节能环保影响电子设计
中心议题：
- 环保标准的提升对电子元器件的影响
- 由“绿色制造”到“绿色设计”的转变
- 节能及新能源为电子制造商带来新机遇
解决方案：
- 绿色标准将会影响电子设计思想、元器件制造工艺
- 无卤化替代，必须从测试和体系两方面着手
- 新能源发展会扩大电力电子器件、阻容器件和滤波技术的应用空间
节能环保是高交会的主旋律之一，它将影响电子设计思想、元器件和工艺，也为电子制造商带来新兴市场机会。“无卤素”是“无铅”之后的又一环保热潮，对元器件和产品所用材料有重大影响。新能源发展带来巨大电力电子产品需求，工程师需要学习使用超级电容、MOSFET和滤波技术。
从“绿色制造”到“绿色设计”全球能源需求的不断增长以及环境保护意识的逐步提升使得环保、节能产品成为市场发展的必然趋势。纵观刚刚闭幕的2008年的高交会，无论是人气火爆的比亚迪双动力环保汽车，还是国家863计划的五洲龙混合动力环保客车，再到村田公司会走“S型”平衡木的机器人“村田顽童”等，绿色环保、节能降耗的理念始终贯穿其中；而同期举办的以“绿色环保”为主题的全球半导体市场大会和IPCWorks ASIA 2008更让业内人士感受到了绿色环保对电子行业的冲击。电子元件原材料上需要化学物质，即使每个极小的零件中仅含有少量的化学物质。因为最终产品中会装配上成百上千个零件，如果这些化学物质随最终产品一起丢弃，将会给环境带来极大的影响。因此人们对电子原材料的环保要求日益严格，无铅、RoHS、，以及无卤和PoHS，从法律法规和制造工艺上限制了有害元素的使用,倡导电子产业的“绿色制造”。高交会电子展期间举行的“IPCWorksAsia 2008＂就是以“无卤素/无铅”为主题，邀请了行业专家共同探讨在“绿色制造”中如何针对新标准和新要求的最新技术解决方案，包括无卤素工业发展趋势，元器件，新型板材，测试和组装技术等方面。在此次论坛上，IPC有关负责人公布了IPC-STD-709标准更新，内容主要围绕无卤素电子元件和组件材料中使用溴、氯最大限度的界定。该标准的更新将会对元件、电子材料逐渐走向环保型起到促进作用。作为产业链上游的元器件供应商，面对无卤素/无铅的绿色门槛，所面临的压力和挑战不言而喻。在传统元器件无铅/无卤替代方案中，工艺、兼容性以及强度、可靠性等多方面问题都给元器件供应商带来挑战，更为重要的是成本压力的增加和采用新的环保工艺所带来的技术阻碍，将在很大程度上会削弱国内企业的低成本优势，而且会面临日益严峻的国际绿色贸易壁垒。目前，无卤素材料的导入已经成为各个国际大厂下一阶段的绿化目标。早在2005年，索尼公司已经禁止其供应商在产品及零件上使用某些卤素系阻燃剂。东芝公司的笔记本电脑从1998 年开始就采用非卤素系主机板。戴尔、微软、摩托罗拉、明基和松下公司也制定了他们的新规定，要求供货厂商提供无卤化配件。据悉，目前国内也有一些企业，例如联想，也开始要求自身产品无卤化。因此预期在未来1年半内环保材料需求应可显著增加，估计市场渗透率应可提升至30%。在稳步展开绿色采购和绿色制造的基础上，中国电子业开始推进绿色设计，纷纷把技术力量投入到能够实现绿色设计的工作环节当中。系统设计人员积极寻找不符合指令要求的材料或零部件的合格替代品，对原有的设计方案进行修改；在新产品的设计过程中，则严格确认产品所使用的零部件符合有害物质控制及无铅焊接要求。以连接器设计为例，为使塑料阻燃, 业内普遍使用某些卤代化合物作为塑料阻燃剂。聚氯乙烯（ PVC ）就被广泛地应用于电缆及电线的制作行业中，充当高效率阻燃剂的作用。因此对于连接器设计来说，要转换为无卤塑料并不容易，其意义不亚于早期的电子行业中的无铅化革命。在设计过程中工程师需要根据电气和机械性能的要求对无卤素塑料进行选择，在机械，电子和流动性能之间寻求最佳的平衡。同时还要考虑产品安全性、低成本等因素；可见绿色设计是门综合科学，设计工程师们不但需要具备电子知识，而且在材料科学、构造设计、化学和环境方面也要有广泛知识。