电子技术的发展方向

历了惨重的产业衰退，好不容易感受到景气复苏的科技厂商们，该是重新振作投入创新研发的时候了…但2010年什么会红？该把钱砸在哪里才不会变冤大头？以下是EETimes美国版所选出的、值得特别注意的十项新兴技术。 虽然软件看来也将在2010年扮演要角，不过以下选出的十大潜力新兴技术主要是硬件方面的，且特别看重其在省电、降低二氧化碳排放量、精简材料等方面的条件(这些条件也可说是推动那些技术的主要力量)；至于那些已经是主流话题、或是还需要长期发展的技术项目则未考虑在内。 当然，这十项由编辑们选出的技术(排列顺序并无特别规则)，也许不是百分之百准确成为2010年的明星，但它们对整个产业的影响力还是值得关注；如果读者们有其他的看法与预测，欢迎一起讨论！ 1. 对电子装置的生物回馈(biofeedback)与思想控制 有不少企业或研究机构都展示过如何利用装置在头盔或是耳机上的传感器来撷取脑波，并用以控制计算机系统。这类技术主要应用在医疗——让重度身障人士能进行沟通或是控制环境——以及军事领域，也越来越常用以做为消费性电子装置与计算机游戏的控制接口。 听起来也许有点像科幻小说，但藉由思想控制(thought-control)的人机接口已经存在了，例如一家总部位于美国旧金山的公司Emotiv Systems，就正在推广这种技术。 2. 印刷电子 能快速印刷出多个导体/绝缘体或半导体层以形成电路的技术，可望催生比目前采用传统制程生产之IC成本更低芯片。通常印刷半导体意味着使用性能与硅大不相同 的有机材料，甚至所生产之组件尺寸也能超越硅材料的极限。此外还有许多应用获益于低价、软性基板的性能；例如RFID标签，还有显示器的主动矩阵背板 (active-matrix backplane)。 有一家美国厂商Kovio则是专精印刷式硅电子组件技术，该公司自2001年成立以来就深耕印刷电子市场，并在2009年7月宣布获得2,000万美元资金，将把这笔钱用于将该公司的RF条形码推向商业化量产。 3. 塑料内存 塑胶内存也可能适合以印刷制程来生产，并像上面的印刷电子组件一样，能比硅材料有更好的性能表现、成本也更低。挪威业者Thin Film Electronics就是这种技术的专家之一，该公司多年来致力将该技术商业化，并曾与大厂英特尔(Intel)合作过一段时间。 塑胶内存是以具铁电(ferroelectric)特性的聚合物Polythiophenes为基础，可重复读写、非挥发性；根据Thin Film Electronics介绍，其资料保存期限可超过十年，读写周期超过百万次。在2009年9月，一家德国公司PolyIC还使用塑料内存技术，以聚乙 烯对苯二甲酸酯(Polyethylene Terephthalate，PET)做为基板，用滚动条是制程生产出20bit的塑料内存。4. 无光罩微影 大多数人可能会问，超紫外光微影(extreme ultra violet lithography，EUV)究竟何时可取代浸润式微影技术？但现在有匹大黑马跳出来——即采用电子束(electron beam)技术为基础的无光罩微影(Maskless lithography)。 荷兰业者Mapper Lithography则是该技术的主要推手。2009年7月，Mapper提供了12吋晶圆用电子束微影平台给法国的研究机构CEA-Leti，让晶圆代工大厂台积电(TSMC)在该处进行相关制程研发。 5.并行处理技术 这种技术已经以双核心/四核心PC处理器的形式存在，还有嵌入式领域应用的多核心异质处理器(multicore heterogeneous processors)；不过到目前为止，对于多核心处理器如何编程，以及如何充分发挥其运算能力与功率效益，业界还是少有形式上的理解。 自从多核心处理器问世以来，上述问题一直是困扰IT领域与整个产业界，而且我们距离解决方案还有好一段距离；目前OpenCL、Cuba等计划都是试图有所突破的行动，在2010年可望看到更多的进展。 6. 