最后的思考:创造性工程与需要克服的新威胁

自电子元器件内容出现在消费、工业、商业和军用产品与系统中以来,应对日益严酷的环境一直是一个难题。这主要是由于电子技术能够为众多系统带来性能的提升,因此其实用性和普及程度不断提高,并最终成为各类应用中不可或缺的部分。   

1897年,J.A. 弗莱明发明了真空二极管,开启了电子学时代。随后出现了三极管,以及四极管和五极管,一直延续到第二次世界大战。关于战争对技术发展的推动作用,人们已有诸多论述,而战争的推动作用也促成了电子学的新时代——1948年结型晶体管的发明。

20世纪50年代,集成电路随之出现,将整个电路集成在单个芯片上,进一步颠覆了设计方式。这意味着在成本、体积和重量上都实现了巨大的节省——当然也意味着可以为军用和工业领域的产品与系统构建出更强大的功能。20世纪50年代结型场效应晶体管(JFET)和金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的发展提高了晶体管的可靠性和功率。

随后的20年间,随着制造设计技术的进步实现了数字和模拟集成电路的批量生产,单个芯片上元件和电路的密度不断增加。1969年,英特尔(Intel)推出了微处理器,从而将计算机智能引入独立产品,并推动了个人计算机和移动计算的兴起。

伴随计算机性能的发展,围绕其存放、保护、支撑、通信、散热、连接并为所有这些处理能力供电的周边系统组件也随之爆炸式增长。

基础电子元器件的这一演变进一步改变并丰富了产品与系统的功能,使其能够完成更多任务,且往往是在恶劣和不友好的环境中完成。处理智能和元器件功能的提升也极大拓展了含电子内容系统的应用场景,促使人们开发出更小、更坚固、更具成本效益的元器件和系统。从某种意义上说,这项技术正在滋养自身的成长。

如今,恶劣环境可能指的是一款警用随身摄像机,其坚固的电路板需要能够承受冲击、振动、湿气和高温。也可能指机器人装配线上的传感器网络,需要能够承受电火花、振动、碎屑、烟雾和化学物质。甚至可能是支撑并控制现代钢铁厂运转的坚固电缆、连接器、布线、传感器、继电器和开关。

举例来说,消费类汽车领域通常并不被视为恶劣环境的典型例子,但其元器件却必须在极为苛刻的条件下工作。汽车系统的工作温度范围为-40°C至+160°C,湿度范围为0%至100%,而其目标故障率——尤其是在安全系统中——为0%。鉴于预计到2030年,电子系统内容将占到消费类汽车总成本的50%,不难想象届时所需的元器件开发工作量将有多大。

在整个行业中,设计工程师在材料科学家、软件工程师和制造专家的支持下,凭借创造力、适应能力和不懈努力克服挑战、推动进步,尤其是在那些配备先进电子系统并需要在苛刻环境中运行的产品领域。这种对日益增多的应用中先进性能的需求只会持续增长。

 

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