1 世界電子元件市場狀況
20世紀90年代以來,世界電子工業的調整、信息技術和通信技術的迅猛發展,對電子元件的發展產生了巨大影響,全球電子元件的產、銷增長率均低于全球電子信息工業的產、銷增長率,電子元件產、銷值在電子信息制造業中所占份額亦已明顯下降。據《世界電子市場數據年鑒》統計的數字,1990~2000年,世界電子元件的產、銷增長率僅為4.13%和2.90 %,明顯低于全球信息制造業的5.99%和5.69%,電子元件產、銷值在電子信息制造業中所占份額亦已由1990年的12.53%和12.93%下降到2000年的9.65%和9.26%。
導致上述情況的主要原因是:首先,世界電子信息制造業的調整使許多廠商將重點轉向以數字技術為核心的電子設備、微電子產品和新一代的顯示產品;第二,電子元件本身技術含量低、附加值低,壽命周期長,90年代以來,電子元件本身缺乏推動數字技術發展的新一代全面創新產品,缺乏引導電子元件全面革新的新技術;第三,盡管表面安裝元件(俗稱片式元件)已廣泛進入各類電子設備,但高速發展階段已過去,現已進入成熟期;第四,電子整機設備的劇烈競爭、新電子元件制造廠商的不斷涌現,加劇了電子元件的價格戰,使許多元件生產幾近無利可圖。
據《世界電子數據年鑒》統計的數字,2001年世界電子元件產、銷值分別為1330.94億美元和1173.60億美元,其中美國已成為世界電子元件的最大消費國,其產、銷值分別為294.42億美元和321.04億美元,已分別占世界電子元件產、銷值的22.12%和27.36%。日本電子元件產、銷值分別為387.38億美元和218.63億美元,分別占世界的29.11%和18.63%。西歐產、銷值分別為290.42億美元和313.96億美元,分別占世界的21.82%和26.75%。亞太產、銷值分別為358.72億美元和319.97億美元。
經濟全球化、電子信息制造業的全球性調整,極大地推動了全球電子元件的進、出口貿易,據2001年版《世界電子數據年鑒》公布的數字,1999年全球電子元件進出口貿易額已達1654.11億美元,其中進口額為790.92億美元,出口額為853.19億美元。在全球電子元件進出口四大市場上,亞太已成為世界電子元件的最大出口地區,其出口額達311.24億美元;歐洲成為世界電子元件的最大進口地區,進口額為303.09億美元。若以國別計,則美國是世界電子元件的最大進口國,進口額達142.43億美元,日本則是世界電子元件的最大出口國,出口值達151.62億美元。
從世界電子元件產品結構看,印制電路板(PCB)已成為電子元件制造業的最大支柱產業,2001年產、銷值分別是352.97億美元、284.81億美元,占電子元件產、銷值的26.52%和24.26%。連接器已成為僅次于PCB的電子元件第二大支柱產業,2001年的產、銷值分別達197.66億美元和183.80億美元,在電子元件總產、銷值中所占份額分別達14.85%和15.66%。由于計算機的日益普及以及數字化音、視頻產品的迅速發展,磁帶、磁盤(軟盤)、光盤等空白記錄媒體已成為電子元件不可小視的市場,2001年產、銷值已分別達122.30億美元和118.13億美元,成為電子元件制造業的第三大支柱產業,在電子元件產、銷值中已分別占有9.19%和10.07%的份額。
2 世界電子元件技術水平
2.1 片式化
片式化已成為衡量電子元件技術發展水平的重要標志之一。世界各國家和地區均已大力發展片式元件,無論是日、美和西歐,還是亞太地區,包括印度等發展中國家和地區。目前,各類電子元件,包括無源元件、機電元件、音響元件和復合元件,均已有相應的片式化產品,如電阻器、電容器、電位器、電感器、連接器、繼電器、開關、蜂鳴器、揚聲器、濾波器、振蕩器、延遲線、變壓器、傳感器等。
