微电子封装的关键技术及应用前景探析论文

微电子封装的关键技术及应用前景探析论文（通用8篇）

篇1：微电子封装的关键技术及应用前景探析论文

【引言】：近年来，各种各样的电子产品已经在工业、农业、国防和日常生活中得到了广泛的用。伴随着电子科学技术的蓬勃发展，使得微电子工业发展迅猛，这很大程度上是得益于微电子封装技术的高速发展。这样必然要求微电子封装要更好、更轻、更薄、封装密度更高，更好的电性能和热性能，更高的可靠性，更高的性能价格比，因此采用什么样的封装关键技术就显得尤为重要。

1. 微电子封装的概述

1.1微电子封装的概念

微电子封装是指利用膜技术及微细加工技术，将芯片及其他要素在框架或基板上布置、粘贴固定及连接，引出连线端子并通过可塑性绝缘介质灌封固定，构成整体立体结构的工艺。在更广的意义上讲，是指将封装体与基板连接固定，装配成完整的系统或电子设备，并确定整个系统综合性能的工程【1】。

1.2微电子封装的目的

微电子封装的目的在于保护芯片不受或少受外界环境的影响，并为之提供一个良好的工作条件，以使电路具有稳定、正常的功能。

1.3微电子封装的技术领域

微电子封装技术涵盖的技术面积广，属于复杂的系统工程。它涉及物理、化学、化工、材料、机械、电气与自动化等各门学科，也使用金属、陶瓷、玻璃、高分子等各种各样的材料，因此微电子封装是一门跨学科知识整合的科学，整合了产品的电气特性、热传导特性、可靠性、材料与工艺技术的应用以及成本价格等因素。

2 微电子封装领域中的关键技术

目前，在微电子封装领域中，所能够采用的工艺技术有多种。主要包括了栅阵列封装（BGA）、倒装芯片技术（FC）、芯片规模封装（CSP）、系统级封装（SIP）、三维（3D）封装等（以下用简称代替）【2】。下面对这些微电子封装关键技术进行一一介绍，具体如下：

2.1 栅阵列封装

BGA是目前 微电子封装的主流技术，应用范围大多以主板芯片组和CPU等大规模集成电路封装为主。BGA的特点在于引线长度比较短，但是引线与引线之间的间距比较大，可有效避免精细间距器件中经常会遇到的翘曲和共面度问题。相比其他封装方式，BGA的优势在于引线见巨大，可容纳更多I/0；可靠性高，焊点牢固，不会损伤引脚；有较好的点特性，频率特性好；能与贴装工艺和设备良好兼容等。

2.2 倒装芯片关键技术

倒装芯片技术，即：FCW。其工艺实现流程就是将电路基板芯片上的有源区采用相对的方式，将衬底和芯片通过芯片上的焊料凸点进行连接，需要说明的是，这些凸点是呈阵列的方式排列。采用这种封装的方式，其最大的特点就在于具有比较高的I/O密度。而其相对于其他微电子封装技术的优势在于：第一，具备良好散热性能；第二，外形尺寸减小；第三，寿命提升，可靠性良好；第四，具备较高密度的I/O；第五，裸芯片的具备可测试性。

2.3 芯片规模封装

CSP是与BGA处于同一个时代的封装技术。CSP在实际运用中，采用了许多BGA的形式。一般行业中在对二者进行区分时，主要是以焊球节距作为参考标准。一般焊球节距作小于1mm便是CSP，而高于1mm便是BGA。相对于BGA，CSP具有很多突出的`优势，如：具备优良的电、热性；具备高封装密度；超小型封装；易于焊接、更换和修正；容易测定和老化；操作简便等。主要有适用于储存器的少引脚CSP和适用于ASCI的多引脚CSP。

2.4三维（3D）封装

三维封装，即是向空间发展的微电子组装的高密度化。它不但使用组装密度更高，也使其功能更多、传输速度更高、功耗更低、性能及可靠性更好等。

2.5多芯片模式

多芯片模式（MCM），是指多个半导体裸芯片表面安装在同一块布线基板上。按基板材料不同，分为MCM-L、MCM-C、MCM-D三大类。

①MCM-L是指用通常玻璃、环氧树脂制作多层印刷电路基板的模式。布线密度高而价格较低。

②MCM-C通过厚膜技术形成多层布线陶瓷，滨海高以此作为基板。布线密度比MCM-L高。

③MCM-D通过薄膜技术形成多层布线陶瓷或者直接采用Si、Al作为基板，布线密度最高，价格也高。

2.6系统级封装

SIP是将多种功能芯片，包括处理器、存储器等功能芯片集成在一个封装内，从而实现一个基本完整的功能。与SOC（System On a Chip系统级芯片）相对应。不同的是系统级封装是采用不同芯片进行并排或叠加的封装方式，而SOC则是高度集成的芯片产品。

3.微电子封装领域的应用前景

21世纪的微电子封装概念已从传统的面向器件转为面向系统，即在封装的信号传递、支持载体、热传导、芯片保护等传统功能的基础上进一步扩展，利用薄膜、厚膜工艺以及嵌入工艺将系统的信号传输电路及大部分有源、无源元件进行集成，并与芯片的高密度封装和元器件外贴工艺相结合，从而实现对系统的封装集成，达到最高密度的封装。

在近期内，BGA技术将以其性能和价格的优势以最快增长速度作为封装的主流技术继续向前发展；CSP技术有着很好的前景，随着其成本的逐步降低将广泛用于快速存储器、逻辑电路和ASIC等器件在各类产品中的封装；在今后不断的封装中，FCT技术将作为一种基本的主流封装技术渗透于各种不同的封装形式中；随着便携式电子设备市场的迅速扩大，适用于高速、高性能的MCM发展速度相当惊人；三维封装是发展前景最佳的封装技术，随着其工艺的进一步成熟，它将成为应用最广泛的封装技术【3】。

结束语

关键性封装技术在推动更高性能、更低功耗、更低成本和更小形状因子的产品上发挥着至关重要的作用。在芯片-封装协同设计以及为满足各种可靠性要求而使用具成本效益的材料和工艺方面，还存在很多挑战。为满足当前需求并使设备具备高产量大产能的能力，业界还需要在技术和制造方面进行众多的创新研究。

【参考文献】：

[1]罗艳碧.第四代微电子封装技术-TVS技术及其发展[J].科技创新与应用，（7）：3-4.

[2]关晓丹，梁万雷.微电子封装技术及发展趋势综述[J].北华航天工业学院学报，（1）：34-37.

