新型元器件的研究现状与发展趋势

新型电子元器件的研究现状与发展趋势

韦纯严 1300130525

（桂林电子科技大学 机电工程学院，广西 桂林）

摘 要：电子元件是信息技术的重要支撑，是电子装备、电子信息系统以及武器装备控制系统必不可少的重要部件。从信息技术的发展历程可以看出，电子系统功能的每一次升级、半导体技术的每一种创新与变革都会从产量和性能等方面对元件提出新的更高的要求。因此研究与发展新型电子元器件，关注电子元器件的发展趋势对于一个国家的重要性是不言而喻。 关键词：电子元件；发展趋势

1 引言

当今社会科技的发展是日新月异，产品的更新换代的时间越来越短，而这一切的进步都离不开电子元器件的发展。电子元器件是电子设备及信息系统的重要基础之一，其发展速度、技术水平高低和生产规模，不仅直接影响着电子信息产业的发展，而且对改造传统产业，促进科技进步，提高装备现代化水平都具有重要的现实意义。因此，密切关注电子元器件的发展趋势，总结电子元器件的发展趋势，找出电子元器件发展新特点，密切关注电子元器件领域的新材料等，对促进我国电子元器件的发展、提高电子元器件整体水平、推动电子信息产业发展，都具有重要的理论和现实意义。

2 电子元器件国内外现状

2.1世界电子元器件发展现状

现在的电子设备及信息系统的体积越来越小，电路密度越来越高，传输速度也越来越快，新型电子元器件正在向片式化、微型化、高频化、宽频化、高精度化、集成化方和绿色环保向发展。

2.2我国电子元器件的发展现状

由于西方发达国家在电子元器件行业中所投入的研发强度较大，如美国、日本等国家其在电子元器件行业中所投入的研发强度都已经超过5%，甚至有一些企业的投入高达10%以上，因此，这些国家在电子元器件行业中处于领先地位。而我国由于在电子元器件研发领域中所投入的研发强度很有限，其核心技术基本上只能依靠进口。再加上，我国设备陈旧，生产工艺比较落后，产品核心技术含量低。同时，引进国外先进的电子元器件收到许多环节、条件的制约。由于每种不同电子元器件所使用的材料以及生产工艺都有所不同，其功能和价格也有所差异，所以导致无法根据电子元器件的功能来制定关税，从而引起很多的电子元器件因功能与价格不明而被海关扣留。因此，需要相关权威机构对电子元器件的功能及其价值进行鉴定，并作出具有相应的鉴定材料。除此之外，出口西方国家的产品也面临着较大的贸易壁垒，使我国的电子元器件产品也面临着相应的标准门槛。

由于我国的芯片起步晚，发展较为缓慢，因此，目前我国的自主品牌的芯片还处于发展阶段。与西方发达国家相比，我国自主品牌的芯片占全球芯片市场占有率少得可怜。

我国的电子元器件的起步比较晚，发展较为缓慢，相比于发达国家我国对新型电子元器件的研究与生产技术都相对落后。但是我国的片式电阻器、片式独石陶瓷电容器、铝电解电容器、石英晶体谐振器、压电陶瓷滤波器、双面及多层印制板、覆铜板、扬声器等产品已达到规模经济生产要求。

3 电子元器件技术发展趋势

从世界电子元器件的技术发展趋势来看，总体来看，片式化已经成为衡量电子元件技术发展水平的重要标志之一，其中，片式电容、片式电阻、片式电感三大无源元件，约占元器件总产量的85%-90%。电子元器件在片式化的同时，也在向小型化方向迅速发展，随着电子设备小型化进程的加快，电子元件复合化和集成化的步伐也在加快。由于电子元器件产品种类很多，各分类产品在技术发展趋势上又各有自身的特点。

电子元器件正进入以新型电子元器件为主体的新一代元器件时代，它将基本上取代传统元器件。电子元器件由原来只为适应整机的小型化及其新工艺要求为主的改进，变为以满足数字技术、微电子技术发展所提出的特性要求为主，而且是成套满足的产业化发展阶段。新型电子元器件体现当代和今后电子元器件向高频化、片式化、微型化、薄型化、低功耗、响应速率快、高分辨率、高精度、高功率、多功能、组件

