中国工程院院士周济:建议制定出台国家无源电子元器件发展战略

来源:《中国电子报》2021年01月29日

电子元器件可分为有源元器件和无源元器件两大类。有源元器件主要指当前为社会广泛关注的半导体芯片,而无源元器件(又称被动元器件)则包括了半导体芯片以外为数众多的一大类元器件,如电阻器、电容器、电感器、滤波器、天线、变压器等,这类元器件与半导体芯片共同构成各类电子硬件系统。

在过去的一年中,继美国政府对华为高端集成电路芯片的封锁令生效后,部分高端无源元器件(如功率电感器)也遭遇国际大公司断供,这一行动标志着针对中国企业高端电子元器件的封锁已从半导体集成电路延伸到了无源元器件领域,值得密切关注,积极应对。

量大面广

无源电子元器件至关重要

在电子电路中,无源电子元器件占据了电路元器件总数量的80%、电路空间的70%、元器件总成本的30%,以及组装成本的70%。这类元器件量大面广,是各类电子信息系统中必不可少的基本单元,是现代工业的粮食。作为一类意义重大的战略产品,无源电子元器件供应链的自主可控是诸多产业生存、发展和安全的基本保障。

半个多世纪以来,半导体技术的高速发展导致有源元器件以摩尔定律的速度迅速集成化,而无源元器件则由于涉及的材料品种较多、工艺各异而难以集成,多以分立器件的形式使用,这使得无源元器件在电路中的比例越来越大,构成电子整机重量、尺寸及能耗的主要部分,也成为制约电子系统进一步向小型化、高性能发展的主要瓶颈。而无源电子元器件的小(微)型化、片式化、薄膜化、集成化技术成为发达国家竞相发展的战略前沿技术。

我国是无源元器件大国,元器件的总产量在全球名列前茅,但还不是强国,高端无源元器件(如高端滤波器、集成射频模块等)还严重依赖进口。尽管与集成电路相比,我国的无源电子元器件技术水平与国际先进水平的差距相对较小,但部分关键材料(如部分高端电子陶瓷粉体、电子浆料等)对国外企业有相当程度的依赖,而高端元器件的关键工艺装备和检测设备的本土化程度还不高。因此,高端无源元器件被“卡脖子”的风险依然存在。

值得指出的是,与集成电路不同,无源电子元器件多为通用元器件,其应用范围更宽,影响可能会大于集成电路。以华为的产品为例,目前高端芯片产品的影响主要集中在终端领域(主要是高端智能手机),而一旦高端无源元器件实行断供,受影响的可能不仅包括终端,还包括交换设备和传输设备等。

加大扶持力度

推动高端无源电子元器件发展

历史的经验表明,核心技术的突破是打破技术封锁的关键。我国片式电感器产业的发展就是一个很好的例证。上世纪90年代初,我国引进首条片式电感器的生产线,但由于材料受到封锁,产业步履维艰。在国家“863”计划的支持下,及时启动了相关材料的研究,我们的工作初具进展后,国外企业即放弃封锁,国内相关产业及时赢得了发展机遇。

为应对可能来临的对无源电子元器件的封锁,我们提出以下建议:

第一,将无源元器件纳入“十四五”计划的重中之重。与半导体技术和集成电路相比,长期以来社会各界对无源元器件的重视程度一直较低,导致相关产业的发展环境远不及集成电路。建议“十四五”制定出台国家无源元器件发展战略,进一步加大对无源电子元器件扶持力度,将国家培育扶植集成电路行业的各项优惠政策延伸到无源电子元器件行业。

第二,启动无源电子元器件科技专项。无源元器件的小型化、微型化、集成化技术涉及多个学科领域,融合了材料科学与技术、电子科学与技术、微加工技术等领域的前沿研究成果。为推动我国无源元器件技术的研发,建议“十四五”期间及时启动面向无源电子元器件的国家科技专项,组织产学研用联合的研究队伍,通过协同创新,在高端无源电子元器件的新原理、新材料、关键工艺和重要装备方面实现全面突破,助推我国的无源电子元器件技术走向世界前列。

第三,加强无源电子元器件人才的培养,恢复“电子材料与元器件”二级学科的地位。无源元器件技术涉及材料科学和电子科学两个学科门类,为了满足这个产业的要求,我们的学科目录中曾经设置了电子材料与元器件这个二级学科,培养出了一大批复合型人才,在相当长的时间中支撑了我国无源电子元器件产业的发展。然而,在上世纪90年代的学科调整中将该专业取消,造成了该领域人才的匮乏。建议有关部门借鉴建立“集成电路”一级学科的做法,从产业需求出发,恢复电子材料与元器件二级学科。

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