[3]张力元.微电子封装技术的发展趋势[J].云南科技管理，（4）：42-45

篇2：微电子封装的关键技术及应用前景探析论文

多旋翼飞行器是一种能垂直起降的飞行装置,和固定翼飞行器相比,它具有机械结构简单、成本较低以及飞行稳定性好,可实时传输图像的特点[1]。美国DA RPA(Defense Advanced Research Projects Agency)于1992年率先提出了微型飞行器的概念。由于多旋翼飞行器结构紧凑导致相邻旋翼之间产生的扭矩可相互抵消,所以不需要采取安装反扭矩旋翼等其他措施来抵消电机的扭矩,它可直接使用空气动力来平衡自身的重量,而且动力利用率较高,能自主或遥控飞行[2]。目前应用最广的是四旋翼飞行器,除此还有六旋翼和八旋翼飞行器等。

在军事上,美国已经将多旋翼飞行器技术当做未来战争中的重要武器技术进行研究,并预测全世界对于其的需求将在短时间内迅速攀升[3,4]。在民用上,多旋翼飞行器可用于航拍,探测等。因此,越来越受到人的青睐。

2 多旋翼飞行器的研究现状

瑞士联邦理工学院(EPFL)研究的重点是多旋翼的零部件设计和飞行控制[5],目标是实现室内外的完全自主飞行,2006年,OS4II(图1)在室内环境中已可以自主悬停控制。

美国宾夕法尼亚大学GRASP实验室致力于室内飞行的飞行器,并完成了室内飞行器定位,多飞行器的协作,图像视觉与目标识别等飞行测试。由佐治亚理工大学研制的GTMARS[6]主要是一款针对火星探测的小型旋翼飞行器系统(图2所示),该飞行器具有较大的重量,能承受较大的载荷。能量不足时,飞行器可以降落在能量补充点自动完成能量补充。

斯坦福大学的飞行器STARMAC是以Draganflyer作为研究的基础平台并由Micro Strain的惯性测姿模块,超声波传感器和蓝牙通讯设备组成[7]。PC机和操纵杆组成了地面站系统,飞行器的位姿信息会通过机载的平台发送给地面站。机身的震动导致对飞行速度和位姿的估计不精确,最后通过使用扩展卡尔曼滤波改善信息估计来提高其飞行性能。

Cyber Technologies采用涵道螺旋桨来代替现在普遍使用的螺旋桨。采用圆柱形管道不仅可以在低速情况下有良好的推力和机动性,而且可以减小噪声。这种飞行器由于运行噪音小,常用来搭载高清摄像机,热成像仪来对空中进行视察、应急响应和监视等。国内南京航空航天大学的研究人员也设计了这样的涵道飞行器[8]。

EADS[9]与MD4-200这两款四旋翼飞行器飞行性能较优异(图3所示)。MD4-200是使用碳塑材料制造的一款结构好、重量轻、抗外界干扰性好的飞行器。当遇到无线电信息丢失或电量不足时,MD4-200都可以自主降落,避免飞机失控坠毁。

国内大疆创新公司推出的六旋翼飞行器S800(图4所示)主要针对专业航拍领域,该六旋翼飞行器采用分列放置旋翼并内翻一定角度的方法来提高系统的稳定性。通过使用Woo Kong飞控,能拥有较高的控制精度与较好的飞行性能,加入禅思云台,航拍画面的质量可以达到电影拍摄级别。

3 多轴飞行器面临的关键技术

3.1 空气动力学以及旋翼设计

由于多旋翼飞行器体积小,速度较低,低雷诺数效应突出等导致其飞行境况相对复杂,易被外界干扰,因此空气动力学很复杂[10]。低雷诺数条件下,粘性效应和非定常效应的更加显著导致翼型的飞行特性与高雷诺数下区别很大[11,12,13],但飞行器必须仍具有良好的飞行特性。李占科[14]等人通过数值模拟旋翼型的低雷诺数流动场以及风洞试验来研究该空气动力学,并取得了一定的研究成果。

微型旋翼的升阻比与雷诺数有较大关系[15]。Mueller分别对Eppler61、薄平板翼型和薄圆弧翼型等翼型做了风洞实验,实验结果表明薄圆弧翼型具有较高的升力和升阻比,适用于微小型飞行器[16]。文献[17]在考虑旋翼的强度、轻量化的前提下,设计了一种具有上凸结构的低雷诺数旋翼,并完成了悬停状态下的飞行试验。

3.2 最优化总体设计

多旋翼飞行器的总体设计将会朝着质量轻,体积小,低碳环保的方向发展。基于其自身特征,飞行环境等方面都与常规飞行器有较大的差异,在其总体设计、空气动力学分析方面更存在一定的特殊性。在安装时,要让旋翼的旋转平面与电机的对称轴相垂直,从而利用动平衡效果来减小振动,除此,还可以放置振动隔离装置。

为了应对飞行器负载重量的增加和飞行稳定性要求的提高,可以靠增加桨叶数量来满足要求,数量的增加意味着旋翼直径的减小。旋翼直径的减小有利于飞行器在小空间内任意飞行并降低飞行阻力。但桨叶的增加无疑使其重量加大和成本上升,因此对桨叶的数量要有一个权衡。随着复合材料的发展,相信桨叶的重量会越来越轻。不对称单桨旋翼微型飞行器[18]以及三轴六旋翼飞行器[19]都是现在研究的热点。

3.3 动力源以及电池管理

电力供给是多旋翼飞行器的一个研究瓶颈。大量研究者在提升电池能量密度上正发力突破。大众公司现阶段研发的锂离子电池单元组的能量密度超过当前电池的5倍。这意味着未来锂离子电池组的体积将减小,而续航里程则增大。在其上采用新型电池可提高续航能力。

为了解决续航短的问题,以及承载力小的问题,可以利用发动机来代替电动机,由一个发动机提供动力,同时通过飞控控制四个舵机改变桨叶螺距实现升力的变化。

电池优化管理系统主要面临的两个关键技术就是如何监控电池电压以及预测剩余的电池电量[20]。由于目前的多旋翼飞行器主要通过电池提供动力,所以对电池组的优化管理也很重要,必须实时根据飞行条件监控电池的电压以及剩余的电量来判断它的飞行范围,从而避免因电量不足而坠机,文献[21]通过利用自适应神经模糊控制推力系统(ANFIS)不断优化参数来提高剩余电量的预测准确度。

3.4 导航与定位

目前多旋翼飞行器广泛使用的是GPS或惯性导航系统,然而其使用具有一定的环境局限性,且惯性导航的误差随时间积累而增大,因而需要一些辅助导航来实现它的精确导航。视觉导航方法,首先视觉传感器获取附近环境的图像信息,然后通过算法及相机的位置算出载体的位置,由于视觉传感器是无源的,而且在成本、重量、功率消耗和尺寸上都具有优势,易于实现。

视觉导航方法主要有两种方法,一类基于视觉传感器以视觉导航为主,直接利用图像特征控制飞行器到指定位置,一般有两个控制环,外环通过比较目标特征与实时特征来估计它的飞行速度,然后通过内环控制电机转速使其达到理想速度,最后使飞行器到达目标位置。另一类是视觉辅助导航,一般利用卡尔曼滤波方法,融合惯性传感器和视觉传感器给出载体位置,从而控制飞行。文献[22]通过在着陆点发射红外线来使得无人飞行器全天候自动精确着陆。文献[23]视觉组合导航部分采用不敏卡尔曼滤波(UKF)融合惯导位置和视觉位置,从而给出载体最优位置来提高导航精度。

3.5 飞行控制设计

在多个控制量、外界干扰和不确定因素的共同作用下,飞行控制设计变得十分复杂,因此设计出性能更稳定、响应更快速、精度更高的控制系统是当务之急。稳定高效的飞行控制算法是制约多旋翼飞行器进一步发展的瓶颈,融合更高效稳定的微处理器同样是关键技术之一。

随着多旋翼飞行器功能的不断增加,越来越多的传感器技术被应用于该领域。在飞行器上加入GPS传感器可实现一键返航,避免其飞行丢失。为了避免飞行器误入管制区域,可以在软件中设置接近限制区域的警示来防止误闯。

4 多轴飞行器的应用前景

4.1 基于协同工作的群体多旋翼飞行器的设计和应用

由于群体工作具有较高的灵活性,高效性,可扩展性等优点,群体多旋翼飞行器的设计和应用也会为其带来不可替代的优势,开拓出新的应用领域。群体在无集中控制的情况下,通过个体之间的局部感知和相应的反应行为,使系统整体呈现一定的协调行为是群体的一大特征。于是要求即时获取多旋翼飞行器的状态分布,群体行为,势场分布等信息,通过优异的控制算法使群体多旋翼飞行器的协同工作得以实现。