能量采集 能量采集(energy harvesting)并不是一个新题目，例如自动表(motion-powered wristwatch)就已经存在多年；但当电路的功率消耗量从毫瓦(milliwatts)缩小到微瓦(microwatts，千分之一毫瓦)等级，有 趣的事情就发生了…启动电路可能再也不需要电线或是电池，而可以透过各种环境现象，而这种技术可能会带来深远的影响。 最初的振动供电(vibration-powered)无线传感器应用之一，是装置在汽车机械中；这种无电池传感器应用的主要考虑，就是免除了维护的需要。有家 德国公司EnOcean则专长于无电池无线开关技术，可应用在住宅自动化领域；该公司并正在推动相关技术的标准化工作。 手机大厂Nokia也正在观察手机用能量采集技术的可能性，不过目前还没有任何原型产品；而到2010年，所有的行动设备业者将不得不关注能量采集技术，或者是至少得好好思考一下如何延长产品的电池续航力。 7. 生物电子与人脑研究 在2010年，研究阶段的进展似乎多过于开发阶段，但生物学与电子学的结合技术，已经成熟到可以应用。我们已经对那些植入动物体内的硬件组件习以为常，像是 宠物芯片等注射到动物皮下的电子卷标，或是人类应用的心律调整器；而想要在提升医疗照护质量同时，又能降低相关费用的需求也是越来越急迫。 产业界在微机电系统(MEMS)、有机电子组件制造等方面技术的进展，改善了活体组织与电子电路的整合程度。实验室单芯片(Lab-on-a-chip)就 是相关技术的展现之一，IBM最近也发表了该类芯片样品；未来甚至也有可能在可电子寻址的基板上培育生物细胞。实现生物体外诊断的可能性已经很确定。 这类技术的主要目标，是探索个别细胞的电气特性信息与它们对药物的反应，以进行心脏与神经方面的疾病，如阿兹海默症(老人失智症)、帕金森氏症等方面的研究。所以短期之内，我们可预期将有更多生物电子学技术跃上台面。 8. 电阻式内存/忆阻器 业界对通用内存的追寻仍在持续；这种内存需要像DRAM那样简单，甚至最好能像是那些电容器。此外理想的内存要能在断电情况下仍能保存数据数年，使用 循环周期至少要达百万次等级；这类内存最好使用传统的制造方法就能轻松生产，使用的材料也别超出传统晶圆厂可负担的范围… 但遗憾的是我们迄今尚未发现梦幻内存…是这样吗？ 2009年，在导电金属氧化物(conductive metal oxide，CMOx)技术领域默默耕耘七年的Unity Semiconductor终于熬出头；其他也有内存相关技术进展的新兴业者还包括4DS、Qs Semiconductor与Adesto Technologies。 我们也看到许多较大规模的IDM厂积极进军电阻式内存(RRAM)，还有忆阻器(memristor)技术的发展。相关信息可参考：全新忆阻器改写电路理论 RRAM可望成为杀手级应用？ 9. 直通硅晶穿孔 在先进硅芯片表面最上方的导线堆栈(interconnect stack)深度，可以达到很深且非常精细的程度；而我们认为这样的趋势将导致芯片前段(front-end)制程分成不同阶段，甚至可能分别再不同的晶圆厂进行。 这种将多层裸晶堆栈在单一封装内部的需求，需要更细致的导线；而直通硅晶穿孔技术(through-silicon-via，TSV)能完全穿透硅晶圆或裸 晶，是制造3D芯片的重要关键。 Austriamicrosystems公司已在2009年五月开始生产TSV组件，锁定供应将CMOS芯片与传感器组件 等进行3D整合的客户；类似的组件在2010年将会有更多。 10. 五花八门的电池技术 已经非常成熟的电池技术无法像是依循着摩尔定律(Moore"s law)的IC那样，继续在能量密度上有所进展；但无可讳言，虽然我们希望电池能储存更多的电能，那也有可能带来其他的安全性风险。 各种可携式电子设备都需要电池来供电，诉求环保的电动车若是少了电池也不再有未来；最近在镍氢、锂电池化学成分的研究上有一些最新发展，有家ReVolt公司则开发出可充电的锌空气(zinc-air)电池。预期在2010年将会诞生更多具备智能功能的新颖电池技术。

