信息化是21世紀重要的時代特征,信息功能陶瓷材料已經成為現(xiàn)代電子信息技術的重要基石。信息功能陶瓷以其高性能和應用的廣泛性,日益成為許多新型電子元器件的重要關鍵基礎材料,在國民經濟和國防建設中占有十分重要的戰(zhàn)略地位。
信息功能陶瓷應用廣泛
功能陶瓷材料是一大類具有特殊電、磁、光、聲,熱、機械、化學或生物功能的介質材料。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、半導體陶瓷、陶瓷超導體、磁性陶瓷、電光陶瓷、熱釋電陶瓷、微波介質陶瓷、熒光陶瓷、光催化陶瓷等。目前應用最廣的是電子信息領域。隨著電子信息產品進一步向小型化、集成化、寬帶化的方向發(fā)展,信息功能陶瓷的細晶化、電磁特性的高頻化、低溫共燒陶瓷技術等將成為發(fā)展新一代片式電子元器件的關鍵技術,導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電、磁、光、聲、熱、力等信息具有檢測、轉換、存儲、耦合和傳輸?shù)裙δ艿慕橘|材料,廣泛應用于電子信息、集成電路、計算機、自動控制、航空航天、海洋超聲、通信技術、汽車和能源等近代高新技術領域。
技術邁向多層化、集成化
電子信息技術的集成化,微型化和智能化發(fā)展趨勢,推動電子元器件在組裝和運用方式上產生了新的變化,即插裝向表面組裝、模擬化向數(shù)字化、固定式向移動式、分離式向集成化轉變。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用最為廣泛三大無源元件,已經發(fā)展為規(guī)模化的產業(yè)群。其他功能各異的片式電子元件如片式驅動器、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。
移動通信和遠距離通信技術的快速發(fā)展,對微波陶瓷介質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需求。壓電陶瓷在超聲和水聲換能器、濾波器和點火器等領域已獲得廣泛應用,隨著自動控制、機器人、空間技術、納米測量和控制技術的發(fā)展需求,壓電陶瓷微驅動器和超聲微馬達應運而生,與傳統(tǒng)的電磁馬達相比,它具有低轉速、大力矩、高分辨、快響應、抗磁干擾等諸多優(yōu)點。近年來,由于便攜式、小型化、薄型化電子設備的發(fā)展,多層壓電陶瓷變壓器在液晶顯示背光電源應用等方面顯示其獨特的優(yōu)勢,與線繞變壓器相比,它具有結構簡單、功率密度高、高升壓比、小體積、短路時自動截止而不燒毀等特點,正成為壓電陶瓷新的應用領域而備受關注。半導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械和鐵電存儲器中的應用一直引人注目,壓電微泵、微加速度計、微紅外陣列探測器、微相聲器、微開關以及薄膜微馬達等是壓電與微電子,鐵電與半導體集成的典型應用,發(fā)展?jié)摿薮蟆?br />
全球投資日趨活躍
由于功能陶瓷材料近年來強大的市場需求和戰(zhàn)略地位,世界各國對功能陶瓷的研究與開發(fā)都給予了足夠的重視。美國、日本和西歐一些國家都將功能陶瓷作為關鍵技術,投入大量經費進行研究和開發(fā)。從總體上看,美、日在功能陶瓷的研究方面居領先地位。功能陶瓷電子元件發(fā)展的重要趨勢是小型化、微型化、片式化、模塊化和集成化。這些趨勢向陶瓷材料科學和技術提出了一系列挑戰(zhàn)。因此,圍繞上述應
用目標開展的功能陶瓷材料的研究及產業(yè)化目前十分活躍。早在20世紀80年代,人們就開始探索無源元件的集成化問題。但直到世紀之交,由于低溫共燒陶瓷(LTCC)等技術的突破才使無源集成技術進入了實用化和產業(yè)化階段,并成為備受關注的技術制高點。
世界各國政府、產業(yè)界和軍界對無源集成技術給以高度重視。美國科學基金委員會、國家標準計量局、國家航空和宇航局(NASA)、國防部等機構均投入大量經費開展無源集成技術以及相關的器件和模塊的研制。歐共體通過其Brite-Euram框架,支持了“微波與電力模塊的快速制造”研究計劃(簡稱RAMP計劃);日本政府將無源集成技術列入到了政府優(yōu)先支持的“關鍵技術中心計劃”(Key
TechnologyCenter
Program,JKTC);德國政府啟動了旨在推進用于衛(wèi)星通信用集成模塊的KERAMIS項目、旨在研究多功能無源集成模塊的4M項目等。一些大型高技術企業(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無源集成技術的角逐。2001年,我國臺灣工業(yè)巨頭臺塑集團以低溫共燒陶瓷(LTCC)模塊作為切入點,啟動了“科技臺塑”計劃,他們通過購買美國高科技企業(yè)的技術,開發(fā)藍牙模塊和移動通信產品,進入了電子信息領域。由國際電子與封裝協(xié)會(IEAPS)發(fā)起的旨在推動世界范圍內無源集成技術發(fā)展的名為Ceramic
InterconnectInitiative的計劃(簡稱CII)得到了世界各國很多研究結構和企業(yè)的積極響應。
我國產業(yè)化需加速發(fā)展
我國的功能陶瓷材料及片式元器件產業(yè)化的總體水平落后于美日兩國,與一些歐洲國家(英、德、法等)相近。但在某些具體材料研究方面(如無源電子元件用低燒功能陶瓷材料、高性能細晶鐵電陶瓷材料等),我國科學家的研究成果已處于國際領先水平。但是在實際應用、生產水平、工業(yè)化程度以及市場份額上與歐、美、日等發(fā)達國家仍然有相當大的差距。最近幾年,在科技人員和各企業(yè)的努力下,特別是在國家的重點扶持下,再加上外來資金的引入,中國功能陶瓷的基礎研究得到加強,企業(yè)結構得到調整,企業(yè)規(guī)模不斷擴大,從而使得中國的電子陶瓷市場不斷發(fā)展壯大。目前,我國已經在功能陶瓷材料領域聚集了雄厚的隊伍和積累,處于厚積薄發(fā)的階段,產業(yè)發(fā)展勢頭很猛。在電子陶瓷及其片式電容、電感器、電阻器件、陶瓷基板、光導纖維及其陶瓷光線連接器、高溫超導陶瓷纖維等應用技術和產業(yè)化方面進展都非常順利,F(xiàn)在,我國已經能夠生產大多數(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線電頻率元件已能大量生產,并且還占有一定的國際市場。但大部分產品的利潤并不很高,產品的技術含量和附加值都相對較低,而且目前世界上最先進的超高利潤的電子陶瓷產品我們沒有能夠占領市場,許多電子整機中的電子陶瓷元件仍需大量進口,如手機中使用的片式壓電陶瓷濾波器等,國內市場很大,但全靠進口。因此,提升產品的技術含量和附加值,加大產品的利潤率是電子陶瓷發(fā)展的關鍵和目標。只有在這些方面做得好的企業(yè),才有可能在將來的電子陶瓷市場中獨領風騷。
隨著世界范圍經濟結構的調整和轉移,我國的功能陶瓷材料和元件的市場正在迅速增長。發(fā)達國家電子整機生產逐漸向中國轉移,為我國功能陶瓷材料和相關電子元件產業(yè)的發(fā)展提供了前所未有的發(fā)展機遇。把握機遇,發(fā)展優(yōu)勢,提高我國信息功能陶瓷的產業(yè)技術水平和自主創(chuàng)新能力,對于提高我國信息產業(yè)的總體水平有著重要的戰(zhàn)略意義。