多旋翼飞行器之间通过一定的通信技术感知群体的状态和行为,划分工作区域进行协同工作,可以用在侦查、救灾、探测等领域,尤其在高危,隐蔽和搜索区域较大的情况下使用群体多旋翼飞行器的优势便凸显出来了。

4.2 具备输送能力的多旋翼飞行器的设计和应用

多旋翼飞行器在物流、医疗急救等领域的开发和应用是当前的研究热点之一。在多旋翼飞行器具备充足的动力源,精确的导航和较高的适航能力的前提下,通过挖掘其运输能力拓宽其应用领域。

在医疗急救领域,利用多旋翼飞行器携带急救药物或器材可以快速响应,为突发心脏病等患者争取宝贵的急救时间。在物流领域,利用多旋翼飞行器为急需货物或边远地区的顾客输送物品也是其潜在的应用之一。负重的增加使多旋翼飞行器未来将致力于空中立体交通。

4.3 用于监测的多旋翼飞行器的设计和应用

实时监测要求系统能够快速,准确,高密度地获取信息,对于用搭载的设备获取连续的高密度数据。具备良好的机动能力,较广阔的视角和作业范围,以及可以挂载多种的探测仪器的多旋翼飞行器可以利用搭载的设备获取连续的高密度数据。

鉴于这一优势,多旋翼飞行器可用于巡逻监控,打击非法捕捞,伐木等;用于环境监测,评估,监测环境污染,森林火灾等;以及用于考古,航拍,农业信息采集,动植物保护,资源勘察,输电线路巡检等诸多领域。

5 结束语

纵观国内外多旋翼飞行器和相关技术的发展,多旋翼飞行器在军用和民用领域都具有较大的应用和发展潜力。同时,多旋翼飞行器技术涉及多门学科领域,研究多旋翼飞行器还可以带动其他相关研究领域关键技术的突破,此外,随着多旋翼飞行器的不断发展,其应用潜力和商业价值有待进一步挖掘。

摘要：为了进一步挖掘多旋翼飞行器的应用潜力,根据现有技术的发展陈述了其应用前景。文中首先详细介绍了多旋翼飞行器的研究现状,然后从硬件设计、算法设计和总体优化设计的角度分别分析了多旋翼飞行器进一步发展可采用的技术,最后,将技术与应用联系起来,陈述了未来多旋翼飞行器的应用前景。

篇3：微电子封装的关键技术及应用前景探析论文

【关键词】项目教学法 教学理念 教学形式 教师角色定位 学生学习动力

【中图分类号】G74 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）05-0134-01

一、引言

项目教学法的应用，打破了传统的教学时空模式，对高职院校人才培养产生了积极的影响。《电子元器件及封装技术》课程，以专业能力为重点教学目标，使学生掌握电子元器件、电子封装技术的相关专业知识与技能，同时注重培养学生的方法能力及教学过程中产生的社会能力。课程衔接多门核心专业课程，为专业知识与技能学习、学生获取电子设备装接工等职业资格证书打下了基础。传统教学中，先集中学习理论，后进行实践操作，理论与实践脱节，极大影响了学生对专业知识与技能的掌握；另外，传统考核、评价方式单一，对学生学习的积极性和主动性影响较大。鉴于此，笔者进行了项目教学法在本课程中的探析。

二、项目教学法概述

项目教学法，指以真实的工作环境为基础，以生产中的职业工作任务为课程资源，师生通过一同实施一个完整的项目而进行的教学活动。在完成项目的过程中，学生学到相关知识，获得相应的技能，能够实现教、学、做一体化。项目教学法与传统教学法在教学目标、教学理念、教学形式、教师角色定位、学生学习动力等方面有很多不同之处，改变了三个中心，其一，以教师为中心转变为以学生为中心，其二，以课本为中心转变为以项目为中心，其三，以课堂为中心转变为以实际经验为中心[1]。

三、项目教学法在本课程中的应用

通过对相关企业的调研、分析，以岗位能力培养为核心，结合学校现有资源，设计的项目有：电子元器件识别与检测、元器件安装、元器件焊接、电子产品组装与调试、电子产品维修、集成电路芯片粘贴、芯片互连等。

教师按照项目的学习目标，编制相应项目任务书，任务书明确教师讲授内容及学生学习要求；提出该项目安排的时间和内容等。若以小组形式进行学习，则需明确规定分组安排和小组讨论的要求。以学生为主体设计教学结构，营造民主、和谐的教学氛围，激发学生参与教学活动，提高其积极性，增强其信心与成就感。教师指导学生完整地完成项目，并将有关知识、方法技能、职业道德和社会技能有机融合。下面以采用表面贴装和通孔插装的混装元器件的收音机制作为例，介绍项目教学法的实施过程。

1.提出任务

教师描述项目，并进行目标分析，明确目标后，引发学生学习新知识和解决实际问题的兴趣。首先，向学生展示收音机成品，让学生有一定感性认识，激发他们的兴趣，从而调动他们完成任务的积极性。其次，教师给学生引入、讲解与项目有关的概念、原理、结构等知识，并且组织学生进行讨论，通过讨论，学生对收音机的相关知识有了初步了解。第三，教师明确任务要求及考核标准。

2. 组建项目组

为促使学生之间的交流与合作，可考虑依据其性格特征、知识水平与操作能力等情况来进行分组，尽量使小组成员优势互补。3人一组，每组评选出一名小组长，由小组长负责组织成员，讨论项目要求、落实项目分工并付诸实施等。

3.收集信息

学生根据项目任务要求，通过多种渠道收集资料，例如图书馆、互联网等。同时，教师可以把课程相关资源利用课程网站、电子邮件等与学生进行课外交流，为学生提供更为广阔的学习平台。通过这些平台，学生根据自己的学习情况，有重点地选取再学习的内容，大大提高了学习效率。在项目的引领下，学生不再是被动接受式学习，而是主动探究式的学习，能充分发挥学习的主动性与积极性。通过信息收集这个阶段，学生拓宽了知识面，对收音机的相关知识有了进一步的掌握，同时对电子产品的组装流程也有了大致了解。

4. 制订项目实施计划

教师和学生共同分析、讨论项目，给学生提供相关资料和咨询，学生查阅收集到的资料，小组对实施计划进行分析、比较与完善，从而确定合适的方案。各小组制定分工协作计划，明确成员在规定的时间里完成相应的任务，同时，组员任务完成情况与小组整体工作进度情况，由小组长负责监督与把控[2]。

5.项目实施

学生根据项目实施方案，运用专业知识与技能完成项目。在项目实施过程中，教师要向学生提供帮助，例如提供相关资源、技术指导等；及时跟进每个小组的实施情况，参与他们的讨论，提出一些指导性的建议；教师鼓励学生进行创新，培养其提出问题、分析问题和解决问题的能力。在这一阶段中，让学生充分发挥主观能动性，教师是指引者，不要过多干预学生的思路和操作，也不能对学生的疑惑与困难置之不理。

6. 提交项目成果，进行评价分析

主要从以下方面对学生进行考核评价：其一，职业素养，即学生学习态度、精神面貌和团队协作情况等，可从学生的课堂与日常行为、职业习惯中获取结果。其二，项目完成情况与能力，即学生在完成各项任务中所起的作用、项目完成质量等内容，其结果可从项目实施过程和结果、方案撰写、小组活动表现及结果等考核中获得。其三，职业能力情况，即学生对各项任务的综合概括与实际运用能力，包括口头表达、书面能力、总结报告的撰写与汇报等方面。

