電子產品的發(fā)展給人類生活帶來越來越多便利與美好體驗的同時，一些弊端隨之而生，電子垃圾、環(huán)境污染、能源消耗速度過快等種種問題開始困擾人們。于是，全球對環(huán)保與節(jié)能的關注達到了前所未有的高度，如何應對環(huán)保指令、開發(fā)新的節(jié)能產品、充分利用能源逐漸成為一個越來越熱門的話題。  

    綠色預言之一：全球環(huán)保指令林立，制造與設計將經(jīng)歷更大變革  

    人們習慣的把去年7月份歐盟RoHS的實施對中國電子產業(yè)的影響比喻為一次沖擊波，其實這只僅僅是個開始。目前，中國大陸、臺灣地區(qū)、韓國和美國某些州都在制定自己的“綠色”或類RoHS法規(guī)，其中，中國大陸將于3月1日執(zhí)行的《電子信息產品污染控制管理辦法》(俗稱中國版RoHS)對中國電子產業(yè)來說無疑是一場更徹底的洗禮。  

    禁用有害物質不再只是出口廠商的事情了，大多數(shù)電子廠商已經(jīng)非常清楚的意識到：不滿足該禁令不僅意味著將失去市場，而且直接影響企業(yè)日后的生存。一般來講，在中國龐大的電子企業(yè)群中，大型企業(yè)收集、跟蹤信息較快而且在原材料采集上比較關注環(huán)保標準，去年歐盟RoHS于7月1 日正式實施，他們大部分都提前6個月到1年的時間提前準備，所以這次應對中國版RoHS應該非常輕松。  

    不過據(jù)某檢測機構內部人士透露，還有些小型企業(yè)和不規(guī)范的企業(yè)沒有對系列環(huán)保法規(guī)引起足夠的重視，相比于大量外銷型企業(yè)針對歐盟RoHS提前半年以上就積極咨詢與改進，在距中國版RoHS正式實施僅僅2個多月的今天，積極參與的內銷型小企業(yè)還只是一小部分?！盎蛟S其中的原因在于中國版RoHS的具體強制執(zhí)行時間還沒有公布，不過我很擔憂殘酷的市場與法律是否會對一批企業(yè)造成沖擊，就像幾年前開始強制CCC認證那樣?！痹撊耸勘硎?。  

    傳統(tǒng)制造工藝將得到全面革新  

    《電子信息產品污染控制管理辦法》專門為限制電氣和電子設備中有害物質的使用而開發(fā)，其覆蓋范圍包括中國的企業(yè)以及產品向中國銷售的所有企業(yè)。  

    雖然該法規(guī)與歐盟限制有害物質相同，但中國版RoHS對標簽和測試要求更嚴格，它與歐盟RoHS的區(qū)別表現(xiàn)在：中國版RoHS是將需要認證的產品直接列出來，而歐盟則是將可以豁免的產品列出來；中國版RoHS無需轉換成法律規(guī)范性文件就可以直接實施，歐盟RoHS指令需要轉換成歐盟成員國法律才可以實施；中國版RoHS對象為電子信息產品，歐盟RoHS指令對象為交流電不超過1000伏特、直流電不超過1500伏特的電子電氣設備。  

    已經(jīng)有一些分銷商對自己的現(xiàn)場應用工程師(FAE)進行了有關機械和制造問題的培訓，旨在通過FAE來幫助客戶實現(xiàn)環(huán)保器件的轉換，使他們了解工藝轉換時可能存在的問題。此外，對于一些因為終端應用豁免或其它原因而無需遵循法規(guī)的客戶，半導體制造商還需要評估市場并合理規(guī)劃自己的產品線。  

    相比于在傳統(tǒng)的鉛制系統(tǒng)方面積累的豐富經(jīng)驗，電子業(yè)界對于無鉛世界的知識還非常薄弱，與工藝有關的風險會隨時出現(xiàn)。由于鉛的用途主要是連接焊料、終端以及鍍層，涉及這些領域的制造商需要針對多種真實環(huán)境進行測試，以解決新系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的各種問題。  

    此外，針對電鍍化學中錫須形成的風險、影響焊點可靠性的銅分解現(xiàn)象、高溫焊接對PCB表面處理以及元器件的要求等，制造商都不得不改變工藝流程，更新制造流水線。  

