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手机发展推动磁性元器件创新

2006-08-02 11:34:17 来源:《国际电子变压器》2006年8月刊

    追溯移动电话的发展历史,我们可以看到在短短的时间内手机竟然有了如此惊人的飞跃。就在几年前,我们还曾万分羡慕那些西服革履、表情严肃的少数人,举着今天俗称“砖头”的大尺寸模拟手机。然而随着社会的进步,高科技的发展和人们观念的更新,手机的市场需求越来越大,产量不断增长,而且手机功能越来越强大,体积却越来越小。伴随着这种趋势,手机中的大部分电子零部件,都将迎来新的挑战。

■整理/星辰
手机量增 元件沾光

    网络经济泡沫的破灭和“9.11事件”的影响以及3G投资决策的问题,导致了2001年之后手机市场低迷的状态。之后出现了恢复性增长:全球手机产量从03年之前的4亿部到03年的5亿部。到了05年,才突破了新的界限,达到了8亿多。在这期间,发展中国家市场发展非常的迅速,这也成为拉动手机产业发展和手机普及的一个强劲动力。我国是手机产量最大、用户最多的国家。今年前4个月,我国的移动通信手持机(GSM、CDMA)产量超过1.4亿部,比去年同期增长68%。
    手机在大中城市已经成为人们的日常生活用品。随着移动运营商加大对农村地区网络覆盖,小城市、村镇首次购买手机的低端用户出现。另有数据显示,在部分大城市,高端手机用户的换机频率平均为6个月至9个月。面对这一市场需求,承载高速数据业务,集通信、娱乐、移动办公等为一体的手机也大量推出。目前,我国3G技术研发和产业化取得积极进展,相关测试也逐步完成。随着3G进程加快,3G手机将成为明年我国手机市场又一需求,会引来新一轮消费热潮。不仅如此,今年初,中兴通讯宣布率先将HSDPA数据卡提速至3.6M,并参与了欧洲商用测试。经过严格测试,欧洲几大主流运营商发来了批量商用订单,投放欧洲准4G的市场。此次中兴准4G卡的商用,标志着全球HSDPA商用市场提前进入了第二阶段,中国企业有望在“后3G”或“准4G”时代引领全球通信技术潮流。最终,新一轮的手机热潮必将带动手机元器件市场的火爆。
    据调查,2005年全球手机市场销售额为1100亿美元,预计2006年手机市场将达1360亿美元,增长23%。而到2011年,全球全球手机市场销售额将达到2500亿美元。专家表示,2011年之后,全球手机市场增长速度将会放缓,但在2011年之后便将突破2500亿美元。
    2006年全球手机销量将达到9.35亿部,而2011年这一数字将增加一倍。另外,到2011年时,全球智能手机销量将超过4.8亿部。

    另外,根据日本矢野经济研究所日前实施的手机市场调查显示,2005年全球手机总供货量为7亿9375万部,2006年为8亿9250万部,2008年预计将达10亿6000万部。
    市场增速显著的是亚太地区。预计2006年比上年增长21.4%,供货量达3亿5130万部。东欧市场预计也将实现20.4%的高速增长。另一方面,市场已经成熟的北美和西欧增速放缓,前者为3.5%,后者为3.7%。
    从不同厂商来看,芬兰诺基亚、美国摩托罗拉、韩国三星等排名靠前的厂商都将增加供货量,排名前7位的厂商估计今后不会有太大变化。这些厂商在全球供货量中的比例将逐年提高,预计08年前7位厂商所占比例将高达88.5%。
    手机需求的持续增长必然带来手机零部件市场的活跃,使我国手机元器件出货量取得亮丽业绩。包括磁性元器件、LCD、OLED、PCB、镜头材料等未来都有很大的增长空间。专家表示,由于大部分手机厂商与其上游元器件有着传统的合作关系,其供应链非常完善,磁性元器件厂商要想在未来手机应用市场占有一席之地,不但要在技术、市场上下工夫,在服务配合上也要苦心经营,以在激烈的竞争中赢得机会。