学生展示制作好的收音机，提交总结报告，并制作PPT，进行PPT展示与汇报，汇报内容包括项目设计方案、组员分工情况、操作情况、遇到的难题、完成情况及需要改进的地方等。教师针对项目完成情况，指出优点和缺点，针对出现的共性、重点难点问题，予以深入、详细的解答；对项目实施过程中的创新、团结协作精神予以鼓励和肯定。对项目实施的过程和结果进行评价，前者主要考察学生的学习能力、协作能力、工作态度，后者考察学生是否达到学习目标。为使评价更真实、客观，考核评价采用小组自评、小组互评、教师评价相结合的方式。

四、关于项目教学法的思考

第一、教学项目的设置，应接近真实工作场景中的任务，且遵循由浅到深、由分立到综合的原则，循序渐进，不仅要考虑场地、设备和人员，也要关注思考空间和难度，使学生的自主意识和创新能力能够充分发挥。

第二、项目教学法对教师提出了更高的要求，要求教师既具备丰富的理论知识，又拥有娴熟的操作技能，能把理论教学与实践教学有效地融合到一起，因此，要加快双师型教师培养的步伐。

第三、下述环节仍需提升与完善：其一，合理细化教学项目，设计与搭建相应教学情境；其二，建立课程教学与核心岗位技能培养的反馈环节；其三，与社会接轨，深化校企合作，增强学生的实践应用能力；其四，坚持教学的启发式、提问式和逻辑性，提高课堂吸收率和学生的参与热情，引导学生尽快适应新的教学模式。

五、 小结

开展本课程的项目式教学模式改革研究，本着以职业技能培养为主导，突出对实际操作能力的训练，并且对学生职业能力和职业素养进行强化，注重所学知识和社会需求的一致性，有利于培养学生专业核心技能，提升专业人才素质及培养质量。此外，项目的实施，可为“双师型”教师的培养提供平台，为后续专业课程实施项目化教学及专业的可持续性发展奠定基础。

参考文献：

[1]潘玉成.项目教学法在高职课程教学中的应用研究[J].宁德师专学报，2010，22（03）：297-299.

[2]胡英华.项目教学法在高职《数字电子技术》课程教学中的应用[J].国网技术学院学报，2015，（03）：60-61.

篇4：微电子封装的关键技术及应用前景探析论文

电力电子技术有三个层次:元器件、电路和系统。半导体器件(包括集成电路)是主要的技术推动力;电路和拓扑结构得到很大的关注,技术已经成熟,除了大功率应用外,革新已趋停滞;系统需要引起更多的注意,它是未来电力电子业者要接受的主要挑战。封装技术在集成电力电子模块领域有着重要的地位,它能够改变电子模块包括电气性能、EMI特性和热性能在内的各方面性能,是公认的电力电子领域核心技术。

1 IPEM封装的关键技术

电力电子封装在电子器件领域有着十分重要的地位,它能够起到电气连接、环境保护的作用,也能够影响电力电子器件的电气性能和电磁干扰以及制作成本。并且还能够提高电力电子系统的可靠性、高效率等。IPEM的封装设计必须要满足模块多方面的功能特点进行综合设计,优化模块功能。

1.1 三维封装结构和新型互连技术

IPEM封装必须要满足散热速度快的要求,并且要具备较小的寄生控制参数,高功率,低成本,能够适应各种恶劣的工作环境,还要实现制作工艺集成化,具备智能传感诊断的能力。目前我国的功率模块一般是使用平面封装结构和引线键合互连工艺制成,这项技术目前已经十分成熟,有着结构简单、制造价格低廉的特点,但是在其他方面就存在着很大的问题。世界上电力电子模块封装领域的科研人员一直致力于寻找更加高功率的技术,替换平面封装结构和引线键合工艺。美国已经有了一定的成果,他们提出了三维封装有源IPEM的概念。目前,已经研究出的互联技术包括薄膜覆盖封装技术、嵌入式封装技术、金属柱互连技术、倒装芯片技术、凹陷阵列互连技术、低温烧结技术、压接封装技术等。

1.2 基板技术

基板的作用是维持芯片与元器件之间的链接和模块的支撑,是模块制作的重要部分。基板根据材料的不同可以分为有机类、无机和复合类材料。而目前应用在电力电子模块封装的有DBC陶瓷基板、绝缘金属基板、玻璃布基板、柔性基板等。

2 IPEM封装的发展趋势

世界许多有着科研开发能力的组织都对电力电子集成封装技术进行了深入的研究,其中CPES研究的IPEM封装技术是目前世界上封装技术的主要方向。

它的研究内容是包括几个方面:(1)研究电力电子模块封装的制作材料,以及能够优化多方面性能的优质材料等。(2)对电力电子模块封装的高度集成化进行研究,发展多个方向的IPEM类型。(3)研究电力电子模块与负载的高度集成。如果将驱动和保护电路的变换器制作成模块,通过模块与电动机的结合就能够实现直接入电源,电动机就能够进行负载工作的目标,大大简化了整个系统的结构,提高了可利用的空间,增加工作效率。虽然IPEM封装技术的研究工作仍在进行,也有了一定的成绩,但是总体来说,我国这方面的研究依旧处在初始阶段,还有很多工作需要完成,已经投入使用的三维封装技术有着自己独特的优点,也存在着一些不足。在下一阶段下,需要研究更加优秀的三维封装技术,并对模块所涉及的领域进行深入的研究,针对模块多方面的功能,寻找更多的优化设计方案等等。

3 国内研究出现的问题和解决方案

在电力电子系统高速发展的今天,我国也已经对电力电子系统集成给予了极高的重视。早在2002年,我国相关部门就将电力电子系统集成研究设为重点项目,有多个高等学府进行研究。目前我国已经有了一定的成果,但是仍然无法与国际水平相媲美。电力电子器件的制作是IPEM的基础,它对电力电子系统的性能有着很大的影响。我国目前使用的多种新型封装技术,使得电力电子器件的性能有了极大的提升。并且我国在电力电子期间开发和研究方面存在着许多问题,导致生产能力较弱,主要市场由国外企业占据。针对我国目前的电力电子器件研究现状,必须要加大这一领域的研发力度,通过对国外先进水平的分析跟踪,开发出符合我国形势的新产品,与此同时也不能忽略制造工艺的研发。

4 结语

IPEM封装是由多个领域、学科交叉形成的综合性技术。采用新型的三维IPEM封装技术能够大幅度提升IPEM封装的各项性能。虽然我国在这一领域的发展已经初见成效,但是与我国飞速发展的经济水平相比还存在差距。因此,我国应在电力电子器件的基础研究方面加大研究力度,然后逐渐深入,强化关于IPEM封装技术的研究,促进我国电力电子领域的改革,实现电力电子技术的更快发展,逐渐将其应用在人们的日常生活当中。

参考文献

[1]王建冈,阮新波.基于芯片尺寸封装功率器件的集成电力电子模块(英文)[J].Journal of Southeast University(English Edition),2009(3).

[2]何晓宇,曾翔君,杨旭,等.电力电子集成模块中压接结构及其电接触特性[J].中国电机工程学报,2008(9).

篇5：微电子封装的关键技术及应用前景探析论文

关键词 5G ；通信 ；关键技术 ；物联网 ；精准农业

中图分类号 O456

Abstract 5G （5th generation mobile networks） is the latest generation of mobile communication system. This paper demonstrates seven key technologies in 5G-large scale MIMO technology， multi-carrier technology based on filter sets， full duplex technology， ultra-dense network technology， self-organizing network technology， software defined network technology， and content delivery network technology. These seven technologies are important in solving old issues in wireless transmission and network. 5G technology can support fast growth of the Internet of things， which have already been applied in agriculture. The Internet of things is playing a role in environmental monitoring and precision control. The latest 5G technology would bring innovations to precision agriculture.

