如何促使產品更環保

　Freescale 亞太區市場經理 Norman Chan
　
　　如今, 人們之間通過電子產品緊密相聯，而每個電子產品所具有的功能也越來越多。由于需求以及生活方式的不同，要求電子產品必須具備互聯功能、無線或有線的媒體傳輸能力以及為不同應用進行大量數據處理的能力。舉例來說，你愿意攜帶一部只能對話而沒有音樂、視頻、游戲、郵件、拍照、及存儲功能的手機么？現階段，我們已經可以見到帶有攝像甚至更先進功能的手機。由于每個電子產品或設備增加了眾多的功能，電池功率、密度及容量也因此增加。這給我們所居住的環境帶來了大量的能耗、能源浪費，以及幾十億的無法回收的廢棄電池。如果處理不當，就會對我們的環境帶來很大傷害。為了解決這個問題，我們需要做到不浪費能量或能源，每個電子產品的功能設計為低能高效。當然我們并不想限制電子產品的功能，但是我們可以通過先進的設計、技術，以及部件系統構架集成更好地轉換能量并減少能耗。以下介紹關于這方面各種努力方向。

設計

　　從設計的角度來說，無論是在芯片級還是板級，電能的利用可以通過電量節約技術和具有各種系統操作模式的工藝功能減至最小，而并不犧牲預期或所需輸出質量（無論是什么要求）。讓我們以手機為例，可以在不同的層面上節約電量：　

技術

　　在這方面，技術扮演著重要的角色， 涉及每個設備或器件針對某一指定功能或性能，如何有效地利用電能。例如，制造芯片的工藝決定IC將在何種電壓運行，每個器件（晶體管，邏輯門等）如何以最小的功率工作。對于晶體管，我們將考慮設備增益。如果我們以MOSFET為例，我們則須考慮在何種Vgs將輸出何種強度的Ids。此外，還須考慮可能會消耗和損失寶貴功率的泄漏和寄生。例如在晶體管導通時，FET的Rdson會指示導電損失如何。流經此電阻的電流將會轉化為熱能，對于設備輸出而言就是損失功率。

　　Freescale 借助首創的SMARTMOSTM工藝取得了極佳的效果。該工藝可輸出高功率并最優化便攜設備的關鍵需求，如低泄漏、低Rdson。并具有高精度和很好的性能。

器件/構建塊

　　無論是有源還是無源的器件，在工作狀態下，都將有功耗損失。例如，電容將產生串聯電阻（ESR），其將轉化為熱損，而電感將產生直流電阻（DCR），其將構成對線路或系統的損失。法拉第告訴我們在理想狀況下這些設備不會產生損失，但是實際情況是任何東西都不是理想的。即使是無電阻元件也是非理想的，也將構成損失。例如，降壓轉換器在開關FET處于關機狀態時，續流二極管要求一個正向偏壓通過以使電流流動。這個經過二極管的壓降將構成損失，這是由于它并不對功率輸出產生任何貢獻，而只是使輸出電流流動。類似地，LED需要正向偏壓來使其開啟，對于某些彩色LED，這個值可能高至4V。值得慶幸的是，隨著科技的進步，這些不受歡迎的特點都越來越小了。由于封裝和電容和電感的形成取得了進步，寄生減少，從而ESR或DCR可以減小。二極管如肖特基二極管現在采用較低的正向偏壓生產，從而更多的電壓可以用于輸出。同樣地，LED偏壓也越來越小。

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　　在污染環境方面，可能沒有哪個器件比我們用在便攜設備（數碼相機或移動電話）的電池更令人擔憂。按現在我們消費的標準，每年將扔掉幾十億計的電池。一個電池一旦用完，其壽命就終止了，將被扔掉，如果沒有恰當的處置，其中的酸和有毒化學品將會對環境造成危害。實質上，這將對我們的環境產生直接的危害，而前面所說的功率損失和寄生只是間接危害。盡管如此，由于我們人類所需要的不斷增加的功能，以及能源使用效率的低下，助長了電池的浪費。如今我們看到電池生產商采用先進的技術生產使用壽命更長的電池。例如，20年前，大多數電池是NiMH電池而不是鋰電池（Li ion）, 而且電池單位能量也比今天的低很多。現在鋰電池或聚合物鋰電池在手機等便攜設備中廣泛應用。人們已經開始引入更先進的，在相同條件下具有更高能量密度、使用壽命更長的電池。例如，由便攜式電子設備引發的電池技術下一浪潮，其主角是Iron-Li-ion（FeLi）電池。這些電池充電快，壽命長，而且更安全，單位儲存能力也更高。另一技術進步就是目前備受追捧的燃料電池，這些電池更環保，無須充電，只要有氫燃料供應就可提供能量。實際上，人們正在加快研制用于便攜應用RFID（如射頻身份認證）的燃料電池，努力使其盡快投放市場。另外，政府和專業機構如U.S. Fuel Cell Council，或燃料電池工業協會也在美國成立并致力于燃料電池的發展和普及。