RFID电子标签的应用主要是满足以下的一个或几个要求：

(1)对物品信息的跟踪性和可追溯性的要求;

(2)对高准确度、高安全性的要求;

(3)对唯一识别、无法伪造的要求;

(4)对处理大量物品的快捷性的需求;

(5)对物品实时监控的需求。?

可见，应用市场不限于如上所述，只要系统有以上方面的要求，电子标签都可以得以应用。

那么该如何选择一款合适的RFID电子标签呢?我们来说道说道。

为什么需要定制化

RFID射频识别技术作为目前数据自动采集的主要手段之一，电子标签是RFID系统中不可或缺的组成部分，但在多数情况下，电子标签的通用性并不强，而是可以根据场景需求选择不同的RFID电子标签。比如说，从频段上来说，可以分为LF，HF，UHF，2.4G和5.8G等，不同频段有各自的优势和不足——低频产品有很好的穿透性，但数据传输速率有限，就可以适用于动物管理;高频(HF)因其读距和协议的限制往往适用于支付和各种身份识别;无源超高频(UHF)可以远距离读取，最重要的特性是一次性批量读取，却容易受环境干扰，尤其是金属与液体，主要应用于服装零售与物流仓储;2.4G和5.8G有源产品信号稳定，数据传输量大，读取距离非常远，但电池耐用性差和价格高是应用的短板。

同一频段的产品，因为使用环境的不同，其封装形态，安装方式也有巨大的差异，以HF为例，用于支付和身份管理，往往采用PVC卡的形式;用于防伪溯源时，可以选用易碎纸或铜版纸的方式。同一频段产品的同一应用，因为客户所遇问题的特殊性，也呈现出一定的差异性。比如，HF易碎标签用于奶粉的追溯时，若奶粉罐表面是塑料材质，可以直接黏贴，若是金属材质，还要考虑加上一层吸波材料。

总体而言，RFID电子标签的频段特点、应用场景、性能指标和安装方式的不同要求，影响了RFID的标准化，因此RFID电子标签定制化开发是决定RFID系统应用能否成功的关键因素。

RFID工作原理

如何进行RFID电子标签定制

RFID电子标签定制化开发是一项系统工程，以笔者的经验大致需要经历6个阶段：需求评估，初步选型，成本评估，样品开发，场景实测，选型优化，耗费的时间依项目需求的复杂程度不尽相同，短的可能只要半个月，长的或需三个月以上。

1需求评估

需求评估是最关键的步骤，我们需要根据用户的应用场景评估是否需要RFID射频识别技术。并不是所有的应用都适合采用RFID射频识别技术，比如许多初级的农业和工业产品的溯源——白菜，柚子，钢材，管件等，这类产品因为本身价值不高，成本上无法承受，在应用过程中还会因为物品的干扰而影响应用效果。因此往往选用成本更低的条码技术解决问题。

那么何时选用RFID射频识别技术呢?以机场行李分拣为例，首先是成本上，航空业体量大，服务价值高，对效率的要求非常高，同时对效率成本的容纳也高;其次是技术上，行李条码标识无法固定在位置上，若采用条码技术，很难进行批量的读取和处理，一对一的读取往往还需要人工协助，效率低而成本高。这就形成了对RFID射频识别技术的一种强需求——UHF技术可以采用相对较低的成本极大提高行李分拣速度，同时保证准确性。即需求评估是根据用户的应用场景确认RFID能否满足技术和成本两大指标的要求，若能满足，则采用此项技术。

RFID电子标签用于行李分拣

2初步选型

在明确使用RFID射频识别技术可以解决需求的“痛点”后，那么下一步的关键就是RFID电子标签的选型。根据需求评估的结果，选定电子标签频段，产品尺寸，芯片类型，封装形态和安装方式等。

我们以一款易碎标签的选型为例，介绍流程：A客户需求一款标签用于高档消费类产品的外包装纸盒，目的是防伪和溯源。为了便于消费者验证，我们建议采用高频14443A协议;纸盒是方形的，折口位置有一定的弹力，我们建议采用既有防撕效果，又很柔韧的铜版纸材质封装。为了便于安装，我们采用背胶黏贴的方式。

在芯片选型时，客户提出采用他们提供的一款芯片，为此， 我们根据芯片资料重新研发了一款线型;考虑到折口位置需要略长的标签，尺寸过大会增加成本，我们推荐给客户一款尺寸合宜的长方形标签。

3成本评估

在初步选型满足客户要求后，根据其结果，进行成本评估。影响成本的因素主要是芯片类型，封装形态，产品尺寸和数据要求，首先是芯片，根据需求的不同可以选用进口或国产的芯片，一般而言，进口芯片的价格会高一些，存储容量越大的芯片价格越高，功能越多的芯片价格越高，如加密功能，TD功能，双频功能等。其次是封装，封装的结构越复杂，封装的难度越大，成本是越高的。尺寸也是影响因素，一般是尺寸越大价格越高，但在微型标签领域，由于加工难度变大，反而是尺寸越小价格越高。数据要求主要涉及表面打码，写入数据，提取数据和数据关联等，每一项都会增加成本。因为这些因素的影响，我们一般会提供3~4套方案给客户参考，从中选择最优的方案进行样品开发。

