無源電子元件研究發(fā)展及歷史機(jī)遇

      無源電子元件是一大類重要的電子信息產(chǎn)品。無源元件與有源器件(集成電路等半導(dǎo)體產(chǎn)品)共同構(gòu)成電路的核心部分，是各類電子信息產(chǎn)品的基礎(chǔ)。在新型電子產(chǎn)品中，集成電路和無源元件占全部電子元器件及零部件的生產(chǎn)總成本的46.1%和9.1%，而在總安裝成本中卻分別占12.7%和55.1%，甚至某些片式元件的管理和安裝成本已經(jīng)超過其價(jià)格。不難看出，無源電子元件已經(jīng)成為制約整機(jī)進(jìn)一步向小型化、集成化發(fā)展的瓶頸。
     
      1、無源電子元件在我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展中的地位
     
      根據(jù)信息產(chǎn)業(yè)部的統(tǒng)計(jì)資料，我國的電子信息產(chǎn)業(yè)規(guī)模已經(jīng)成為國民經(jīng)濟(jì)第一大產(chǎn)業(yè)。信息業(yè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展已成為決定我國的國民經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展、人民生活、國家安全水平的主要因素。
     
      電子元件及其組件制造業(yè)是電子元器件行業(yè)的主要組成部分，也是電子信息產(chǎn)業(yè)的支撐產(chǎn)業(yè)。電子設(shè)備一般都是由基本的電子元件構(gòu)成的，從日常生活中的電腦、電視、PDA、手機(jī)、DVD等電子產(chǎn)品到載人航天、先進(jìn)武器的尖端技術(shù)，電子
     
      元件無處不在。電容器、電阻器、電感器、變壓器、濾波器、天線等無源元件都是電子產(chǎn)品中必不可少的基礎(chǔ)元器件，在日常生活和國家戰(zhàn)略中均發(fā)揮著重要的作用。電子元件及其組件屬于電子信息產(chǎn)業(yè)的中間產(chǎn)品，介于電子整機(jī)行業(yè)和原材料行業(yè)之間，其發(fā)展的快慢、所達(dá)到的技術(shù)水平和生產(chǎn)規(guī)模，不僅直接影響著整個(gè)電子信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，而且對(duì)發(fā)展信息技術(shù)，改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，提高現(xiàn)代化裝備水平，促進(jìn)科技進(jìn)步都具有重要意義。
     
      隨著電子信息整機(jī)產(chǎn)品制造的規(guī)模化，其對(duì)上游產(chǎn)品的配套能力要求日益強(qiáng)烈，電子元器件制造業(yè)作為基礎(chǔ)產(chǎn)品的重要地位日益明顯。目前，我國電子信息產(chǎn)業(yè)處于高速增長(zhǎng)時(shí)期，一方面，新一代電子整機(jī)產(chǎn)品市場(chǎng)規(guī)模迅速擴(kuò)張，急需各種電子元器件產(chǎn)品，尤其是新型電子元器件為之配套；另一方面，隨著電子整機(jī)產(chǎn)品向數(shù)字化、信息化方向發(fā)展，電子元器件在電子整機(jī)產(chǎn)品中所占的比重日益增加，電子整機(jī)產(chǎn)品對(duì)電子元器件的依存度也越來越大。
     
      2、高端電子元件及其關(guān)鍵材料和技術(shù)研發(fā)的戰(zhàn)略意義
     
      從產(chǎn)量上看，我國的多種無源元件產(chǎn)品，如電容器、電阻器、磁性元件等在世界上均名列前茅。但從銷售額來看，這些產(chǎn)品都不占世界首位，這說明高檔產(chǎn)品還有一定差距。如何將我國從電子元件大國變?yōu)殡娮釉?qiáng)國，一直是我國政府、產(chǎn)業(yè)界和科技工作者長(zhǎng)期探索、努力解決的一個(gè)問題。
     