    新的設計流程將逐漸成熟  

    為了避免隨無鉛焊接過程中出現(xiàn)爆板、分層和焊點可靠性差等問題，必須在焊接之前確保PCB質量，這給PCB設計者和制造商都帶來了新的課題。就像分銷商會給客戶做相關的環(huán)保元件培訓一樣，為了使PCB更具可加工性，PCB制造商也會向設計者做一些加工工藝的培訓。  

    “無鉛焊接過程中形成可靠的合金層需要較大的熱量，而過多的熱量會引發(fā)熱分解溫度、張力系數(shù)、熱擴散、熱應力等問題?！睋?jù)深南電路技術中心高級工程師高晗透露，“此外，無鉛焊接對焊接設備的要求很高，好的焊接爐要求有多個溫區(qū)，而且單一溫區(qū)的溫差必須很小才能防止過孔破裂，虛焊等問題產生。通常用于有鉛焊接的設備無法滿足無鉛焊接的要求，所以許多傳統(tǒng)設備還有待更換?！?nbsp; 

    新的環(huán)境法規(guī)不僅為全球的制造商和供應鏈帶來沖擊，而且也將驅動設計流程的改革?！白詮娜ツ隁W盟RoHS指令正式實施后，我們公司無鉛產品的數(shù)量明顯增多?！彼a充道，“許多客戶也經(jīng)常咨詢有關材料選擇、可靠性加工等相關問題。只有讓設計者清楚地明白符合性設計的制造流程，他們才能設計出來滿足無鉛加工需要的產品?！?nbsp; 

    符合環(huán)保標準將貫穿設計過程中的多個重要環(huán)節(jié)，在概念、開發(fā)、原型、樣產以及量產的各個階段，設計者必須時刻進行相關檢測。為了減少風險，工程師需要在概念階段就列出符合性數(shù)據(jù)。  

    在來自設計者的反饋中，我們發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)設計流程不同的是，新的設計流程需要來自各方面的支持。在尋找符合條件的綠色元器件庫方面，需要得到供應商的支持；在證明符合有關指令方面，需要得到認證機構的支持；在產品的可制造性方面，需要得到制造商的支持。這些都是設計工程師需要關注的重點。  

    在得到各方面的支持后，設計者還必須把所設計產品的需求反映到設計參數(shù)中去。除了綜合考慮產品的外形、裝配、功能、成本和可銷售性，器件的尺寸、性能、電氣參數(shù)和功能，現(xiàn)在還必須增加有關環(huán)境兼容性方面的新要求。  

    未來還有更嚴格的環(huán)境法規(guī)將陸續(xù)出臺：回收、能效……  

    從目前情況來看，禁用有害物質對產品成本造成一定幅度的上升，但從長遠來看，環(huán)保電子是全球的發(fā)展趨勢，成本上的差異也會越來越小，而且當同類產品都無鉛后，成本競爭又回到了同一起跑線上。  [!--empirenews.page--]

    全球已經(jīng)有多種綠色標志，例如德國藍天使、歐盟Eco-flower、瑞士TCO認證、北歐天鵝標章、中國節(jié)能產品標志等，是否符合環(huán)保要求將成為產品直接競爭力。此外，更嚴格的環(huán)境法規(guī)，例如歐盟的化學品注冊、評估和授權(REACH)法，也即將出臺。  

    不僅有害物質是最重要的環(huán)境參數(shù)，電子廢棄產品的可回收性、回收總量以及材料精簡等問題也成為新的要求。2006年8月14日，中國頒發(fā)了《廢棄家用電器與電子產品污染防治技術政策》，在此之前，2001年4月日本《家用電器回收法》、2003年10月日本《個人電腦主動回收和循環(huán)再利用部級規(guī)定》、2005年8月13日歐盟《廢棄電氣及電子設備指令》(WEEE)相繼發(fā)布，科學的環(huán)保回收也成為一個熱門領域。  

    同時，在能效方面也出現(xiàn)越來越多的節(jié)能標準，例如“能源之星”認證項目、美國加州能源委員會(CEC)、歐盟行為準則、歐洲高能效電器組織(GEEA)，以及中國節(jié)能產品認證中心(CECP)均把節(jié)能放在環(huán)保的重要一環(huán)。歐盟近日還公布了“能效行動計劃”，打算在2020年以前節(jié)能20％，而且歐盟委員會計劃從2007年開始更新器具及設備的標簽并為其制訂最低工作性能要求，特別要減少待機耗電量。另外，還將在2007年8月正式實施《耗能產品環(huán)保設計指令》(EuP)指令等。  