在電子元件片式化進程中,電阻器和電容器一馬當先,2000年,日本電阻器片式化率達91%,鉭電容器片式化率達80%,陶瓷電容器片式化率達80%,美國電阻網絡片式化率達41%;至于電感器片式化率日本1998年已達50%以上,而信號電路用的電感器片式化率已達80%以上;開關片式化率達20%以上;1999年日本陶瓷濾波器片式化率達19%(1998年為16%),而蜂窩移動通信設備中使用的片式陶瓷濾波器已占71%;溫度補償晶體振蕩器片式化率已超過90%。
2.2 小型化
電子元件在片式化的同時,小型化也在迅速進展,不僅傳統元件在迅速小型化,片式元件也在迅速小型化。目前,1608型(1.6mm×0.8mm)片式阻容元件已成為日本生產的主流產品,1005型(1.0mm×0.5mm)的片式阻容元件已成為移動通信設備使用的主流阻容元件;片式鉭電容器和片式塑料膜電容器最小尺寸均已達1.6mm×0.8mm,且已商品化,片式陶瓷電容器、片式負溫度系數熱敏電阻器(NTC)已開始批量生產0.6mm×0.3mm×0.3mm(0603型)極小型產品,金屬化塑料膜電容器和云母電容器均已商品化生產1608型產品。2mm見方的片式微調電位器也已商品化。
壓控振蕩器1985年最小尺寸為3~4cm3,1996年降到0.0936cm3(6.0mm×7.8mm×2.0mm),而現已降到0.05cm3(4.8mm×5.5mm×1.9mm);溫度補償晶體振蕩器(TCXO)1996年產品尺寸已縮小到0.126cm3,1998年日本電波工業公司、東洋通信機電公司又將產品尺寸縮至0.07cm3,而今天不僅0.02cm3的溫度補償晶體振蕩器(TCXO)已開始批量生產,而且0.012cm3(4mm×2.5mm×1.2mm)的TCXO已開發成功。2001年日本已開始批量生產體積僅0.0045cm3(2.5mm×2.0mm×0.9mm)的石英晶體濾波器。
繼電器產品,當今日本歐姆龍(Omron)公司已為不對稱用戶線(ADSL)、調制解調器、測試設備等開發了目前世界上尺寸最小的繼電器G6J系列,其尺寸僅為4.8mm×10.3mm×9mm(0.445cm3),同時該公司還開發了當今尺寸最小的片式繼電器G6K系列,其體積僅0.325cm3。
電源變壓器雖是一項技術相當成熟的老產品,但在小型化方面同樣達到了新的技術水平,日本TDK公司為熒光顯示屏開發了高度僅3mm的電源變壓器,為CCD攝像機和便攜式CD播放機開發了高度2.8mm的電源變壓器,且已投放市場。
輕觸開關技術已成熟,創新空間已不大,但電子設備小型化要求輕觸開關進一步縮小體積,因此制造商紛紛開發小型化產品,1998年市售的輕觸開關最小款式尺寸為6mm×3.5mm,2001年9月日本松下電子元件公司開始供應業界最小及最薄的輕觸開關,其尺寸僅為3.5mm×2.9mm,厚度僅1.35mm(包括推入板在內為3.55mm)。至于雙列直插封裝(DIP)開關,日本Sagami機電公司2001年已投放了LSJ7系列超低外形的產品,其高度僅2mm;而歐姆龍(Omron)公司投放了A6H系列半中心距DIP開關,可表面安裝,高度僅1.55mm,這是DIP開關至今最薄的產品。
2.3 復合化
隨著電子設備的薄輕小化,對電子元件復合化的要求也越來越強烈。
日本TDK公司現已生產由4、8、16個電容器芯子組成的獨石陶瓷電容器陣列;由1608型4個片式電阻器組成的片式電阻網絡已成為日本片式電阻網絡的主流產品,而1005型4連的片式電阻網絡應用已急速增長。嵌入電容器的片式電感器已批量生產。
電位器與其他元件復合化以提高其附加值是電位器技術發展的重要方面之一,現帶電源開關或推-推開關的電位器以及嵌入發光二極管的(LED)的電位器不僅已商品化,而且已十分流行。
