電子材料更加智能

　　舊材料有新的使用方法和應(yīng)用空間

　　60年前，如果你告訴科學(xué)家們驅(qū)動(dòng)電子工業(yè)產(chǎn)生革命性進(jìn)步的原材料將主要是沙子時(shí)，他們一定會(huì)無情地嘲笑你。然而一個(gè)不爭(zhēng)的事實(shí)是，如果沒有硅、陶瓷、塑料和其它一些材料，電子工業(yè)將絕對(duì)不是我們今天看到的樣子。

　　原材料成為電子工業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素，根據(jù)商業(yè)通信公司(BCC)最新發(fā)布的一份報(bào)告，它們正變得更加“智能”。

　　智能材料可以對(duì)外界條件變化做出反應(yīng)。例如，通常被稱為記憶型合金的熱反應(yīng)材料可以根據(jù)外界溫度的不同保持不同的形狀。壓電晶體和陶瓷在受壓或者拉伸時(shí)會(huì)產(chǎn)生小規(guī)模電荷。這種影響也會(huì)在反方向出現(xiàn)——壓電材料能夠?qū)﹄娏髯龀龇磻?yīng)而改變形狀。

　　智能材料系統(tǒng)擁有感知和觸發(fā)功能，并被用于越來越多的工程學(xué)和商業(yè)應(yīng)用。當(dāng)前，智能材料的應(yīng)用擴(kuò)展到大多數(shù)工業(yè)部門，如需要控制和感應(yīng)能力的電子、內(nèi)科檢查以及汽車和工業(yè)研究流程。事實(shí)上，BCC的研究表明，花在使用智能材料的產(chǎn)品上的資金的增幅僅僅比花在智能材料本身上的資金增幅稍慢(見表格)。

　　什么是當(dāng)今的熱門的原材料，它們又是如何推動(dòng)電子工業(yè)發(fā)展的呢?

　　壓電晶體材料依然是電子工業(yè)不可或缺的原材料。它們是生產(chǎn)集成電路時(shí)鐘脈沖發(fā)生器的理想材料，而對(duì)于RF濾波器的生產(chǎn)來說，其依然是不可缺少的，射頻濾波器使無線設(shè)備得以工作。

　　隨著電子設(shè)備的尺寸不斷縮小，壓電體元器件也在不斷進(jìn)化。例如，安華高科技(Avago)在移動(dòng)無線設(shè)備領(lǐng)域不斷贏得客戶，其殺手锏就是高性能射頻濾波器和雙工機(jī)，在這些產(chǎn)品中，壓電體材料被用于小尺寸的基于微電機(jī)系統(tǒng)(MEMS)的封裝中。幾家公司正在開發(fā)體積極小的壓電晶體發(fā)動(dòng)機(jī)，它們可以為集成在手機(jī)中的照相機(jī)帶來自動(dòng)聚焦和放大能力。

　　通過嚴(yán)格的整形和尺寸選擇，一些壓電體晶體或者陶瓷可以以特定的頻率振動(dòng)。這些振動(dòng)可以被用于以可靠的間隔來反饋電信號(hào)(生產(chǎn)時(shí)鐘脈沖發(fā)生器)或者從一對(duì)雜亂無章的信號(hào)中挑出特定的信號(hào)(生產(chǎn)射頻濾波器)。

　　過去幾年間，受到手機(jī)體積日益縮小和成本日益降低的強(qiáng)大壓力的驅(qū)動(dòng)，濾波器和雙工機(jī)的體積也不斷縮小。在20世紀(jì)90年代后期，SAW濾波器和雙工機(jī)開始取代體積較大的陶瓷元器件。

　　從2001年開始，通過引入射頻微電機(jī)系統(tǒng)BAW設(shè)備，安華高科技公司再一次縮小了濾波器的體積。該公司首款基于BAW用于CDMA設(shè)備的雙工機(jī)的體積不到被替代的陶瓷濾波器體積的一半，此外，公司還在不斷地縮小封裝尺寸。英飛凌公司不久后也進(jìn)入這一領(lǐng)域，并向諾基亞公司提供此類濾波器。

　　從那時(shí)開始，壓電型射頻雙工機(jī)市場(chǎng)的大多數(shù)主流競(jìng)爭(zhēng)者都開始生產(chǎn)BAW雙工機(jī)，不過安華高科技公司依然是市場(chǎng)的領(lǐng)先者之一?！芭琶笆坏腃DMA手機(jī)中有九款都使用我們的產(chǎn)品，”安華高科技公司副總裁兼無線半導(dǎo)體部門總經(jīng)理Bryan Ingram說。

　　SAW濾波器依然是一項(xiàng)成熟的技術(shù)，因此利用此項(xiàng)技術(shù)，公司可以繼續(xù)縮小設(shè)備尺寸并提高產(chǎn)品性能?！坝捎诙囝l帶和多制式手機(jī)市場(chǎng)的增長(zhǎng)，射頻SAW濾波器市場(chǎng)發(fā)展?fàn)顩r良好并保持增長(zhǎng)，”市場(chǎng)研究公司iSuppli的高級(jí)分析師Scott Smyser說。

