王彦伶 陈福厚
新型电子元器件、集成电路和软件工程是电子信息技术发展的三大支柱，任何一项状况都会对信息技术产生重大影响。元源元件是电子元器件的主体，门类繁多，应用广泛。近些年发展起来的新型元件尤为重要，得到了我国政府的大力支持，成为当前新的经济增长点。
新型无源元件产业状况
2001年我国电子元件的产量为2200亿只，销售额为1084亿元，进口128亿美元，出口94亿美元，逆差达34亿美元。这表明我国生产的电子元件尚不能满足国内电子产品的需求。尤其是高档新型电子元件差距更大，这部份仍然依赖进口。据分折，预计到2005年我国市场将需求电子元件5000亿只，其中大部份是新型电子元件。为了应对这种发展态势，我国将大力支持发展新型电子元件，如：表面贴装元件、敏感元件、光电子元件、微波介质元件、声表面波元件、新型机电/联接器/继电器、绿色二次电池等。到2005年，我国新型电子元件的产量将达到4000亿只。
新型电子元件技术状况
片式R/L/C元件：
片式电阻器、电感器、电容器是片式电子元件的主体。目前己经发展成为规模庞大的产业。虽然己经基本上成形，门类齐全、标准化、系列化，但在技术上仍在不断地发展：封装尺寸满足EIA/EIAJ标准的要求，并从3216/2012发展到1608/1005，进而向0603进展，其应用主流尺寸正在从1608向1005过渡，图1表示出了叠层陶瓷片式电容器MLCC的封装尺寸发展趋势，性能参数范围在不断扩大。如：最近日本的Matsushita公司研制成功大电容量的多层陶瓷电容器，电容量最大为100 F，最高耐压为25V，可用于LCD显示器的电源线路。在热稳定性方面，在-55℃至85℃的温度范围，这些电容的电容量变化不超过15%。新产品中的介电层厚度是1.8 m，内部电极的厚度是1.6 m。未来，把介电层厚度做成1 m，并且逐渐把内电极做得更薄：1.2 m，0.8 m直至0.5 m，将能够提供电容量更大的产品，例如尺寸为1005的10 F电容器。又如TDK的2012/1608叠层型片式电感器的电感量分别达到220/100 H。在工艺上也在发展，如：为了节省昂贵的金属钯（约20万元/公斤），国外各主要生产厂家都己开始采用价格较低的金属Ni（36元/公斤）或Cu作为内电极制作BME-MLCC，己占到总量的90%以上。Ni电极浆料成本约为钯电极浆料成本的60%，电容器成本可降低20%，成为当今MLCC生存竞争的热点。我国在这方面刚刚起步，形势极其严峻。日本TDK公司采用Ni电极开发出B特性100 F大容量多层陶瓷电容器。该种多层陶瓷电容器，通过进一步进行材料超细化和高分散化，提高了可靠性。运用介质材料的薄层化和高精度叠层技术，数百层的叠层体与内部电极组合在一起，使介质成为无缺欠的烧结体，并采用独特的排胶和烧结技术来实现的。
另一发展趋势是高频化和组件化。为了适应以移动通信为代表的无线数字交换系统向微波频段发展的需求，片式R/L/C的频率已发展到3GHz以上；为了节省PCB占用面积和提高性能，己经推出了阵列/组合件产品，如电容排、电感排、LC滤波器、RC组件等；为了适应电源线的要求，承受电流已提高到6A以上。
铝/钽电解电容器和薄膜电容器是不可缺少的电子元件之一，它们的电容量很大，无可替代。但由于其结构特点，片式化较迟，近几年才有较大的突破。目前己有系列的片式铝/钽电解电容器和薄膜电容器面市，而且在降低ESR和提高SRF方面有很大进展。同时，为了降低成本，铌电解电容器也崭露头角。
敏感元件
