節能環保影響電子設計
發布時間:2008-11-05 來源:電子元件技術網 市場應用分析師
中心議題:
- 環保標準的提升對電子元器件的影響
- 由“綠色製造”到“綠色設計”的轉變
- 節能及新能源為電子製造商帶來新機遇
解決方案:
- 綠色標準將會影響電子設計思想、元器件製造工藝
- 無鹵化替代,必須從測試和體係兩方麵著手
- 新能源發展會擴大電力電子器件、阻容器件和濾波技術的應用空間
節能環保是高交會的主旋律之一,它將影響電子設計思想、元器件和工藝,也為電子製造商帶來新興市場機會。“無鹵素”是“無鉛”之後的又一環保熱潮,對元器件和產品所用材料有重大影響。新能源發展帶來巨大電力電子產品需求,工程師需要學習使用超級電容、MOSFET和濾波技術。
從“綠色製造”到“綠色設計”
全球能源需求的不斷增長以及環境保護意識的逐步提升使得環保、節能產品成為市場發展的必然趨勢。
縱觀剛剛閉幕的2008年的高交會,無論是人氣火爆的比亞迪雙動力環保汽車,還是國家863計劃的五洲龍混合動力環保客車,再到村田公司會走“S型”平衡木的機器人“村田頑童”等,綠色環保、節能降耗的理念始終貫穿其中;而同期舉辦的以“綠色環保”為主題的全球半導體市場大會和IPCWorks ASIA 2008更讓業內人士感受到了綠色環保對電子行業的衝擊。
電dian子zi元yuan件jian原yuan材cai料liao上shang需xu要yao化hua學xue物wu質zhi,即ji使shi每mei個ge極ji小xiao的de零ling件jian中zhong僅jin含han有you少shao量liang的de化hua學xue物wu質zhi。因yin為wei最zui終zhong產chan品pin中zhong會hui裝zhuang配pei上shang成cheng百bai上shang千qian個ge零ling件jian,如ru果guo這zhe些xie化hua學xue物wu質zhi隨sui最zui終zhong產chan品pin一yi起qi丟diu棄qi,將jiang會hui給gei環huan境jing帶dai來lai極ji大da的de影ying響xiang。因yin此ci人ren們men對dui電dian子zi原yuan材cai料liao的de環huan保bao要yao求qiu日ri益yi嚴yan格ge,無wu鉛qian、RoHS、,以及無鹵和PoHS,從法律法規和製造工藝上限製了有害元素的使用,倡導電子產業的“綠色製造”。
高交會電子展期間舉行的“IPCWorks Asia 2008"就是以“無鹵素/無鉛”為主題,邀請了行業專家共同探討在“綠色製造”zhongruhezhenduixinbiaozhunhexinyaoqiudezuixinjishujiejuefangan,baokuowulusugongyefazhanqushi,yuanqijian,xinxingbancai,ceshihezuzhuangjishudengfangmian。zaiciciluntanshang,IPC有關負責人公布了IPC-STD-709標準更新,內容主要圍繞無鹵素電子元件和組件材料中使用溴、氯最大限度的界定。該標準的更新將會對元件、電子材料逐漸走向環保型起到促進作用。
作為產業鏈上遊的元器件供應商,麵對無鹵素/無鉛的綠色門檻,所麵臨的壓力和挑戰不言而喻。在傳統元器件無鉛/無鹵替代方案中,工藝、兼容性以及強度、可ke靠kao性xing等deng多duo方fang麵mian問wen題ti都dou給gei元yuan器qi件jian供gong應ying商shang帶dai來lai挑tiao戰zhan,更geng為wei重zhong要yao的de是shi成cheng本ben壓ya力li的de增zeng加jia和he采cai用yong新xin的de環huan保bao工gong藝yi所suo帶dai來lai的de技ji術shu阻zu礙ai,將jiang在zai很hen大da程cheng度du上shang會hui削xue弱ruo國guo內nei企qi業ye的de低di成cheng本ben優you勢shi,而er且qie會hui麵mian臨lin日ri益yi嚴yan峻jun的de國guo際ji綠lv色se貿mao易yi壁bi壘lei。
目前,無鹵素材料的導入已經成為各個國際大廠下一階段的綠化目標。早在2005年,索尼公司已經禁止其供應商在產品及零件上使用某些鹵素係阻燃劑。東芝公司的筆記本電腦從1998 年開始就采用非鹵素係主機板。戴爾、微軟、摩托羅拉、mingjihesongxiagongsiyezhidingletamendexinguiding,yaoqiugonghuochangshangtigongwuluhuapeijian。juxi,muqianguoneiyeyouyixieqiye,lirulianxiang,yekaishiyaoqiuzishenchanpinwuluhua。
因此預期在未來1年半內環保材料需求應可顯著增加,估計市場滲透率應可提升至30%。