      目前我國電子元器件市場(chǎng)的供需矛盾仍然比較明顯，突出表現(xiàn)為產(chǎn)品供給與整機(jī)需求之間的脫節(jié)。一方面，我國很多領(lǐng)域的電子元器件產(chǎn)品產(chǎn)量位居世界前列，并大量出口；而另一方面，我國也是全球最主要的電子元器件產(chǎn)品進(jìn)口國之一。形成這種局面的原因主要在于，國產(chǎn)電子元器件產(chǎn)品主要集中在技術(shù)含量較小的中低端領(lǐng)域，因此大量新型電子元器件依靠進(jìn)口，同時(shí)，價(jià)格、渠道、服務(wù)因素也在很大程度上影響了我國電子元器件產(chǎn)品穩(wěn)定進(jìn)入整機(jī)配套體系。以用量最大的一類電子元件――多層陶瓷電容器(MLCC)為例，如表1所示，從2000到2004年間，盡管我國的元件產(chǎn)量從960億只增加到1550億只，但進(jìn)出口貿(mào)易逆差卻從440億只增加到880億只。
     
      從電感類產(chǎn)品得情況看，目前我國的片式電感生產(chǎn)總和只占全球的不足5%，與我國每年占全球約30%左右的片式電感用量嚴(yán)重不成比例，且主要應(yīng)用于一些中低檔次的電子產(chǎn)品中，幾乎所有的領(lǐng)先性電子產(chǎn)品(如移動(dòng)通信)中所采用的這類基礎(chǔ)元件基本上完全被日本、韓國和臺(tái)灣的企業(yè)所壟斷。
     
      3、無源元件發(fā)展的歷史機(jī)遇
     
      近年來電子元件產(chǎn)品進(jìn)入了一個(gè)迅速升級(jí)換代的時(shí)期。其突出表現(xiàn)是插裝向表面組裝、模擬化向數(shù)字化、固定式向移動(dòng)式、分離式向集成化轉(zhuǎn)變。從技術(shù)上看，無源電子元件的多層化、多層元件片式化、片式元件集成化和多功能化成為發(fā)展的主要方向?；诙鄬犹沾杉夹g(shù)(MLC)和低溫共燒陶瓷技術(shù)(LTCC)的新一代電子元件已成為電子元件的主流，而集成化則是電子元件的主要發(fā)展方向。新一代電子元件與無源技術(shù)的發(fā)展正在成為高技術(shù)發(fā)展的制高點(diǎn)和產(chǎn)業(yè)生長(zhǎng)點(diǎn)。
     
      此外，在國際化的趨勢(shì)下，國際電子制造產(chǎn)業(yè)中心向中國轉(zhuǎn)移，將對(duì)中國的電子元件產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生了巨大的拉動(dòng)。電子元件采購的本土化將成為大勢(shì)所趨。未來5-10年，我國的電子元件市場(chǎng)將出現(xiàn)高速增長(zhǎng)。
     
      電子元件產(chǎn)業(yè)的主要利潤(rùn)點(diǎn)在于新一代高端產(chǎn)品。片式電子元件的全面升級(jí)換代，無源集成技術(shù)的迅速崛起，為我國有關(guān)企業(yè)提供了一系列實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展的技術(shù)切入點(diǎn)。通過國家大項(xiàng)目的牽引，組織產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合的研發(fā)隊(duì)伍，從材料、制程和設(shè)計(jì)方面全方位的研究開發(fā)，將有望使我國電子元件產(chǎn)業(yè)站在高的起點(diǎn)上參與國際競(jìng)爭(zhēng)。
     
      在電子元件升級(jí)換代速度加快、無源集成產(chǎn)業(yè)剛剛興起、以及國際性的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移之時(shí)，抓住機(jī)遇，投入力量，研究開發(fā)開發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新一代電子元件及無源集成材料系統(tǒng)、模塊設(shè)計(jì)、及制程工藝，對(duì)我國信息技術(shù)的長(zhǎng)期發(fā)展將是十分必要的。
     