面对日益严格的绿色标准，设计工程师们已经深刻意识到：不满足标准就意味着将失去市场。从寻找符合条件的绿色元器件库，到努力证明符合标准及法令，以及开发工艺能够满足无铅制造所要求的更高温度等等，这些都是工程师需要关注的重点。出席IPCWorksAsia 2008的相关专家表示，做好无卤化替代，必须从测试和体系两方面着手。目前，SGS-CSTC（通标）可以在ISO9000的基础上，添加限用物质规范，把限制使用卤素作为企业体系管理的一部分，从根本上杜绝卤素的出现。而对于供应商的产品，则可以进行抽样测试辅以第二方审核（代表购买方审核其供应商）的方法，对于自身产品，可以采用QC08000体系认证的方法，同时施以采样抽检。继无铅、RoHS、，以及无卤素(Halogen-free)和明年即将开始实施的挪威PoHS法令之后，磷的化合物也有引发环境污染(河流富氧化)的疑虑，因此无铅、无卤与无磷将循序渐进成为未来绿色电子的标准规格。节能和新能源加大元器件需求空间我国已是世界“制造大国”，但资源能源消耗量大，加剧了我国资源能源短缺和环境污染。在这种形势下，迫切需要寻求新型再生能源来替代。由于太阳能、风能等非化石类能源均属于过程性能源，不仅可以再生，且清洁无污染或低污染，蕴藏量巨大。因此，在新能源开发和利用方面，一直将风力发电、太阳能电池等作为当前重要的研究领域和发展方向，并已取得了重要的进展和成果。在此次高交会上，尚德电力、力诺太阳、天威保变、江西赛维等国内光伏产业的一线企业齐聚亮相，太阳能电池、太阳能光伏电站、多晶硅材料等光伏太阳能相关技术展示显得十分抢眼，以太阳能光伏产业为代表的新能源参展项目受到观众追捧。太阳能光伏产业链包括多晶硅原料生产、硅棒、硅锭生产、太阳能电池制造、组件封装、光伏产品生产和光伏发电系统等环节。其中，和电子元器件联系最紧密的是光伏发电系统。
图１：太阳能光伏产业链示意图光伏发电系统主要完成的是电能的转换、电能存储、电能管理和电能质量控制，在这个过程中被动元件和分立器件发挥重要作用。光伏发电是根据光伏效应原理，利用太阳电池将太阳光能直接转化为电能。不论是独立使用还是并网发电，光伏发电系统主要由太阳电池板（组件）、控制器和逆变器三大部分组成，它们主要由电子元器件构成，不涉及机械部件。光伏组件是光伏方阵中可更换的最小单元。组件支撑多块电气连接的光伏电池的集成单元，并起到保护作用，对高于24伏的方阵电压，每个组件都应加装旁通二极管以提供阴影时的额外电流通路。为保障组件之间的有效链接，所有的光伏组件的连接器都应持久耐用，并易于接线，同时保证接线安全。此外，为便于在维护时断开光伏方阵还应接入开关或者断路器，使用的保险丝也应当能通过方阵的最大电流。太阳能逆变器功能是将太阳能电池收集的直流电转化为交流电，而这些逆变器需要极高的效率和可靠性，对于需要1200V功率开关的太阳能逆变器来说，IGBT是理想的选择。光电逆变器的一般结构如图２所示
图２：太阳能逆变器系统原理示意图这类逆变器的首要功能是把输入的 DC电压转换为一稳定的值。该功能通过升压转换器来实现，并需要升压开关和升压二极管。在电能存储中，除了传统的蓄电池和电感等储能方式外，具有高功率密度和实质的能量密度的超级电容也越来越多被用做储能装置。在电能管理和电能质量控制过程中，为保障电网质量和减少谐波危害，采用功率因数校正(PFC)技术是提高功率因数和降低谐波污染的重要途径,这需要考虑对Boost电感以及开关器件（MOSFET/IGBT）等元器件的选用。由上可以看出随着新能源的广泛应用，对环保节能型的电子元器件产品的需求将会越来越大。中国一直倡导加强能源节约和生态环境保护以保障可持续发展，随着能源危机的加剧和消费者的节能需求，绿色制造和高效节能将会成为电子产业的主旋律。 关键字：无卤 环保 节能 绿色 高交会 本文链接：http://www.cntronics.com/public/art/artinfo/id/80000787
