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”中zhong如ru何he針zhen對dui新xin標biao準zhun和he新xin要yao求qiu的de最zui新xin技ji術shu解jie決jue方fang案an,包bao括kuo無wu鹵lu素su工gong業ye發fa展zhan趨qu勢shi,元yuan器qi件jian,新xin型xing板ban材cai,測ce試shi和he組zu裝zhuang技ji術shu等deng方fang麵mian。在zai此ci次ci論lun壇tan上shang,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、kekaoxingdengduofangmianwentidougeiyuanqijiangongyingshangdailaitiaozhan,gengweizhongyaodeshichengbenyalidezengjiahecaiyongxindehuanbaogongyisuodailaidejishuzuai,jiangzaihendachengdushanghuixueruoguoneiqiyededichengbenyoushi,erqiehuimianlinriyiyanjundeguojilvsemaoyibilei。
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、明(ming)基(ji)和(he)鬆(song)下(xia)公(gong)司(si)也(ye)製(zhi)定(ding)了(le)他(ta)們(men)的(de)新(xin)規(gui)定(ding),要(yao)求(qiu)供(gong)貨(huo)廠(chang)商(shang)提(ti)供(gong)無(wu)鹵(lu)化(hua)配(pei)件(jian)。據(ju)悉(xi),目(mu)前(qian)國(guo)內(nei)也(ye)有(you)一(yi)些(xie)企(qi)業(ye),例(li)如(ru)聯(lian)想(xiang),也(ye)開(kai)始(shi)要(yao)求(qiu)自(zi)身(shen)產(chan)品(pin)無(wu)鹵(lu)化(hua)。
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 )就jiu被bei廣guang泛fan地di應ying用yong於yu電dian纜lan及ji電dian線xian的de製zhi作zuo行xing業ye中zhong,充chong當dang高gao效xiao率lv阻zu燃ran劑ji的de作zuo用yong。因yin此ci對dui於yu連lian接jie器qi設she計ji來lai說shuo,要yao轉zhuan換huan為wei無wu鹵lu塑su料liao並bing不bu容rong易yi,其qi意yi義yi不bu亞ya於yu早zao期qi的de電dian子zi行xing業ye中zhong的de無wu鉛qian化hua革ge命ming。在zai設she計ji過guo程cheng中zhong工gong程cheng師shi需xu要yao根gen據ju電dian氣qi和he機ji械xie性xing能neng的de要yao求qiu對dui無wu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ISO9000dejichushang,tianjiaxianyongwuzhiguifan,baxianzhishiyonglusuzuoweiqiyetixiguanlideyibufen,conggenbenshangdujuelusudechuxian。erduiyugongyingshangdechanpin,zekeyijinxingchouyangceshifuyidierfangshenhe(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、電(dian)能(neng)管(guan)理(li)和(he)電(dian)能(neng)質(zhi)量(liang)控(kong)製(zhi),在(zai)這(zhe)個(ge)過(guo)程(cheng)中(zhong)被(bei)動(dong)元(yuan)件(jian)和(he)分(fen)立(li)器(qi)件(jian)發(fa)揮(hui)重(zhong)要(yao)作(zuo)用(yong)。光(guang)伏(fu)發(fa)電(dian)是(shi)根(gen)據(ju)光(guang)伏(fu)效(xiao)應(ying)原(yuan)理(li),利(li)用(yong)太(tai)陽(yang)電(dian)池(chi)將(jiang)太(tai)陽(yang)光(guang)能(neng)直(zhi)接(jie)轉(zhuan)化(hua)為(wei)電(dian)能(neng)。不(bu)論(lun)是(shi)獨(du)立(li)使(shi)用(yong)還(hai)是(shi)並(bing)網(wang)發(fa)電(dian),光(guang)伏(fu)發(fa)電(dian)係(xi)統(tong)主(zhu)要(yao)由(you)太(tai)陽(yang)電(dian)池(chi)板(ban)(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24伏fu的de方fang陣zhen電dian壓ya,每mei個ge組zu件jian都dou應ying加jia裝zhuang旁pang通tong二er極ji管guan以yi提ti供gong陰yin影ying時shi的de額e外wai電dian流liu通tong路lu。為wei保bao障zhang組zu件jian之zhi間jian的de有you效xiao鏈lian接jie,所suo有you的de光guang伏fu組zu件jian的de連lian接jie器qi都dou應ying持chi久jiu耐nai用yong,並bing易yi於yu接jie線xian,同tong時shi保bao證zheng接jie線xian安an全quan。此ci外wai,為wei便bian於yu在zai維wei護hu時shi斷duan開kai光guang伏fu方fang陣zhen還hai應ying接jie入ru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。
zaidiannengcunchuzhong,chulechuantongdexudianchihediangandengchunengfangshiwai,juyougaogonglvmiduheshizhidenengliangmidudechaojidianrongyeyuelaiyueduobeiyongzuochunengzhuangzhi。zaidiannengguanlihediannengzhiliangkongzhiguochengzhong,weibaozhangdianwangzhilianghejianshaoxieboweihai,caiyonggonglvyinshuxiaozheng(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。
zhongguoyizhichangdaojiaqiangnengyuanjieyueheshengtaihuanjingbaohuyibaozhangkechixufazhan,suizhenengyuanweijidejiajuhexiaofeizhedejienengxuqiu,lvsezhizaohegaoxiaojienengjianghuichengweidianzichanyedezhuxuanlv。
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