      4、世界各國無源元件研發(fā)情況
     
      近年來，隨著電子信息產(chǎn)品升級(jí)換代速度的加快，電子元件的進(jìn)一步升級(jí)換代和集成化的問題日益為世界各國政府、產(chǎn)業(yè)界和學(xué)術(shù)界所關(guān)注。特別是由于低溫共燒陶瓷(LTCC)等技術(shù)的突破使無源集成技術(shù)進(jìn)入了實(shí)用化和產(chǎn)業(yè)化階段，新一代無源元件和相關(guān)的集成技術(shù)成為倍受關(guān)注的技術(shù)制高點(diǎn)。早在上世紀(jì)90年代中期，美國政府就曾撥款7000萬美元，實(shí)施了一個(gè)旨在研究發(fā)展無源集成和多芯片組裝的三年計(jì)劃。2000年，美國商務(wù)部、國家標(biāo)準(zhǔn)與計(jì)劃研究院和一些大型企業(yè)聯(lián)合發(fā)起了一個(gè)規(guī)模更大的“先進(jìn)嵌入式無源元件聯(lián)合研究計(jì)劃”，這一為期四年的計(jì)劃是通過建立一個(gè)國家制造科學(xué)中心，推動(dòng)新一代集成化無源元件的研究開發(fā)，其研究?jī)?nèi)容涉及發(fā)展新材料、新制程、以及新的設(shè)計(jì)工具(軟件)，據(jù)稱目前已取得重要成果。美國軍方也相當(dāng)重視電子元件和無源集成技術(shù)的研究發(fā)展，美國國防部2004財(cái)政年度的計(jì)劃中，“先進(jìn)元件開發(fā)與樣品”作為列為7個(gè)重大計(jì)劃之一，預(yù)算經(jīng)費(fèi)將高達(dá)132億美元，其中一部分被用于新一代無源元件及其集成技術(shù)方面。歐盟通過其Brite-Euram框架，支持了“微波與電力模塊的快速制造”研究計(jì)劃(簡(jiǎn)稱RAMP計(jì)劃)。日本政府將無源集成技術(shù)列入到了政府優(yōu)先支持的“關(guān)鍵技術(shù)中心計(jì)劃”；德國政府啟動(dòng)了旨在推進(jìn)用于衛(wèi)星通信用集成模塊的KERAMIS項(xiàng)目、旨在研究多功能無源集成模塊的4M項(xiàng)目等。
     
      一些大型高技術(shù)企業(yè)，如美國杜邦公司、IBM公司、摩托羅拉公司,日本TDK公司、NEC公司、村田公司、3M公司、富士通公司，荷蘭菲利普公司等均投入巨資參與新一代無源電子元件及其集成技術(shù)的角逐。2001年，臺(tái)灣工業(yè)巨頭臺(tái)塑集團(tuán)以LTCC模塊作為切入點(diǎn)，啟動(dòng)了“科技臺(tái)塑”計(jì)劃，他們通過購買美國高科技企業(yè)的技術(shù)，開發(fā)藍(lán)牙模塊和移動(dòng)通信產(chǎn)品，進(jìn)入了電子信息領(lǐng)域。
     
      由國際電子與封裝協(xié)會(huì)(IEAPS)發(fā)起的旨在推動(dòng)世界范圍內(nèi)無源集成技術(shù)發(fā)展的名為CeramicInterconnectInitiative的計(jì)劃(簡(jiǎn)稱CII)得到了世界各國很多研究結(jié)構(gòu)和企業(yè)的積極響應(yīng)。
     
