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2015 iNEMI(电联盟)路线图摘要

发布时间:2015-05-06 10:53:00 点击:

2015 iNEMI(电联盟)路线图,详尽描述了电子制造业未来10年将会面对的挑战以及机遇。在电子产品应用日新月异,生产需求千变万化的环境下,路线图Inemi_logo_150422也清楚提出产品技术未来的发展方向,来满足市场的需要。

电联盟路线图是一个极为实用的工具,受到电子业界的广泛肯定。它定义业界的“先进技术”,以及识别新兴甚至是突破性技术。企业或组织能运用行业路线图,来确认和调整内部路线图,规划选择合宜技术,制定科研方向,确保投资回报最大化。

在过去20年来,电联盟每两年发表一版路线图,至今已是第11版,内容从1994年的6章,发展至今日的24章。2015路线图中前5个章节预测未来的产品需求,针对不同市场领域的产品特征,定义了主要市场的“代表性虚拟产品”,进而指出各类电子产品未来的市场需求和功能技术要求(参表一)。Inemi_150421A路线图在接下来的19个章节中,介绍了技术及供应链基础设施的发展趋势(参图一)。这些章节着重讨论了电子制造产业链的技术能力和技术开发的趋势和需求,以便能满足所预测的从今至2025年的电子产品的发展。在这版路线图中,电联盟新增加了一个重要的章节,专门讨论能源转换器,内容由电源生产协会(PSMA)提供。此外,今年还添加了上两份路线图没有提及的射频元件及组件的内容。

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在以往的路线图基础上,2015版再向前伸展,汇聚了来自全球不同领域和产业链各环节的电子专家,集合各自的专业知识,是共同缔造的心血结晶。

虽然这些专家都十分繁忙,但仍然有500多人自愿投身在路线图的工作上。他们来自20多个国家,280多家企业、社团、政府组织及大学,通过分享、分析、讨论及总结,共同制作了这份2015路线图。

除了这些专家外,还有14个行业组织及协会参与路线图的编写,确保能对整个供应链所面对的转变及挑战,作一个广泛及全面的回应与指导。

我们感谢每一位参与制作路线图的专家,为整个行业带来这份极为宝贵及具真知灼见的参考文献。

商业环境及市场增长

根据市场预测,电子行业在未来几年会维持一个温和的增长。调研公司IHS预计,直至2018的年复合增长率为3.6%。但个别产业部门增幅或较强。如另一家公司NVR预计EMS生产商从2013至2018年间,年增长率约为7.7%,为行业增幅的两倍以上。以下将介绍IHS对不同产品领域的市场预测。

手提及无线设备

手提及无线产品是目前电子业最大的产品板块,2013年的设备生产总值达5,180亿美元,占了全行业的26%。由于无线产品销量仍不断增长,预计改产品板块每年将以4%的速度增长,产值在2017年时将达至5,990亿美元。2015路线图对这板块的产品重新分类,包括以下产品:手提电话、智能电话、手提电脑、数码相机、摄像机、掌上电脑及平板。

办公/消费类电子

这是唯一一个产值将呈现下降的产品领域。在2013年,全球的办公/消费类电子产品产值达3,780亿美元,预计至2017年将会下跌至3,410亿美元,亦即从2013至2025年间,每年的增长率为负1.2%。

电子行业生产总值约为2万亿美元,办公/消费类电子产品占19%,属于第三大板块,受影响于消费者、商业及小型办公的消费情况。2015路线图将这部分也重新组合,范围扩大,包括:桌上电脑、电脑周边产品、储存产品、商业办公设备、小型/家庭式办公室设备,及办公型电子产品。

汽车电子

由于汽车采用电子设备的数量越来越多,加上全球汽车销量持续上升,这个领域在未来10年将会维持不俗的增长。按2013年的数据计算,汽车电子占整个电子行业的5.4%,产值约为1,070亿美元,至2025年,汽车电子的年增长率将达4.4%。

