從0到1 微碩開發(fā)出一系列高性能功率系磁材

針對功率系磁材發(fā)展的四大方向，微碩推出了對應(yīng)的四大系列的磁性材料，適用于多種終端產(chǎn)品。

“磁性材料的開發(fā)是一個從0到1的過程。一個高性能磁性材料的誕生首先是在實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行配方的開發(fā)。配方和添加劑的開發(fā)就要做很多的搭配實(shí)驗(yàn)，主配方原材料的比例，以及各種添加劑的種類和比例的配合，然后再決定用什么樣的燒結(jié)工藝和研磨工藝，從而發(fā)明出一種高性能磁性材料?！?/p>

這段話來自湖北微碩新材料有限公司常務(wù)副總經(jīng)理譚福清的分享，他說，磁性材料的開發(fā)短則兩三個月，長的要兩三年，一般在一年左右。

其實(shí)，磁性材料的開發(fā)不僅是一個漫長的過程，生產(chǎn)過程更是要克服萬難。一個高性能磁性材料是高端技術(shù)和制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的基石，而功率系磁材一直是磁性材料產(chǎn)業(yè)中的主流。

01 功率系磁材呈現(xiàn)四大發(fā)展趨勢

功率系磁材主要應(yīng)用于變壓器、扼流圈、功率矯正電感(PFC)、差模電感等，占市場份額80%以上，主導(dǎo)地位不可動搖。

隨著終端市場的發(fā)展，功率系磁材呈現(xiàn)出四大發(fā)展趨勢：

一是更高功率密度(高頻大磁場)。拿新能源汽車來說，新能源汽車的發(fā)展方向是輕量化，就要想辦法減輕新能源汽車各個部分的重量，讓汽車的電源具有更高的功率密度，而更高的功率密度就要求磁性材料朝著高頻大磁場的方向發(fā)展。

二是更寬的適用環(huán)境(寬溫低損耗)。要拓寬磁性材料的應(yīng)用環(huán)境，讓磁性材料具有更好的環(huán)境適應(yīng)性，就要讓磁性材料有寬溫低損耗特性。

三是更寬的適用頻率(寬頻低損耗)。很多場合需要變頻工作，想要磁性材料在不同頻率下都有很優(yōu)異的性能，損耗更低，就要求磁芯有更寬的適用頻率，也就是寬頻低損耗。也就是說，磁芯會具有中頻的、中高頻、高頻的的低損耗特性。

四是耐更大的磁場(高Bs低損耗)?，F(xiàn)在的電源和電感的設(shè)計(jì)越來越片式化，往往表現(xiàn)出來就是匝數(shù)少、電流大這樣的特征，要求磁性材料能耐更大的磁場、更高的電流。

02 微碩推出四大系列功率系磁材

針對功率系磁材的主導(dǎo)地位以及未來發(fā)展趨勢，微碩針對性地推出了四大系列的功率系磁材。

一是普通低損耗材料，如40、44、47系列磁性材料，主要應(yīng)用在消費(fèi)電子領(lǐng)域，如臺式電腦、辦公自動化、家電等領(lǐng)域。

二是寬溫低損耗材料，目前磁芯的溫度范圍是-20℃-160℃，將來可能往-40℃-160℃這樣的寬溫范圍發(fā)展。主要應(yīng)用在一些頻繁啟動或者工作負(fù)荷變化大、工作場所溫度變化大的場合。

微碩開發(fā)出的FP97材就是一種寬溫低損耗磁性材料，它從0℃-140℃都具有超低損耗特性，室溫?fù)p耗水平在230kW/m3，具有更高的效率。FP97材可以用在服務(wù)器上，替代傳統(tǒng)的95、96系列的磁性材料。另外，F(xiàn)P97材在高溫情況下也具有超低損耗，可以用到充電樁和車載充電機(jī)上面，應(yīng)用領(lǐng)域?qū)挿骸?/p>

目前來講，F(xiàn)P97材可以說是行業(yè)中最高性能的寬溫低損耗材料。針對服務(wù)器的 312 XD、普通消費(fèi)電子312 X和汽車充電樁的 PG 312 XL 這三種磁性材料，F(xiàn)P97材能夠把這個三種磁性材料對應(yīng)的最優(yōu)異的性能結(jié)合起來，可以完全替代這三種磁性材料。

