電子材料更加智能

　　舊材料有新的使用方法和應用空間

　　60年前，如果你告訴科學家們驅動電子工業產生革命性進步的原材料將主要是沙子時，他們一定會無情地嘲笑你。然而一個不爭的事實是，如果沒有硅、陶瓷、塑料和其它一些材料，電子工業將絕對不是我們今天看到的樣子。

　　原材料成為電子工業發展的關鍵驅動因素，根據商業通信公司(BCC)最新發布的一份報告，它們正變得更加“智能”。

　　智能材料可以對外界條件變化做出反應。例如，通常被稱為記憶型合金的熱反應材料可以根據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會產生小規模電荷。這種影響也會在反方向出現——壓電材料能夠對電流做出反應而改變形狀。

　　智能材料系統擁有感知和觸發功能，并被用于越來越多的工程學和商業應用。當前，智能材料的應用擴展到大多數工業部門，如需要控制和感應能力的電子、內科檢查以及汽車和工業研究流程。事實上，BCC的研究表明，花在使用智能材料的產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)。

　　什么是當今的熱門的原材料，它們又是如何推動電子工業發展的呢?

　　壓電晶體材料依然是電子工業不可或缺的原材料。它們是生產集成電路時鐘脈沖發生器的理想材料，而對于RF濾波器的生產來說，其依然是不可缺少的，射頻濾波器使無線設備得以工作。

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

　　通過嚴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。這些振動可以被用于以可靠的間隔來反饋電信號(生產時鐘脈沖發生器)或者從一對雜亂無章的信號中挑出特定的信號(生產射頻濾波器)。

　　過去幾年間，受到手機體積日益縮小和成本日益降低的強大壓力的驅動，濾波器和雙工機的體積也不斷縮小。在20世紀90年代后期，SAW濾波器和雙工機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系統BAW設備，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設備的雙工機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入這一領域，并向諾基亞公司提供此類濾波器。

　　從那時開始，壓電型射頻雙工機市場的大多數主流競爭者都開始生產BAW雙工機，不過安華高科技公司依然是市場的領先者之一。“排名前十位的CDMA手機中有九款都使用我們的產品，”安華高科技公司副總裁兼無線半導體部門總經理Bryan Ingram說。

　　SAW濾波器依然是一項成熟的技術，因此利用此項技術，公司可以繼續縮小設備尺寸并提高產品性能。“由于多頻帶和多制式手機市場的增長，射頻SAW濾波器市場發展狀況良好并保持增長，”市場研究公司iSuppli的高級分析師Scott Smyser說。

　　當作用電流發生改變時，壓電體材料并不會出現顯著的變形，因此你需要使用顯微鏡才能觀察到這種變化。然而，隨著電子設備中的可動部分體積變得越來越小，電子工業已經找到方法來利用材料移動具有的范圍小、時間間隔精確并且可控制的特性。

　　壓電體材料的另外一種應用——壓電發動機出現在20世紀80年代后期。雖然振動有幾種不同的最終表現形式，但是無一例外都使用壓電觸發器來產生超聲波振動。為了形象地說明這種產品的特點，你可以想象桌子上放著一款有強大振動響鈴功能的手機。當來電話時，手機由于振動會到處移動，就像漂浮在桌面上一樣。假如你能夠控制振動的頻率、方向和相位，你就可以讓手機在你需要的任何方向和頻率上移動。

　　壓電發動機被用于高端SLR照相機來驅動自動聚焦裝置和變焦透鏡已經有數年的歷史，不過容量巨大的手機市場正推動著壓電發動機產品的應用。硅的小型化使得制造商可以將拍照功能集成到手機里。然而，沒有幾種百萬象素可拍照手機擁有自動聚焦和光學縮放功能。據New Scale Technologies等壓電發動機制造商所說，當發動機尺寸降至5毫米以下時，壓電發動機在精確度和功率利用率方面較電磁發動機更為有效。“電磁發動機是一項不錯的技術，它們的表現也很好，但是你無法將它們的體積變得更小，” New Scale公司總裁兼首席執行官Dave Henderson說。

　　2004年，三星公司推出了一款帶有光學縮放功能的微型壓電驅動可拍照手機模塊，盡管都還沒有找到客戶，但是包括Johnson Electric、1Ltd 和New Scale在內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大有前途的應用領域，不過對于大規模商業應用來說還為時過早，這項技術最為引人注目的潛在應用之一是用作無線傳感器網絡的電源。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到的區域并使用數年。但是，這要求傳感器有持續不斷的電源。Continuum Photonics和MicroStrain等公司一直致力于開發基于壓電體材料的電源，不過都還沒有取得廣泛的商業成功。

　　雖然是電子工業最早使用的原材料之一，但是壓電體材料的應用并沒有出現衰退的跡象。相反，在一些行業，壓電體材料的應用還有所擴展。研究公司IDTechEx的主席Peter Harrop表示，20年前，壓電SAW設備在RFID標簽中就有所應用。如今，隨著電子工業在努力開發以理想的距離進行讀取的廉價被動式RFID標簽，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電子工業的影響，不過電鉻材料大有前途。這種材料可以根據電場不同改變顏色。BCC首席分析師Josep Buchaca 認為，目前電鉻材料的主要應用于可以控制光線射入強弱的窗戶上。

　　但是對電子工業來說，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。“雖然顯示效果不太好，但是別忘了，它非常便宜。”

　　毫無疑問，沙子(主要以硅的形式表現)從來沒有像今天這樣重要。智能原材料已經表現出了應對外界壓力方面的廣泛的應用潛力，你可以預計數年后對這些原材料將有更大的需求。