预测手机新趋势

    自去年以来,手机市场发生快捷的变化,用“精彩纷呈”来形容是最恰当不过的了。手机产品日新月异,手机行业跌宕起伏,过去那些主流国产手机厂商亏得不明不白,外国品牌迪比特、松下、东芝等悲壮地退出中国市场的时候,那些依然健康活着的手机企业,逐渐形成的垄断趋势越来越明显。同时,手机产品的换代升级的步伐加快。
    第一、3G的脚步越来越近了
    3G手机功能强大,能可视通话、能快速上网、能看电视,能够把手机变成实实在在的多媒体终端。同时,3G技术的话音成本只有当前第二代移动通信话音成本的50%左右。同时,时尚适中的体型和强大的功能兼备,再加上众多一线厂商的鼎力支持,3G手机在今年的全球市场必定遍地开花。据通用移动通信系统(UMTS)论坛6月13日公布的数据,全球第三代(3G)手机的用户人数本月已突破1亿大关。
    第二、产品功能升级速度继续加快
    目前,中国手机市场上有600多款产品,产品同质化现象较为严重。手机厂商正在大力进行产品配置的升级和应用功能的丰富,一方面开拓新市场,另一方面抗衡竞争对手,从而保持竞争优势。比如,手机拍照功能的快速升级,大有取代部分低端DC市场的趋势。另外MP3、MP4逐渐成为手机市场的主流功能配置,根据IDC统计,2005年前三季度音乐手机的销量占市场总量的15%。
    第三,“薄大精声”将是手机市场的主流产品特点
    在市场上,消费者更愿意将目光投注在一系列超薄型的、大屏幕的、精密度高的清晰照相、音画质出色手机产品;同时,带蓝牙或是无线的功能,小巧型迷你滑盖等个性化手机产品也将赢得较多的市场份额。

