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创新成就绿色智能:电子元器件

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摘要:创新成就绿色智能:电子元器件
近年来,节能产业与智慧产业是当今世界最为热门的两大发展方向,小到独石陶瓷电容器、新型传感器等电子元器件的开发,大到智能家居、物联网等应用平台的搭建,都可融入这两大产业之中。在今年的第十四届高交会电子展上,近300家参展商展示了各种新型元器件、材料与设备,无不显示出电子制造业节能化与智能化的两大发展方向。

新型功率器件促进节能

大力发展节能技术、推进节能减排、提倡低碳经济,是当今世界发展的主旋律。在第十四届高交会上,就荟萃了大量致力于节能产品开发的企业,这些企业均推出了品种繁多的功率器件、电源管理IC等。

罗姆(ROHM)节能环保板块展示的重点是SiC功率器件。“随着降低环境负荷的要求日益提高,传统Si材料功率器件的局限性越来越突出。而新一代材料SiC体积小、高效率、高耐温在节能开发上更具潜力。”罗姆工作人员告诉记者。因此在新一代功率元器件展区,罗姆重点展出了新开发的SiC功率器件。其中印象最深的是全球首次量产的“全SiC功率模块”。该产品具有高效率低阻抗的特点,与Si材料相比,开关损耗降低85%以上,实现低浪涌、低损耗、不易热失控等特性。将SiC功率器件制成模块,无疑具有更高的附加价值,而且也更加便于客户使用。不过封装是SiC功率器件开发的关键环节,高耐温封装的技术问题并不容易解决,因此虽然许多国际大型功率器件公司均不断推进SiC功率器件,已发布的产品也大体覆盖了当今功率器件的主要产品系列,然而像罗姆般推出全SiC模块的却并不多见。

东电化(TDK)公司展示的智能手机用小型电源管理模块也颇具新意。由于智能手机集成了越来越多的功能,电池续航能力成为消费者考核智能手机优劣的最重要指标。解决问题的办法,无非是增加电池容量与降低手机电耗两种途径。智能手机用电源管理模块也就成为热点产品。TDK公司展示的这款SESUB电源管理模块不仅支持各智能手机平台,而且将薄型化IC内置于基板中,降低基板厚度,模块高度仅为1.4mm,有助于推进智能手机薄型化趋势。整个模块布局更加紧凑,面积为8.9mm×10.3mm,比原有技术面积削减70%。

3D无线充电扩大自由度

无线充电是当前最为热门的一项技术。采用无线充电方式可以有效摆脱连接线的束缚,尽管目前该项技术仍在持续完善中,但已经是企业的开发重点,也成为各大电子展会的焦点。

评判本届高交会TDK展台上最惹人瞩目的展示,无疑要数其最新推出的3D无线充电技术了。TDK展台工作人员介绍说,3D无线充电技术和一般无线充电技术不同之处在于被充电的设备无需紧贴充电器,只需将其放置在充电器附近一定的范围之内,即可充电。这样就大大拓展了无线充电的范围,增大了位置自由度和使用灵活性,有助于技术普及。通过3D无线充电技术,电动汽车可以在停车位通过无线 充电线圈进行充电,无需使用目前普遍采用的充电桩,停车即可充电。

TDK展台工作人员进一步介绍说,目前3D无线充电技术仍在持续研发之中。未来可以把充电线圈埋入道路之中,电动汽车即使在行驶途中亦可实时充电。这项技术一旦大规模推广,将可解决目前电动汽车存在的充电缓慢、行驶里程近等问题。

现在,无线充电无疑尚属小众技术,仅有一小部分高端手机和外围设备支持该技术。但业内人士预计最早到明年下半年,无线充电技术将开始得到大量应用。到2017年,全球无线充电市场预计将达71.61亿美元,届时无线充电将无处不在。