医疗电子

医疗电子设备在2013年的产值约为580亿美元,约占全行业的3%,预计每年增长5.3%,至2017年时将达720亿美元。

航空、航天及防卫

军用、航空及航天电子产品在2013年的产值约为1,070亿美元,占行业的5%,预计每年增长5.4%,至2017年时达1,350亿美元。

注:除了特别声明外,本文数据全部来自IHS技术公司,并不是过往采用的Prismark公司提供的数据。由于两家公司运用不同的数据表达方式,所以本路线图的预测数据与过往版本略为不同。请大家在比较数据时,特别注意。

技术发展趋势

2015路线图针对19个不同的技术领域作了深入的分析,范围涵盖整个电子业生产链,包括设计、生产、元件及组件。路线图指出了若干重要的发展趋势,对整个电子产业链从上游至下游均有深远的影响。以下摘要性讲述部分趋势。

微机电系统 MEMS/传感器

微机电系统近年在电子行业间迅速增长,已成为许多高科技产品,包括汽车传感器、智能手机及穿戴式健身设备的重要技术。它同时支持新一代医疗电子应用,如可携性医疗诊断及治疗设备,以及物联网的突破性发展。

l  传感器能提高各装置的整合性及互联性,加上市场走向产品功能的融合,令传感器成为不可或缺的产品。

l  能集成多个高性能、低成本及新功能传感器的微机电系统,将三轴加速计、陀螺仪及磁力针整合,发展出新的装置技术,并改进了信号处理及沟通界面。

l  根据全球微机电系统权威机构Yole的预测,第一批采用3D硅通孔(TSV)技术生产的内存产品,在2015年进行量产,将会充分利用微机电系统制程的优势。

l  产品将由可携式转向“穿戴式”方向发展,将采用多种传感器,为用户提供个性化的使用界面及互动功能。

l  在生产微电机系统时,校准及测试的费用,占了生产成本的30%至60%。由于传感器的功能越来越多,测试设备也逐渐走向复杂及昂贵。系统整合商要求以同样甚至更低的价钱,提供更多的功能。在降低测试成本上,现时面对的其中一项挑战,就是生产商都拥有各自的标准,阻碍发展可降低成本的统一标准及测试设备。

物联网

我们估计移动互联网应用的增幅将会十分强劲,包括来自大量的移动数据、移动视频、以及增幅惊人的智能手机上网,物联网的应用将会带来巨大的改变。

网络流量增长。根据思科在2014年6月发表的一份报告,全球网络流量至2016年时,将会超过ZB (zettabytes,亿亿亿字节)量级,达到每年1.1ZB或每月91.3EB (exabytes,百亿亿字节)。至2018年时,将会达到每年1.6ZB或每月131.6EB。总的来说,网络流量从2013至2018年间,每年增幅达21%。

视频流量。思科同时预计在2018年,视频流量将占消费者网络流量的79%(2013年只占66%),若果把来自P2P的共享文档计算在内,视频总流量(电视、视频点播及P2P)将占全球消费者网络流量的80%至90%。

l  电信系统及所有与半导体晶片相关的设备,将需要按此比例增长(包括容量及性能),才能满足市场需要。此外,新的移动应用需要大量计算功能,数据中心计算机的耗电量将超过50兆瓦。

l  这些变化将推动光学技术的应用。由于数据流量的增长,光学方法取代铜/电子方法,即便是短距离的传输。现时的分界线是数据速度在10Gb/s及距离在10至100米间,当数据速度提升或距离更远时,光学技术则更有吸引力,因为光纤能减少耗电及物理空间达75%。

射频制造。无线感应及装置虽然在无线/射频技术方面并非一项创新,但在物联网中,将会扮演一个非常重要的角色。如果互联的传感器及装置需求数量按照预计持续上升,最终将改变现时的射频制造技术格局。一旦射频半导体、天线、及射频SiP的需求大幅上升,为了满足市场需要,射频元件生产商的规模将更具经济效益。在设计新的射频系统及元件时,将更会兼顾提升产品的效率且同时减小其体积。