連接器與其他部件或電路的復合化產品也在不斷發展,日本廠商已開發了具有良好電磁干擾(EMI)屏蔽特性的嵌入濾波器的D連接器,并已用于筆記本計算機,集成同軸/信號電路的直角通孔連接器已上市。
嵌入電位器、LED或指示燈的雙功能按鈕開關已商品化,且有些款式已是片式化產品,并已開始流行。
在傳感器方面,美國Motorola公司已將化學傳感器與加速度和壓力傳感器相集成,Burr-Brown公司已提供集成有紅外LED/放大器的氣體傳感器,從而提高了性能,降低了成本,縮小了體積。
在通信電纜方面,由幾股信號線和同軸線構成的復合通信電纜已成功地用于移動通信設備,兩同軸6信號線的8導體電纜和兩同軸16信號線的18導體電纜已大量上市。
在微電機方面,德國Faulhaber電機公司開發了集成有磁性敏感元件的脈沖傳感器和專用集成電路的微電機,該結構能防塵、防污泥及入射光照,能輸出2個相差90°相移角度的信號,具有400脈沖/轉的分辨率。
2.4 高精度化
隨著電子設備的數字化,電子元件的精度越來越高,目前,厚膜片式電阻器的精度一般已可達±0.5%,電阻溫度系數可達±50ppm/℃,薄膜片式電阻已達±0.1%和±25ppm/℃;溫度傳感器現一般測溫范圍可達-100~+350℃,重復性0.1%;半導體氣敏元件的重復誤差小于2%,響應時間小于5秒;高分子薄膜濕敏元件測量范圍一般可達30%~80%RH,工作溫度為-10~+50℃,準確度為±3%RH;響應時間優于5秒。
2.5 高性能化
小尺寸、大容量、低等效串聯電阻(ESR)寬工作溫度范圍等一直是電容器高性能的重要特征。現日本電容器制造商已利用CV(電容電壓乘積)值達100000的鉭粉生產并銷售DO殼號(7.3mm×4.3mm×2.8mm)的鉭電容器:10V 100μF、10V 150μF和6.3V 220μF產品,其ESR(100kHz)分別為60mΩ、55mΩ和45mΩ。而A殼號(3.2mm×1.6mm×1.6mm)、P殼號(2.0mm×1.25mm×1.2mm)和J殼號(1.6mm×0.8mm×0.8mm)的鉭電容器其容量已分別達100μF(2.5V)、22μF(6.3V)、10μF(6.3V)。在鋁電解電容器方面,日本松下電子元件公司于2001年10月已開始投放ψ8×7mm的22μF(25V)鋁電容器,ESR僅50mΩ,額定紋波電流1600mA。獨石陶瓷電容器利用2μm或2μm以下厚度的介質材料已可獲得1005型1μF和4532型(4.5mm×3.2mm)100μF的容量,產品已商業化。
NTC熱敏電阻,日本村田制作所的NCP系列的阻值范圍已達100Ω~470kΩ,B常數為3250k~4500k,阻值溫度梯度為3.7~5.1%/℃,產品尺寸為1005、1608和2012(2.0mm×1.25mm)型,溫度讀出漂移(溫度誤差)最優可達±1%(在-40~75℃溫度范圍內約±1℃)。
隨著電子設備數字化,連接器的高頻化已成為衡量其性能的重要標志之一,現頻率范圍達18GHz的同軸連接器已用于移動通信設備、雷達設備和測量儀器中。而通用串行總線(USB) 2.0連接器已主宰計算機連接器市場,它可提供480Mbps的數據傳輸速率。作高速并行總線連接用的屏蔽型高密度I/O連接器已投放市場。個人計算機處理器的高速、寬帶以及日益增強的便攜性和互連性已極大地推動了高性能連接器的發展,目前個人計算機與外設以及個人計算機與消費類電子產品之間的互連已廣泛使用USB、IEEE 1394和Device Bay連接器,至于雙數據速率(DDR)存儲器插座、高速串行數據連接器(HSSDC)和千兆位接口轉換器(GBIC)模塊均已開發和獲得應用。在D連接器方面,制造商已開發了具有良好電磁干擾(EMI)屏蔽特性的嵌入濾波器的D連接器,并已用于筆記本計算機;供數據輸入輸出接口用的D連接器其插針已達200以上。中心距為0.5~0.6mm的板—板表面安裝連接器已上市,并已使用在個人通信系統(PCS)和碼分多址(CDMA)電話領域;插針數高達348的表面安裝PCB連接器已用于筆記本計算機。