    綠色預言之二：半導體照明產業(yè)更趨成熟  

    回想一個多世紀以來照明領域發(fā)展的幾個階段，從最初的白熾燈、熒光燈、鹵燈、到現(xiàn)在的LED，明顯發(fā)現(xiàn)照明朝著更節(jié)能、更環(huán)保、更健康的方向發(fā)展(見圖1)。近年來，LED在顏色種類、亮度和功率方面都取得了極大的進展，應用范圍超越了標識、顯示以及背光源，廣泛的進入汽車領域。此外，我們還發(fā)現(xiàn)許多IC廠商已經(jīng)開始推出面向汽車LED燈、照明LED燈的驅動，基于去年我們報道的大量新聞，可以預言：LED在幾年內還將走進普通照明領域。  

    外延片生長將出現(xiàn)新的技術突破  

    在半導體照明產品的外延片生產、芯片制造、器件封裝、集成應用等幾個環(huán)節(jié)已初步形成比較完整的產業(yè)鏈。去年，全球各地的LED展會頻頻舉行，參展商類型廣泛地覆蓋了從LED芯片、LED材料、LED封裝、LED顯示屏、LED測試儀器等多個領域。不過，很容易可以發(fā)現(xiàn)，關鍵的外延片生長技術還掌握在少數(shù)大公司手中。  

    在中國，生產外延材料和芯片的企業(yè)包括深圳方大、廈門三安、福日電子、南昌聯(lián)創(chuàng)、上海藍寶及大連路明等。一些機構及公司正積極研究GaN、SiC、ZnO等第三代材料。不過由于襯底問題沒有得到解決，GaN生產的良率問題一直是個挑戰(zhàn)，根據(jù)有關資料顯示，中國GaN基外延片生產能力僅占中國芯片用量的10%左右，而去年末上市的索尼PS3也是因為基于GaN的藍光二極管“斷糧”而產生一機難求的局面。  

    目前，雖然還沒公司能成功實現(xiàn)GaN真正的量產，但各國政府有關機構、相關企業(yè)以及風險投資公司紛紛加大了對GaN基半導體材料及其器件的研發(fā)投入和支持，隨著進一步的研發(fā)，相信還會出現(xiàn)新的技術上的突破并最終帶來成本的降低。

    大功率LED將成為新熱點

    被稱為“綠色光源”的大功率LED照明技術有著廣闊的發(fā)展前景，有望朝著大LED電流(0.3-1.4A)、高效率(60-120流明/瓦)、亮度可調的方向發(fā)展?，F(xiàn)階段，針對大功率LED材料和制造技術等諸多瓶頸，全球研發(fā)成果進步顯著。

F1 半導體照明將推動人類照明歷史上的第二次革命。

    在LED本身發(fā)光效率方面，美國能源部的能效計劃是到2012年商用白色LED的能效達到150流明/瓦，2020年達到200流明/瓦。中國科學院半導體照明研發(fā)中心則把發(fā)光效率200流明/瓦、壽命10萬小時、顯色指數(shù)大于80作為自己的目標。另外，根據(jù)一些已經(jīng)公開的資料，預計在2007年將出現(xiàn)多家公司有能力實現(xiàn)或將要實現(xiàn)100流明/瓦的能效，包括日亞化學工業(yè)、Cree公司、西鐵城電子、Nichia公司、韓國首爾半導體等，提升白色LED發(fā)光效率的競爭將更激烈，最終刺激效率提升的速度。 

    大功率LED的應用除了汽車、醫(yī)療和儀器儀表領域，還包括其它特種照明環(huán)境。這些應用對LED驅動的要求更加苛刻，比如更寬的輸入電壓范圍；具有沖擊負載保護、反相和過壓保護；更低的待機功耗；具有PWM的可調亮度的功能等。目前常見的LED驅動器包括基于電容的電荷泵和基于電感的DC/DC。