4样品开发

样品开发的过程，最重要的并不是研发费用的多少，而是研发周期的长短。这部分工作花费的时间越短，项目后期的应变空间越大，项目的成功率也越高。样品研发需要几个必备的步骤，包括天线设计，材料制作、天线蚀刻，手工制作，实测验证等。

我们仍以A客户为例，天线设计5—10个工作日，制作和验证10个工作日。在这里需要强调一下，如果是常规的封装形态与工艺技术已确认的情况，主要的开发时间在天线的设计上;如果碰到一种新的封装形态需要尝试不同的工艺技术，在研发过程中的不确定因素会比较多，无法保证一次性成功，需要耗费更长的时间。样品开发速度的快慢是考验一家RFID电子标签企业定制化能力的关键指标。

5场景实测

样品开发出来后，如果有条件的话需要先模拟应用场景进行测试，并做相关可靠性的测试。客户收到样品后，会进行场景实测，评估效果，提出优化建议，包括性能是否达标，尺寸是否调整，印刷和数据是否变更等。

6选型优化

如果初次样品未能达到项目需求，需要分析客户测试反馈的数据，甚至有必要到现场实地调研，汇总各种信息，确认优化方案，并进行第二次打样和实测。因此，一个完整的样品研发周期，最快大约需要一个月的时间。

小结

如上所述，我们不难看出，RFID系统方案电子标签定制化的探讨和选型需要时间，过程中的诸多因素需要逐一确认，一名合格的销售人员在接到客户询盘的初期，需要为客户提供有价值的需求分析与产品方案评估，而不只是糊里糊涂地报价，这是不负责的做法。但在实际的工作实践中，客户往往忽略了需求的本质，急忙忙地要求供应商报价，一旦报完价格结果经常是不了了之。任何产品只有让客户的商业价值获得成功才是真正有价值的，RFID也不例外，所以要定制化一款性价比高的RFID电子标签，就需要供应链的上下游相互信任，共同参与、互通有无。

相关知识:

电子标签是射频识别(RFID)的俗称，RFID是射频识别技术的英文(RadioFrequencyIdentification)的缩写，射频识别技术是一项利用射频信号通过空间耦合(交变磁场或电磁场)实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到自动识别目的的技术。电子标签(RFID)技术是上世纪90年代迅速发展起来的物品自动识别技术。当每件产品制造完成时给它赋予惟一信息的电子标签，使它不管流通到哪里，人们都能够通过识别器(或称读写器)随时获得这件产品的相关信息。电子标签是时下最为先进的非接触感应技术，自从1998年，美国德州仪器(TI)和荷兰菲利浦公司(Philips)宣布开发出了一种廉价的非接触感应芯片，到了2000年，国际标准化组织已把这种非接触感应芯片写入了国际标准ISO15693。因独有的特点和优点，现正广泛应用于各个行业、领域。

RFID电子标签在各个领域是如何应用的呢?

1、物流：物流过程中的货物追踪，信息自动采集，仓储应用，港口应用，快递。

2、零售：商品的销售数据实时统计，补货，防盗 。

3、制造业：生产数据的实时监控，质量追踪，自动化生产。

4、服装业：自动化生产，仓储管理，品牌管理，单品管理，渠道管理 。

5、医疗：医疗器械管理，病人身份识别，婴儿防盗。

6、身份识别：电子护照，身份证，学生证等各种电子证件。

7、防伪：贵重物品(烟，酒，药品)的防伪，票证的防伪等。

8、资产管理：各类资产(贵重的或数量大相似性高的或危险品等)。

9、交通：高速不停车，出租车管理，公交车枢纽管理，铁路机车识别等 。

10、食品：水果，蔬菜，生鲜，食品等保鲜度管理。

11、动物识别：训养动物，畜牧牲口，宠物等识别管理。

12、图书馆：书店，图书馆，出版社等应用。

13、汽车：制造，防盗，定位，车钥匙。

14、航空：制造，旅客机票，行李包裹追踪 。

15、军事：弹药，枪支，物资，人员，卡车等识别与追踪。

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