Key words 5G ；communication ；key technology ；Internet of things ；precision agriculture

5G是继第4代移动通信系统（4G）之后的新一代移动通信系统，预计2020年将投入商用。5G将拥有比4G更高的频谱利用率和传输速度，能满足未来十年信息海量传输、机器间通信、网络智能化等要求[1]。

物联网是使用信息传感设备，把物品和互联网相互连接，进行信息交互和通信，以实现识别、跟踪、定位、监控、管理的一种网络；物联网技术与农业生产有机结合之后，可以实现高效、高产、优质、环保、安全等目标，从而实现农业智能化、农业现代化[2]。

精准农业是由信息技术支持的，根据空间变异，定位、定时、定量地实施一整套现代化农事操作技术与管理的系统[2]，目前3G技术已经应用其中，4G技术正在逐步推进，预计5G时代的到来将会给这个产业带来翻天覆地的变化。

1 5G移动通信的关键技术

近3年，5G已成为通信业界的研究重点。自2013年初欧盟启动METIS项目起，各国纷纷加入了对5G关键技术的研发。据信，5G业务能力的提升主要将表现在3个方面：①资源利用率可以比4G网络提高10倍以上；②系统吞吐量可提高25倍；③频谱资源将被扩展为原来的4倍[1]。5G移动通信系统的关键技术有7项。

1.1 大规模天线阵列

多入多出（MIMO，Multiple-Input Multiple-Output）技术可以提高信息传输的可靠性和系统的频谱效率，而天线数量越多，对性能的提升越显著，因此，大家开始关注大规模MIMO技术。大规模MIMO技术可分为集中式和分布式2种，中国在分布式MIMO技术的研究中一直处于国际领先水平。由于大规模MIMO技术的空间分辨率大大增强，可以大幅度降低干扰，并且可以大大降低发射功率，因此在5G系统的研发中被广泛关注。

面向5G的大规模天线阵列主要指位于基站的天线系统，它的频谱可能是毫米波，而毫米波技术能使设备易于集成，这就为MIMO天线系统同时选用3种应用模式提供了保证，即让5G系统中MIMO天线系统的波束赋形、空间分集和空间复用同时实现成为可能。波束赋形是对于天线阵列的信号预处理，通过调整参数产生定向波束，从而获得高传输可靠性。空间分集是用多根天线接受和处理同一个信号，再进行合并，这种模式可以大大提高传输的可靠性。空间复用是在不同天线上重复利用同一频段，可以显著地提高无线传输的容量和频谱利用率[3]。

1.2 基于滤波器组的多载波技术

由于正交频分复用（OFDM，Orthogonal Frequency Division Multiplexing）技术无法实现对暂未被使用的闲散频谱资源灵活有效的利用，基于滤波器组的多载波实现方案被越来越多的人考虑。这种技术已经在中国的3G试验系统中被使用过，并且现在已经被广泛地应用在通信信号处理、图像处理、雷达信号处理等领域。在滤波器组多载波（FBMC，Filter Bank Multi-Carrier）技术中，各子载波之间不再需要正交和同步，也不用插入循环前缀，实现复杂度低，使用起来比OFDM技术更灵活。

广义频分复用（GFDM，Generalized Frequency Division Multiplexing）虽然需要插入循环前缀，但不要求子载波同步，实现较为简单，并具有较高的频谱利用率[4]。

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通用滤波多载波（UFMC，Universal Filtered Multi-Carrier）技术跟FBMC技术一样，它不需要有循环前缀，但设定了时域保护前缀，以增加复杂度为代价，换取子载波无需同步。

以上提到的3种多载波传输技术都是5G技术重点关注的备选方案。

1.3 全双工复用

全双工技术是指收发双方可以同时在同一频率下进行相互之间的通信，这种方式可以大大提高频谱效率和缩短时延。在现有的移动通信系统中，全双工通信暂时还不能实现，而这正是5G系统需要充分利用并发掘的重要资源。这项技术目前面临的最大难题是收发信号之间严重的自干扰（大于100 dB）[5]。

想要消除自干扰，必须要充分考虑发射信号的非线性失真。除此之外，要想避免饱和，就必须考虑接收端模/数（A/D，Analogue to Digital）转换器的分辨率限制。解决这些问题的方法很多，但针对大量基站和大量终端的情况还没有进行实验验证，不知道能否获得理想性能增益，这将是有待攻破的难关。

另外，全双工技术面临3个方面的挑战：①电路板的设计；②物理层、媒体介入控制层的优化设计；③半双工和全双工之间的动态切换控制面优化等优化问题[5]。

1.4 超密集网络

5G网络中会同时包含宏站和低功率小站，特别是低功率小站，密度将达到目前的10倍以上，从而形成超密集网络（UDN，Ultra Dense Network）。在超密集网络中，网络节点离终端更近了，甚至能够达到每个激活的用户对应一个服务节点，大大提升了系统容量、提高了通信效率和频谱效率，但由此带来的干扰也是有待解决的难题。无线回传组网技术是解决这一问题的关键，但对于超密集网络，无线回传组网技术非常复杂，需要重点研究[6]。

1.5 自组织网络

自组织网络（SON，Self-Organizing Network）就是网络智能化，即在网络中引入自组织能力，其中包括自优化、自配置、自愈合等能力，从而最大程度地减少人力成本[7]。目前，SON技术不能支持多网协同，这将是5G技术研究的重点。对于5G中将采用的超密集网络，需要开发新的技术来支持自配置功能，而网络的自优化也会因为存在多个干扰源变得更困难，回传网络的智能化也需要自组织网络的配合。大规模天线阵列也会带来一些新的问题，而这些技术的优化也是SON技术的重要组成部分。

1.6 软件定义网络

软件定义网络（SDN，Software Defined Network），就是将网络互联节点的控制功能从设备中分离出去，由中心控制器进行统一控制，将转发和控制分开，这样可以使设备功能更简化[8]。目前，由于网络设备的配置和优化都非常复杂，网络管理难度很大，SDN技术有待进一步完善。在5G系统中，不同运营商将可以控制同一个网络设备，基础设施也可以实现共享，这将大大降低运营商的成本，也将大大减小网络管理的难度。

1.7 内容分发网络

内容分发网络（CDN，Content Distribution Network）通过使用缓存服务器，根据用户的综合信息将用户的请求导向离用户最近的服务节点[9]。这样用户就可以就近取得所需要的内容，从而解决了因为网络访问量大、服务器重负荷、网络拥塞引起的网站响应慢、服务质量低等问题。

2 5G在精准农业中的应用前景

中国自2013年初就开始了对5G移动通信系统的研究，成立了IMT-2020（5G）推进组，并相继发布了5本白皮书。

2014年5月发布的《5G愿景与需求》白皮书[10]，描述了5G对未来生活将要带来的改变，其中物联网的高速发展将对精准农业带来革新。农业物联网主要用来采集农作物生长的环境监测信息，并将这些信息进行处理，进而制定出精准农业的生产方案[11]。精准农业需要网络支持海量设备连接和大量小数据包频发，由于农业物联网设备常常部署在山区、森林、水域等信号难以到达的地方，这就需要5G具备更强的覆盖能力、灵活性、可扩展性以及更低的功耗、时延和成本。

2015年2月发布的《5G概念》白皮书[12]，提出了无线技术和网络技术领域的关键技术。精准农业在中国主要应用在农情监测和精细化控制[11]，这些领域中的场景一般都具有小数据包、低功耗、海量连接、强突发性等特点。对于农业中的低功耗大连接场景，新型多址技术、新型多载波技术和终端直接通信（D2D，Device-to-Device）将被应用。由于精准农业中的终端分布范围极广、数量庞大，这就要求网络具备对超千亿连接总量、百万/km2连接数密度的强大支持能力，还要能够保证各个终端的超低功耗和成本。

