我国无源电子元件研究发展及若干战略思考

2007-09-27 09:14:08来源: 一大把论坛

无源电子元件是一大类重要的电子信息产品。无源元件与有源器件(集成电路等半导体产品)共同构成电路的核心部分,是各类电子信息产品的基础。在新型电子产品中,集成电路和无源元件占全部电子元器件及零部件的生产总成本的46.1%和9.1%,而在总安装成本中却分别占12.7%和55.1%,甚至某些片式元件的管理和安装成本已经超过其价格。不难看出,无源电子元件已经成为制约整机进一步向小型化、集成化发展的瓶颈。

1、无源电子元件在我国经济社会发展中的地位

根据信息产业部的统计资料,我国的电子信息产业规模已经成为国民经济第一大产业。信息业产业的发展已成为决定我国的国民经济、社会发展、人民生活、国家安全水平的主要因素。

电子元件及其组件制造业是电子元器件行业的主要组成部分,也是电子信息产业的支撑产业。电子设备一般都是由基本的电子元件构成的,从日常生活中的电脑、电视、PDA、手机、DVD等电子产品到载人航天、先进武器的尖端技术,电子元件无处不在。电容器、电阻器、电感器、变压器、滤波器、天线等无源元件都是电子产品中必不可少的基础元器件,在日常生活和国家战略中均发挥着重要的作用。电子元件及其组件属于电子信息产业的中间产品,介于电子整机行业和原材料行业之间,其发展的快慢、所达到的技术水平和生产规模,不仅直接影响着整个电子信息产业的发展,而且对发展信息技术,改造传统产业,提高现代化装备水平,促进科技进步都具有重要意义。

随着电子信息整机产品制造的规模化,其对上游产品的配套能力要求日益强烈,电子元器件制造业作为基础产品的重要地位日益明显。目前,我国电子信息产业处于高速增长时期,一方面,新一代电子整机产品市场规模迅速扩张,急需各种电子元器件产品,尤其是新型电子元器件为之配套;另一方面,随着电子整机产品向数字化、信息化方向发展,电子元器件在电子整机产品中所占的比重日益增加,电子整机产品对电子元器件的依存度也越来越大。

2、高端电子元件及其关键材料和技术研发的战略意义

从产量上看,我国的多种无源元件产品,如电容器、电阻器、磁性元件等在世界上均名列前茅。但从销售额来看,这些产品都不占世界首位,这说明高档产品还有一定差距。如何将我国从电子元件大国变为电子元件强国,一直是我国政府、产业界和科技工作者长期探索、努力解决的一个问题。

目前我国电子元器件市场的供需矛盾仍然比较明显,突出表现为产品供给与整机需求之间的脱节。一方面,我国很多领域的电子元器件产品产量位居世界前列,并大量出口;而另一方面,我国也是全球最主要的电子元器件产品进口国之一。形成这种局面的原因主要在于,国产电子元器件产品主要集中在技术含量较小的中低端领域,因此大量新型电子元器件依靠进口,同时,价格、渠道、服务因素也在很大程度上影响了我国电子元器件产品稳定进入整机配套体系。以用量最大的一类电子元件――多层陶瓷电容器(MLCC)为例,如表1所示,从2000到2004年间,尽管我国的元件产量从960亿只增加到1550亿只,但进出口贸易逆差却从440亿只增加到880亿只。

从电感类产品得情况看,目前我国的片式电感生产总和只占全球的不足5%,与我国每年占全球约30%左右的片式电感用量严重不成比例,且主要应用于一些中低档次的电子产品中,几乎所有的领先性电子产品(如移动通信)中所采用的这类基础元件基本上完全被日本、韩国和台湾的企业所垄断。

(三)无源元件发展的历史机遇

近年来电子元件产品进入了一个迅速升级换代的时期。其突出表现是插装向表面组装、模拟化向数字化、固定式向移动式、分离式向集成化转变。从技术上看,无源电子元件的多层化、多层元件片式化、片式元件集成化和多功能化成为发展的主要方向。基于多层陶瓷技术(MLC)和低温共烧陶瓷技术(LTCC)的新一代电子元件已成为电子元件的主流,而集成化则是电子元件的主要发展方向。新一代电子元件与无源技术的发展正在成为高技术发展的制高点和产业生长点。

此外,在国际化的趋势下,国际电子制造产业中心向中国转移,将对中国的电子元件产业产生了巨大的拉动。电子元件采购的本土化将成为大势所趋。未来5-10年,我国的电子元件市场将出现高速增长。

电子元件产业的主要利润点在于新一代高端产品。片式电子元件的全面升级换代,无源集成技术的迅速崛起,为我国有关企业提供了一系列实现跨越式发展的技术切入点。通过国家大项目的牵引,组织产学研联合的研发队伍,从材料、制程和设计方面全方位的研究开发,将有望使我国电子元件产业站在高的起点上参与国际竞争。

在电子元件升级换代速度加快、无源集成产业刚刚兴起、以及国际性的产业转移之时,抓住机遇,投入力量,研究开发开发具有自主知识产权的新一代电子元件及无源集成材料系统、模块设计、及制程工艺,对我国信息技术的长期发展将是十分必要的。