　　當(dāng)作用電流發(fā)生改變時(shí)，壓電體材料并不會(huì)出現(xiàn)顯著的變形，因此你需要使用顯微鏡才能觀察到這種變化。然而，隨著電子設(shè)備中的可動(dòng)部分體積變得越來越小，電子工業(yè)已經(jīng)找到方法來利用材料移動(dòng)具有的范圍小、時(shí)間間隔精確并且可控制的特性。

　　壓電體材料的另外一種應(yīng)用——壓電發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)在20世紀(jì)80年代后期。雖然振動(dòng)有幾種不同的最終表現(xiàn)形式，但是無一例外都使用壓電觸發(fā)器來產(chǎn)生超聲波振動(dòng)。為了形象地說明這種產(chǎn)品的特點(diǎn)，你可以想象桌子上放著一款有強(qiáng)大振動(dòng)響鈴功能的手機(jī)。當(dāng)來電話時(shí)，手機(jī)由于振動(dòng)會(huì)到處移動(dòng)，就像漂浮在桌面上一樣。假如你能夠控制振動(dòng)的頻率、方向和相位，你就可以讓手機(jī)在你需要的任何方向和頻率上移動(dòng)。

　　壓電發(fā)動(dòng)機(jī)被用于高端SLR照相機(jī)來驅(qū)動(dòng)自動(dòng)聚焦裝置和變焦透鏡已經(jīng)有數(shù)年的歷史，不過容量巨大的手機(jī)市場(chǎng)正推動(dòng)著壓電發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品的應(yīng)用。硅的小型化使得制造商可以將拍照功能集成到手機(jī)里。然而，沒有幾種百萬象素可拍照手機(jī)擁有自動(dòng)聚焦和光學(xué)縮放功能。據(jù)New Scale Technologies等壓電發(fā)動(dòng)機(jī)制造商所說，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)尺寸降至5毫米以下時(shí)，壓電發(fā)動(dòng)機(jī)在精確度和功率利用率方面較電磁發(fā)動(dòng)機(jī)更為有效。“電磁發(fā)動(dòng)機(jī)是一項(xiàng)不錯(cuò)的技術(shù)，它們的表現(xiàn)也很好，但是你無法將它們的體積變得更小，” New Scale公司總裁兼首席執(zhí)行官Dave Henderson說。

　　2004年，三星公司推出了一款帶有光學(xué)縮放功能的微型壓電驅(qū)動(dòng)可拍照手機(jī)模塊，盡管都還沒有找到客戶，但是包括Johnson Electric、1Ltd 和New Scale在內(nèi)的幾家公司也都推出了此類原型模塊。

　　能量獲取是壓電體材料一個(gè)大有前途的應(yīng)用領(lǐng)域，不過對(duì)于大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用來說還為時(shí)過早，這項(xiàng)技術(shù)最為引人注目的潛在應(yīng)用之一是用作無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的電源。從理想情況來講，小型、低功耗傳感器可以被布置在人們不方便達(dá)到的區(qū)域并使用數(shù)年。但是，這要求傳感器有持續(xù)不斷的電源。Continuum Photonics和MicroStrain等公司一直致力于開發(fā)基于壓電體材料的電源，不過都還沒有取得廣泛的商業(yè)成功。

　　雖然是電子工業(yè)最早使用的原材料之一，但是壓電體材料的應(yīng)用并沒有出現(xiàn)衰退的跡象。相反，在一些行業(yè)，壓電體材料的應(yīng)用還有所擴(kuò)展。研究公司IDTechEx的主席Peter Harrop表示，20年前，壓電SAW設(shè)備在RFID標(biāo)簽中就有所應(yīng)用。如今，隨著電子工業(yè)在努力開發(fā)以理想的距離進(jìn)行讀取的廉價(jià)被動(dòng)式RFID標(biāo)簽，一些公司重提SAW型RFID解決方案。

　　雖然沒有其它智能原材料能夠趕上壓電體材料對(duì)電子工業(yè)的影響，不過電鉻材料大有前途。這種材料可以根據(jù)電場(chǎng)不同改變顏色。BCC首席分析師Josep Buchaca 認(rèn)為，目前電鉻材料的主要應(yīng)用于可以控制光線射入強(qiáng)弱的窗戶上。

　　但是對(duì)電子工業(yè)來說，電鉻材料的吸引力在于它是一種耐用的、低分辨率但是卻成本極低的顯示技術(shù)?！半m然顯示效果不太好，但是別忘了，它非常便宜?！?/P>

　　毫無疑問，沙子(主要以硅的形式表現(xiàn))從來沒有像今天這樣重要。智能原材料已經(jīng)表現(xiàn)出了應(yīng)對(duì)外界壓力方面的廣泛的應(yīng)用潛力，你可以預(yù)計(jì)數(shù)年后對(duì)這些原材料將有更大的需求。