电子元器件的发展历程及未来趋势

1、电子元器件的发展历程及未来 趋势电子元器件的发展历程及未来趋势每种事物都有其自身的发展历史和发展规 律，电子元器件也不例外，它历经了经典电子元 器件、小型化电子元器件、一般微电子元器件、 智能微电子元器件时代，未来正在迈向量子电子 元器件时代。电子元器件的发展离不开电子信息技术和 整机的发展，二者是相互促进，相互牵制的关系。微电子元器件包括集成电路、混合集成电 路、片式和扁平式元件和机电组件、片式半导体 分立器件等。微电子指采用微细工艺的集成电 路，随集成电路集成度和复杂度的大幅度提高、 线宽越来越细和采用铜导线，其基频和处理速度 也大幅度提高，在电子线路中其周边的其他元器 件必然要有相应速率

2、的处理速度，才能完成所承 担的功能。因此，需要通过整个设备及系统来分 析元器件的发展。表1电子元器件的发展阶段及特点HlIW一不翳件、制件盒屋 频低速集成 器）fiwt乙 机工 整联薄和引隐工O以撑座用线连本军架和器米焊 元轩装器甫、图04插 插元在印上器系体元用动 的加/八日而一杳式安孔路对用作各。和机.印通电印既又形接件工装以SMT表面 和莅片尺寸抬 贴曩CSP等 方式将元器警磕毒I贴 互挂卬制电一 路板上）。米 I耨nt_r 厂lit装、女设 (联 混、精、件、有有、装胃靠身耗组化具的性一可、功、能。小数、高定便耻知也能参抗£堰市、稳、功、块可生阻做±息荏高*依尽寄定

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4、到来观察一下我们周围， 可以发 现，智能化家用电子及电器，如智能电视机、电灶具、电热水器等；智能化终端如手机、手表式 终端等，智能化汽车电子及智能化公交系统等， 其发展的总趋势是以智能化为核心的信息化，系 统化和网络化。这些变化也可以从智能化设备和系统框图 构成来分析对电子元器件的新要求：速，大容量的集成电路，计算芯片已经渗入到各种系统和产品中。整机采用双核、核，八核以至更多的芯片并行，以加速运算速率的智能化处1）指挥控制系统嵌入式处理器芯片，高2）信息采集系统以传感器为代表将各种信息转化为电信号，并进行处理。传感器技术是 一项当今世界令人瞩目的迅猛发展起来的高新 技术之一，也是当代科学技术发

5、展的一个重要标 志，它与通信技术、计算机技术构成信息产业的 三大支柱。如果说计算机是人类大脑的扩展，那么传感 器就是人类五官的延伸，当集成电路、计算机技 术飞速发展时，人们才逐步认识信息摄取装置“ 传感器没有跟上信息技术的发展而惊呼“大脑发 达、五官不灵力但是目前传感器的发展已成为一个瓶颈，对 其品质、稳定性、一致性与可靠性等程度要求越 来越高。还出现如数字话筒、智能传感器模块等 一些数字化器柞频率交换、调制或编码，变成适当的形式，以便适合于各种不同媒介质的传输。传输系统需要高速大容量网络，包括无线、有线传输，常由两者结合传输。a）传输系统为有更高的传输速率和带宽,对元器件品质要求如；高频、带

6、宽、阻抗匹配、电磁干扰、稳定性与耗损等等特性有更加严格的3）传输系统信号荷载信息，经过不同的要求，这将导致这些符合条件的元器件发展更 快。b）光网络，光电结合更加普及，如光纤到户（FTTH）,光纤到桌（FTTD）,许多终端都有光接口。光电结合和转化的元器件如光器 件，光电转化元器件等不断出现和高速发展。网络传输速率越来越快，如3G通信，国际 电联“IMT2000”（国际移动电话2000）标准规定，移动终端以车速移动时，其传转数据速率为144kbps,室外静止或步行时速率为384kbps,而室内为2Mbps.4G是集3G与WLAN于一体,并能够传输高质量视频图像，它的图像传输质量与高清晰度电视不

7、相上下。4G系统能够以100Mbps的速度下载，上传的速度也能达到20Mbps.4）执行系统“如控制元件（继电器，包括体继电器）、微特电机及功能性电子元器件发 展更快。功能性电子元器件是具有某些独特功能的元器件，如频率、时频及显示器件等，以区别构成一般电子线路的阻容感元 件并关等元器件、5）软件系统:智能化软件，如智能化网络的软件。印制电路技术的支撑与元器件发展的相互 支撑由于HDI （高密度互连技术）集中体现当代PCB （印制电路板）最先进技术，它给PCB带来精细导线化、微小孔径化。HDI多层板应用终端电子产品如移动电话（手机）是HDI前沿发展技术典范。在手机中PCB主板微细导线宽度/电子设

