電子系統(tǒng)集成研究與現(xiàn)狀

曹云起

摘要：本文從分析了電子系統(tǒng)集成方式，對(duì)我國(guó)現(xiàn)今電子系統(tǒng)集成技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)狀進(jìn)行研究，以期為電子系統(tǒng)集成技術(shù)的發(fā)展提供理論支持。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹?電子系統(tǒng);制造業(yè)

中圖分類號(hào)：TN401 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2018）11-0235-02

1 引言

電子系統(tǒng)集成能夠解決簡(jiǎn)單系統(tǒng)無(wú)法勝任的一些任務(wù)，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中起到越來(lái)越重要的作用，電子系統(tǒng)對(duì)促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)進(jìn)步和國(guó)民生產(chǎn)總值提升起到了非常重要的作用。在一定標(biāo)準(zhǔn)模塊的基礎(chǔ)上，對(duì)其中的一些模塊在某些標(biāo)準(zhǔn)上進(jìn)行集成，進(jìn)而得到集成電子系統(tǒng)。因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)模塊具有通用性，因此可以在多個(gè)場(chǎng)合中進(jìn)行應(yīng)用，減少產(chǎn)品規(guī)格類型，有效降低成本，經(jīng)濟(jì)效益也更高[1]。

電子系統(tǒng)集成是由兩個(gè)或兩個(gè)以上的單元相互融合，以滿足特定條件下需求的一個(gè)功能集成體。集成系統(tǒng)從滿足人們需求出發(fā)，集成管理、技術(shù)以及資源等內(nèi)容，相對(duì)于簡(jiǎn)單的單一系統(tǒng)，其綜合性更強(qiáng)，可移植性高。利用電子集成系統(tǒng)，結(jié)合智能控制等其他先進(jìn)技術(shù)，能夠充分滿足現(xiàn)階段復(fù)雜系統(tǒng)的應(yīng)用需求，優(yōu)化電力電子系統(tǒng)集成的流程，在降低生產(chǎn)成本的同時(shí)，電子產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)效率也得以提高，同時(shí)降低了勞動(dòng)力需求量。除此之外，電子集成系統(tǒng)的應(yīng)用能夠大大提高自動(dòng)化水平，電子元件和技術(shù)的應(yīng)用更加方便、快捷。

2 電子系統(tǒng)集成方式

2.1 單片集成

單片集成就是使用單片系統(tǒng)SOC（System On Chip）的設(shè)計(jì)方法，利用半導(dǎo)體集成的工序?qū)⒏鞣N器件和電路集成在一塊硅片上，形成一個(gè)小系統(tǒng)。使用這種方法能夠極大地提高系統(tǒng)的集成度，減小系統(tǒng)的體積和重量，并且便于自動(dòng)化生產(chǎn)和大批量生產(chǎn)，但是因?yàn)椴煌骷闹谱鞴に嚭蜆?biāo)準(zhǔn)相差較大，這種方法的實(shí)現(xiàn)難度較高，例如高壓大電流的器件和低壓小電流的器件之間的差異導(dǎo)致制作工藝和標(biāo)準(zhǔn)相差巨大，除此之外系統(tǒng)的散熱和高壓隔離問(wèn)題也很難解決，所以現(xiàn)在技術(shù)生產(chǎn)的大部分器件只能適應(yīng)功率消耗不大的系統(tǒng)，例如TopSwitch（主要用于AC/DC轉(zhuǎn)換器，具有體積小，重量輕，85V-265V寬輸入范圍等特點(diǎn)）系列開(kāi)關(guān)電源芯片。但是隨著技術(shù)工藝的不斷提升和新型材料的研制，這個(gè)問(wèn)題一定會(huì)得到解決，突破功率的限制[2]。

