、 “西气东输”等重点工程的进展,将大幅度拉动传感器的需求增长;消费类用传感器将呈现持续稳定增长势头,在未来 10-20 年中,家用电器将在农村中普及,在城镇家庭中将进入更新换代期,新一代家用信息电器、办公用信息产品的需求,决定了消费类市场的繁荣势头。2、传感器市场需求的产品结构将向着增加投资类产品的比例发展
18、,其中设施农业、环保、医疗卫生以及仪器检测用传感器将有更广阔的新市场;3、传感器市场空间将扩展,供需关系将呈现多元化的公平竞争,并将逐步实现“网上订货”方式交易。未来 20 年将是我国新型传感器技术得到全面、协调、持续发展的战略机遇期,也是我国传感器产业必须紧紧抓住,并且可以大有作为的重要发展期。因此,全行业必须树立创新意识,大力加强新型传感器的开发,紧密结合我国国情和市场发展需求,努力开发新技术含量高、拥有自主知识产权的新型传感器,提高产品的性能价格比,加快科研成果的转化,加快新型传感器的产业化,迅速提高国产化传感器的市场占有率,缩小与发达国家的差距,为将我国的传感器产业建设成为具有先进水平
19、和更强综合实力与国际竞争力的新型传感器产业而努力。集成电路行业发展趋势在工业科技领域进步最快的集成电路业,在不断提升集成化、薄壳化以及经济化水平的同时,对封装模塑料特别是模塑料主要材料环氧树脂提出了高功能化要求。随着高集成化封装的大型、薄壳化,IC 封装用环氧树脂除了高纯度化外,目前正在积极走向高功能化。高功能化主要包括四个方面的性能要求。首先是低收缩性。近年来业界最为关心的技术是模塑料固化后的内部应力问题,一旦内部应力的存在会使硅芯片表面的钝化膜产生裂缝、自身龟裂或连接线切断等现象。在目前超大规模集成电路产业化的时代,随着铝配线图的细微化、硅片大型化、封装的薄壳化,对环氧树脂等材料的低收缩特
20、性要求提出了更高要求。目前新型封装环氧树脂的最大特点是具有超低的固化线收缩率,从而使各种制品具有较低的固化后内应力,能够保证制品在冷热冲击环境中保证形状不变,有效的保证制品的尺寸精度,以减小固化过程中的应力变化,以减少封装过程中对元件的电感、电偶等性能的影响,因而更适合于制作各种大面积绝缘封装。耐热冲击性是另一个重要性能。要求新型封装树脂璃钢试板无裂纹、发白、脱胶、鼓泡等老化现象,即具有耐高低温交变性良好,同时在低温下的力学性能良好。低吸水性也要达到相当高度。应具有更好耐水性能和力学强度,可以作为绝缘封装的上佳的结构材料,完成符合玻璃纤维增强塑料耐水性试验方法 (GB2575-89)的要求。最
21、后固化条件及工艺性能必须优越。要求粘度较低,具有良好的工艺性,适合各种成型工艺(包括模压、拉挤、灌封等) 。另外,还可以根据不同的使用要求采用不同的固化体系,在常温、中温、高温条件下均可以良好地固化达到最佳性能。预测 2010 年国际上集成电路技术将达到 45nm,2013 年进入 32nm,2016 年实现 22nm的量产。图表 国际集成电路技术发展趋势年份 2010 年 2013 年 2016 年数值 45nm 32nm 22nm数据来源: 9988 中国商业情报网根据相关数据整理2015 年 电子元件产业经济指标预测预计到 2015 年,我国电子元器件总产量将达到 5 万亿只,销售收入达
22、到 5 万亿元,阻容感片式化率达到 90%。电子元器件国际市场占有率达到 50%,国内市场占有率达到 70%。预计 2010 年中国半导体市场规模约 800 亿美元,年增率约 17%,中国消费电子市场 2010年销售收入达 178 亿美元,比 2009 年增长 16.3%,预计 2015 年车用元器件价值将增加一倍。2015 年半导体照明芯片国产化率预测根据“十二五”规划,半导体照明工程到 2015 年芯片国产化率将达 70,产业规模达到 5000 亿元,相关企业面临着巨大商机。在国家新材料产业发展的“十二五”规划思路专题报告中指出,新材料“十二五”规划从技术导向转为以产业和经济需求为牵引,围
23、绕“应对金融危机、推进绿色制造、支撑产业升级”的思路,推进基础性重点原材料产业结构调整与升级。半导体照明工程到 2015 年芯片国产化率将达 70,形成百亿元以上芯片企业与百亿元以上应用企业体系,实现年节约用电 1000 亿度,产业规模 5000 亿元。在先进显示领域,2015 年国内将形成激光显示技术和产业体系,构建 OLED 大规模生产线体系,显示共性技术和配套材料将带动 6000 亿至 8000 亿元产业链。高性能电池方面,将攻克关键技术,开发大战略产品和技术系统,形成网络化的战略产品技术群与核心专利池,构建高端电池研发和产业化基地,2015 年力争实现高性能电池(材料)产业规模千亿元以
24、上。稀土功能材料方面,产值规模将达 500 亿元,高端稀土功能材料 5 年总产量达 100 万吨,带动相关行业产值 15 万亿元以上。2015 电子电力器件发展趋势预测“低碳经济”被炒得非常火势,低碳经济主要表现在能源方面,做为发展中国家的我国,能源需求日益增长,与此同时,改变落后的能耗,挖掘节能的潜力,任务也很繁重。现状是:我国获得 1 美元产值的能耗,相当于法国的 5 倍、日本的 4.5 倍、巴西的 3.8 倍、美国的 2.1 倍。不改变这种状况,不抓节能,不切实提高能源效率,是不能迅速改变我国工业生产面貌的。所以国家对电子电力器件以及声表面波(saw)器件市场的开发研究也加大了力度。电子