在(zai)穩(wen)步(bu)展(zhan)開(kai)綠(lv)色(se)采(cai)購(gou)和(he)綠(lv)色(se)製(zhi)造(zao)的(de)基(ji)礎(chu)上(shang),中(zhong)國(guo)電(dian)子(zi)業(ye)開(kai)始(shi)推(tui)進(jin)綠(lv)色(se)設(she)計(ji),紛(fen)紛(fen)把(ba)技(ji)術(shu)力(li)量(liang)投(tou)入(ru)到(dao)能(neng)夠(gou)實(shi)現(xian)綠(lv)色(se)設(she)計(ji)的(de)工(gong)作(zuo)環(huan)節(jie)當(dang)中(zhong)。係(xi)統(tong)設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)積(ji)極(ji)尋(xun)找(zhao)不(bu)符(fu)合(he)指(zhi)令(ling)要(yao)求(qiu)的(de)材(cai)料(liao)或(huo)零(ling)部(bu)件(jian)的(de)合(he)格(ge)替(ti)代(dai)品(pin),對(dui)原(yuan)有(you)的(de)設(she)計(ji)方(fang)案(an)進(jin)行(xing)修(xiu)改(gai);在新產品的設計過程中,則嚴格確認產品所使用的零部件符合有害物質控製及無鉛焊接要求。
以連接器設計為例,為使塑料阻燃, 業內普遍使用某些鹵代化合物作為塑料阻燃劑。聚氯乙烯( PVC )jiubeiguangfandiyingyongyudianlanjidianxiandezhizuoxingyezhong,chongdanggaoxiaolvzuranjidezuoyong。yinciduiyulianjieqishejilaishuo,yaozhuanhuanweiwulusuliaobingburongyi,qiyiyibuyayuzaoqidedianzixingyezhongdewuqianhuageming。zaishejiguochengzhonggongchengshixuyaogenjudianqihejixiexingnengdeyaoqiuduiwu鹵素塑料進行選擇,在機械,電子和流動性能之間尋求最佳的平衡。同時還要考慮產品安全性、低成本等因素;可見綠色設計是門綜合科學,設計工程師們不但需要具備電子知識,而且在材料科學、構造設計、化學和環境方麵也要有廣泛知識。
麵對日益嚴格的綠色標準,設計工程師們已經深刻意識到:不滿足標準就意味著將失去市場。從尋找符合條件的綠色元器件庫,到努力證明符合標準及法令,以及開發工藝能夠滿足無鉛製造所要求的更高溫度等等,這些都是工程師需要關注的重點。
出席IPCWorks Asia 2008的相關專家表示,做好無鹵化替代,必須從測試和體係兩方麵著手。目前,SGS-CSTC(通標)可以在ISO9000的de基ji礎chu上shang,添tian加jia限xian用yong物wu質zhi規gui範fan,把ba限xian製zhi使shi用yong鹵lu素su作zuo為wei企qi業ye體ti係xi管guan理li的de一yi部bu分fen,從cong根gen本ben上shang杜du絕jue鹵lu素su的de出chu現xian。而er對dui於yu供gong應ying商shang的de產chan品pin,則ze可ke以yi進jin行xing抽chou樣yang測ce試shi輔fu以yi第di二er方fang審shen核he(代表購買方審核其供應商)的方法,對於自身產品,可以采用QC08000體係認證的方法,同時施以采樣抽檢。
繼無鉛、RoHS、,以及無鹵素(Halogen-free)和明年即將開始實施的挪威PoHS法令之後, 磷的化合物也有引發環境汙染(河流富氧化)的疑慮,因此無鉛、無鹵與無磷將循序漸進成為未來綠色電子的標準規格。
節能和新能源加大元器件需求空間
我國已是世界“製造大國”,但資源能源消耗量大,加劇了我國資源能源短缺和環境汙染。在這種形勢下,迫切需要尋求新型再生能源來替代。由於太陽能、風(feng)能(neng)等(deng)非(fei)化(hua)石(shi)類(lei)能(neng)源(yuan)均(jun)屬(shu)於(yu)過(guo)程(cheng)性(xing)能(neng)源(yuan),不(bu)僅(jin)可(ke)以(yi)再(zai)生(sheng),且(qie)清(qing)潔(jie)無(wu)汙(wu)染(ran)或(huo)低(di)汙(wu)染(ran),蘊(yun)藏(zang)量(liang)巨(ju)大(da)。因(yin)此(ci),在(zai)新(xin)能(neng)源(yuan)開(kai)發(fa)和(he)利(li)用(yong)方(fang)麵(mian),一(yi)直(zhi)將(jiang)風(feng)力(li)發(fa)電(dian)、太陽能電池等作為當前重要的研究領域和發展方向,並已取得了重要的進展和成果。
在此次高交會上,尚德電力、力諾太陽、天威保變、江西賽維等國內光伏產業的一線企業齊聚亮相,太陽能電池、太陽能光伏電站、多晶矽材料等光伏太陽能相關技術展示顯得十分搶眼,以太陽能光伏產業為代表的新能源參展項目受到觀眾追捧。
