新型陶瓷與精細(xì)工藝國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任周濟(jì)
信息化是21世紀(jì)重要的時(shí)代特征，信息功能陶瓷材料已經(jīng)成為現(xiàn)代電子信息技術(shù)的重要基石。信息功能陶瓷以其高性能和應(yīng)用的廣泛性，日益成為許多新型電子元器件的重要關(guān)鍵基礎(chǔ)材料，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)中占有十分重要的戰(zhàn)略地位。
信息功能陶瓷應(yīng)用廣泛
功能陶瓷材料是一大類具有特殊電、磁、光、聲，熱、機(jī)械、化學(xué)或生物功能的介質(zhì)材料。功能陶瓷材料依其性能分類，主要包括介電陶瓷、鐵電陶瓷、壓電陶瓷、半導(dǎo)體陶瓷、陶瓷超導(dǎo)體、磁性陶瓷、電光陶瓷、熱釋電陶瓷、微波介質(zhì)陶瓷、熒光陶瓷、光催化陶瓷等。目前應(yīng)用最廣的是電子信息領(lǐng)域。隨著電子信息產(chǎn)品進(jìn)一步向小型化、集成化、寬帶化的方向發(fā)展，信息功能陶瓷的細(xì)晶化、電磁特性的高頻化、低溫共燒陶瓷技術(shù)等將成為發(fā)展新一代片式電子元器件的關(guān)鍵技術(shù)，導(dǎo)致一系列新型電子元件和模塊的出現(xiàn)。
信息功能陶瓷作為一大類對(duì)電、磁、光、聲、熱、力等信息具有檢測(cè)、轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)、耦合和傳輸?shù)裙δ艿慕橘|(zhì)材料，廣泛應(yīng)用于電子信息、集成電路、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、航空航天、海洋超聲、通信技術(shù)、汽車和能源等近代高新技術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)邁向多層化、集成化
電子信息技術(shù)的集成化，微型化和智能化發(fā)展趨勢(shì)，推動(dòng)電子元器件在組裝和運(yùn)用方式上產(chǎn)生了新的變化，即插裝向表面組裝、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。因此，功能陶瓷元器件的多層化、多層元件片式化、片式元件集成化和多功能化成為發(fā)展的主流。片式電容、片式電感和片式電阻是應(yīng)用最為廣泛三大無(wú)源元件，已經(jīng)發(fā)展為規(guī)�；漠a(chǎn)業(yè)群。其他功能各異的片式電子元件如片式驅(qū)動(dòng)器、片式變壓群、片式天線、片式傳感器及片式換能器等發(fā)展也十分迅速。
移動(dòng)通信和遠(yuǎn)距離通信技術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)微波陶瓷介質(zhì)材料及其微波諧振器，微波濾波器、微波電容器等提出了廣闊的市場(chǎng)需求。壓電陶瓷在超聲和水聲換能器、濾波器和點(diǎn)火器等領(lǐng)域已獲得廣泛應(yīng)用，隨著自動(dòng)控制、機(jī)器人、空間技術(shù)、納米測(cè)量和控制技術(shù)的發(fā)展需求，壓電陶瓷微驅(qū)動(dòng)器和超聲微馬達(dá)應(yīng)運(yùn)而生，與傳統(tǒng)的電磁馬達(dá)相比，它具有低轉(zhuǎn)速、大力矩、高分辨、快響應(yīng)、抗磁干擾等諸多優(yōu)點(diǎn)。近年來(lái)，由于便攜式、小型化、薄型化電子設(shè)備的發(fā)展，多層壓電陶瓷變壓器在液晶顯示背光電源應(yīng)用等方面顯示其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，與線繞變壓器相比，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功率密度高、高升壓比、小體積、短路時(shí)自動(dòng)截止而不燒毀等特點(diǎn)，正成為壓電陶瓷新的應(yīng)用領(lǐng)域而備受關(guān)注。半導(dǎo)體敏感陶瓷作為熱敏、壓敏、氣敏等傳感器的重要材料持續(xù)發(fā)展，鐵電壓電陶瓷厚膜與薄膜材料在微電子機(jī)械和鐵電存儲(chǔ)器中的應(yīng)用一直引人注目，壓電微泵、微加速度計(jì)、微紅外陣列探測(cè)器、微相聲器、微開(kāi)關(guān)以及薄膜微馬達(dá)等是壓電與微電子，鐵電與半導(dǎo)體集成的典型應(yīng)用，發(fā)展?jié)摿薮蟆?