2015年5月IMT-2020（5G）推进组发布了《5G无线技术架构》[13]和《5G网络技术架构》白皮书[14]。《5G无线技术架构》中提出了5G新空口（包括高频空口和低频空口），其中5G低频新空口工作在6G Hz以下频段，可以满足精准农业中大连接场景的体验速率、时延、连接数量、能效等指标要求。虽然农业物联网设备总体数量庞大，但对流量需求较低，因此可以采用低频段零散、碎片频谱或OFDM子载波。《5G网络技术架构》中提出了利用简化的新型连接管理、移动性管理、漫游等，通过优化控制协议来实现低功耗大连接，从而可以避免信令风暴、报头开销大、处理数据效率低等风险。对于农业物联网，可以采用简化改进位置管理相关协议减少信令交互。

2016年6月发布的《5G网络架构设计》白皮书[15]，提出了新型5G网络架构设计方案，提炼了移动边缘计算、网络切片、以用户为中心的无线接入网、按需网络重构、网络能力开放等创新技术[16]。为了实现农业物联网中“万物互联”的愿景，5G网络将采用这些新技术。

随着这些白皮书的发布，5G的轮廓逐渐清晰，各国共同推进5G通信系统的关键技术研究，将促进5G网络标准的确立和精准农业产业的蓬勃发展。

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参考文献

[1] 尤肖虎，潘志文，高西希，等. 5G移动通信发展趋势与若干关键技术[J]. 中国科学：信息科学，2014，44（5）：551-563.

[2] 王红育. 物联网技术在农业领域中的应用[J]. 农村经济与科技，2013，24（5）：37-38.

[3] 张长青. 面向5G大规模MIMO天线阵列研究[J]. 邮电设计技术，2016（3）：34-39.

[4] 赵锦程，黄斐一，孔繁盛. 面向5G的无线宽带多载波传输技术[J]. 移动通信，2015（9）：14-18.

[5] 田忠驿. 5G全双工技术浅析[J]. 移动通信，2015（15）：85-87.

[6] 冯伟龙. 超密集网络（UDN）的性能分析与关键技术研究[D]. 北京：北京交通大学，2016.

[7] 范绍帅. 自组织网络智能化控制与优化策略研究[D]. 北京：北京邮电大学，2015.

[8] 李宇涵. 基于软件定义网络的5G网络架构[J]. 科技创新导报，2016（4）：67-70.

[9] 尹 芹，华新海. 基于融合CDN构建未来智能内容管道[J]. 电信科学，2015（4）：9 501-9 506.

[10] IMT-2020（5G）推进组. 5G愿景与需求白皮书[EB/OL]. http：//wenku.baidu.com，2014.

[11] 李爱军，李晋瑶. 物联网在精准农业中的应用研究[J]. 襄阳职业技术学院学报，2015，5（3）：27-29.

[12] IMT-2020（5G）推进组. 5G概念白皮书[EB/OL].http：//wenku.baidu.com，2015.

[13] IMT-2020（5G）推进组. 5G无线技术架构白皮书[EB/OL]. http：//bbs.c114.net，2015.

[14] IMT-2020（5G）推进组. 5G网络技术架构白皮书[EB/OL].http：//bbs.c114.net，2015.

[15] IMT-2020（5G）推进组. 5G网络架构设计白皮书[EB/OL]. http：//mt.sohu.com，2016.

[16] 高 超. 中国5G推进组发布《5G网络构架白皮书》[N]. 通信产业报，2016-06-06（16版）.

篇6：微电子封装的关键技术及应用前景探析论文

一、电子通信系统概述

电子通信技术属于现代通信技术中的一大部分。电子通信技术是信息社会的主要支柱, 是现代高新技术的重要组成部分, 甚至是国家国民经济的神经系统和命脉。在现代化信息社会, 电子通信技术无处不在, 它涉及的范围也很广, 包括移动电信、广播电视、雷达、声纳、导航、遥控与遥测以及遥感等领域, 还有军事和国民经济各部门的各种信息系统都要运用到电子通信技术。电子通信系统中最具代表性也最常见的就是移动通信和卫星通信。其中移动通信就包括了卫星通信, 此外还有蜂窝系统、集群系统、分组无线网、无绳电话系统、无线电传呼系统等多个领域。

二、通信网络的安全防护技术

正是由于通信网络的功能逐渐变得强大, 我们的日常生活也越来越离不开它, 因此我们必须采取一系列有效措施来将网络的风险降到最低。

(一) 防火墙技术。

通常情况下的网络对外接口所使用的防火墙技术可以使得数据、信息等在进行网络层访问时产生一定的控制。经过鉴别限制或者更改越过防火墙的各种数据流, 可以实现网络安全的保护, 这样可以最大限度地对网络中出现的黑客进行阻止, 在一定层面上可以防止这些黑客的恶意更改、随意移动网络重要信息的行为。防火墙的存在可以防止某些Internet中不安全因素的蔓延, 是一种较有效的安全机制, 因此防火墙可以说是网络安全不可缺少的一部分。

(二) 身份的认证技术。

经过身份认证的技术可以一定范围内保证信息的完整机密性。

(三) 入侵的检测技术。

一般的防火墙知识保护内部的网络不被外部攻击, 对于内部的网络存在的非法活动监控程度还不够, 入侵系统就是为了弥补这一点而存在的。它可以对内部、外部攻击进行积极的实时保护, 网络受到危害前就可以将信息拦截, 可以提高信息的安全性。

(四) 漏洞的扫描技术。

在面对网络不断复杂且不断变化的局面时, 只是依靠相关网络的管理员进行安全漏洞以及风险评估很显然是不行的, 只有依靠网络的安全扫描工具才可以在优化的系统配置下将安全漏洞以及安全隐患消除掉。在某些安全程度较低的状况下可以使用黑客工具进行网络的模拟攻击, 这样可以在一定层面上将网络漏洞暴露出来。

(五) 虚拟的专用网技术。

由一个因特网建立一个安全且是临时的链接, 这是一条经过混乱公用网络的稳定安全通道。

三、ATP系统在光通信系统中的应用

随着科技发展的日新月异, 自由激光空间光通信已经成为现代通信技术发展的新热点。但从技术实现方面来讲, 由于激光通信具有信号光束窄、发散角小这样的特点, 从而导致APT (Acquisition Pointing Tracking) 捕获、跟踪、瞄准相距较远的运动体上的较窄信号光束相当困难。ATP系统是由粗跟踪和精跟踪单元构成的复合跟踪系统, 其主要功能是在粗跟踪单元实现初始的捕获和跟踪, 并将信标光引入精跟踪的视场范围内, 然后精跟踪单元实现更高带宽的跟瞄, 再将信标光稳定在可通信的视场之内, 为最终空间站光通信系统工程实现奠定了一定的技术基础。

(一) 粗跟踪单元。

粗瞄准单元由一个安装在精密光机组件上的收发天线, 万向支架驱动电机以及粗跟踪探测器 (CCD) 组成, 主要作用是捕获目标和完成对目标的粗跟踪。在捕获阶段, 粗瞄准机构接收由上位机根据已知的卫星运动轨迹或星历表给出的命令信号, 将望远镜定位到对方通信终端的方向上。为确保入射的信标光在精跟瞄控制系统的动态范围内, 必须根据粗跟踪探测器给出的目标脱靶量来控制万向支架上的望远镜, 使它的跟踪精度必须保证系统的光轴处于精跟踪探测器视场内, 从而把信标光引入精跟踪探测器的视场内。

