第十二讲电子信息工程的发展现状与趋势

第十四讲电子信息工程的发展趋势（一）引子为有效的实现前瞻性、战略性和宏观性决策的最好方法就是分析事物的发展趋势。主要内容1.前言2.电子信息工程概述3.电子信息技术的发展趋势4.电子信息工程的现代理论5.电子信息技术的连锁效应1.前言（一）1.1学科特点：电子信息工程是一门应用电路理论和计算机等现代化技术进行电子信息控制和信息处理的学科，主要研究信息的获取与处理，电子设备与信息系统的设计、开发、应用和集成等技术。1.2主要技术方向：语音信号处理，图像信号处理和数据信号处理及其控制；网络技术；遥控遥测遥感技术；宇航、宇宙通信、射电天文学；国防电子信息技术、医疗电子技术等等前言（二）1.3人才培养目标：掌握现代电子技术理论、熟悉电子系统设计原理与设计方法。具有较强的电子线路、计算机应用、外语和相应工程技术应用能力。面向电子技术、自动控制和智能控制、计算机与网络技术等电子、信息、通信领域的宽口径、高素质、德智体全面发展的具有创新能力的高级工程技术人才。返回2.电子信息工程概述（一）2.1专业背景与市场预测：电子信息工程专业是前沿学科，现代社会的各个领域及人们日常生活等都与电子信息技术有着紧密的联系。全国各地从事电子技术产品的生产、开发、安装调试、运行维护、销售和应用的企事业单位很多，随着社会的发展，这样的企事业和相关企业会越来越多。2.电子信息工程概述（二）培养要求：2.2学习信号的获取与处理、电子设备与信息系统等方面的基本理论和基本知识，受到电子与信息工程实践（包括生产实习和室内实验）的基本训练。具备良好的科学素质，具备设计、开发、应用和集成电子设备和信息系统的基本能力，并具有较强的知识更新能力和广泛的科学适应能力。2、电子信息工程概述（三）2.3就业去向：在电子信息类的相关企业中，从事电子产品的生产、经营与技术管理和开发工作；面向电子产品与设备的生产企业和经营单位，从事各种电子产品与设备的装配、调试、检测、应用及维修技术工作；到企事业单位从事机电设备、通信设备及计算机控制等设备的安全运行及维护管理工作；从事电子设备和信息系统的设计、应用开发以及技术管理等。比如，做电子工程师，设计开发一些电子、通信器件；做软件工程师，设计开发与硬件相关的各种软件；做项目主管，策划一些大的系统，这对经验、知识要求很高；还可以继续进修成为教师，从事科研工作等。3.电子信息技术的发展趋势----朝阳产业、八大热点简介：引言：电子信息产业是一项新兴的高科技产业，被称为朝阳产业。据信息产业部分析，“十五”期间是我国电子信息产业发展的关键时期，预计电子信息产业仍将以高于经济增速两倍左右的速度快速发展，产业前景十分广阔。就目前技术发展情况分析，大致由八大热点技术，一下介绍之。3.1元器件的发展趋势3.2集成电路3.3软件3.4新型平板显示3.5太阳能光伏3.6音视频技术3.7移动通信3.8计算机科学与技术通信业务如数据通信、多媒体、互联网、电话信息服务、手机短信等业务也将迅速扩展；值得关注的还有文化科技产业，如网络游戏等。目前，信息技术支持人才需求中排除技术故障、设备和顾客服务、硬件和软件安装以及配置更新和系统操作、监视与维修等四类人才最为短缺。此外，电子商务和互动媒体、数据库开发和软件工程方面的需求量也非常大。返回3.1元器件的发展意义和趋势1）意义：电子元件是信息技术的重要支撑，是电子装备、电子信息系统以及武器装备控制系统的重要基础。2）元器件的发展趋势：片式化、小型化复合化、集成化高频化、高性能、高精度2）元器件的发展趋势：⑴片式化、小型化:即各种元器件做成片状或压缩体积，其外形小而薄，片式化已成为衡量电子元件技术发展水平的重要标志之一，也是电子元件发展史上的一个重要里程碑，并由此掀起了组装革命的热潮。⑵片式化元器件范围：包括无源元件、机电元件、音响元件和复合元件，如片式的电阻器、电容器、电位器、电感器、连接器、继电器、开关、蜂鸣器、扬声器、滤波器、振荡器、延迟线、变压器、传感器等。