在信息技术中，处处离不开各种特性传感器，而传感器的心脏就是各种敏感元件，如：温敏、电压敏、力压敏、湿敏、气敏、化学敏、生物敏等等。其中以温敏和压敏应用最广泛，己形成规模产业。在温敏元件中，主要有三种，即：CPTCR（陶瓷正温度系数热敏电阻器）、CNTCR（陶瓷负温度系数热敏电阻器）、PPTCR（高分子聚合物正温度系数热温电阻器）。前些年CPTCR和CNTCR都是引线型结构，应用于电视机等许多电子产品中，但具有体积较大，热惯性较大，不能应用于SMT电路等缺点。近年来由于陶瓷叠层共烧技术的发展和应用，已将CPTCR和CNTCR片式化，制出了叠层型片式产品，其封装尺寸系列与片式R/L/C一样均满足EIA/EIAJ标准要求。叠层型片式CPTCR相当于若干个热敏电阻的并联，从而减少了电阻，提高了热响应速度，适用于现代SMT电路的电子产品，如大电流IC、半导体功率管等的热保护，效果非常良好。2000年全球产销量达8亿只。引线型块状CNTCR难以同时保持高B值和低电阻，而且体积大。
采用陶瓷叠层共烧技术制出的叠层型片式CNTCR则克服了这个缺点。如西门子的C1621型叠层型片式CNTCR的电阻降到几十殴姆时，其B值仍能保持在3500以上。这种产品的特点是温控精度高，适用于某些要求在固定温度范围内才能正常工作的电子元器件，如大量使用的温补晶体振荡器。国外各大公司都有系列产品问世，国内深圳顺络公司也开发成功，电阻为100殴姆时B值保持在3150左右。半导体ZnO陶瓷压敏电阻器己有多年历史，应用范围广泛，特别是在中压和高压电器的保护和防雷电中，受到人们的青睐。但由于其压敏电压与两个电极之间的距离成比例，因而块状结构的ZnO压敏电阻器在体积和低电压方面均不可能满足现代电子产品的要求。近年来人们利用陶瓷叠层共烧技术，用掺杂ZnO半导体陶瓷材料制造出了其结构与MLCC完全相同的叠层型式片ZnO压敏电阻器。其特点是：压敏电压低，可低达2V左右，通流量大，响应速度快，达300pS；可靠性高，电容量的选择范围大，包括相当低的电容量以满足高速数据线的要求。其封装尺寸系列有1005（0402）/1608(0603)/2012（0805）。这种产品适合于各种集成电路、MOSFET、I/O接口、功放等过电压保护，发展前景十分广阔。有人预测今后几年增长速度可达30%。我国相对发展缓慢，但一些公司如深圳顺络公司己生产出这种产品。PPTCR是在高分子聚合物中加入导电颗粒复合而成，主要做为自恢复熔断器，应用非常方便。
EMI对策元件
我国加入WTO后，与世界经济接轨，所有电子/电力产品都必须达到电磁兼容EMC的标准才能进入市场。为此，在产品设计中必须采用一些适当的抗电磁干扰的EMI对策元件。电磁兼容是一项系统工程，防止电磁干扰是其核心内容。电磁干扰的发生、传播、和抑制是相当复杂的，因而EMI对策元件的品种繁多，性能各异。如，电感性EMI元件（电感器、磁珠、磁珠排、共模扼流圈、差模扼流圈等）、电容性EMI元件（电容器、串心电容器、三端电容器、X2Y电容器等）、组合式EMI元件（LC滤波器、LC陷波器、三端磁珠-电容器、三端电阻-电容器、压敏-电容器等）。由于市场的强劲需求，世界各大电子元件公司都投入了大量人力物力开发这一领域，进展异常迅速，其主要发展方向是高频化（由于电子产品向高频发展）、微小型化、多功能组合化和集成化。例如：Murata公司在三端片式电容器（叠层型片式穿心电容器）的基础上，又开发出了含有电阻的三端片式电容器NFR系列、含有电感的三端片式电容器NFW系列、含有两个磁珠的三端片式电容器NFL系列、以及Ni内电极大电流（6A）大容量（1 F）系列等，铁氧体簿膜共模扼流圈的封装尺寸为3.2 1.5 1.15mm，在100MHz时，其共模阻抗可达550 ，而同时其差模阻抗不超过10，特别适用于高速数字信号线，叠层型片式三绕组共模扼流圈的尺寸仅为2.5 2.0 