电容器没有最小只有更小

近年来,消费电子产品整机快速朝小型化、薄型化和轻量化方向发展,推动电容器等电子元器件也不断走向小型化。在本届高交会上,多家电子元器件厂家针对不同电容器系列,均推出了自家最新产品,大有没有最小只有更小之势。

以在电容器中拥有最大市场规模的多层陶瓷电容器为例,该类型的电容器以“尺寸小容量大”为卖点,现已逐渐渗透到原来由铝电解电容器、 钽电解电容器及薄膜电容器掌控的市场。迄今为止,片状多层陶瓷电容器的小型化一直在顺利推进。从“1206(3.2mm×1.6mm)”尺寸开始,以“0805(2.0mm×1.2mm)”、“0603(1.6mm×0.8mm)”、“0402(1.0mm×0.5mm)”、“0201(0.6mm×0.3mm)”、“01005(0.4mm×0.2mm)”的顺序每5年更新换代一次。截至2011年,供货量比例最高的是0402尺寸。不过,手机等产品仍在不断小型化,电子元件厂商仍在不断推出更小型化的产品,撼动0402尺寸的主角地位。在本届高交会上,村田制作所发布全球最小008004尺寸(0.25 mm×0.125mm)的多层陶瓷电容器,适用于小型便携式设备的各种模块。村田制作所常务执行董事元器件事业本部本部长滨地幸生表示:“此次008004尺寸的开发成功聚集了我们多年来的材料技术。”

TDK集团也展示了一系列爱普科斯(EPCOS)扁平式的金属化薄膜电容器(聚酯型/聚丙酯型)。该元器件的最大特点是高度仅为15mm或19mm。高度的减少使其对于需要低厚度设计的结构尤其适合,比如电磁炉、平板电视、LED灯电源以及小型光伏逆变器等。

传感器关注低功耗、小型化

汽车工业是传感器的一个重要应用领域。每台汽车会有40个到上百个传感器,而汽车智慧化的发展趋势将进一步扩大车用市场对传感器的需求。其应用方向包括车辆的防抱死系统(ABS)、电子车身稳定程序(ESP)、电控悬挂(ECS)、电动手刹(EPB)、斜坡起动辅助(HAS)、胎压监控(EPMS)等。其中电子车身稳定程序(ESP)可根据车速、路面状况、转向角度、加减速等行走状况调节悬置,给驾驶员提供稳定和舒适的驾驶环境;防摇摆控制(ARC)可防止车辆摇晃翻转,得到众MEMS厂商的高度关注。本届高交会上村田制作所展示了公司旗下以传感器制造事业为主的VTI公司的一系列车用MEMS传感器。其推出的加速传感器符合汽车用质量标准AEC Q100 Grade 1,可用于车辆的安全系统和车体控制用电子系统上,可防侧滑、防锁死,具有防摇摆控制、侧翻检测、坡起辅助等功能。

业界十分关注传感器的低功耗特性。在本届展会上罗姆推出了旗下Kionix公司的加速度传感器,可在μA级别电流下工作。据介绍,这款产品各种模式下均能实现低消耗电流,其中待机模式下功耗为0.9μA,低分辨率模式下为10μA,高分辨率模式下也只有135μA,且可根据用户要求设置唤醒功能,降低电池消耗。Kionix近日获得了Windows8认证。Kionix从现在开始,不仅扩大了现有的产品阵容,而且还可以供应Windows8认证的传感器融合软件,被定位为Windows8最重要的合作伙伴。该认证产品不仅兼容Windows8的32bit、64bit产品,还兼容于Windows7的32bit及64bit产品。

传感器的小型化也令人关注,随着3D封装、SIP封装等高性能封装技术的逐渐普及,MEMS的尺寸会越做越小。比如在本届高交会上,TDK集团的爱普科斯(EPCOS)公司展出的T5300数字压力传感器,采用自有封装技术“CSMP(芯片尺寸MEMS封装)”,尺寸仅为2.2mm×2.6mm×0.9mm。在休眠模式下,其电能消耗仅为2μA,工作状态时低于2mA,要求电源电压为2.7V~5.5V。