片式化、小型化举例片式钽电容器和片式塑料膜电容器最小尺寸均已达1.6×0.8mm2，且已商品化；片式陶瓷电容器、片式负温度系数热敏电阻器（NTC）已开始批量生产0603型（0.6×0.3mm2）微小型产品；2mm见方的片式微调电位器也已商品化；压控振荡器现已降到0.05cm3（4.8×5.5×1.9mm2）；0.02cm3的温度补偿晶体振荡器（TCXO）已开始批量生产；0.012cm3（4×2.5×1.2mm2）的温度补偿晶体振荡器（TCXO）已开发成功；2003年日本已开始批量生产体积仅0.0045cm3（2.5×2.0×0.9mm2）的石英晶体滤波器；在继电器产品方面，日本欧姆龙（Omron）公司已开发了目前世界上尺寸最小的继电器G6J系列，其尺寸仅为0.445cm3（4.8×10.3×9mm），同时该公司还开发了当今尺寸最小的片式继电器G6K系列，其体积仅0.325cm3。⑶主要国家电子元件的发展概况（一）美国：是传统电子元件强国，上世纪90年代中期，为促进电子元件发展，美国政府就曾拨款7000万美元，实施了一项旨在开发无源集成和多芯片组装技术的三年计划。2000年，美国商务部、国家标准与计划研究所和一些大型企业联合发起了一个规模更大的“先进嵌入式无源元件联合研究计划”，这为期四年的计划，通过建立一个国家制造科学中心，推动了新一代元件的研发。在美国国防部2004财政年度计划中，“先进元件开发与产品”被列为7个重大计划之一，其预算经费高达132亿美元。⑶主要国家电子元件的发展概况（二）俄罗斯：2007年末，俄罗斯联邦政府批准了“2008～2015年发展电子元器件和无线电联邦专项计划”，旨在帮助解决电子元件在内的电子领域技术工艺落后问题。俄联邦拔给该计划的预算资金为1100亿卢布，此外还有预算外资金770亿卢布。该计划如能顺利实施，到2015年，俄罗斯国产元件预计将会占据国内市场的一半份额。世界主要国家电子元件的发展（三）日本：长期以来，日本的电子元件发展都具有扎实的基础，这主要归功于日本电子元件工业界对元件基础研究的重视，并着眼于中长期的研究和开发。日本的电子元件厂商普遍与企业结成联盟并制订了5～10年基础研究的技术路线图，对包括材料技术、纳米级加工技术和其他加工技术在内的技术领域进行深入研究。2007年，各电子元件企业把研发目标指向技术与产业的融合，将研发经费积极投向强化核心技术和新技术发明，致力于向高性能化、复合化、多样化发展。据统计，日本十大电子元件主流厂商2007年度研发经费的投入总金额达到2352亿日元。2）元器件的发展趋势（2）复合化、集成化在传感器方面，美国摩托罗位公司已将化学传感器、加速度和压力传感器相集成，Burr-Brown公司已提供集成有红外LED/放大器的气体传感器，从而提高了性能，降低了成本，缩小了体积。在微电机方面，德国Faulhaber电机公司开发了集成有磁性敏感元件的脉冲传感器和专用集成电路的微电机。电阻网络已成为日本片式电阻网络的主流产品；连接器与其他部件或电路的复合化产品也在不断发展，日本厂商已开发了具有良好电磁干扰（EMI）屏蔽特性的嵌入滤波器的D连接器，并已用于笔记本计算机；2）元器件的发展趋势（3)高频化要求：拟制电容的串联电阻（ESR）和等效电感（ESL）；在片式多层陶瓷电容器（MLCC）领域，美国ATC、AVX和英国Morgan公司在RF/微波高功率和微波高Q、微波低等效串联电感技术方面已居世界领先地位。日本Murata采用铜内电极已获得了极低等效串联电阻产品；在低等效串联电感方面，美国JohansonTechnology公司100pF电容器的等效串联电感仅0.2nH；TDK的3216型104pF电容器的等效串联电感仅为0.28nH，等效串联电阻仅为14mΩ，分别为传统3216型产品的44%和70%；而3216型2200pf的三端电容器其等效串联电感为0.03nH，等效串联电阻为32mΩ，仅分别为常规产品的1/25和1/8。