电子材料更加智能

　　旧材料有新的使用方法和应用空间

　　60年前，如果你告诉科学家们驱动电子工业产生革命性进步的原材料将主要是沙子时，他们一定会无情地嘲笑你。然而一个不争的事实是，如果没有硅、陶瓷、塑料和其它一些材料，电子工业将绝对不是我们今天看到的样子。

　　原材料成为电子工业发展的关键驱动因素，根据商业通信公司(BCC)最新发布的一份报告，它们正变得更加“智能”。

　　智能材料可以对外界条件变化做出反应。例如，通常被称为记忆型合金的热反应材料可以根据外界温度的不同保持不同的形状。压电晶体和陶瓷在受压或者拉伸时会产生小规模电荷。这种影响也会在反方向出现——压电材料能够对电流做出反应而改变形状。

　　智能材料系统拥有感知和触发功能，并被用于越来越多的工程学和商业应用。当前，智能材料的应用扩展到大多数工业部门，如需要控制和感应能力的电子、内科检查以及汽车和工业研究流程。事实上，BCC的研究表明，花在使用智能材料的产品上的资金的增幅仅仅比花在智能材料本身上的资金增幅稍慢(见表格)。

　　什么是当今的热门的原材料，它们又是如何推动电子工业发展的呢?

　　压电晶体材料依然是电子工业不可或缺的原材料。它们是生产集成电路时钟脉冲发生器的理想材料，而对于RF滤波器的生产来说，其依然是不可缺少的，射频滤波器使无线设备得以工作。

　　随着电子设备的尺寸不断缩小，压电体元器件也在不断进化。例如，安华高科技(Avago)在移动无线设备领域不断赢得客户，其杀手锏就是高性能射频滤波器和双工机，在这些产品中，压电体材料被用于小尺寸的基于微电机系统(MEMS)的封装中。几家公司正在开发体积极小的压电晶体发动机，它们可以为集成在手机中的照相机带来自动聚焦和放大能力。

　　通过严格的整形和尺寸选择，一些压电体晶体或者陶瓷可以以特定的频率振动。这些振动可以被用于以可靠的间隔来反馈电信号(生产时钟脉冲发生器)或者从一对杂乱无章的信号中挑出特定的信号(生产射频滤波器)。

　　过去几年间，受到手机体积日益缩小和成本日益降低的强大压力的驱动，滤波器和双工机的体积也不断缩小。在20世纪90年代后期，SAW滤波器和双工机开始取代体积较大的陶瓷元器件。

　　从2001年开始，通过引入射频微电机系统BAW设备，安华高科技公司再一次缩小了滤波器的体积。该公司首款基于BAW用于CDMA设备的双工机的体积不到被替代的陶瓷滤波器体积的一半，此外，公司还在不断地缩小封装尺寸。英飞凌公司不久后也进入这一领域，并向诺基亚公司提供此类滤波器。

　　从那时开始，压电型射频双工机市场的大多数主流竞争者都开始生产BAW双工机，不过安华高科技公司依然是市场的领先者之一。“排名前十位的CDMA手机中有九款都使用我们的产品，”安华高科技公司副总裁兼无线半导体部门总经理Bryan Ingram说。

　　SAW滤波器依然是一项成熟的技术，因此利用此项技术，公司可以继续缩小设备尺寸并提高产品性能。“由于多频带和多制式手机市场的增长，射频SAW滤波器市场发展状况良好并保持增长，”市场研究公司iSuppli的高级分析师Scott Smyser说。

　　当作用电流发生改变时，压电体材料并不会出现显著的变形，因此你需要使用显微镜才能观察到这种变化。然而，随着电子设备中的可动部分体积变得越来越小，电子工业已经找到方法来利用材料移动具有的范围小、时间间隔精确并且可控制的特性。

　　压电体材料的另外一种应用——压电发动机出现在20世纪80年代后期。虽然振动有几种不同的最终表现形式，但是无一例外都使用压电触发器来产生超声波振动。为了形象地说明这种产品的特点，你可以想象桌子上放着一款有强大振动响铃功能的手机。当来电话时，手机由于振动会到处移动，就像漂浮在桌面上一样。假如你能够控制振动的频率、方向和相位，你就可以让手机在你需要的任何方向和频率上移动。

　　压电发动机被用于高端SLR照相机来驱动自动聚焦装置和变焦透镜已经有数年的历史，不过容量巨大的手机市场正推动着压电发动机产品的应用。硅的小型化使得制造商可以将拍照功能集成到手机里。然而，没有几种百万象素可拍照手机拥有自动聚焦和光学缩放功能。据New Scale Technologies等压电发动机制造商所说，当发动机尺寸降至5毫米以下时，压电发动机在精确度和功率利用率方面较电磁发动机更为有效。“电磁发动机是一项不错的技术，它们的表现也很好，但是你无法将它们的体积变得更小，” New Scale公司总裁兼首席执行官Dave Henderson说。

　　2004年，三星公司推出了一款带有光学缩放功能的微型压电驱动可拍照手机模块，尽管都还没有找到客户，但是包括Johnson Electric、1Ltd 和New Scale在内的几家公司也都推出了此类原型模块。

　　能量获取是压电体材料一个大有前途的应用领域，不过对于大规模商业应用来说还为时过早，这项技术最为引人注目的潜在应用之一是用作无线传感器网络的电源。从理想情况来讲，小型、低功耗传感器可以被布置在人们不方便达到的区域并使用数年。但是，这要求传感器有持续不断的电源。Continuum Photonics和MicroStrain等公司一直致力于开发基于压电体材料的电源，不过都还没有取得广泛的商业成功。

　　虽然是电子工业最早使用的原材料之一，但是压电体材料的应用并没有出现衰退的迹象。相反，在一些行业，压电体材料的应用还有所扩展。研究公司IDTechEx的主席Peter Harrop表示，20年前，压电SAW设备在RFID标签中就有所应用。如今，随着电子工业在努力开发以理想的距离进行读取的廉价被动式RFID标签，一些公司重提SAW型RFID解决方案。

　　虽然没有其它智能原材料能够赶上压电体材料对电子工业的影响，不过电铬材料大有前途。这种材料可以根据电场不同改变颜色。BCC首席分析师Josep Buchaca 认为，目前电铬材料的主要应用于可以控制光线射入强弱的窗户上。

　　但是对电子工业来说，电铬材料的吸引力在于它是一种耐用的、低分辨率但是却成本极低的显示技术。“虽然显示效果不太好，但是别忘了，它非常便宜。”

　　毫无疑问，沙子(主要以硅的形式表现)从来没有像今天这样重要。智能原材料已经表现出了应对外界压力方面的广泛的应用潜力，你可以预计数年后对这些原材料将有更大的需求。