集成应用走向智能化

智慧家庭是上世纪90年代提出的一个概念,它的理念是通过先进的通信技术、微处理器技术、传感技术等,集成与控制家中的电子电器产品,使家庭变得更加舒适、安全、高效和节能。目前,又不断延伸出智能办公、智慧城市等概念。这些概念的实现均需要电子技术的持续更新作支撑。本届展会上,村田展位的主题是“智能电子创造智慧生活”。整个展区中,展示了村田在打造未来智能生活方面的解决方案。在智能家居/办公展区,展示了通过无线控制智能家居用网关的各种电子设备,以及Wi-Fi和Bluetooth SMART等通信模块、RFID射频识别标签、LED照明用数码电源和负离子发生器等产品。

根据村田展台工作人员的介绍,其智能LED照明用电源模块,可通过Zigbee技术控制不同LED照明灯具,再通过Wi-Fi技术与平板电脑或智能手机,实现个别照明的开、关及调光。整个产品不仅具有长寿命,预估寿命在5000小时以上,而且光效更高,更加节能。

罗姆:打造绿色节能公司形象

罗姆(ROHM)的发展战略一直围绕绿色节能展开。本届高交会也不例外,参展的产品大多与此有关。记者印象最深的有两大系列产品:功率器件和LED照明。这两大产品系列分别体现出罗姆在绿色节能产品开发上的长期布局与快速应对。

LED照明的COB封装(直接板上封装)技术,是一种新兴的集成式封装技术,发展初期主要针对一些个性化应用。不过这种技术是将LED芯片直接贴装于基板上,可通过基板直接散热,一定程度上解决了长期困绕LED业界的散热问题,同时减少了支架、光引擎模组、二次配光成本及工艺,整体成本更低,再加上更高的出光效率和更好的发光质量,使得COB封装产品得到众多应用企业的青睐,市场需求快速提高。不过由于COB是一类新兴产品,市场上能将其真正做好的并不多,本届展会上罗姆却展示出一系列性能相当不错的COB模块产品。如罗姆推出的COB光源型号LBL30C,在12mm×15mm×1.5mm的基板上,可实现12W~15W的输出功率;显色指数80,色温2700K,最高发光效率可达95lm/W;如果色温为5000K,发光效率可提升到104m/W。COB光源型号LBL40C,在24mm×20mm×1.5mm的基板上,可实现30W~35W的输出功率;显色指数80,色温2700K,最高发光效率可达88lm/W;如果色温为5000K,发光效率可提升到99m/W。在狭小的基板上实现较大功率输出与在低色温的情况下实现高发光效率是困绕LED模块开发的两大问题,罗姆在一款新产品中均很好地给予了解决,反映其对市场的快速反应能力,以及深厚的技术积累。

SiC功率器件的开发则反映出罗姆的长期布局。尽管SiC功率器件不断被开发并推向市场,然而目前为止其市场规模并不大,应用范围并不广。市场真正发力的时间点预计大约是在2015年。罗姆对这项技术却长期布局,从2010年即开始批量生产SiC-SBD,在本届高交会上,罗姆又进一步展出了性能升级的第二代SiC-SBD,不仅具有原来反向恢复时间短的优点,还降低了正向电压。在SiC-MOSFET方面,2010年12月罗姆在世界上首次以定制品形式量产SiC-MOSFET;2012年7月份开始量产1200V耐压的第二代SiC-MOSFET,这些产品都将作为新一代节能元器件,未来广泛应用于太阳能发电、电动车等领域,不断为节能作出贡献。