在晶體振蕩器方面,日本精工愛普生公司2001年已設計出了EG-2000聲表面波(SAW)振蕩器,其周期抖動σ值僅3.0ps,峰-峰抖動σ值為25ps,工作頻率最高可達400MHz,頻率漂移為±100×10-6(包括10年老化)。作為傳送圖像數據的信號線重要部件的噪聲濾波器,日本村田制作所2001年已投放了NFL 21SP系列的噪聲抑制濾波器,其尺寸僅2.0mm×1.25mm×0.85mm,插入損耗-60dB,截止頻率20~500MHz。
在光纖光纜方面,日本住友公司、法國阿爾卡特公司和意大利比瑞公司于1999年和2000年推出了G.655光纖,該光纖不僅可用于C和L波段,還可用于S波段,其S波段的色散系數為+3.8ps/(nm·km),并能有效抑制S波段四波混頻發生,該光纖能支持長達80~200km的大容量、高速(10Gbps)骨干環線,無需任何色散補償設備,并能輕而易舉地升級到40Gbps。此外,日本住友電工和日本北海道大學已合作研制成一種低損耗多孔光纖,其在1550nm波長處的損耗低至創記錄的0.82dB/km,較以前的多孔光纖降低了99.67%,在該波長處具有+34ps/(nm·km)的高反常色散。
3 世界電子元件發展特點分析
3.1 競爭促進了生產集中度和大公司市場占有率的提高
世界經濟的一體化,使本已競爭激烈的電子元件工業的競爭幾近白熱化,為了生存和發展,制造商使出渾身碼數,收購、兼并、合作相關企業,發展壯大自己,使其成為具有先進技術、雄厚資金、超大規模生產手段和卓越營銷方式的世界級巨無霸公司,如美國的AMP公司、Vishay公司,日本的京都陶瓷公司、TDK公司、村田公司等,從而使電子元件的生產集中度和大公司的市場占有率進一步提高。
1999年日本前10家電子元件制造商的銷售額達40995億日元(合359.92億美元),幾乎占了全球元件銷售額的34%。盡管近幾年美國前10大電子元件制造商的排名和銷售額未見公布,但1996年美國前10大元件制造商的銷售額達180.32億美元,幾乎占了全球元件銷售額的15%。在世界級的巨人公司中,AMP公司銷售額達55億美元,占了全球連接器銷售額的37%;村田公司的陶瓷電容器在世界市場上的占有率高達35%以上(以金額計);作為專業化生產微電機的日本Mabuchi馬達公司,其產量幾乎占了全球的一半。
世界級的巨無霸公司不僅引導著技術發展潮流,主導和操控著市場脈搏,同時也為公司贏得了卓越的經濟利益,包括凈收益和勞動生產率。如美國AMP公司的凈收益達2.87億美元,人均銷售額達12.2萬美元;Molex公司年銷售額為12.93億美元,凈收益1.51億美元,人均銷售額達13.7萬美元;Amphenol公司年銷售額為7.76億美元,凈收益6760萬美元,人均銷售額達14.5萬美元。而日本TDK、京都陶瓷、村田、羅姆公司1999年的銷售額分別達6744.64億日元(59.22億美元)、8126.26億日元(71.35億美元)、4591.25億日元(40.31億美元)和3600.79億日元(31.61億美元),凈利潤分別為507.30億日元(4.45億美元)、503.45億日元(4.42億美元)、616.26億日元(5.41億美元)和667.27億日元(5.86億美元)。
3.2 研究開發投巨資