　　最後,我以顯示器來結束這個構建塊列表，很多大大小小的公司，科學家或工程師試圖推出耗電更省的顯示器。如果你看一下電子產品，對人類最直接的界面就是顯示器。你需要顯示器來瀏覽，玩游戲，或者查看你正在寫的或控制的內容，或輸入你想要運行的功能。這也是數碼相機或手機LCD顯示器越來越大，顏色分辨率越來越高的原因。這也導致更多的電能消耗和電池消耗。為了解決這個矛盾，應運而生的Bi-stable顯示器技術無須消耗功率就可顯示圖片內容。我們已經看到了諸如日本的e-books電子圖書已在使用這種技術。該技術無須電能顯示已經顯示的圖片，而且永遠不需要。只有在需要更換或刷新時才消耗電能。而且，其具有反射手段無須背光燈，只須環境光線就可以了。這與傳統顯示器形成鮮明對比，如STN， LED， 或LCD都需要連續的電能來瀏覽或將圖片停留在顯示屏。這種新技術將使終端產品重量更輕并可以在極低的能量下運行，進而意味著可節省更多的能量，使我們的環境更環保。該技術最適合無須頻繁改變顯示內容的應用，如eBook,或機場及火車站電子時間表。該技術也廣泛被稱為ePaper顯示（EPD），或eInk無電顯示。
　
封裝

　　封裝在降低成本，以及性能和最小化方面所作的努力由來已久。但是，直到最近，政府和各國才強制使用無鉛和符合RoHS標準的允許材料。RoHS標準即為Reduction of Hazard Substances，是一個指令，要求從電子電氣產品中消除鉛、鎘、汞、六價鉻、某些阻燃劑、聚溴聯苯（PBB）及聚溴二苯醚（PBDE）。該指令由歐盟2006年7月1日生效。有些人們通常將RoHS稱為無鉛指令，而實際它限制的更為廣泛，包括以下6種物質：
　　1． Lead [鉛]
　　2． Mercury [水銀]
　　3． Cadmium [鎘]
　　4． Hexavalent Chromium (chromium xxx or Cr6+) [六價鉻]
　　5． Polybrominated Biphenyls（PBB）[聚溴聯苯]
　　6． Polybrominated Diphenyl Ether (PBDE） [聚溴二苯醚]
　　　　　　（PBB 和PBDE是使用在幾種塑料中的阻燃劑）

　　為了支持RoHS指令，自2006年3月，Freescale通過pdf和網絡手段來提供材料組成與合規數據（基于IPC1752表）。新產品將全部符合RoHS指令而舊產品將轉為合規產品。

　　盡管電池不受RoHS限制，也有指令和限制專門強調需要提高和保護環境免受來自電池廢物的負面作用（例如歐盟1991電池指令（91/157/EEC））。

綜述

　　對于如何使我們的環境更環保的實例就是Freescale的TPMS（輪胎壓力監控系統）。眾所周知，TPMS是一種安全監視系統，用于監視汽車輪胎壓力和溫度，如果壓力超過安全范圍就會向司機報警。Motorola或FSL是最早進入這個領域的公司，始于1985年。多年以來，美國政府立法要求小型汽車必須安裝TPMS。我們也看到其他國家也在開始采取這項措施，中國正積極推動在大型車安裝這個系統。Freescale的TPMS解決方案在封裝IC內置了RF設備、傳感器以及MCU，可以容易持久地置于汽車輪胎。所采用的材料符合RoHS規定，將多種智能集成于單一設備意味著更少的器件。此外，我們還有傳感器（不僅僅是壓力傳感器）用于在汽車運行時檢測， 由于無須運行IC，所以僅需要很小的能量。因此，我們的TPMS壽命很長（一般8-10年），大大超過了輪胎的壽命。這就是我們在封裝、設計、系統（軟件和硬件）及器件水平所實現的結果，我們在努力尋找途徑最小化使用地球資源。Freescale將繼續生產可以幫助提高機械、汽車、和電子系統能源和燃料效率的產品，同時也改善我們的生活。
 
　　到目前為止所提及的都是為使我們的環境更環保并且在我們每天使用的產品中應用的努力。十億堆電子廢物和對功率使用的低效影響我們生態系統并對我們的生存環境形成巨大危脅，我們需要現在就處理這個問題，不可將其留到以后。政府和大公司采取更多措施來改善被污染的環境并引導大家在這個方向努力。Freescale 也不例外，通過在產品中使用更環保的材料和設計特點來改進我們的環境。此外, Freescale還督促雇員設計和生產需要更少能量、更加高效,、環境更加友好的產品。這不僅體現在產品中而且是全球性計劃譬如EPP - Environmentally Preferred Products program。EPP 是Freescale針對顧客和產品內容的規定要求所作的努力，主要包括歐共體和中國RoHS 指令和填充料方針。

　　無須贅述，我們的人口還在增加，我們對新技術的渴求也比以往來的更加猛烈。 我們需要更有責任感，更積極主動地使我們的環境更清潔更友好。