太陽能光伏產業鏈包括多晶矽原料生產、矽棒、矽錠生產、太陽能電池製造、組件封裝、光伏產品生產和光伏發電係統等環節。其中,和電子元器件聯係最緊密的是光伏發電係統。

圖1:太陽能光伏產業鏈示意圖
光伏發電係統主要完成的是電能的轉換、電能存儲、diannengguanlihediannengzhiliangkongzhi,zaizhegeguochengzhongbeidongyuanjianhefenliqijianfahuizhongyaozuoyong。guangfufadianshigenjuguangfuxiaoyingyuanli,liyongtaiyangdianchijiangtaiyangguangnengzhijiezhuanhuaweidianneng。bulunshidulishiyonghaishibingwangfadian,guangfufadianxitongzhuyaoyoutaiyangdianchiban(組件)、控製器和逆變器三大部分組成,它們主要由電子元器件構成,不涉及機械部件。
光伏組件是光伏方陣中可更換的最小單元。組件支撐多塊電氣連接的光伏電池的集成單元,並起到保護作用,對高於24fudefangzhendianya,meigezujiandouyingjiazhuangpangtongerjiguanyitigongyinyingshideewaidianliutonglu。weibaozhangzujianzhijiandeyouxiaolianjie,suoyoudeguangfuzujiandelianjieqidouyingchijiunaiyong,bingyiyujiexian,tongshibaozhengjiexiananquan。ciwai,weibianyuzaiweihushiduankaiguangfufangzhenhaiyingjieru開關或者斷路器,使用的保險絲也應當能通過方陣的最大電流。
太陽能逆變器功能是將太陽能電池收集的直流電轉化為交流電,而這些逆變器需要極高的效率和可靠性,對於需要1200V功率開關的太陽能逆變器來說,IGBT是理想的選擇。光電逆變器的一般結構如圖2所示

圖2:太陽能逆變器係統原理示意圖
這類逆變器的首要功能是把輸入的 DC電壓轉換為一穩定的值。該功能通過升壓轉換器來實現,並需要升壓開關和升壓二極管。
在(zai)電(dian)能(neng)存(cun)儲(chu)中(zhong),除(chu)了(le)傳(chuan)統(tong)的(de)蓄(xu)電(dian)池(chi)和(he)電(dian)感(gan)等(deng)儲(chu)能(neng)方(fang)式(shi)外(wai),具(ju)有(you)高(gao)功(gong)率(lv)密(mi)度(du)和(he)實(shi)質(zhi)的(de)能(neng)量(liang)密(mi)度(du)的(de)超(chao)級(ji)電(dian)容(rong)也(ye)越(yue)來(lai)越(yue)多(duo)被(bei)用(yong)做(zuo)儲(chu)能(neng)裝(zhuang)置(zhi)。在(zai)電(dian)能(neng)管(guan)理(li)和(he)電(dian)能(neng)質(zhi)量(liang)控(kong)製(zhi)過(guo)程(cheng)中(zhong),為(wei)保(bao)障(zhang)電(dian)網(wang)質(zhi)量(liang)和(he)減(jian)少(shao)諧(xie)波(bo)危(wei)害(hai),采(cai)用(yong)功(gong)率(lv)因(yin)數(shu)校(xiao)正(zheng)(PFC)技術是提高功率因數和降低諧波汙染的重要途徑,這需要考慮對Boost電感以及開關器件(MOSFET/IGBT)等元器件的選用。
由上可以看出隨著新能源的廣泛應用,對環保節能型的電子元器件產品的需求將會越來越大。
中(zhong)國(guo)一(yi)直(zhi)倡(chang)導(dao)加(jia)強(qiang)能(neng)源(yuan)節(jie)約(yue)和(he)生(sheng)態(tai)環(huan)境(jing)保(bao)護(hu)以(yi)保(bao)障(zhang)可(ke)持(chi)續(xu)發(fa)展(zhan),隨(sui)著(zhe)能(neng)源(yuan)危(wei)機(ji)的(de)加(jia)劇(ju)和(he)消(xiao)費(fei)者(zhe)的(de)節(jie)能(neng)需(xu)求(qiu),綠(lv)色(se)製(zhi)造(zao)和(he)高(gao)效(xiao)節(jie)能(neng)將(jiang)會(hui)成(cheng)為(wei)電(dian)子(zi)產(chan)業(ye)的(de)主(zhu)旋(xuan)律(lv)。
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