電子元件的技術進展雖遠未像通信、信息、微電子技術那樣迅速,但電子元件技術的發展卻一刻也沒有停止,否則,整機設備和技術的更新不能如此神速,電子元件制造商的生存也將成為嚴重問題,因此,元件制造商投巨資于研究開發,研發新技術、新工藝、新材料、新產品,包括擁有自主知識產權的專利技術。
一些世界級的電子元件制造商,其年研究開發經費高達數千萬美元,甚至數億美元。如世界連接器制造業巨頭美國AMP公司,其年研究開發經費超過5億美元,1996年的研發經費高達5.79億美元,占當年銷售額的10.6%;以生產傳感器稱著的美國霍尼威爾公司1997年的研發經費達4.50億美元,占當年營業收入的5.6%;以生產陶瓷電容器稱著于世界的美國AVX公司,1997年的研發投入達3663萬美元,占公司當年營業收入的2.9%;世界著名的連接器生產商美國Amphenol公司,1997年的研發經費雖僅123.8萬美元,但占其當年營業收入的14.1%。日本TDK公司、京都陶瓷公司、村田公司的年研發經費也均達數億美元,1996年TDK和京都陶瓷公司的研發經費分別為2.93和2.37億美元,分別占公司當年營業額的5%和3%。至于一些中小型元件制造商,一般也將年營業額的2%~5%用于研究開發。
正由于元件制造商投巨資于研究開發,使其在技術上保持領先地位,在市場占有率上享有大份額,且擁有自主知識產權的新產品紛紛登場。如英國New Transducers Ltd.公司研發的NXT專利技術,不僅被英國平板揚聲器廠商所使用,而且亞洲平板揚聲器廠家大多也采用該公司的NXT專利技術。日本村田公司在陶瓷電容器方面擁有多項專利技術,包括薄層化技術、賤金屬成形技術、低溫燒結技術、非還原材料技術等,從而使其不斷推出引導世界潮流的小型化、大容量、高可靠、低成本的片式獨石陶瓷電容器。TDK公司開發的高效能La-Co鐵氧體磁體,其FB9系列剩余感應為0.45T,本征矯頑力為4.5kOe,廣泛應用于辦公自動化和音/視頻設備的心軸馬達、汽車的起動器馬達和電源控制馬達以及家用電器的各種馬達。
3.3 適時調整生產結構和產品結構
20世紀80年代以日本為先導的世界電子元件工業開始了結構調整。80年代和90年代初的結構調整主要是為了降低生產成本,擴大市場占有率,其主要形式就是電子元件的海外生產,如日本廠商為避免貿易磨擦,將海外元件生產基地選擇在接近市場的地方,旨在開展最佳地生產和最佳地銷售,因此,除在中國大陸和東南亞地區建廠外,還在歐美建廠;香港元件制造商為恢復由于工資上升而失去的競爭力,將工廠移到了祖國大陸,使元件制造業實力得到穩步提高,并成為廉價電子元件的供應地;祖國臺灣元件制造商由于島內生產規模較小,勞務費用上漲、島內市場有限,因此,將元件生產廠移到了祖國大陸和泰國等地;韓國電子元件的海外生產則主要希望在海外獲得一定的市場占有率。
90年代中期電子元件制造商的結構調整主要是為了提升本國(地區)電子元件的技術檔次,因此,將低檔元件的生產移到海外。如這一時期,日本國內基本上停止了某些中低檔電子元件的生產,如圓片陶瓷電容器、中低檔音頻磁頭和直流微電機等,而主要生產片式獨石陶瓷電容器、錄音座、錄像磁頭、高質量立體聲耳機、高附加值微電機(如無芯電機等)、防電磁干擾和高密度款式等的高附加值連接器等。祖國臺灣元件制造商在島內則重點生產汽車和攝像機用微電機、鐵氧體磁芯型開關電源變壓器、自動倒向旋轉磁頭、小型四軌四聲道錄放磁頭和抹磁磁頭,摒棄或減少了玩具及電動剃刀電機、硅鋼片式變壓器、單面PCB之類的中低檔元件生產。韓國元件制造商通過中低檔元件的海外生產,國內著重生產中高檔電子元件,如雙面和多層PCB、電信和汽車用連接器、低外型和半尺寸型石英晶體器件。
