電子元器件的不同發(fā)展階段剖析

　　電子元器件的發(fā)展及特點根據(jù)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)典電子元器件時代、以半導體分立器件為核心的小型化電子元器件時代，現(xiàn)時已進入以高頻和高速處理集成電路為核心的微電子元器件時代，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、線寬越來越細和采用銅導線，其基頻和處理速度也大幅度提高，在電子線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，需要通過整個設備及系統(tǒng)來分析元器件的發(fā)展。

　　▲ 表1 電子元器件的發(fā)展階段及特點

　　上述電子元器件的發(fā)展階段的劃分是2001年提出來的，但近年來電子技術(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(xiàn)，尤其是智能化產(chǎn)品和系統(tǒng)越來越普及，智能化時代已經(jīng)到來，同時，量子技術(shù)有了突破，信息技術(shù)有可能進入“量子時代”

　　智能化時代已經(jīng)到來觀察一下我們周圍，可以發(fā)現(xiàn)，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，智能化汽車電子及智能化公交系統(tǒng)等，其發(fā)展的總趨勢是以智能化為核心的信息化，系統(tǒng)化和網(wǎng)絡化。

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

　　1）指揮控制系統(tǒng)--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(tǒng)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(tǒng)--以傳感器為代表將各種信息轉(zhuǎn)化為電信號，并進行處理。傳感器技術(shù)是一項當今世界令人矚目的迅猛發(fā)展起來的高新技術(shù)之一，也是當代科學技術(shù)發(fā)展的一個重要標志，它與通信技術(shù)、計算機技術(shù)構(gòu)成信息產(chǎn)業(yè)的三大支柱。

　　如果說計算機是人類大腦的擴展，那么傳感器就是人類五官的延伸，當集成電路、計算機技術(shù)飛速發(fā)展時，人們才逐步認識信息攝取裝置--傳感器沒有跟上信息技術(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)展已成為一個瓶頸，對其品質(zhì)、穩(wěn)定性、一致性與可靠性等程度要求越來越高。還出現(xiàn)如數(shù)字話筒、智能傳感器模塊等一些數(shù)字化器件。

　　3）傳輸系統(tǒng)--信號荷載信息，經(jīng)過不同的頻率交換、調(diào)制或編碼，變成適當?shù)男问剑员氵m合于各種不同媒介質(zhì)的傳輸。傳輸系統(tǒng)需要高速大容量網(wǎng)絡，包括無線、有線傳輸，常由兩者結(jié)合傳輸。

　　a）傳輸系統(tǒng)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(wěn)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，光電結(jié)合更加普及，如光纖到戶（FTTH），光纖到桌 （FTTD），許多終端都有光接口。光電結(jié)合和轉(zhuǎn)化的元器件如光器件，光電轉(zhuǎn)化元器件等不斷出現(xiàn)和高速發(fā)展。

　　網(wǎng)絡傳輸速率越來越快，如3G通信，國際電聯(lián)“IMT-2000”（國際移動電話2000）標準規(guī)定，移動終端以車速移動時，其傳轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)速率為 144kbps，室外靜止或步行時速率為384kbps，而室內(nèi)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(tǒng)能夠以100Mbps的速度下載，上傳的速度也能達到20Mbps.

　　4）執(zhí)行系統(tǒng)--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、時頻及顯示器件等，以區(qū)別構(gòu)成一般電子線路的阻容感元件、開關等元器件。

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

　　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(xiàn)當代PCB（印制電路板）最先進技術(shù)，它給PCB帶來精細導線化、微小孔徑化。HDI多層板應用終端電子產(chǎn)品如移動電話（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緊隨移動電話發(fā)展，帶動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(nèi)層形成半導體器件（有源組件）、電子組件（無源組件）埋嵌PCB已開始量產(chǎn)化，組件埋嵌技術(shù)是PCB功能集成電路的巨大變革，同時對相應的裸芯片和元器件的結(jié)構(gòu)和載帶又有了相應的要求。

　　無論是剛性PCB或是撓性PCB材料，隨著全球電子產(chǎn)品無鉛化，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(shù)小、介質(zhì)常數(shù)小，介質(zhì)損耗角正切優(yōu)良材料不斷涌現(xiàn)。同樣，對其上的元器件也帶來了以上同樣的要求，即耐熱性更高，熱膨脹系數(shù)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(wěn)定、高精度、耐高溫，微小型、超小型化，也對它們外型結(jié)構(gòu)及新型載帶等提出更高要求。

　　從以上智能化設備及系統(tǒng)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)濟和社會發(fā)展的大趨勢，“十二五”期間我國要實現(xiàn)信息產(chǎn)業(yè)的跨越式發(fā)展，大力推進國民經(jīng)濟和社會信息化，以信息化帶動工業(yè)化，發(fā)揮后發(fā)優(yōu)勢，實現(xiàn)社會生產(chǎn)力的跨越式發(fā)展。未來的五年，正是世界和我國電子技術(shù)和電子產(chǎn)品更新?lián)Q代的關鍵時期，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(tǒng)集成能力，滿足市場對它的要求。這其中，就包括滿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;滿足我國新型交通裝備制造業(yè)配套需求的高質(zhì)量、關鍵性電子元件;為節(jié)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(jiān)測設備用氣體傳感器、流量傳感器、濕度傳感器等。

　　數(shù)字電視、第三代移動通信和第四代移動通信、新一代互聯(lián)網(wǎng)等對未來發(fā)展影響重大的信息網(wǎng)絡系統(tǒng)和技術(shù)日益成熟，“云”技術(shù)的發(fā)展，使網(wǎng)絡內(nèi)空間超大容量，超大距離網(wǎng)絡的發(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)展越來越快，促成智能微電子元器件要具有適應大規(guī)模超高頻超高速，并有智能化處理的功能。

　　此外，物聯(lián)網(wǎng)應用已進入實際應用階段，傳感器處于物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈的上游，將是整個物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)中需求量最大和最基礎的環(huán)節(jié)。目前全球現(xiàn)在大概有40個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。中國傳感器的市場近幾年一直持續(xù)增長，增長速度超過15%.

　　量子電子元器件階段即將到來，也是對未來智能化元器件發(fā)展的一個推動力。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(diào)控新紀元》，這個物理獎和量子調(diào)控非常有關系。研究量子計算機的中國科學技術(shù)大學郭光燦院士就說：“現(xiàn)在做量子計算機，實際上就是芯片，把很多離子糾纏在一起，分到各個區(qū)里面，如果這個能實現(xiàn)，量子計算機有希望從這兒走?！庇汕迦A大學、中科院物理所和斯坦福大學研究人員聯(lián)合組成的團隊在量子反?；魻栃芯恐腥〉弥卮笸黄?，他們從實驗中首次觀測到量子反?；魻栃?，這是我國科學家從實驗中獨立觀測到的一個重要物理現(xiàn)象，也是物理學領域基礎研究的一項重要科學發(fā)現(xiàn)。該成果于北京時間3月15日凌晨在美國《科學》雜志在線發(fā)表。量子技術(shù)的重要突破，可能在未來電子器件中發(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現(xiàn)。從而，基于新機理、新材料、新結(jié)構(gòu)、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出現(xiàn)。

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