(四)世界各国无源元件研发情况

近年来,随着电子信息产品升级换代速度的加快,电子元件的进一步升级换代和集成化的问题日益为世界各国政府、产业界和学术界所关注。特别是由于低温共烧陶瓷(LTCC)等技术的突破使无源集成技术进入了实用化和产业化阶段,新一代无源元件和相关的集成技术成为倍受关注的技术制高点。早在上世纪90年代中期,美国政府就曾拨款7000万美元,实施了一个旨在研究发展无源集成和多芯片组装的三年计划。2000年,美国商务部、国家标准与计划研究院和一些大型企业联合发起了一个规模更大的“先进嵌入式无源元件联合研究计划”,这一为期四年的计划是通过建立一个国家制造科学中心,推动新一代集成化无源元件的研究开发,其研究内容涉及发展新材料、新制程、以及新的设计工具(软件),据称目前已取得重要成果。美国军方也相当重视电子元 件和无源集成技术的研究发展,美国国防部2004财政年度的计划中,“先进元件开发与样品”作为列为7个重大计划之一,预算经费将高达132亿美元,其中一部分被用于新一代无源元件及其集成技术方面。欧盟通过其Brite-Euram框架,支持了“微波与电力模块的快速制造”研究计划(简称RAMP计划)。日本政府将无源集成技术列入到了政府优先支持的“关键技术中心计划”;德国政府启动了旨在推进用于卫星通信用集成模块的KERAMIS项目、旨在研究多功能无源集成模块的4M项目等。

一些大型高技术企业,如美国杜邦公司、IBM公司、摩托罗拉公司,日本TDK公司、NEC公司、村田公司、3M公司、富士通公司,荷兰菲利普公司等均投入巨资参与新一代无源电子元件及其集成技术的角逐。2001年,台湾工业巨头台塑集团以LTCC模块作为切入点,启动了“科技台塑”计划,他们通过购买美国高科技企业的技术,开发蓝牙模块和移动通信产品,进入了电子信息领域。由国际电子与封装协会(IEAPS)发起的旨在推动世界范围内无源集成技术发展的名为Ceramic Interconnect Initiative的计划(简称CII)得到了世界各国很多研究结构和企业的积极响应。

(五)研究发展的思路与政策建议

总体思路:以发展新型高端元件为牵引,以关键材料为突破口,以提升生产工艺技术为着眼点,将“材料研究-工艺开发-元件生产”相结合。在 “十五”有关项目的研究基础上,进一步组织力量,通过产学研相结合,发展新型材料,突破关键技术,形成自主知识产权,全面提升我国电子元件产业的产品结构和技术水平。

重点发展方向:针对无源电子元件高端产品和无源集成的关键技术问题,重点研究开发以下内容:(1)能促进量大面广的无源元件产品升级换代的核心材料;(2)具有共性的关键元件工艺技术;(3)高附加值的高端集成模块产品。

总体目标:形成我国在无源元件高端产品和无源集成技术方面的自主知识产权;发展出一系列技术指标居国际先进水平新型材料、元件和模块,及其制程工艺;研制并生产出集成度20以上的无源集成模块;形成5-10个具有国际先进水平的片式电子元件成果转化基地及产业链,其总生产规模达到年产数百亿只无源元件;建立的无源集成标准体系和测试平台。争取在“十一五”末,使我国在若干种新一代电子元件产业规模及水平居世界前列,推动我国从电子元件大国走向电子元件强国。为我国3G移动通信、数字电视、载人航天工程等重大计划的实施提供元件基础。

研究内容包括:

(1)若干重要电子元件的关键材料与相关元件研究:以推动重要元件产品的升级换代和发展新型高端元件产品为目标,探索具有高性能的电子陶瓷和相关材料,为全面实现我国基础电子元件的升级换代提供材料基础。包括:高性能介电陶瓷材料及相关元件、高性能软磁铁氧体材料及相关元件、高性能微波陶瓷介质材料、高性能压电陶瓷材料、高性能敏感陶瓷材料。

(2)无源元件工艺中的共性技术研究:面向无源元件的小型化工艺的要求,开展对MLC技术的关键工艺环节研究和开发,研究内容包括陶瓷前驱体粉料的超细加工制备工艺(粉体粒度 < 100nm)、高稳定低粘度流延浆料技术、精密流延技术、精密印刷技术、纳米-亚微米晶陶瓷烧结技术、高精度封端技术、精密无铅三层电镀技术等

(3)无源集成关键材料与技术:以实现LTCC材料国产化为目标,发展新一代低温共烧陶瓷材料系统;发展基于LTCC技术的各种模块,突破其关键技术;围绕无源集成产业发展的迫切需要解决的一些配套技术,包括高集成度无源集成模块的模拟、仿真与设计方法、无源集成模块与新型微波元件的测试技术、以及无源集成技术标准的研究与制定。

关键字:电容  变压  天线  移动

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