1.2mm，它可以非常有效地在音频信号线上抑制来自高速数字电路的高频噪声而不会造成声音的畸变和串音，在最新款式的袖珍音影电子产品中，如MP3，十分受欢迎，薄膜扼流圈阵列尺寸为3.2 1.6 1.15mm，内部封装了两个共模扼流圈；TDK将一个共模扼流圈和一个差模扼流圈封装在一起，尺寸仅为3.2 2.5 2.3mm；英国Syfer公司将两个Y电容器和一个X电容器集成在一起，构成一个叠层型片式X2Y电容组件，同时抑制共模和差模噪声，其封装规格为2012（0805）和3216（1206），用于DC电源滤波器，美国AVX公司深入研究了叠层型片式穿心滤波电容器（Feed through Filter Capacitor），经过精确设计内电路，将70%的寄生支路电感转移成输入/输出线上的串联电感，起到一个T形低通滤波器的作用，从而显著地提高了自谐振频率，加宽了对噪声抑制的频宽和强度。该公司还开发了一种新材料，用叠层技术解决了R-C组合问题，避开了陶瓷膜 银电极 钌系电阻膜共烧的复杂工艺，开发出了一系列称之为|Z|产品的组件，如R-C组件、R-C-R低通滤波器及其阵列等。
由于我国严格执行电磁兼容法规的工作开展较晚，因而EMI对策元件的研制与生产也很簿弱。在与国际经济接轨浪潮的推动下，我国EMI对策元件产业迅速发展起来，已经出现了一些专业厂家。
频率元件
这类元件主要包括滤波器、延迟线、振荡器、谐振器等。从类型来分，主要有石英晶体类、声表面波(SAW)类、微波陶瓷介质类和叠层型LC组合件类。石英晶体器件在移动通信的强劲推动下，向表面贴装型和小型化方面取得很多进展，如：温补晶体振荡器TCXO的主流尺寸己从9×7×2mm过渡到7×5×1.7mm，并己出现了5×3.2×1.5mm的新产品。压控晶体振荡器的尺寸缩小到5×3×1mm。SAW（声表面波）滤波器在彩电和移动通信中最早获得广泛应用。前些年由于叉指换能器加工精度的限制，这类器件的工作频率最高仅为几百兆赫。近年来，借助半导体微细加工技术，可以将叉指换能器的线距做到亚微米级，从而将SAW滤波器的频率提高到2GHz以上。近来又开发了新型衬底材料，如金刚石薄膜，能够将SAW的频率进一步提升。例如美国SAWTEK公司可以提供频率高达3GHz的各种SAW产品，其SAW双工器尺寸为5.0×5.0×1.5mm，体积比第一代同类产品缩小了74%，重量减少了75%，仅是陶瓷双工器重量的3%，满足了TDMA/CDMA的要求。有媒体报导说：富士通实验室和富士通媒介公司开发出一种适用于5GHz工作的移动和无线接入通信设备的SAW滤波器，其体积为2.5×2.0×1.0mm，频率可至5.0×5.8GHz，带内插损小于3dB。近来美国安捷伦（Agilent）研制成功了薄膜体声波谐振器FBAR（Film bulk acoustic resonator），它是在压电薄膜的两面制备导电电极，施加电压，在薄膜内激励体声波，其传播速度比表面声波快，波长较长，因而其结构可以制作的更加精细。这种FBAR元件具有频率高、Q值高、体积小、承受功率大、换能效率高等诸多优点，而且与半导体工艺兼容，容易与其它元器件集成。利用FBAR可以制作滤波器、双工器、振荡器等多种高性能小体积表面贴装型微波器件，带来突破性进展，其电性能己能达到3G移动通信的要求。该公司最新推出的ACPF-7001型滤波器尺寸为3×3×1.1mm，在1850～1910MHz通带内插入损耗小于3.5dB，在1930～1990MHz接收带内衰减大于40dB；在一般CDMA手机中通常要使用两个SAW滤波器和一个开关，而现在只使用一个ACPF-7001滤波器就可以满足要求了。HPMD型双工器尺寸为5.5×11.9×2.0mm，频率为1900MHz，其体积比陶瓷双工器减小了（50～80）%，特别适用于超小型手机和PDA等产品中。