25、电力器件(electronicpowerdevice)又称为功率半导体器件,是用于电能变换和电能控制电路中的大功率(通常指电流为数十至数千安,电压为数百伏以上)电子器件。又称功率电子器件。20 世纪 50 年代,电子电力器件主要是汞弧闸流管和大功率电子管。60 年代发展起来的晶闸管,因其工作可靠、寿命长、体积小、开关速度快,而在电力电子电路中得到广泛应用。70 年代初期,已逐步取代了汞弧闸流管。80 年代,普通晶闸管的开关电流已达数千安,能承受的正、反向工作电压达数千伏。在此基础上,为适应电力电子技术发展的需要,又开发出门极可关断晶闸管、可控硅整流器(scr)、双向晶闸管、光控晶闸管、逆导晶闸
26、管等一系列派生器件,以及单极型 mos 功率场效应晶体管、igbt、双极型功率晶体管(gtr)、静电感应晶闸管、功能组合模块和功率集成电路等新型电力电子器件。各种电子电力器件均具有导通和阻断两种工作特性。功率二极管是二端(阴极和阳极)器件,其器件电流由伏安特性决定,除了改变加在二端间的电压外,无法控制其阳极电流,故称不可控器件。普通晶闸管是三端器件,其门极信号能控制元件的导通,但不能控制其关断,称半控型器件。可关断晶闸管、功率晶体管等器件,其门极信号既能控制器件的导通,又能控制其关断,称全控型器件。后两类器件控制灵活,电路简单,开关速度快,广泛应用于整流、逆变、斩波电路中,是电动机调速、发电机
27、励磁、感应加热、电镀、电解电源、直接输电等电力电子装置中的核心部件。这些器件构成装置不仅体积小、工作可靠,而且节能效果十分明显(一般可节电 10%40%)。从上世纪六七十年代至八十年代初,功率半导体器件主要是可控硅整流器(scr)、巨型晶体管(gtr)和其后的栅关断晶闸管(gto)等。它们的主要用途是用于高压输电,以及制造将电网的 380v 或 220v 交流电变为各种各样直流电的中大型电源和控制电动机运行的电机调速装置等,这些设备几乎都是与电网相关的强电装置。因此,当时我国把这些器件的总称powersemiconductordevices 没有直译为功率半导体器件,而是译为电子电力器件,并将
28、应用这些器件的电路技术 powerelectronics 没有译为功率电子学,而是译为电力电子技术。电子电力器件按照器件的控制能力可分为以下三类:半控型器件:晶闸管(thyristororscr)及其大部分派生器件,其特征是:控制极只能控制器件导通,不能控制关断。全控型器件:igbt、mosfet、gto、gtr,其特征是:控制极可以控制器件导通和关断。不可控器件:电力二极管(powerdiode)。电子电力器件的应用:一般工业:交直流电机、电化学工业、冶金工业交通运输:电气化铁道、电动汽车、航空、航海电力系统:高压直流输电、柔性交流输电、无功补偿电子装置电源:为信息电子装置提供动力家用电器:
29、“节能灯” 、变频空调电子元器件发展趋势及预测深圳协林创业信息咨询有限责任公司 咨询服务热线:0755-83229655 FAX:0755-82865255 其他:ups、航天飞行器、新能源、发电装置电子电力器件的核心是电力电子器件的芯片目前均是用半导体材料、半导体制造工艺和技术(微电子技术)生产的。电力电子器件的芯片是电力电子器件的核心,电力电子器件的芯片通过封装上外壳就成为电力电子器件了。电子电力器件分类及优缺点igbt 优点:开关速度高,开关损耗小,具有耐脉冲电流冲击的能力,通态压降较低,输入阻抗高,为电压驱动,驱动功率小;缺点:开关速度低于电力 mosfet,电压,电流容量不及 gto
30、。gtr 优点:耐压高,电流大,开关特性好,通流能力强,饱和压降低;缺点:开关速度低,为电流驱动,所需驱动功率大,驱动电路复杂,存在二次击穿问题。gto 优点:电压、电流容量大,适用于大功率场合,具有电导调制效应,其通流能力很强;缺点:电流关断增益很小,关断时门极负脉冲电流大,开关速度低,驱动功率大,驱动电路复杂,开关频率低。电力 mosfet 优点:开关速度快,输入阻抗高,热稳定性好,所需驱动功率小且驱动电路简单,工作频率高,不存在二次击穿问题;缺点:电流容量小,耐压低,一般只适用于功率不超过 10kw 的电力电子装置。制约因素:耐压,电流容量,开关的速度。可控硅整流器(scr)、双向晶闸管
31、、双极型功率晶体管(gtr)等半导体器件的,这些产品是新型电力电子器件。电子电力器件是半导体分立器件的一个分支。电子电力器件的核心是电力电子器件的芯片电子电力器件发展趋势:市场分析进入新世纪,电力电子器件的研究和开发,已进入高频化,标准模块化,集成化和智能时代。高频化是今后电力电子电子电力器件技术创新的主导方向,而硬件结构的电子元器件发展趋势及预测深圳协林创业信息咨询有限责任公司 咨询服务热线:0755-83229655 FAX:0755-82865255 准模块是器件发展的必然趋势,目前先进的模块,已经包括开关元件和与其反向并联的续流二极管在内及驱动保护电路多个单元,并都以标准化和生产出系列产品,并且可以在一致性与可靠性上达到极高的水平。