手机新趋势对磁性元器件提出了更高的要求

    手机市场的持续走高以及随着市场对手机娱乐性需求的增长,新一代手机集成拍照、上网、游戏、电视等功能的演变,使手机用元器件的种类和性能都在不断提高。快速变动的技术需求促使移动电话的发展。曾经是简单语音为主的单模式手机已被多模式智能型手机、无线PDA和多媒体产品所取代,包括蓝牙、802.11无线网络以及全球定位服务在内的新一波科技浪潮正汇聚于手机,使设计人员必须提供创新解决方案,满足无线市场的严苛设计要求。
    或许是第一波的汇聚技术并未带来足够的设计需求,另一波科技浪潮很快又将到来,其中许多都与更强大的射频功能有关。在世界某些地区,手机已开始提供调频广播和模拟电视的接收功能,随着新功能、应用和技术不断汇聚至无线手机,越来越多的手机设计很快就会采纳这些技术,还有超频宽 (UWB)、数字电视、卫星广播和其它功能。
    自摩托罗拉超薄手机V3及其旗下的v3c,v3i等在市场风靡,各大手机厂家纷纷跟进,NEC推出比V3更薄的折叠机,仅有1.19cm厚,摩托罗拉不甘示弱的推出L6及L7,将超薄手机延伸到直立机,并将超薄记录推进到1.09cm及1.15cm;而三星蓄势反击,华铂系列气势如虹 ,VK也以0.88cm的VK2000,重写世界轻薄手机的记录。就今年的趋势来看,超薄手机会因为包括诺基亚、索爱以及更多厂商品牌的跟进而变得更加火热。
    要把新技术加入现有设计,这项工作本身就很困难,但是手机设计人员还必须克服最严苛的限制——由消费者所设下的各种要求。这些要求包括电池寿命、功能性能、产品体积和成本,另外还有产品上市时间。
    手机新趋势不仅拉动了手机对数据处理和存储芯片的革新力量,加速其需求迅速增长,同时对磁性元器件的创新提出了更高要求。
    笔者向深圳市普天凌云电子有限公司手机零件采购部韩小姐了解到一些信息,“对手机的具体趋势,作为消费者都希望薄、小、功能强和娱乐性等,如今的手机已经融合了众多功能,如MP3/4、收音机、照相机、PDA、蓝牙功能等。我们也是按照消费者的需求来设计产品,因此,针对这些强大功能的融合,我们采购元器件时,也会给元器件厂商提出更高的要求,比如性能更好,体积更小,价格更低,甚至是多种产品的集成。就我们采购来说,日系元件厂商比较多,台系产品价格很好,功能也不错,国内厂商还需加强创新力度”。
    随着手机技术的发展,特别在智能手机设计中,低功耗设计会成为一个越来越迫切的问题。集成了新特性的手机,对于手机新用户和想更换旧手机的现有用户来说, 都是一个强大的吸引力,而智能手机则更引人注目。预计今年增加了许多新特性的手机会进一步推动市场增长,如MPEG 视频、集成PDA功能、蓝牙/WLAN和高速数据传输。新增的功能向手机设计师提出了更大的挑战,因为这将直接面临更小尺寸和延长电池寿命的要求。这些趋势要求高集成度、低高度的电源管理功能器件和高转换频率的工作,在延长电池寿命的同时又不能牺牲效率。
    伟创力科技(珠海)有限公司高级工程师韩小利介绍说:“最近几年手机都是以‘轻薄短小’为发展趋势,针对这个趋势,我们采购手机用磁性元件也要求体积小、性能优、价格低、功耗低和符合Rohs要求,不同的手机设计我们对零件的要求也不同。最近我们采购的磁性元件以电感为主,而电感又以叠层片式电感居多。叠层片式电感拥有价格低、尺寸小,有利于电路的小型化;磁路封闭,抗EMI性能好,且有利于元器件的高密度贴装等优势,以前也采购的绕线式电感因为受到铜价上涨的影响,价格比较高,所以现在很少采用”。
    消费者对手机功能的多样化的追求,越来越强烈,所以整机企业对新型零部件的需求越来越大。但是由于过去零部件市场生产的设备比较陈旧,而且现在生产出一些定型的产品,所以无法满足手机市场多功能化的需求。因此,我国手机零件厂商的当务之急是尽快适应市场,特别是磁性元器件厂商,要在设计水平和技术设备方面提升实力,增强产品创新能力。