2）元器件的发展趋势（4）高性能、高精度化在晶体振荡器方面，日本精工爱普生公司2003年已设计出EG-2000声表面波振荡器，其周期抖动T值仅3.0ps，峰－峰抖动最大周期T值为25ps，工作频率最高可达400MHz，频率漂移为±100×10-6；在光纤光缆方面，日本住友电工和日本北海道大学已合作研制成一种低损耗多孔光纤，其在1550nm波长处的损耗低至创记录的0.82dB/km，较以前的多孔光纤降低了99.67%；温度传感器现一般测温范围可达-100～+350℃，重复性误差0.1%。半导体气敏元件的重复误差小于2%，响应时间小于5秒。第十五讲电子信息工程的发展趋势（二）主要内容1.前言（已讲）2.电子信息工程概述（已讲）3.电子信息技术的发展趋势（续）4.电子信息工程的现代理论5.电子信息技术的连锁效应.3.电子信息技术的发展趋势3.2集成电路1）概况世界集成电路市场近年来保持稳步增长，据世界半导体贸易统计组织(WSTS)的数据，2007年市场销售值为2194亿美元，比2006年增长4.7%，预计未来几年仍保持一位数的增长态势。集成电路市场具有明显的区域性，亚太地区尤其是日本一直是市场增长的重点区域，目前占世界整体市场份额的最大部分，但其增长速度已经趋缓；欧洲保持稳步增长；美国市场疲软，呈现下降的态势。从企业角度上看，世界主要市场被业内巨头所瓜分，60%以上的市场份额来自于20强企业，其中世界集成电路两大巨头英特尔与三星所占据的市场份额高达20%。3.2集成电路2）技术水平：（1）线宽：集成电路技术的发展主线一直体现在设计线宽的不断缩小上。2005年，90nm设计线宽的集成电路产品开始上市，基于90nm/12英寸的生产线正式开始进入批量产阶段，集成电路技术的总体水平自此跨入了全新的纳米时代。2006年，在90nm产品逐渐增多的同时，基于65nm技术的集成电路产品相继出现。2007年，各类60nm～65nm水平的DRAM、FLASH、ASIC、FPGA等电路产品已经大批量生产，45nm工艺技术的成熟程度也在不断提高，多类产品开发成功，商品化产品开始进入市场。作为45nm之后的32nm技术，近期也取得了进展。集成电路专用设备是实现产品制造的必要保障，其中最具代表性的光刻设备，近年取得了突破性进展。总之，当前集成电路总体技术水平表现为：65nm技术已成熟，45nm技术基本完备，32nm技术继续前行。3.2集成电路（2）集成度：在纳米级集成电路加工技术的支撑下，集成电路产品正从特大规模集成电路(ULSI，集成度107～109)阶段向极大规模集成电路(GLSI,集成度109以上)阶段迈进。CPU作为最具有代表性的集成电路产品目前已经进入了多核时代；FLASH是半导体存储器中发展最快的一个品种，主流产品为8Gb～16Gb，研发水平达到64Gb；DRAM主流产品为1Gb，研发水平达到4Gb；ASIC产品发展速度趋于平缓；可编程器件正在兴起；SoC（系统级芯片）产品发展迅速。3.2集成电路3）集成电路产业链概况：全球集成电路设计业和封装测试业发展态势良好。在芯片制造领域，全球12英寸生产线不断增加。据不完全统计，截至2006年底，全球12英寸生产线约30条，其中我国台湾共10条，美国约7条，韩国3条，新加坡、日本和欧洲等共计约10条。3.2集成电路4)我国概况（1）生产线：我国大陆已投产的12英寸生产线共3条(包括2007年12月新投产的中芯国际上海生产线)，另有2条正在建设中。（2）技术水平：已初步形成了设计、芯片制造和封装测试三业并举、较为协调的发展格局，设计业和芯片制造业在产业中的比重显著提高，2006年三业产值所占比例为18.5%∶32.2%∶49.3%。与发达国家相比，我国集成电路缺乏核心技术，总体技术水平与国外还有很大的差距，产业形态以代