化、复合化、模块化和智能化等的发展趋势。同时，产品的安全性和绿色化也是影响其发展前途的重要因素。

4 先进国家电子元器件发展趋势

4.1美国日本韩国台湾电子元器件发展趋势

美国作为传统电子元器件的强国之一，其电子元器件发展较快，先后制定了一系列的政策以及投入了相应的资金促进电子元器件快速发展。加之，美国国防部把“开发先进电子元器件”作为一个重大计划。因此，美国电子元器件科技一直处于领先地位。日本的电子元器件企业一直积极研发新技术，致力于向多样化发展，从而使日本的电子元器件遍布全球范围内，已占全球1/2.韩国作为发展电子元器件产业基地之一，其原器件的发展情况也相当不错。例如三星电子成为电子元器件行业的领跑者。台湾在发展电子元器件也不甘落后，目前，台湾已经成为全球元器件发达地区之一。

5 电子元器件科技发展新趋势

当前，随着传统元器件科研生产逐步地走向成熟，电子元器件科技正步入一新型材料、新工艺和新技术带动下的产品更新升级和深化发展的新时期，电子元器件由原来只为适应整机的小型化及其新工艺要求为主的改进，变成以满足数字技术、微电子技术发展所提出来的特性要求为主，而且是成套满足发展阶段，呈现出多个方面的新特点。

5.1呈片式化、小型化的技术发展新趋势

片式化、小型化已经成为衡量电子元器件发展水平的重要标注之一。美国、欧洲、日本等发达地区以及亚太地区、印度等发展中国家和地区，各类电子元器件均已有相应的片式化产品。其中片式电容、片式电阻和片式电感这三大无源元件，占了全球片式元器件总产量的80%以上。电

子元器件片式化的同时，小型化也在迅速地发展，不仅传统元件在迅速的小型

化，片式元件也在迅速的小型化。当前片式阻容元件的主流产品的尺寸是0603

型、0402型，正朝着外形尺寸更小的0201型和01005型方向发展。例如，体

积仅为0.0045 cm3的温度补偿晶体振荡器(TCXO)和体积为0.325cm32的片式继

电器，以及高度仅为1.55mm 的DIP 开关等小型化元件都已相继开发成功。尺寸

缩小涉及一系列材料和工艺问题，这也是当前元件研究的一个热点。

目前CPU 的制造工艺距离晶体管的理论最小尺寸还有一定的差距，仍未达

到物理极限，对于半导体制造未来的技术发展，超越摩尔定律认为即使行业不

再依赖器件尺寸减小和晶圆面积扩大来降低成本，半导体产品可在一个系统封

装内整合不同类型的技术，朝着功能多样化的集成方向发展；跟随摩尔定律则

认为可在晶片上集成更小的晶体管，降低临界尺寸。总之，元器件行业可能通

过片式化、小型化、集成更多数字和模拟技术提供特定的封装级或者系统级产

品。

5.2向集成模块化发展

由于无源的电子元件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(LTCC)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。当前，由于LTCC 工艺技术的迅速发展，

片式集成无源元件(IPD)已在手机、无线网络、蓝牙等领域获得应用。清华大学、

上海硅酸盐研究所等单位正在开发LTCC 用陶瓷粉料。南玻电子公司开发出一系

列不同性能的陶瓷生带产品，为不同设计、不同工作频率的LTCC 产品的开发奠

定了基础。

5.3轻量化、抗辐射性能满足宇航级的新应用

随着太空活动的深入发展，宇航用各类电子系统增长非常迅速，一方面是空间用电子元件的需求两不断的增加，另一方面对电子元件提出了更高性能的要求，如小型化、轻量化以及抗辐射性能、加固性能、

释气效应等，特别是在抗辐射加固性能方面的要求已经达到相当苛刻的地步。美国一空军研究所实验室几

年前发起了一项航天计划，其中的一项重要研究内容就是系统地认识空间恶劣的环境对电子元件的影响，提高材料的抗辐射加固性，从根本上弄清楚电子元件内部因辐射导致故障的内在机理。