90年代中后期開始的結構調整,則主要是為了適應數字化技術的發展和信息化浪潮高漲,面向計算機和通信大市場調整產品結構。日本在新一輪的產品結構調整中一馬當先,其超窄間距連接器已大量生產并廣泛應用于便攜式電話和筆記本計算機之類的便攜式電子設備中;眾多廠商已生產符合USB和IEEE 1394標準的串行接口連接器;表面安裝PCB和柔性PCB已大量供應;表面安裝的溫度補償晶體振蕩器(TCXO)和電壓控制晶體振蕩器(VCXO)已十分流行,并廣泛用于手持電話、高速/寬帶綜合業務數字網、筆記本計算機、PCMCIA卡等;電纜制造商則提供全系列計算機電纜,包括打印機線、串行線、顯示器線、鍵盤線、網絡線、電源線、MIDI線、調制解調器線等;揚聲器制造商為多媒體個人計算機提供小型、高檔次揚聲器。臺灣元件制造商在這新一輪的產品結構調整中也不甘寂寞,脈沖變壓器廠家現已主要為電信和聯網應用生產脈沖變壓器;連接器制造商已將生產和開發重點轉向計算機連接器,全島生產的連接器60%以上用于計算機和外設;揚聲器廠商現主要在為通信設備、尋呼機、筆記本計算機等提供聚酯揚聲器。韓國晶體器件制造商為通信設備、傳真機、調制解調器、個人計算機、多媒體計算機等提供石英晶體器件;連接器廠商已生產PCI-總線連接器、CPU用的ZIP連接器、ISA和EISA中的漕溝連接器以及SIMM插座連接器。總之,電子元件制造商在面向以數字化技術為先導的信息化大潮中調整產品結構。
3.4 自動化生產是增強市場競爭力的重要因素之一
電子元件生產雖已基本實現了自動化和半自動化,但由于市場競爭的日益激化,元件制造商仍高度關注著生產的自動化,并將其視為提高產品質量、降低生產成本、增強市場競爭力和提高市場占有率的重要手段之一,因此,對生產自動化給予了極大投資。最近幾年,日本TDK公司先后在自動化方面投資超過400億日元,村田公司先后投資達212億日元,太陽誘電公司則投資了107億日元,以提高這些公司磁性器件、電容器、開關等產品的質量和在世界市場上的競爭力。祖國臺灣的一家輕觸開關公司投資了258萬美元,實現全自動化生產,使其月產量達70萬只,產率高達99.9%。Kingley橡膠公司連續兩年在導電橡膠鍵盤自動化生產設備方面的投資達400萬美元左右;即使是塑料膜電容器,其生產自動化程度一般已達70~80%,但對它的投資也仍未中止,如Yuon Yu電子公司的自動化生產設備一次就投資73萬美元,以進一步提高其自動化程度。韓國Siward公司投資150萬美元,使其晶體濾波器和振蕩器生產80%半自動化,20%全自動化;Juei Yuh公司在微電機自動化生產和測試方面投資111萬美元,使其產率提高到98%。
3.5 利用國際性標準,開拓世界市場
如今,許多國家,尤其是發達國家,為保護其本國的經濟利益和國內人員的生命財產安全,巧設非關稅貿易壁壘,制定不同的產品安全標準。這些標準有些是強制性的,有些是非強制性的。盡管有些是屬于非強制性的,但外銷到某國的產品,如有安全測試核準標記,則可有助于銷售。因此,許多元件制造商已將安全認證視為開拓新市場的必備工具,獲得安全認證可減少面臨的競爭威脅,獲得較佳的產品信譽,并可提高產品售價,并有可能成為生產商和買家之間談判的一張王牌。
與此同時,電子元件制造商還積極爭取獲得國際電工委員會質量(IECQ)認可,獲得IECQ認可的產品,可登記在合格產品目錄(QPL)上;并在參加IECQ網的國家和地區,經過對IECQ認可產品檢驗后是不能拒絕入口的,對促銷大有好處,可大大提高生產商和出口商的經濟效益。因此,元件生產商特別看重IECQ,沒有獲得IECQ標準認可的產品不僅可能被摒棄于龐大的歐洲市場門外,而且還會被美國、日本、加拿大、澳大利亞等工業化國家所拒。
因此,電子元件制造商均積極采用IECQ、UL、VDE、CSA等國際上有較高聲譽的標準,并努力獲得ISO 9000和ISO 14000認證,以提升公司形象,提高產品信譽,擴大國際市場,提高經濟效益。