TDK:推进元器件向小型化发展

一直以来,TDK公司在元器件的小型化上颇具心得。近年来,电子产品快速朝小型化、轻量化方向发展,对元器件提出更多要求:第一,能满足整机产品的小型化、薄型化需求;第二,能降低成本,以应对当前不断高涨的原材料价格;第三,降低二氧化碳排放量,减轻对环境的污染,实现高可靠性。元器件的小型化不仅有助于实现整机的紧凑化,而且增加了电路设计上的自由度,并带来全新功能和附加价值。TDK公司在本届展会上展出的小型轻薄薄膜功率电感器、高集成智能手机前端模块等产品,均充分显示了TDK在电子元器件小型化上的领先技术。

用于智能手机、平板电脑等移动设备电源电路的小型轻薄薄膜功率电感器,通过薄膜技术实现了小型轻薄和低电阻化。该系列产品电感值从0.47μH到2.2μH,额定电流从4.0A到0.8A,其中尺寸为1.6mm×0.8mm×1.0mm的产品在以金属磁性材料为磁芯材料的电感器行业中是最小的尺寸。电感器磁芯材料的主流是铁氧体,而该产品使用的是活用了TDK独创材料技术的高饱和磁通密度的金属磁性材料,其额定电流为以往产品的2倍,并具有稳定的直流重叠特性。

此外,TDK公司还展示了新型高集成智能手机前端模块。该产品除了覆盖传统的GSM850、900、1800和1900 MHz频段以外,还涵盖WCDMA第1、2、4和5频段,以及LTE第2、4、5和17频段。除三个声表面波滤波器和五个双工器以外,该模块还包含频段选择开关和解码器,同时在天线输出端还带有可防护高达4 kV的ESD保护电路。因此,这种新型前端模块提供了目前最高程度的集成。得益于高集成度,该前端模块拥有超小的尺寸。与分立解决方案相比,爱普科斯前端模块最高可减小尺寸40%。根据频段和滤波器的不同,插入损耗介于1.2dB和3.8 dB之间。

村田:组合传感器成发展重点

传感器市场快速发展,使得村田制作所在传感器领域投入了相当大的精力。这是记者对村田这家大型电子元件供应商在本届高交会上最深的印象。组合传感器为发展趋势之一,未来将把越来越多的加速度传感器、陀螺仪、磁力传感器等组合起来,实现复杂的功能。本届高交会上村田制作所展示了公司旗下以传感器制造事业为主的VTI公司一系列车用MEMS传感器。其中新陀螺组合传感器(陀螺传感器和加速传感器的一体型传感器)SCC1300具有高偏压稳定性、高耐振性、低噪音的特性,最为引人注目。此外,它还集成防侧滑装置(ESC)、锁死制动系统(ABS)、防摇摆控制(ARC)、侧翻检测用传感器(ROV)、导航系统、惯性测量装置,可进行平台控制、运动解析控制。

随着人口老龄化和中国医疗保健系统的健全,各种远距离监护和高精度治疗设备将越来越多地被引入。医疗保健市场逐渐成为MEMS传感器应用的又一大市场。本次村田制作所展示的传感器中不仅有汽车用途的,也有部分面向医疗系统,针对相关领域进行前期布局。如采用了大容量MEMS技术而生产出来的具有低噪音、高灵敏度特点的MEMS元件型气压传感器SCB10H系列。外形尺寸仅有1.4mm×1.4mm×0.85mm,可用于医疗仪器、流量计、气压计、高度计等传感器。

消费电子市场也是村田这家元件供应商开发的重点。村田展示了从2012年10月开始实现了量产的、全球最小最薄、低阻抗并且是业界最高等级电源密度,适用于LED闪光灯辅助电源的双电层电容器(DMF系列)。双电层电容器不同于普通充电电池,不利用化学反应,而是仅利用活性炭特有的表面吸附离子的特性,物理吸附储存电能的装置,除了可以半永久性地反复充放电外,还具有能够快速充放电的特点。此装置可为数码相机、智能手机的LED闪光灯提供更高的亮度,可作为数码相机、数码摄像机和手机LED闪光灯的辅助电源。
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