电子元器件设计的发展趋势分析

摘要：在电子元器件的设计决定着电子元器件的发展趋势，电子元器件的设计中的一些技术是决定其设计的发展趋势的一个重要因素，笔者对电子元器件的设计发展趋势进行分析，从电子元器件的封装技术和大功率真空微波管两个方面来分析电子元器件的发展分析，并对电子元器件设计的可靠性进行分析，进而总体分析电子元器件的发展趋势。

关键词：电子元器件 封装技术 大功率真空管

电子行业的发展，并非仅仅是原有需求的简单修复，还受到了新技术、新产品、新应用的拉动。从产业成长阶段来看，产业发展正从中低端产品进口替代、出口替代步入中高端产品进口替代、出口替代的过程。技术、创新将逐渐取代发展趋势。 一、电子元器件封装技术发展趋势

未来集成电路技术，无论是其芯片面积、特征尺寸和芯片所包含的晶体管数，还是其发展轨迹与ic封装，发展趋势都是芯片的规模越来越大，而面积越来越小；封装的体积越来越小，功能却越来越强；厚度越来越薄，引线间距在不断缩小，引线数却越来越多，并且从两侧引脚到四周引脚，最后到底面引脚；封装的成本越来越低，而封装的性能与可靠性越来越高，单位的封装面积、体积上的ic密度越来越高，线宽越来越细，并且由单芯片封装方向向多芯片的封装方向发展。

先进的封装技术可以推动更低功耗、更高性能、更小形状因子和

更低成本的产品的发展。晶圆级芯片尺寸封装（wcsp）的应用范围正在不断的扩展，分立器件、无源器件、存储器和rf的比例在不断的提高。随着引脚数目和芯片尺寸的增加，板级的可靠性将成为一大挑战。系统封装（sip）已经开始集成逻辑电路、mems 器件以及特定应用电路。mems应用覆盖了物理、惯性、光学、rf和生物医学等领域，这些应用需要使用不同种类的封装，比如晶圆级封装、过模封装、开腔封装和一些特殊类型的密闭封装。而使用tsv的三维封装技术能为mems器件与其他芯片之间的叠层提供有效的解决方案。晶圆级封装与tsv的结合能获得更小的填充因子，并且还能应用到包括光学、微流体和电学开关器件等领域。 二、大功率真空微波管仍然是发展重点

迄今为止，虽然sic等大功率半导体器件取得了空前的发展，但是在相当长的时期内大功率真空微波器件技术仍然先进装备使用的首选。其原因除了目前大功率半导体器件还不能适应高温、高可靠性、高电压的大功率微波（毫米波）应用外，在新材料和先进工艺的支持下， 真空微波管发展空间还很大。

综合对国内外大功率真空微波管的相关文献的研究，要提升大功率真空微波器件的性能可以通过如下几种途径：

1）改进行波管的部件。通过改进常规行波管内在的部件，包括行波管内的阴极。改善阴极的研究包括非热阴极和热阴极两方面，研究新的涂覆材料是重点。为了能延长阴极的寿命与提高电流的密度，可以通过评估场发射阴极阵列（冷阴极）的实用性来实现。

2）改进冷却技术。通过改进射频部件的冷却技术（尤其是螺旋线管）。改进行波管的冷却能明显提高其功率，研究人员采用金刚石膜覆盖的夹持杆来替代螺旋线行波管中的常规型夹持杆，因为这种杆具有很好的导热性。

3）改进电子束的聚焦能力。聚焦问题一直都是管子设计与制造的关键技术，如果处理不好就会导致部分能量消耗在射频的结构上（被它吸收了），从而使得管子的效率降低。目前正在研究开发一些更强、更可靠的磁性材料，能够将能量的损失减到最小，从而提高行波管的效率。

4）开发新技术。开发固态器件集成与行波管技术，形成微波功率模块器件。微波功率模块是用作放大器的毫米波单片集成电路、用一个电子功率调制器和于功率放大的螺旋线行波管等几种技术结合在一起。这些技术的结合有效的保证了各项技术的最佳效用；微波（毫米波）的单片集成电路作为频率放大器，而行波管只用作功率放大器。

三、电子元器件设计的可靠性分析

可靠性是指产品在规定的时间内和规定的条件下完成规定功能的能力。可靠性所反映的是装备在无故障情况下持续工作的能力，是体现装备持续执行作战任务的极限能力的重要指标，同时还是装备技术能力以及装备水平的重要体现。可靠性通常可以分为任务可靠性和基本可靠性。

任务可靠性是指产品在规定的任务剖面内完成规定功能的能力。

基本可靠性是指产品在规定的条件下，规定的时间内，无故障工作的能力。基本可靠性反映产品对维修资源的要求，统计基本可靠性值时，应统计产品的所有工作时间和所有的关联故障。 四、保护元器件的发展趋势

保护元器件主要分为三种过压、过流和过温元器件，下面着重分析这三种保护元器件的发展趋势。

过压保护器件用于保护后续电路免受甩负载或瞬间高压的破坏，常用的过压保护器件有压敏电阻、瞬态电压抑制器、静电抑制器和放电管等。过压元器件在今后的发展中应当采用esd抑制器，这样可提高相应的时间。降低湘位电压，同时还能增高电流浪涌承受能力。今后的发展中还应采用陶瓷气体放电管，这能有效增强二级现压的保护。

过流元器件主要有一次性熔断器、自恢复熔断器、熔断电阻和断路器等，其中，最重要的过流保护器件是熔断器，也叫保险丝。其发展趋势是需要增强元器件的灵敏度，同时降低环境对其的影响，无论是在寒冬和炎热的夏天能取得一样的效果。同时提高过流元器件的安全性和耐久性也是发展的趋势。

过温元器件主要有热敏电阻、温度开关和温度熔断器等。在电源设计中经常使用ntc热敏电阻型浪涌抑制器作过温保护，因为其抑制浪涌电流的能力与普通电阻相当，但在电阻上的功耗则可降低几十到上百倍。过温元器件在今后的发展中应当增加ntc热敏电阻上工作电流。

参考文献

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