全球投資日趨活躍
由于功能陶瓷材料近年來(lái)強(qiáng)大的市場(chǎng)需求和戰(zhàn)略地位，世界各國(guó)對(duì)功能陶瓷的研究與開(kāi)發(fā)都給予了足夠的重視。美國(guó)、日本和西歐一些國(guó)家都將功能陶瓷作為關(guān)鍵技術(shù)，投入大量經(jīng)費(fèi)進(jìn)行研究和開(kāi)發(fā)。從總體上看，美、日在功能陶瓷的研究方面居領(lǐng)先地位。功能陶瓷電子元件發(fā)展的重要趨勢(shì)是小型化、微型化、片式化、模塊化和集成化。這些趨勢(shì)向陶瓷材料科學(xué)和技術(shù)提出了一系列挑戰(zhàn)。因此，圍繞上述應(yīng)用目標(biāo)開(kāi)展的功能陶瓷材料的研究及產(chǎn)業(yè)化目前十分活躍。早在20世紀(jì)80年代，人們就開(kāi)始探索無(wú)源元件的集成化問(wèn)題。但直到世紀(jì)之交，由于低溫共燒陶瓷(LTCC)等技術(shù)的突破才使無(wú)源集成技術(shù)進(jìn)入了實(shí)用化和產(chǎn)業(yè)化階段，并成為備受關(guān)注的技術(shù)制高點(diǎn)。
世界各國(guó)政府、產(chǎn)業(yè)界和軍界對(duì)無(wú)源集成技術(shù)給以高度重視。美國(guó)科學(xué)基金委員會(huì)、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量局、國(guó)家航空和宇航局(NASA)、國(guó)防部等機(jī)構(gòu)均投入大量經(jīng)費(fèi)開(kāi)展無(wú)源集成技術(shù)以及相關(guān)的器件和模塊的研制。歐共體通過(guò)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(wú)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”(Key Technology Center Program，JKTC)；德國(guó)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(wú)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(guó)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無(wú)源集成技術(shù)的角逐。2001年，我國(guó)臺(tái)灣工業(yè)巨頭臺(tái)塑集團(tuán)以低溫共燒陶瓷(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(guò)購(gòu)買美國(guó)高科技企業(yè)的技術(shù)，開(kāi)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(guó)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(wú)源集成技術(shù)發(fā)展的名為Ceramic Interconnect Initiative的計(jì)劃(簡(jiǎn)稱CII)得到了世界各國(guó)很多研究結(jié)構(gòu)和企業(yè)的積極響應(yīng)。
我國(guó)產(chǎn)業(yè)化需加速發(fā)展
我國(guó)的功能陶瓷材料及片式元器件產(chǎn)業(yè)化的總體水平落后于美日兩國(guó)，與一些歐洲國(guó)家(英、德、法等)相近。但在某些具體材料研究方面(如無(wú)源電子元件用低燒功能陶瓷材料、高性能細(xì)晶鐵電陶瓷材料等)，我國(guó)科學(xué)家的研究成果已處于國(guó)際領(lǐng)先水平。但是在實(shí)際應(yīng)用、生產(chǎn)水平、工業(yè)化程度以及市場(chǎng)份額上與歐、美、日等發(fā)達(dá)國(guó)家仍然有相當(dāng)大的差距。最近幾年，在科技人員和各企業(yè)的努力下，特別是在國(guó)家的重點(diǎn)扶持下，再加上外來(lái)資金的引入，中國(guó)功能陶瓷的基礎(chǔ)研究得到加強(qiáng)，企業(yè)結(jié)構(gòu)得到調(diào)整，企業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，從而使得中國(guó)的電子陶瓷市場(chǎng)不斷發(fā)展壯大。目前，我國(guó)已經(jīng)在功能陶瓷材料領(lǐng)域聚集了雄厚的隊(duì)伍和積累，處于厚積薄發(fā)的階段，產(chǎn)業(yè)發(fā)展勢(shì)頭很猛。在電子陶瓷及其片式電容、電感器、電阻器件、陶瓷基板、光導(dǎo)纖維及其陶瓷光線連接器、高溫超導(dǎo)陶瓷纖維等應(yīng)用技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化方面進(jìn)展都非常順利�，F(xiàn)在，我國(guó)已經(jīng)能夠生產(chǎn)大多數(shù)的電子陶瓷，像IC基板、瓷介電容、電阻、電感、磁性材料、蜂鳴器、濾波器等壓電陶瓷無(wú)線電頻率元件已能大量生產(chǎn)，并且還占有一定的國(guó)際市場(chǎng)。但大部分產(chǎn)品的利潤(rùn)并不很高，產(chǎn)品的技術(shù)含量和附加值都相對(duì)較低，而且目前世界上最先進(jìn)的超高利潤(rùn)的電子陶瓷產(chǎn)品我們沒(méi)有能夠占領(lǐng)市場(chǎng)，許多電子整機(jī)中的電子陶瓷元件仍需大量進(jìn)口，如手機(jī)中使用的片式壓電陶瓷濾波器等，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)很大，但全*進(jìn)口。因此，提升產(chǎn)品的技術(shù)含量和附加值，加大產(chǎn)品的利潤(rùn)率是電子陶瓷發(fā)展的關(guān)鍵和目標(biāo)。只有在這些方面做得好的企業(yè)，才有可能在將來(lái)的電子陶瓷市場(chǎng)中獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷。
隨著世界范圍經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的調(diào)整和轉(zhuǎn)移，我國(guó)的功能陶瓷材料和元件的市場(chǎng)正在迅速增長(zhǎng)。發(fā)達(dá)國(guó)家電子整機(jī)生產(chǎn)逐漸向中國(guó)轉(zhuǎn)移，為我國(guó)功能陶瓷材料和相關(guān)電子元件產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了前所未有的發(fā)展機(jī)遇。把握機(jī)遇，發(fā)展優(yōu)勢(shì)，提高我國(guó)信息功能陶瓷的產(chǎn)業(yè)技術(shù)水平和自主創(chuàng)新能力，對(duì)于提高我國(guó)信息產(chǎn)業(yè)的總體水平有著重要的戰(zhàn)略意義。