2.2 混合集成

利用封裝技術(shù)將包括功率器件、驅(qū)動(dòng)電路、控制電路和保護(hù)電路在內(nèi)的多個(gè)結(jié)構(gòu)集成在某一個(gè)模塊中，借其完成一些特定的功能，并與其他功能模塊和單元相互獨(dú)立，功能互不干擾。這種集成方法即稱為混合集成的方法。混合集成針對(duì)電路間的組合與高壓隔離問(wèn)題帶來(lái)的影響，提高集成效率的同時(shí)也減少了電子集成系統(tǒng)的體積和重量。縱然混合集成方法具有較高的效率和功能，但目前仍然存在一些技術(shù)問(wèn)題，如分布參數(shù)的設(shè)定和更改、電磁兼容性、熱傳導(dǎo)性等，這些技術(shù)問(wèn)題難以解決，就無(wú)法真正降低電子系統(tǒng)集成成本。因此，這種高可靠性的集成方式，也是主要應(yīng)用于中功率應(yīng)用，正在向著高功率發(fā)展。以IPM智能集成模塊為例，這種混合集成方案是針對(duì)電子系統(tǒng)集成中存在的高成本與高技術(shù)難度，結(jié)合現(xiàn)有的技術(shù)水平所能實(shí)現(xiàn)的最好的解決方案，這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)步將具有廣闊的發(fā)展。

2.3 系統(tǒng)集成

現(xiàn)階段，在工程領(lǐng)域多是采用系統(tǒng)集成的方法對(duì)電子系統(tǒng)進(jìn)行集成，系統(tǒng)集成技術(shù)主要是將現(xiàn)階段已有的實(shí)體和電路進(jìn)行拼接、組合，將其組成一個(gè)新的完整系統(tǒng)，這一技術(shù)在電力電子技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。比較典型的例子為通信電源系統(tǒng)，該集成系統(tǒng)集成度較低，因而在技術(shù)層面易于實(shí)現(xiàn)，雖然在電源系統(tǒng)中各個(gè)部件是獨(dú)立的元器件，但相對(duì)于傳統(tǒng)的獨(dú)立裝置和電路，其在體積和重量上都得到了大幅度的改善。另外，系統(tǒng)集成的方法現(xiàn)在還多運(yùn)用在一些大功率、功能復(fù)雜的系統(tǒng)。

3 我國(guó)集成系統(tǒng)研究現(xiàn)狀

在過(guò)去的幾十年里，電力電子系統(tǒng)已經(jīng)得到了十分快速的發(fā)展，也對(duì)電子系統(tǒng)集成技術(shù)提出了更高的要求[3]。

3.1 優(yōu)勢(shì)分析

（1）發(fā)展速度快。隨著電子集成系統(tǒng)技術(shù)不斷進(jìn)步，單一的集成技術(shù)和方法已經(jīng)無(wú)法滿足越來(lái)越復(fù)雜的系統(tǒng)要求，互補(bǔ)性發(fā)展趨勢(shì)越來(lái)越明顯。而我國(guó)一些國(guó)內(nèi)的電子集成系統(tǒng)生產(chǎn)企業(yè)多是僅具有針對(duì)某一種集成系統(tǒng)進(jìn)行研究和運(yùn)用的技術(shù)，而非各種集成技術(shù)都能完整的應(yīng)用。基于此，當(dāng)遇到一些大型項(xiàng)目的時(shí)候，協(xié)調(diào)企業(yè)利益，促進(jìn)各種集成技術(shù)之間的互補(bǔ)，開(kāi)發(fā)研究新的集成方法就格外重要。值得注意的是，近年來(lái)公司更加注電子系統(tǒng)集成技術(shù)的快速發(fā)展，綜合電子系統(tǒng)集成技術(shù)，以適用于不同發(fā)展的需要。（2）與制造業(yè)聯(lián)系越來(lái)越密切。技術(shù)的進(jìn)步歸根結(jié)底還是為了制造業(yè)服務(wù)的，制造業(yè)的好壞也決定著國(guó)家的綜合實(shí)力的高低，電子系統(tǒng)集成技術(shù)亦是如此。通過(guò)發(fā)展電子集成促進(jìn)制造業(yè)的快速發(fā)展也符合現(xiàn)在我國(guó)國(guó)情的基本需求。隨著電子集成技術(shù)應(yīng)用市場(chǎng)不斷的擴(kuò)大，許多只做軟件開(kāi)發(fā)和制作的公司也開(kāi)始進(jìn)軍電子系統(tǒng)集成技術(shù)的領(lǐng)域。（3）我國(guó)政府鼓勵(lì)，重視電子集成系統(tǒng)的發(fā)展。針對(duì)電子集成系統(tǒng)在技術(shù)、社會(huì)生活等方面均起到了越來(lái)越重要的作用，我國(guó)政府方面積極協(xié)調(diào)電子集成系統(tǒng)發(fā)展不平衡現(xiàn)狀，制定發(fā)展策略，提出對(duì)應(yīng)推動(dòng)發(fā)展政策，為電子集成系統(tǒng)發(fā)展提供更多推動(dòng)力。面對(duì)電子集成系統(tǒng)對(duì)生活、工作效率提升的優(yōu)勢(shì)，為相關(guān)行業(yè)創(chuàng)造更多發(fā)展機(jī)會(huì)，同時(shí)制定發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)與管理規(guī)范，維護(hù)電子集成系統(tǒng)長(zhǎng)久發(fā)展。以先進(jìn)的發(fā)展規(guī)范，引導(dǎo)電子系統(tǒng)和自動(dòng)控制行業(yè)發(fā)展，幫助其避免市場(chǎng)惡性循環(huán)而造成的不利影響。