目前，如摩托罗拉、韩国三星、日立、NEC等公司都己采用了这类FBAR器件。利用LC组合件也可以制作频率元件。它是由低温烧结电子陶瓷/铁氧体与导体浆料的共烧技术和精细叠层工艺，制成了多种以铁氧体和陶瓷为层间介质的叠层独石结构的表面贴装器件。日本Murata、TDK、T-yuden、Toko等以及美国的AVX、AEM、Vishay等公司都开发了这种先进技术。此类微波器件具有体积小、可表面贴装、性能优良、可靠性高、可承受波峰焊和再流焊等诸多优点。如低通/高通/带通滤波器、双工器、定向耦合器、天线、延迟线、平衡-不平衡转换器（balun）等均己产业化并获得广泛应用。
电路保护元件
随着社会的进步，人们对电子/电力产品的安全性、可靠性越来越关心。一旦出现问题还可借助法律来保护自己的权益。这就促使生产厂家在自己的电子/电力产品中安装一些必要的电路保护元件。加之电子/电力产品日益多样化、复杂化，因而电路保护元件迅速发展起来，形成一个品种繁多的电子元件领域，主要有过电流保护、过电压保护和过热保护三大类别。
虽然玻璃管-金属丝型熔电器（保险丝）应用最广、产量最大，但它在很多场合中满足不了现代产品的要求，如体积、精度、可靠性、安装形式等。近年来开发了一些新型过电流保护元件，如：厚膜固态熔断器，采用厚膜印刷工艺在陶瓷基片上印制特定组份的熔断导电带，再以树脂包封而成。当达到额定电流时，导电带熔断，起到电路保护作用。其特点是额定电流范围宽，可达上百安培，可靠性高，耐强烈冲击振动，熔断时不发生爆炸，不产生微颗粒等污染，薄膜固态熔电器，它是采用薄膜工艺在陶瓷或树脂基片上制作熔断导电带，再外加包封而成。其特点是片式化，包封尺寸符合EIA标准，目前最小规格为1005(1.0×0.5mm)，响应速度快，为毫秒级，精度高，适用于保护昂贵的关键部位，美国Littlefuse、AVX、Bussman等公司均可提供产品，叠层型片式熔断器，这是美国AEM公司的独家专利。它是用陶瓷叠层工艺将陶瓷膜和熔断导电带叠置共烧而形成的独石结构，相当于若干个熔断丝并联在一起，因而是目前承受能量密度最高的过电流保护元件，同样具有EIA标准的片式化系列。另一类刚刚兴起的自恢复保险丝引起了人们的欢迎，它就是本文前面提到的PPTCR。它是在高分子聚合物中加入导电颗粒或导电丝复合而成，常态下导电物相接触，形成导电通路。当过电流时，由于发热而膨胀，使导电物接触变差，导致电阻骤然上升，起到限流保护作用。过电流之后，温度下降，又自动恢复原状，不必更换。其最大优点在于自恢复，非常方便。缺点是体积较大，未能向EIA片式化标准靠拢。减小常态下的电阻也是这种元件的努力方向。
瞬变电压和浪涌电压造成的损害是人所共知的，静电放电(ESD)对IC和半导体器件的破坏是致命的，为了应对这些问题，人们研制了多种过电压保护元件，如气体放电管、瞬变电压抑制二极管TVS、闸流管、氧化锌压敏电阻器等。特别是近年来由于IC和半导体器件的电压一降再降，予计到2005年将降到1.2V，过电压保护越发重要。这两年出现的叠层型ZnO压敏电阻器值得人们关注-----
叠层型片式陶瓷压敏电阻器(MLV)：半导体ZnO陶瓷压敏电阻器己有多年历史，应用范围广泛。特别是在中压和高压电器的保护和防雷电中受到青睐。但由于其压敏电压与两个电极之间的距离成比例，因而块状结构的ZnO压敏电阻器在体积和低电压方面均不可能满足现代电子产品的要求。近年来人们利用陶瓷叠层共烧技术，用掺杂改性ZnO半导体陶瓷材料制造出了其结构与MLCC完全相同的叠层型式片ZnO压敏电阻器。其特点是：压敏电压低，可低达2V左右，通流量大，响应速度快，达300pS，可靠性高，电容量的选择范围大，包括相当低的电容量以满足高速数据线的要求。其封装尺寸系列符合EIA标准。这种产品适合于各种集成电路、MOSFET、I/O接口、功放等过电压保护，发展前景十分广阔。有人预测今后几年增长速度可达30%。我国相对发展缓慢。深圳顺络公司己生产出这种产品，性能良好。