无线自组网络。物联网的革命将会带动设备量的大幅增长,也需要新的技术来确保这些设备能互联及至互联网。除了将个别设备直接连上互联网外,另一个可能性,就是让这些设备自组网络。如果这能在协议层次上实现,则无线接入点范围外的众多设备,就能够通过其他设备连上互联网。从硬件的角度,这项技术最大的好处,就是可以缩短设备间的射频辐射距离,而大大减少耗电量。无线自组网络,是令物联网踏上成功之路的关键技术之一。

硅集成技术

由于市场对纤薄且多功能产品的需求持续增长,加之对成本、耗电、带宽及尺寸上的控制,推动了硅和系统功能高度集成至单一芯片或封装的技术的发展。

l  至2019年,生产商将会引入一些新的结构设计,实现CMOS未能满足的功能。由于这些设计不能涵盖CMOS的所有功能,因此,将形成异质集成——或在芯片级别或在封装级别,以CMOS为核心,集成新的功能。

l  由于手机越来越复合了计算和娱乐设备的功能,使得CMOS更进一步向系统级芯片(SoC)蔓延,通过同质的或异质的集成技术。在2D SiP和MCP(多芯片封装)中使用的传统整合技术,已经逐渐演变为3D MCP,并伴随着电性能、机械性能以及散热等方面的全新挑战。

l  3D堆叠芯片将由三大元件主导:存储、应用处理器及沟通硅层。他们将在未来五年间,采用硅通孔及通模技术,在单件封装、芯片叠芯片、及芯片叠中介层的结构基础上集成和混合。当然,这些技术目前还面对着商业挑战,因为在3D堆叠方面,特别是存储器的整合依然是一道难关。装运、材料、存储量价比,供应链以及测试技术,都是其广泛应用和发展的障碍。

环保问题

法规。为了保护人体健康及自然环境,监管电子生产行业的法规与日俱增,不断推行新的法律法规,在电力及电子设备中限制使用某些材料(EEE)。除了对现有法律及指南的不断更新,全球各地亦在推行新的指令,在RoHS、WEEE及REACH之外,许多国家、地区和当地政府,都在制定新的要求。一系列相关法规的数目和要求日益繁多,电子生产供应链的各个环节和公司需要深入全面的技术管理。全球各地相关法规的协调一致,成为一大挑战,这令各个企业都在为满足不同地方的法规而疲于奔命,这一问题的解决需要通过国际标准化。

可持续性。在企业进行产品设计及采购决策时,可持续性要具体落实为产品合格认证的要素。现时可持续性只作为产品的差异化元素,价值仍未被全面认可。整个行业需要在共同通用数据库资源上,对可持续性建立起被广泛认可的、可行且可证明有效的国际标准。

产品生命周期影响。随着禁用材料及物质的数量日渐增加,整个行业需要认真评估材料对环境生态的真正影响,并研究替代方案的优缺得失。

企业承诺。根据Technology Forecasters (TFI)的调查报告,在受访的企业中,四分之三会向员工提供关于产品环境保护法规的正式培训,但甚少公司会提供关于环保设计的培训(即面向环境、可持续性或生命周期影响来设计)。

调查报告也指出,当企业的首席执行官,亲自负责产品合乎环境法规及可持续性目标时,这家企业更愿意投入资金,管理得会更完善,并能达到更高的环保目标。

行业变化

2015路线图再一次指出,云技术带来行业的重要转变。向云端的转移,已经且将会进一步带动整个行业的突破性发展。未来几年,整个行业将会出现商业模式的转变。举例说,大型数据中心将会变成公用事业公司(出售数据服务),而本地的计算和储存的增长将会放缓(数据移向云端)。软件“只租不买”,将会越来越普遍(每月收取云端方案的使用费)。