8、备高密度化、高性能化。加上由于装配密 度高，不同频率的元器件的相互干扰更为明显。HDI紧随移动电话发展，带动信息处理和控 制基本频率功能的LSI和CSP芯片（封装）、 封装用模板基板的发展。当前，在 PCB的内层 形成半导体器件（有源组件）、电子组件（无源 组件）埋嵌PCB已开始量产化，组件埋嵌技术 是PCB功能集成电路的巨大变革，同时对相应 的裸芯片和元器件的结构和载带又有了相应的 要求。无论是刚性PCB或是挠性PCB材料，随 着全球电子产品无铅化，钎焊温度提高，要求它 们的耐热性更高，因此新型高 Tg、热膨胀系数 小、介质常数小，介质损耗角正切优良材料不断 涌现。同样，对其上的元器件也带来

9、了以上同样 的要求，即耐热性更高，热膨胀系数小等。光电PCB利用光路层和电路层传输信号， 这种新技术关键是制造光路层（光波导层）。它 是一种有机聚合物，利用平版影印、激光烧蚀、 反应离子蚀刻等方法来形成。总之，印制电路板从工艺和特性上对元器件 有高频特性好、一致性、高可靠、高稳定、高精 度、耐高温，微小型、超小型化，也对它们外型 结构及新型载带等提出更高要求。从以上智能化设备及系统分析中，可以看到 对元器件的总的要求是：1）智能化元器件要有 适应更高频率，更高速率的特性。2）高速发展 带动以智能化元器件为代表的新功能性元器件 向更高层次、更好的特性、成系列的发展。智能化元器件的发展前景信息化是

10、当今世 界经济和社会发展的大趋势， 十二五”期间我国 要实现信息产业的跨越式发展，大力推进国民经 济和社会信息化，以信息化带动工业化，发挥后 发优势，实现社会生产力的跨越式发展。 未来的 五年，正是世界和我国电子技术和电子产品更新换代的关键时期，国家提出要支持我国新型元器 件的发展，以提高信息化装备和系统集成能力， 满足市场对它的要求。这其中，就包括满足新一 代电子整机发展需求的新型片式化、 小型化、集 成化、高可靠电子元件产品；满足我国新型交通 装备制造业配套需求的高质量、关键性电子元 件；为节能环保设备配套的电子元件以及环保型 电子元件；为新一代通信技术配套的电子元件； 为新能源以及智能电

11、网产业配套的电子元件； 新 型电子元件材料以及设备。其中包括基于MEMS 技术的传感器、环境监测设备用气体传感器、 流 量传感器、湿度传感器等。数字电视、第三代移动通信和第四代移动通 信、新一代互联网等对未来发展影响重大的信息 网络系统和技术日益成熟，云”技术的发展，使网络内空间超大容量，超大距离网络的发展；这 就导致智能化为核心的功能集成更广的产品发 展越来越快，促成智能微电子元器件要具有适应 大规模超高频超高速，并有智能化处理的功能。此外，物联网应用已进入实际应用阶段， 传 感器处于物联网产业链的上游，将是整个物联网 产业中需求量最大和最基础的环节。目前全球现 在大概有40个国家从事传感器

12、的研制生产工 作，研发、生产单位有5000余家，产品达20000 多种。中国传感器的市场近几年一直持续增长， 增长速度超过15%。量子电子元器件阶段即将到来，也是对未来 智能化元器件发展的一个推动力。（如表2所示） 表2电子元器件的发展新阶段及特点发展阶段微电子元器平子元露 件工博微电子元 器件,能微电子兀器核 心11理局速处理集成电耗的高好开公管能化处 理功能，光电子器 件源器件七丁 眼艺 知BK现新，新，以新的能有高的电器具多走 出于理材构工有能低，于率子元#门、可 将基歌乙及适谭妻子件4类一蚌W的无 厚到技电用合口和 种及米种采i样。 咨IC纳各化电铅保 一的H和。成能光无环 材强用集智

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14、的有RFU系，篆计设, 口丁力.能。之关产线、精、T1范高定低能智产特点道和裸元和化客。 件字件及等 狎数组化口 伊部专 有零的 施。序。 坏求工化2012年，量子技术有了突破，获得诺贝尔物理奖题目叫做量子调控新纪元，这个物理 奖和量子调控非常有关系。研究量子计算机的中国科学技术大学郭光灿院士就说：现在做量子计算机，实际上就是芯片，把很多离子纠缠在一 起，分到各个区里面，如果这个能实现，量子计 算机有希望从这儿走。”由清华大学、中科院物 理所和斯坦福大学研究人员联合组成的团队在 量子反常霍尔效应研究中取得重大突破，他们从 实验中首次观测到量子反常霍尔效应， 这是我国 科学家从实验中独立观测到的一个重要物理现 象，也是物理学领域基础研究的一项重要科学发 现。该成果于北京时间3月15日凌晨在美国科 学杂志在线发表。量子技术的重要突破，可能 在未来电子器件中发挥特殊的作用， 可用于制备 极低能耗的高速电子器件，量子计算机就