叠层型片式陶瓷穿心压敏电阻器。(MLVF)。如上所述，叠层型压敏电阻器可以保护电路，其响应时间Tr和自谐振频SRF与寄生电感Lp有密切关系，Lp越大，Tr越长，SRF越低。如果将叠层型压敏电阻器做成穿心式结构，如叠层型三端穿心电容器那样，则其寄生电感Lp将有70%“转移到”输入/输出信号线上，这样就缩短了Tr，提高了SRF，而且组成了一个T形LC低通滤波器，有助于抑制高频噪声，可谓一举两得。美国AVX公司最近首先推出了这种TransFeed新产品，压敏电压为5.6～18V、允许通过的电流为0.5～1.0A。
内置ESD保护功能的IC：一些IC生产厂家，为了防止静电放电对IC的损坏，在制造过程中将过电压保护元件(如二极管)集成在一起，使IC自身具备防静电功能。
在许多情况下，热保护是十分重要的，不仅是为了防止事故于末然，有时也是保证电路或电子元器件能够在宽温范围内正常工作的措施之一。本文前面提及的CPTCR、CNTCR、PPTCR均是首选的热保护元件，不再赘述。
新型电子元件的发展前景
产业发展前景
如前所述，新型电子元器件是信息技术的三大支柱之一，受到我国政府的重点支持。预计到2005年，全国年产量将达到5000亿只，其中80%为新型元器件，力争能够基本上满足国内电子产品的组装需求，大幅降低进口量，使我国成为电子元器件生产大国。为此必须加大自主开发能力，提高生产技术水平，及早推广绿色电子工程与国际接轨，解决上游原材料配套问题，降低成本，企业结构重组，创建品牌，扩大国内外销售渠道。虽任重道远，但前景令人乐观。
技术发展前景
1.继续扩大片式化、微小型化。虽然片式元件己经相当成熟，但有些电子元件仍未能片式化或者虽然可以进行表面贴装，但体积较大，满足不了电子产品轻、薄、小的要求。如磁性变压器、功率电感器、继电器、连接器、电位器、可调R/L/C、铝/钽电解电容器、薄膜电容器、陶瓷滤波器、PPTCR及一些敏感元件均属此类产品。人们正在努力解决这些问题。
2.高频化高速化。电子产品向高频(微波波段)发展的趋势很强劲，如无线移动通信发展到2GHz，蓝牙技术是2.4GHz，短距离无线数据交换系统可达5.8GHz。此外，高速数字电路产品越来越多，光通信的传输速度己从2.5Gbps发展到10Gbps。这些进展都对电子元器件提出了更高的要求，如降低寄生电感、寄生电容、提高自谐振频率、降低高频ESR、提高高频Q值等。
3.集成化。片式R/L/C是片式电子元件的主体，在数量上占到90%。这些片式元件的封装尺寸己经缩小到0.6×0.3×0.3mm。这样微小的尺寸给制造和使用都带来了很多不便。多数人士认为封装尺寸己达极限，不必要再进一步缩小单个片式元件的装封尺寸了。那么发展方向何在?答案是向组件化、模块化、多功能化、无源元件集成化、无源/有源元器件集成化发展。目前己经出现了各种R/L/C组合件，国外著名公司采用LTCC(低温陶瓷共烧)技术、薄膜集成技术、PCB集成技术、MCM多芯片组装技术做出了多种无源/有源集成模块，并已付之应用，其发展前景不可限量。
4.绿色化。在电子元件的制造过程中，往往使用大量有毒物料，如清洗剂、溶剂、焊料及某些原材料等。在电子元件成品中有时也含有有毒物质，如汞、铅、镉等。现在一些发达国家己经立法禁用这些有害物质，提倡绿色电子。我国电子元器件行业也面临这一课题，有大量的技术难关等待我们去攻克。
摘自《世界电子元器件》
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