3.2 劣勢(shì)分析

在經(jīng)濟(jì)全球化的浪潮下，我國(guó)緊跟時(shí)代發(fā)展潮流，積極開(kāi)展電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)，但因?yàn)槲覈?guó)起步較晚，在技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)上都遠(yuǎn)遠(yuǎn)比不上西方發(fā)達(dá)國(guó)家，人才缺口大，高校課程開(kāi)展大多更加注重基礎(chǔ)知識(shí)的教育，針對(duì)于先進(jìn)技術(shù)鮮有涉及。因此，我國(guó)電子系統(tǒng)集成技術(shù)還將面臨著十分嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

3.3 發(fā)展趨勢(shì)探究

（1）朝著模塊化的方向發(fā)展。在實(shí)際應(yīng)用中，電子集成系統(tǒng)本身應(yīng)用十分廣泛，并且常常會(huì)在一些特殊功能尤其是高端領(lǐng)域的場(chǎng)合中得到應(yīng)用。不同的需求要求系統(tǒng)搭載功模塊不同，因此，模塊化的設(shè)計(jì)十分重要，在電子系統(tǒng)集成中可先預(yù)留一些位置，然后根據(jù)不同的場(chǎng)合要求為其添加不同的模塊，或者是提供一些可供選擇的部件，如此可以大大提高元件更換效率，擴(kuò)大元件的應(yīng)用范圍。（2）朝著數(shù)字化的方向發(fā)展。數(shù)字化是智能化電子系統(tǒng)的重要發(fā)展方向，電子系統(tǒng)通過(guò)數(shù)字化的發(fā)展能夠?qū)崿F(xiàn)資源信息共享，大規(guī)模提高電子產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。此外，數(shù)字化技術(shù)在促進(jìn)不同企業(yè)之間的溝通方面也起到了十分重要的作用。

4 結(jié)語(yǔ)

電子系統(tǒng)集成技術(shù)的發(fā)展對(duì)自動(dòng)化技術(shù)革新意義非凡，尤其是集成電子系統(tǒng)在一定程度上分豐富了人們的精神世界，使生活形式多樣化，政府部門也對(duì)此十分重視。當(dāng)然集成電子系統(tǒng)在未來(lái)發(fā)展中的競(jìng)爭(zhēng)也將十分激烈，所以需要選擇強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合的方式奠定扎實(shí)的發(fā)展基礎(chǔ)，另外在技術(shù)的快速發(fā)展下，電子系統(tǒng)集成技術(shù)也得到了大規(guī)模的發(fā)展和應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

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Research and Current Situation of Electronic System Integration

CAO Yun-qi

（Jining Yucai Middle School， Jining Shandong? 272100）

Abstract：In this paper the way of electronic system integration is analyzed， and the development and current situation of electronic system integration technology in China are studied in order to provide theoretical support for the development of electronic system integration technology.

Key words：monolithic integration; electronic system; manufacturing industry