5.4以低能耗、高可靠满足国防军工的新要求

便捷式消费电子设备正向小尺寸、轻重量、多功能和数字化方向发展，全面带动了世界电子元器件科技向小型、片式、低厚度、低功耗、高频和高性能的深入发展和改进。与此同时，国防和尖端科技装备也

对电子器件提出了低功耗、高可靠等性能等方面的新要求。如美国单兵作战系统、

便捷式电台等小型作战装备，为保证装备在作战时在战场中可持续使用时间，在

设计之初就提出了对其低功耗的要求，在电子元件的设计和选择中，低功耗已经

成为很重要的一个标准。

除此之外，未来战场复杂的电磁场和恶劣的自然环境对电子元件产品的可靠

性要求也越越高。如在连接器领域，近年来国外迅速兴起的纳小型连接器，由于

具有很高的可靠性，以及尺寸小和重量轻等特点，这种新型连接器已经在军事领域得到了非常广泛的应用。

5.5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。

5.6高频化、宽频化

目前电产品向高频化（微波段）发展的趋势十分的强劲，如无线移动通信已经发展到2GHz ，短距离的无线数据交换系统已达到5.8GHz 。此外，高速数字电路产品也越来越多，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的高频化和宽频化提粗了更高的要求。除此之外，降低寄生电感和寄生电容、提高自谐振频率、降低高频ESR 、提高高频Q 值等要求也不断地被提出来。

5.7无毒无害、安全环保性发展

在电子元器件的制造过程中，往往会使用一些有毒的材料，如清洗剂、溶剂、焊料以及一些原材料等、部分电子元件的成品中有时也会含有有毒物质，如汞、铅、镉等有毒重金属。随

着人们的安全环保意识的加强，世界各国对安全环保电子元器件非常关注。现

在很多国家已经立法禁止使用这些有毒有害的物质，再这样的背景下，绿色环

保电子元器件制造业应运而生。开发绿色安全环保的电子元器件直接决定着产

品的市场份额以及发展前景，从而为电子元器件制造业提出个更高的目标要

求。因此，各个元器件生产商都需要通过应用新材料、改善生产工艺及技术等

诸多方面来改进以满足安全环保的标准。在电子元件生产过程中，原材料和工

艺是实现绿色制造的关键，因此无铅化的实施对印制线路板(PCB)材质、电子元件的耐温性、助焊剂的性能无铅焊料的性能、无铅组装设备的性能提出了更高的要求。因此，各电子元件企业普遍加强对新材料的研究开发，以求在元件无铅化方面有新的突破。

当前，全球主要的片式陶瓷电容(MLCC)和片式电阻供应商已经完成向无铅生产的转变，70%的MLCC 企业已经实现了无铅化，我国大部分厂商已采取相应措施，大型MLCC 企业已经基本实现了全面的无铅化与无毒化生产。如我国风华科技公司已在生产过程中全面实行了无铅化，针对生产MLCC 的主要原材料瓷粉和浆料，已有自己的研发和配套，瓷粉和浆料等原材料的配套能力达到70%左右。如西安创联公司在电位器及连接器等产品的生产实现无铅化。

6 未来 5至10 年内发展趋势

继续扩大片式化、微型化；高频化、高速化；集成化；绿色化。

7 影响电子元器件领域发展的关键技术

低温共烧陶瓷（LTCC ）技术；电磁兼容技术；高精度高性能传感器技术；绿色环保技术。

8 结束语

从总体产业水平上看，我国片式元件产业与美国、日本两个元件生产强国相比，还存在着一定的差距。电子元器件生产企业所面临着的普遍问题是核心竞争力比较差、产品档次较低，其中蕴涵的技术含量较低，附加值低，拥有自主知识产权的产品很少，在很多核心技术是依然受制于人。

现如今，电子元器件升级换代速度很快，无源集成产业的兴起以及世界范围的产业调整为我国电子元件产业的发展提供了历史机遇。抓住这些机遇，投入更多的人力、物力、财力，加强研究具有自主知识产权的新一代新型电子元器件及其集成器件，将是我国由电子元件生产大国走向电子元件强国的必经之路。

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