(二) 精跟踪单元。

精跟踪单元的跟踪精度将决定整个系统的跟踪精度, 它要求带宽非常高, 带宽越高, 对干扰的抑制能力就越强, 从而可加快系统的反应速度, 加强跟踪精度。因此, 设计一个高带宽高精度的精跟踪环是整个ATP系统的关键所在。在这一单元我们可采用高帧频、高灵敏度、具有跳跃式读出模式的面阵电荷耦合器件 (CCD) 传感器。它基于深埋沟道移位寄存器技术, 可以获得非常高的读出速率、非常低的噪声和非常高的动态范围。通过由捕获探测器 (CCD) 和定位探测器 (OPIN) 组成探测接收单元转换, CCD完成捕获与粗跟踪, 并将接收光引导至OPIN上, 在OPIN中进行误差信号的检测, 从而提高信标光捕捉精度。

(三) 控制单元。

将捕捉的信号经放大、整形和A/D变换处理后, 在计算机中按一定的数据分配流程将信号输入。然后通过计算机给出的速度控制信号和加速度控制信号, 又经数据分配接口送入D/A转换与处理网络, 使伺服电机按要求转动并带动天线转动机构分别在水平和俯仰两个方位转动, 以调整天线的位置, 达到自动捕获、跟踪、瞄准的目的。

四、卫星通信系统关键技术

卫星通信在电子通信技术中最为先进, 它也有很大的优势, 包括通信距离远并且容量大, 通信线路质量稳定可靠以及机动性能优越和灵活地组网等, 这些都是别的技术没有的特点。但随着不断快速发展的全球信息化产业, 人们对信息的需求也越来越复杂多样, 电子通信技术已进入高速、多媒体、业务多样化和可移动的个性化时代。

目前的卫星通信的一些关键技术也存在一些问题, 它包括高速数据的业务需求, 以及卫星通信应用宽带IP的难点。现代卫星通信技术采用一些关键技术来解决问题:一是数据压缩技术, 它能让静态和动态的数据压缩都有效提高通信系统在时间、频带、能量上的工作效率;二是智能卫星天线系统;三是宽带IP卫星通信技术的研究;四是新型高效的数字调制及信道编码技术;五是多址连接技术的改进和发展;六是卫星激光通信技术。

未来的卫星通信数据率会通过激光通信来实现, 激光的优势会在互联卫星网中得到充分发挥, 因为在那里经常会应用到激光通信技术, 它在外层空间进行, 所以不会受到大气层的影响。还可以利用“星际激光链路”技术来缩短全球卫星通信中的“双跳”法的信号时长。有专家提出“在卫星激光通信在比微波通信数据速率高一个数量级的理想情况下, 天线孔径尺寸会比微波通信卫星减小一个数量级”的观点。那么如果在空间无线电通信中以激光作为载体来进行工作和运行, 未来的卫星之间进行激光通信是很有前途的。

五、未来的网络构架

篇7：PLC的发展及应用前景探析

关键词：PLC 工业自动化 发展趋势 应用前景

中图分类号：TP342 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）01（b）-0094-01

在当前工业自动化发展背景下，PLC控制手段的出现加快了工业自动化的发展进程，从其当前发展趋势我们不难预测PLC技术的应用前景是极其广阔的。系统控制方面，多样化的系统控制功能使得PLC系统兼具信号采集、信息输入、数据运算、逻辑信息处理、定时存储及网络通讯等功能，这些功能为实现国内工业系统的远程化、智能化和自动化提供了可能。从可靠性和安全性角度来看，PLC在电气设备可靠性方面越发强调抗干扰能力的体现，无论置于何种环境之下它都可以持续工作。行业化的PLC技术应用从硬件集成和软件控制的角度突出了自身的技术优势，使得工业控制范围不断扩大。

1 关于PLC的发展

1.1 PLC的概念和特点

PLC，意指可编程逻辑控制器，其核心配置以微处理器为主，是一种融合了电子通信技术、网络控制技术、自动化电器处理技术的新型电子装置设备。PLC主要应用于我国的工业生产领域，为工业生产的自动化发展创造了无限可能。关于PLC技术的应用特点，主要表现在以下五个方面：第一，PLC技术具备了高可靠性与抗干扰性的双重特点，从工业控制角度提升了生产工艺的制造水平，延长了元件的使用周期；第二，简单易学的编程是PLC技术的功能性体现，无论是数据处理还是逻辑运算都能够在网络技术的辅助下得以优化，实现工业生产的过程性控制；第三，PLC技术的通用性使得工业产品生产方面已经具备了标准化与模块化的系统方案，接口控制更加易于操作；第四，从设计与调试的工作量方面也相对变少，利于器件的使用与维护；第五，PLC在使用能耗方面也相对节能，这不仅节省了控制系统的所占面积，在资源利用方面也更加高效。

1.2 PLC的发展趋势

在工业应用过程中，PLC的发展受到了业界人士的一致好评，无论是工业生产的自动化还是制造系统的控制都得到了广泛应用。开关量逻辑控制方面，PLC的出现替代了原有的继电器控制设备，从逻辑控制角度提升了工业系统的可靠性与安全性。类似机电设备中的冲床、运输带或是化工设备中的电磁阀等都突出了PLC技术的使用优势，就连当前的核心站系统也与PLC技术之间有着密切联系。运动控制领域，PLC技术主要应用于金属的成型机械或是配装设备。闭环过程控制领域，主要运用PLC技术来处理锅炉或是热炉装备，以提高温度的可控性。数据处理领域，PLC技术还有类似数学运算的查表与排序功能，这对提升柔性制造系统的可靠性大有裨益。除此之外，PLC技术还实现了对工业机器人的系统控制和处理，提高了自动化控制的有效性。

2 关于PLC的应用前景

我国当前的制造业发展与国外相比尚存在一定差距，这主要是由于国内工业生产的自动化水平还有待提高，与国际标准之间还有距离。工业领域的自动化生产推动着PLC技术在我国的应用和普及，无论是产品类型还是市场需求都亟需从技术革新角度来体现科技为工业生产领域带来的发展优势。

2.1 我国PLC技术的应用前景

纵观当前国内的工业自动化发展水平，无论是控制系统的技术处理还是网络化模式的应用程度都处于发展阶段，其自动化水平与发达国家之间还存在着明显的距离。甚至在我国的机械行业仍然采用的是传统的继电器设备，工业生产的自动化亟需技术革新。对于制造业的自动化控制来说，PLC技术的应用显然是劳动生产率及产品自身质量的根本保障，在离散控制过程中为PLC技术的应用与推广创设更加广阔的发展空间。此外，PLC技术崇尚的低碳理念也是今后工业发展的主流方向，生产效益的提升必须建立在必要的环境保护基础之上，无论是化工行业领域还是交通运输业的应用都需要从根本上突出PLC的环境保护优势，体现PLC应用于工业制造业的技术发展优越性。从目前的发展趋势来看，PLC技术在我国的应用还有广阔的空间亟待挖掘，只有真正从市场发展与经济效益提升的双重角度来凸显PLC的技术革新才能从根本上发挥PLC技术的系统功能。

2.2 PLC在发展过程中的注意事项

关于PLC技术在今后发展过程中的注意事项主要表现为以下几点：其一，突出PLC技术在行业应用中的重点。专业化的PLC技术革新需要从行业特点及行业优势出发切实保证行业发展重点的突出，而稳定的行业客户就成为了PLC技术发展的根本保障。其二，从产品使用优势角度来拓展PLC技术的定制需求，产品优势的突出依赖于必要的市场需求，这就需要PLC使用主体能够从个性化定制角度来提升产品的市场影响力。其三，在PLC软件开发力度方面也应做到切实满足市场需求，PLC软件使用过程中的一些复杂控制程序都源于基本软件的开发，这也需要在今后的PLC发展及应用过程中得以体现。