磁性元器件厂商加紧产品研发创新

    片式元件是电子元件发展的主流,目前各类电子元件的片式化率已高达70%。在各类整机电路中,片式元件和半导体有源器件的数量比例通常在20∶1至50∶1左右,其中一些高端电子产品,如手机、笔记本电脑等当中,片式元件的比例更高,有时可达到100∶1。随着手机产业的高速发展不断对元件技术提出新的要求,推动电子元件产品进入一个迅速升级换代的时期。
    电感器是片式化较为迅速的电元件之一,全球市场对片式电感器的需求在不断增长;尤其是移动通讯的发展速度惊人。目前这类产品已取得较大进展,并通过改进磁性材料性能、改善内部磁路结构和加速器件小型化等措施,不断拓展其应用市场。尤其是面向便携式电话、PHS等移动通信终端的高频μH级电感器及主要面向个人电脑等高速数字信号处理设备的噪声抑制器,国外相继推出了新产品,达到高密度贴装中的极小片式元件尺寸,适应了SMT的需要,国内厂商也有了相应的创新。
    三礼电子(3L ELECTRONIC CORPORATION)产品研发部部长卢正学介绍说:“我公司应用于手机的产品有SMB、SMI、SMC、SMD、SMDCHGR、SMDWCM、SMTBRI类,针对手机整机厂商提出的体积小、轻薄、可靠(防振、防摔)、安全(满足EMC要求)、环保(符合RoHs要求)的新要求。三礼电子(3L ELECTRONIC CORPORATION)近期开发出外型尺寸为3.0x3.0mm、3.8x3.8mm、4.6x4.6mm,高度分别为1.0mm、1.2mm、1.5mm、1.8mm MAX.的全自动化生产的绕线式电感。这种超薄型POWER CHOKE主要用于各种移动设备及小型化设备中,如DSC、DVC、PDA、新型手机、微型硬碟等。与大多数厂商用手工方式生产2D/3D/4D产品不同,我公司的新产品是采用全自动化方式生产,所以在价格上有极大的优势。采用激光焊接而非传统的浸锡焊接,焊接时不会对电感的线包产生任何伤害,故新产品的可靠性比传统的手工产品要高出很多;并且对超薄型产品尤为重要的一点就是采用全自动化生产,可避免手工生产时对產品的人为伤害,同时产品的一致性很高。在交货期方面,也比手工生产的厂商快很多。”
    电容器作为三大类无源电子元件之一,长期以来,我国的电容器市场基本上被国外企业垄断。最近,帛汉股份有限公司研发出能与日本同类产品相媲美的导电高分子电容,一举打破了日系厂商的长期垄断。
    帛汉股份有限公司马先生介绍:“导电高分子电容是帛汉研发生产的新产品,这部分是重点要推广和宣传。帛汉成功开发出‘导电高分子电容’新品,为台湾第一家导电高分子电容生产厂商。导电高分子电容属于高技术层次的产品,广泛应用于DCTODC、IPC、笔记本计算机、新型手机等领域”。
    手机作为一种便携式和移动性的终端,完全依靠电池来供电,随着智能手机的功能越来越强大,其功率损耗也越来越大。因此,必须提高智能手机的使用时间和待机时间。对于这个问题,有两种解决方案:一种是配备更大容量的手机电池;另一种是改进系统设计,采用先进技术,降低手机的功率损耗。前者肯定是不符合现代手机发展趋势的,所以只能靠改进系统设计,采用先进技术,降低手机的功率损耗。
    Micrel半导体公司的John McGinty认为,手机等便携电子产品开始越来越多地集成MP3播放、数百万像素拍照和视频点播(VOD)等先进多媒体功能,但与此同时,它们所须处理的功率也以指数形式增加。而随着驱动这些多媒体内容的手机处理器的内核电压迅速朝1V逼近,I/O电压现在也已经降至1.8V,处理器的功耗也在降低。
    其中,能量存储的外部电感物理尺寸所占的板面积比手机中DC/DC转换器本身所占的板面积还要大得多,所以必须提高转换器的开关频率降低电感体积。同时,在转换器的开关运行中,必须保证电感不处在饱和状态,以确保高效率的能量存储和传递。而更高的开关频率允许在设计中采用片式电感,而非标准的绕线式电感。使用片式电感,可帮助将高度降至1mm以内,这在当今流行的超薄手机设计中是一项关键特性。
    福建某工程师设计出智能手机降低功耗电源管理系统。在智能手机的设计中,通过不断进行硬件优化和在软件上实现电源的动态管理,测量智能手机在空闲模式和睡眠模式下的功率损耗,经过优化设计,智能手机在空闲模式下,电流值减小了10.2 mA,在睡眠模式下,电流值减少了1.5 mA。对于无线Modem,由于自身含有独立的电源管理模块,基本上在3 mA左右,变化不大。相比未经优化设计,智能手机经过优化设计后,在睡眠模式下和空闲模式下,功率损耗有了显著的降低,在相同的电池容量下,大大提高了智能手机的待机时间和使用时间。通过上述方法,可以有效地降低智能手机的功耗。
    手机产业的蓬勃发展有力地带动了磁性元器件市场需求量的迅猛增长,而手机“轻薄短小”的发展趋势,也促使磁性元器件向高性能、小型化的创新之路迈进,而这必将成为磁性元器件厂商实现市场扩张的“硬指标”。

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