      5、研究發(fā)展的思路與政策建議
     
      總體思路：以發(fā)展新型高端元件為牽引，以關(guān)鍵材料為突破口，以提升生產(chǎn)工藝技術(shù)為著眼點(diǎn)，將“材料研究-工藝開發(fā)-元件生產(chǎn)”相結(jié)合。在“十五”有關(guān)項(xiàng)目的研究基礎(chǔ)上，進(jìn)一步組織力量，通過產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合，發(fā)展新型材料，突破關(guān)鍵技術(shù)，形成自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，全面提升我國電子元件產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和技術(shù)水平。
     
      重點(diǎn)發(fā)展方向：針對(duì)無源電子元件高端產(chǎn)品和無源集成的關(guān)鍵技術(shù)問題，重點(diǎn)研究開發(fā)以下內(nèi)容：(1)能促進(jìn)量大面廣的無源元件產(chǎn)品升級(jí)換代的核心材料；(2)具有共性的關(guān)鍵元件工藝技術(shù)；(3)高附加值的高端集成模塊產(chǎn)品。
     
      總體目標(biāo)：形成我國在無源元件高端產(chǎn)品和無源集成技術(shù)方面的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)；發(fā)展出一系列技術(shù)指標(biāo)居國際先進(jìn)水平新型材料、元件和模塊，及其制程工藝；研制并生產(chǎn)出集成度20以上的無源集成模塊；形成5-10個(gè)具有國際先進(jìn)水平的片式電子元件成果轉(zhuǎn)化基地及產(chǎn)業(yè)鏈，其總生產(chǎn)規(guī)模達(dá)到年產(chǎn)數(shù)百億只無源元件；建立的無源集成標(biāo)準(zhǔn)體系和測(cè)試平臺(tái)。爭(zhēng)取在“十一五”末，使我國在若干種新一代電子元件產(chǎn)業(yè)規(guī)模及水平居世界前列，推動(dòng)我國從電子元件大國走向電子元件強(qiáng)國。為我國3G移動(dòng)通信、數(shù)字電視、載人航天工程等重大計(jì)劃的實(shí)施提供元件基礎(chǔ)。
     
      研究?jī)?nèi)容包括：
     
      (1)若干重要電子元件的關(guān)鍵材料與相關(guān)元件研究：以推動(dòng)重要元件產(chǎn)品的升級(jí)換代和發(fā)展新型高端元件產(chǎn)品為目標(biāo)，探索具有高性能的電子陶瓷和相關(guān)材料，為全面實(shí)現(xiàn)我國基礎(chǔ)電子元件的升級(jí)換代提供材料基礎(chǔ)。包括：高性能介電陶瓷材料及相關(guān)元件、高性能軟磁鐵氧體材料及相關(guān)元件、高性能微波陶瓷介質(zhì)材料、高性能壓電陶瓷材料、高性能敏感陶瓷材料。
     
      (2)無源元件工藝中的共性技術(shù)研究：面向無源元件的小型化工藝的要求，開展對(duì)MLC技術(shù)的關(guān)鍵工藝環(huán)節(jié)研究和開發(fā)，研究?jī)?nèi)容包括陶瓷前驅(qū)體粉料的超細(xì)加工制備工藝(粉體粒度<100nm)、高穩(wěn)定低粘度流延漿料技術(shù)、精密流延技術(shù)、精密印刷技術(shù)、納米-亞微米晶陶瓷燒結(jié)技術(shù)、高精度封端技術(shù)、精密無鉛三層電鍍技術(shù)等
     
      (3)無源集成關(guān)鍵材料與技術(shù)：以實(shí)現(xiàn)LTCC材料國產(chǎn)化為目標(biāo)，發(fā)展新一代低溫共燒陶瓷材料系統(tǒng)；發(fā)展基于LTCC技術(shù)的各種模塊，突破其關(guān)鍵技術(shù)；圍繞無源集成產(chǎn)業(yè)發(fā)展的迫切需要解決的一些配套技術(shù)，包括高集成度無源集成模塊的模擬、仿真與設(shè)計(jì)方法、無源集成模塊與新型微波元件的測(cè)試技術(shù)、以及無源集成技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的研究與制定。