3 结语

从当前PLC技术的应用趋势我们不难看出，今后PLC的发展前景主要集中表现为三大方向。其一，PLC技术的专业化发展。伴随工业系统的自身功能不断增强，PLC技术能够根据行业特点来合理调整自身的产品建设，从产品性能与系统成本的双重角度来体现PLC技术与应用系统的专业化特征；其二，PLC技术的规模化发展。这一规模化发展进程既包括了小型系统化发展又涵盖了大型应用领域系统的研究，从根本上保障了所有客户的使用需求；其三，PLC技术的标准化发展。标准化的PLC技术接口从全新开发平台的角度出发体现了结构系统的开放性特征，标准化发展更趋全面。可见，PLC在工业应用领域的拓展与深入是实现工业自动化的必然要求，同时这一技术革命也为网络时代的到来做好了技术铺垫。

参考文献

[1]齐从谦，王士兰.PLC技术及应用[M].北京：机械工业出版社，2000.

[2]杨晖，张凤言.大规模可编程逻辑器件与数字系统设计[M].北京：北京航天航空大学出版社，2001.

篇8：微电子封装的关键技术及应用前景探析论文

目前, 整个社会经济实力突飞猛进, 尤其是高产量的制造业:汽车、家电、航空等, 对模具制造技术提出了一定的要求标准。而表面处理技术整体应用水平直接影响着制造模具的品质和生命周期, 决定着模具工业的成本、价值。凭借采用各式各样的表面处理技术, 仅仅就改变模具最外层的成分、元素、组织, 进一步提高模具整体的表层性能范围, 在一定程度上使得模具可延长数十倍的生命周期。

上述提及的方方面面对于模具品质的提高有着决定性的影响价值, 并且对生产制造业的效率提高及模具材料的使用资源亦有不可忽视的价值意义。

2 从物理、化学两方面分析模具表面处理技术

2.1 物理方面

2.1.1 高频表面淬火

这一技术其实就是将模具摆放于一个交变磁场的空间内, 使其产生流通的感应电流, 实现被加热的目的。电流整个频率越高, 就会让被加热的磁场层变得越薄。经过淬火阶段后, 因为奥氏体化是处于高温环境中, 产生较多晶核, 使其感觉长不大, 从而形成所谓的细隐晶马氏体。让模具表面的硬度比传统淬火更高, 脆度较弱。在一定程度上使得模具的受压力程度明显加强, 对于小模具可加强2倍左右, 对于大模具可加强25倍左右。其中, 所加热的温度跟淬火硬层的厚度都是可以调控的, 进而使得模具机械化、自动化, 这一表面处理技术应用范围极广。可另一方面它却不易被应用于形状不规则的模具上。

2.1.2 火焰表面淬火

这里的火焰指的就是“乙炔一氧”或“煤气一氧”, 对模具实施重点加热。此火焰温度最高可至3000摄氏度, 可以将其表面直接加热至所需的淬火温度, 再经由冷水或冷空气将之立即冷却。在一定程度上可有效地调整加热力度与冷却的时间点, 从而巧妙地控制淬火表层整体的厚度和硬性。与上述高频表面淬火比较而言, 此技术可谓设备简单, 所需成本要求低, 可其生产率却偏低, 模具表面受热不均匀, 在一定程度上较难控制模具质量。这样的话, 火焰表面淬火技术对那些小尺寸的零部件较为适用。

2.1.3 激光表面淬火技术

为了提高模具生命周期, 激光表面淬火技术被深入研究。其中常见的还是激光相变硬化技术。此技术主要是利用激光辐照金属的表层, 使其升温, 直到相变温度, 形成所谓的“奥氏体”, 一旦激光束离开模具, 凭借热传导, 就会发生“自淬火”, 让金属表层马上成为“马氏体”。就跟普通的淬火方法相比来看, 此技术说承受的温度梯度较高, 形成了一种极高硬度淬火组织环境。比普通淬火达到的硬度高至20%, 深度至2.5mm。在一定程度上可大幅度地将模具整体的耐磨性跟生命周期提高至最优。

2.2 化学方面的表面处理技术

2.2.1 渗碳技术

渗碳技术指的是让模具在表面层形成1mm~2mm厚度的渗层, 其含碳量在0.8%~1.05%区间内。经由一定程度的淬火、回火生产运作, 可大幅度提高模具整个表层的硬度、强度以及耐磨性, 在一定程度上确保模具芯部的韧性、可塑性。一旦渗碳温度过高, 就需在渗后实施热处理运作。此技术会让模具形状产生较大的改变、扭曲, 那么就不适合应用在精准度要求极高的一系列模具上。渗碳工艺通过形态划分如下:固体、气体、真空和离子。与以前普通的渗碳技术比较而言, 效率高、变形概率低、耗能低, 亦能处理模具极其微小的细节处。

2.2.2 渗氮技术

模具表面在经由渗氮技术处理后, 其耐磨性、抗热、抗蚀程度之类的性能都比渗碳技术效果好。渗氮技术整体温度跨域在500℃~600℃, 且模具渗氮后变形不明显。有利必有弊, 渗氮技术却耗时久, 环节复杂, 且成本偏高, 不适合普遍使用。逐渐发展出软氮化、离子氮化, 不断诞生新工艺, 克服了普通渗氮技术上述提及的缺陷。改变气体组分区别氮化组织成分, 强化渗氮层韧度, 进而使模具不易脱离、剥落。

2.2.3 碳氮共渗技术

碳氮共渗技术指的就是对模具同时渗透碳和氮同, 亦被称为氰化。按形态划分为液体和气体。液体碳氮共渗本身是有毒害性的, 不仅仅对环境造成毒害污染, 还对劳动者身体造成损害, 目前应用场合不多。共渗处理技术速度快, 变形率低, 耐磨性能强, 在一定程度上延长模具生命周期。

2.2.4 渗硼、渗金属技术

渗硼方法通常分为固体、气体、盐浴三种形态。应用较为广泛的就是固体、盐浴这两种渗硼。苏联将其用于模具冷热加工上, 且深入研究溶盐电解法;而日本研究以硼砂溶盐为主的液体渗硼及其它元素的TD法, 直接将模具生命周期延长至20倍;当然, 德国、美国也将硼与其它金属元素相融合, 产生更多的可能性。此技术可显著延长模具的使用周期, 尤其适用于锤锻模、拉深模压铸模、塑料模之类的模具上, 在一定程度上节约成本, 提高模具资源使用率。

3 阐述模具表面处理技术未来整体的发展趋势

综上所述, 表面处理技术应被广泛应用在处理模具的表层方面, 并且大幅度地提升模具整体的质量水准和生命周期, 为制造业获得巨额的经济利润。可遗憾的是, 就目前我国应用于模具制造的表面处理技术还是比不上国外采用的技术方法。我国仍需在复合表面技术跟纳米表面技术这两方面重点着手、研究。对于普通的表面处理技术来说, 需要更进一步的修饰、改进, 在低耗能的基础上提高处理功效。就目前来说, 研究出既适合大型模具又适合精致型金属零件表面的处理技术成为专家面对的最大问题。但其总的发展趋势不变, 仍是以提高模具的生命周期, 提升模具制造业整体的经济利润为目的。

参考文献

[1]周峥主编.工程材料与热处理[J].济南:山东大学出版社, 2004.