    基于電荷的電荷泵發(fā)展已經(jīng)很成熟了，而且還不斷出現(xiàn)了新的附加功能，例如安森美用于低功率的浮動穩(wěn)壓電荷泵、研諾邏輯結合安全計時器的600mA雙調節(jié)電流輸出閃光驅動器、Catalyst半導體專有的Quad-Mode型LED驅動器、Sipex輸出電流可達1.2A的升降壓電荷泵LED驅動器、美國國家半導體雙增益結構的LED驅動器等。

    基于電感的高電壓DC/DC轉換器系列的規(guī)模龐大且不斷增長，通常用來驅動大功率LED燈。不斷推出的新產品包括：使每個LED獲得80流明至120流明亮度的凌力爾特公司的LT3474和LT3475，研諾邏輯的傳導升壓DC/DC轉換器AAT1231等等。

    市場研究公司IC Insights預測，到2010年全球LED總銷售收入將達到6.7億美元，而包括白色LED在內的高亮度LED銷售收入將占到總銷售收入的86%。而目前中國已形成了五大半導體照明工程基地，即深圳、廈門、南昌、上海和大連，但產業(yè)鏈還有待進一步完善，LED的性價以及效率也還有進一步的提升空間，外加日益倍增的需求，我們可以預計未來幾年內，半導體照明絕對是一個熱門領域。

    綠色預言之三： 電子技術將為汽車節(jié)能做出更大貢獻

    能源緊缺的持續(xù)呼喚，以及標準與法規(guī)的出臺，這兩方面因素相得益彰地推動了汽車的節(jié)能趨勢。去年國家認證認可監(jiān)督管理委員會發(fā)布的第26號公告中，將中國質量認證中心、中汽產品認證中心的2家認證中心和7個檢測實驗室作為第三方機構，共同承擔起國家節(jié)能環(huán)保型汽車自愿性產品認證的工作(這個自愿性認證得到了廠商的支持)。不僅如此，2006年11月3日，中國發(fā)展和改革委員會還首次對社會公開發(fā)布經(jīng)過權威部門核實的汽車油耗數(shù)據(jù)，這一舉措意味著廠商油耗競爭愈加激烈。 [!--empirenews.page--]

    關于車輛節(jié)能，一般人們關注的是車輛的百公里油耗，但是飛兆半導體公司亞太區(qū)總裁兼董事總經(jīng)理郭裕亮先生補充表示，現(xiàn)今汽車的電氣功耗越來越高，電動動力轉向、電力制動器、風扇的電機控制、座椅位置調校以及天窗等均需要更多的能量。用戶不僅可通過減少熱耗散能量的方式來直接節(jié)能，而且可通過減小和減輕電氣系統(tǒng)中的其它元件以改善車輛的節(jié)能。

    展望未來車輛節(jié)能趨勢，安森美半導體汽車和電源管理部全球銷售及市場總監(jiān)鄭兆雄認為，一是從通常的線性方案轉變?yōu)殚_關電源與線性電源的結合，以增加整個系統(tǒng)的效率；二是在電壓調節(jié)上，減少非打火狀態(tài)時的靜態(tài)電流，這在汽車未啟動時限制汽車電池的漏失非常有必要。

    在最受人關注的如何降低排放量、提高燃油效率方面，飛思卡爾半導體(中國)有限公司汽車及標準產品部業(yè)務拓展經(jīng)理康曉敦的觀點是采用新的電子動力系統(tǒng)控制技術，因為各種先進的嵌入式控制器、傳感器技術、動力管理組件和動力制動器驅動，將會使新車輛更加經(jīng)濟和環(huán)保。

    節(jié)能意識將增長對車用IC的需求與創(chuàng)新

    毫無疑問，節(jié)能汽車給車用IC提供了廣闊的機會。此外，自從2005年10月1日《國家混合動力汽車標準》開始進入正式實施階段以來，中國的混合動力汽車得到了很大的發(fā)展。長春一汽、一汽大眾、上汽、長安、比亞迪、奇瑞、華普、沈陽金杯、廈門金龍、安凱、宇通、深圳鉅華等企業(yè)，都相繼推出了混合動力客車。其中，五洲龍混合動力客車經(jīng)過了澳門及深圳的公交公司近一年的商業(yè)投放示范營運，所帶來的環(huán)境效益已經(jīng)突顯。混合動力客車不僅排放量較同類車減少22％至25％，排放指標達歐Ⅲ標準，且耗油量低，節(jié)約燃油約30％。