2015路线图还提到的其它行业变化包括:

l  电路板装配路线图指出,在2013至2017年间,焊接材料将朝着低温及低成本的无铅焊料方向发展。不过,到目前为止,除了采用含铋的合金来降低温度外,未有其他方案。

l  需要继续引入复杂多功能产品,来满足日渐融合的市场对元件模组或SiP(2D、2.5D及3D)的需求。

l  固态照明、电动车及混合动力车,给节能市场带来变革及新挑战。

l  物联网虽然令传感器成为不可或缺的产品,但因为黑客攻击越来越普遍,令用家十分担心网络安全。

l  便携类产品将会向“可穿戴”产品演变,由于产品的设计自然,可以轻易“穿戴”而不再被认为是“携带”,这需要更微细的传感器及连接器。

l  汽车安全系统已日渐普及,并从高端汽车扩展至平价汽车,防撞装置最受关注。

l  电子元件供应商,已经不断采用嵌入式的无源并有源器件、SiP、SoC或其他方法,高密度地封装集成电路来增加功能。

l  医护行业已逐渐采用平板电脑式设备,来取代传统的病人资料系统,并开展远程医疗革命。不论是作为积极或预防的措施,病人监测设备的增长将会十分可观。

战略关注点

路线图对电子行业发展提出了多项战略关注点及不足之处。其中一项是由谁承担新技术开发的费用。在今日的电子行业中,研发需要与实际资源往往存在差距。纵观整个电子行业供应链,中游(集成电路组装服务、无源器件及EMS组装)的研发需要最为关键,但这些企业在传统上最缺乏研发资源及资金,目前由跨行业的集体研究,与及科研组织来解决这个问题。此外,公私合作(如美国NIST的先进技术项目、欧盟在欧洲资助的项目),在解决研发资金不足一事上,也扮演着重要角色。

其他战略关注点还包括:

l  消费者越来越关注电子产品的安全、能耗及环境问题,由于市场上的资料来自立场不同的组织,可能会造成混乱,令公众最终选择了次等方案。

l  需要通过国际标准化,来推动各国协调其所颁布的电子产品环保法规。

l  需要增强推动业界及研究人员共同合作参与科研的机制,令大家可以齐力发展先进技术。OEM、ODM、EMS厂家及元件供应商需要通力合作,集中发展适当的科技,并尽快应用推行。

l  突破性科技往往能带来创新的机会。为了确保成功,整个电子行业都需要放眼未来,进行长远的投资。

建设性工具

由于路线图一直获得业界认可,并在全球采用,其构想可以得到落实。它使得未来的技术能力与来自市场的需求相平衡,给业界带来一个非常具建设性的工具。路线图针对各技术领域都明确指出其最重要的五大技术开发和五大科研需要,以及尚存的主要技术缺口,令业界及学术界可以集中在最为需要的领域上。这是iNEMI路线图的一大特征。

路线图是来自全球各地专家努力的成果,是被公认为可协助业界、政府及学术界来界定未来发展方向的重要参考文献。踏入第三纪元,最新版本的路线图描述了整个电子行业的状况,如今的挑战是如何将这些重要的发现付诸实行,建立一个更健全的产业供应链。

付诸行动

路线图提到的机遇及挑战,大都需要业界共同努力,才能达到这些战略需求。电联盟会在路线图的基础上,找出具决定性的技术或基础产业链方面的缺口,按此排列科研的优先次序,并开设电联盟项目组,集合业界人士一起来应对这些挑战。以下是电联盟正努力的部分方向。

新材料。电子行业需要以更低的成本,发掘可靠性高的新材料。电联盟将会继续努力,评估新材料的长期可靠性及性能表现,目前正进行的项目包括例如高可靠高性能产品所需要的极低损耗的PCB基板材料。

环保挑战。多年来,电联盟持续不懈地引领整个行业去应对环保问题,包括发表白皮书及长期推行的项目。从路线图及业界研讨会的讨论中,电联盟确定的项目包括:稀土金属、替代性物料评估、减除卤化阻燃剂等。

行业标准。针对高增长的电子产品,如医疗、汽车、微电机系统及能源转换器的生产方法及指南,电联盟目前已设立多个项目来加以研究,具体内容包括汽车电子材料的挑战、医疗电子设备元件的规范要求、便携类产品可靠性认证的方法等。

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