    全球能源有大約20%都消耗在交通運輸上，如果所有的車輛都能改用混合動力，那么這個比例將減少將近一半，英飛凌科技亞太區(qū)混合動力汽車電子技術市場主任工程師Andreas Volke表示。混合動力汽車需要大量用于發(fā)動機控制、電池管理、再生制動、電動轉向以及其它系統(tǒng)的電子元器件，一部混合動力汽車所用的電子元器件占汽車基本成本的47%。而且，我國國民經(jīng)濟“十一五”規(guī)劃建議稿中也明確提出，電動汽車產業(yè)發(fā)展的目標之一就是實現(xiàn)混合動力汽車的小批量生產。所以，混合動力汽車更快地加速了汽車半導體廠商的收益。

    絕緣柵雙極晶體管(IGBT)和功率MOSFET是混合動力汽車的核心技術。iSuppli預測汽車IGBT市場有望以17.2%的年復合增長率高速發(fā)展，位居汽車電源管理器件之首，MOSFET市場增長據(jù)其次。

    “到2010年和2015年，混合動力車輛將占據(jù)車輛市場的一小部分，但是混合動力對逆變器和DC/DC的集中需求將形成市場對IGBT和功率MOSFET的巨大需要。這些產品必須是效率最高的，因為功率等級相當高且正在從10kW向60kW不斷地增加中。”郭裕亮表示，“目前飛兆半導體已針對這些應用提供產品。此外，我們還正在針對動力轉向和其它電機應用開發(fā)逆變橋模塊?！?

    從汽車制造業(yè)的角度看，還有個主要挑戰(zhàn)將是用重量更輕的電氣系統(tǒng)所來代替沉重的機械系統(tǒng)，安森美的鄭兆雄認為，新的電氣系統(tǒng)還要在保證成本與減輕重量和增加效率之間取得平衡。

    現(xiàn)代電子控制系統(tǒng)不僅要滿足法律規(guī)定的尾氣排放等級、提供具有競爭力的油耗，還要滿足消費者的“駕駛樂趣”。因此，汽車制造商必須增加更多的設計，如汽油直接噴射(GDI)、氧傳感器、電子油門控制(ETC)、Camless引擎設計、汽油機缸內燃燒控制、排氣再循環(huán)(EGR)以及蒸發(fā)排放控制系統(tǒng)以及等。而這些新功能需要精確的時間測量和電機控制，在自動編碼、自動校準、基于車型的控制、通用操作系統(tǒng)、DSP算法和浮點操作中，都要用到高性能MCU?？禃远亟榻B道，飛思卡爾的Power Architecture處理器是在全球所有現(xiàn)有的和規(guī)劃的動力系統(tǒng)中的部署超過了40%，而且也非常適合混合動力車。

    為滿足汽車應用的特殊要求，尤其是混合動力車的特殊要求，功率半導體器件及其封裝不得不進行專門的優(yōu)化。英飛凌科技的Volke表示：“對于半導體領域來說，挑戰(zhàn)在于必須適應更廣的操作溫度，以及不斷增加的功率密度。另外，用于下一代混合動力車中的芯片，其封裝也必須能適應高溫環(huán)境，并達到高的穩(wěn)定性?！?

    除了對IGBT、功率MOSFET以及用于電源供應的功率元器件的需求出現(xiàn)顯著增長、用于更先進的動力引擎控制系統(tǒng)的車用控制器、面向信息處理及通信的高頻IC和DSP、以及其它一些車用模擬IC及存儲器等也預計會出現(xiàn)顯著增長。對于混合動力領域來說，如何貯能也是一個很大的機會，新的貯能材料、充電電池及電容一體化模塊紛紛問世。一般來講，技術的初步形成，和廣闊的市場需求空間，必然會推動產業(yè)的快速形成和前進。所以，非常有理由相信，不僅在公交與客運領域，未來還將有更多的混合動力汽車奔跑在家用領域。

    此外，高速發(fā)展的中國經(jīng)濟對汽油的依賴程度還會更高，僅靠混合動力技術并不能達到節(jié)能和持續(xù)發(fā)展的目標，這也給新能源汽車帶來自己的利基市場?？梢钥隙?，未來幾年還會對現(xiàn)有內燃機技術進行持續(xù)優(yōu)化，出現(xiàn)各式各樣令人眩目的新能源汽車，例如天然氣汽車、生物動力車、氫動力汽車等。