目前，PC97材處于市場推廣樣品的階段，一期的樣品已經(jīng)得到了客戶的測試通過，正處于產(chǎn)能提升的階段。

▲微碩各種型號的磁芯 供圖：微碩

三是高頻低損耗材料，此類功率系磁材工作頻率在可高達(dá)3MHz甚至更高。提升功率密度有兩個途徑，一個是提升磁性材料的工作頻率，另一個是提升磁性材料的飽和磁通密度。但是現(xiàn)在飽和磁通密度接近磁性材料的理論極限，因此提升有限，如果要提升功率密度，最主要的手段要提升工作頻率，這就要求磁性材料在高頻下具有低的損耗。在既要提升工作頻率，又要讓磁性材料在工作頻率下加載比較大的磁通密度的時候，還有低損耗，概括起來就是功率系磁材要在高頻大磁場下具有低損耗特性。

為此，微碩開發(fā)出PG352寬頻低損耗磁性材料，它在100kHz-300kHz的頻率下具有低損耗特性。

而FP53高頻低損耗材料在高頻大磁場(1MHz、50mT;3MHz、30mT)下具有更低的損耗(70kw/m3、200kw/m3)。相比傳統(tǒng)的高頻材料，它的功率密度更高，磁通密度更大，而且在高頻大磁場的條件下，它有更低的損耗，所以又可以替代傳統(tǒng)的PC50材料，工作頻率可以達(dá)500kHz-3MHz。

為了進(jìn)一步提升磁芯的功率密度，又隨著開關(guān)頻率的提升，就需要用到更頻率的高頻低損耗的鐵氧體材料。

四是高(寬)溫高Bs材料，這類磁性材料主要是寬溫或者是高溫下Bs高，抗飽和能力強(qiáng)。應(yīng)用在大磁場的場合，像扼流圈、功率矯正電感等這些有大電流、大磁場的負(fù)荷的情況下，磁芯要不飽和才不會失效。為了進(jìn)一步提升磁芯的功率密度，又隨著開關(guān)頻率的提升，匹配開關(guān)頻率提升就需要用高頻低損耗的鐵氧體材料。

為此，微碩開發(fā)出FP91高溫高Bs材料，相比于普通的PC90材，Bs得到進(jìn)一步提升，可耐更大的電流，加載更高的磁通密度。

此外，相比于傳統(tǒng)的95材料，F(xiàn)P95B寬溫高Bs低損耗材料具有更高的Bs，可加載更高的工作磁通密度;相比于傳統(tǒng)的90材料，具有更好的寬溫低損耗特性，應(yīng)用環(huán)境溫度更寬。

03 針對兩大技術(shù)難點(diǎn)，推出四種克服手段

當(dāng)磁性材料開發(fā)出來以后，第二步是往生產(chǎn)線移植，生產(chǎn)過程中的難點(diǎn)在于配方的精準(zhǔn)性和預(yù)燒、燒結(jié)工藝控制的精準(zhǔn)性、穩(wěn)定性。對此，微碩通過硬件保障、工藝改善、標(biāo)準(zhǔn)精細(xì)化、生產(chǎn)嚴(yán)格執(zhí)行四步來克服技術(shù)難點(diǎn)。

硬件保障方面，采用高精度的X-ray熒光分析儀來矯正配方來保證配方的精準(zhǔn)性。

工藝改善方面，匹配高性能磁性材料的要求。比如低溫?zé)Y(jié)，一些高性能的磁性材料要用鐘罩爐來燒結(jié)，鐘罩爐的溫度、氣氛采取電腦自動控制的方式，保證控制的精準(zhǔn)性。還有對隧道爐進(jìn)行精準(zhǔn)調(diào)節(jié)和管控，在某些位置進(jìn)行硬件的改造，讓它更適合新的磁性材料。

標(biāo)準(zhǔn)精細(xì)化方面，對影響特性的每一個要素(溫度、氣氛、流量、燒結(jié)窯位、燒結(jié)裝載量等等)都進(jìn)行管控。這些要素都是高新磁性材料生產(chǎn)的嚴(yán)苛的環(huán)境要求。

嚴(yán)格執(zhí)行方面，點(diǎn)檢糾偏。如隧道燒結(jié)的時候，每小時要點(diǎn)檢一次，確認(rèn)溫度、氣氛、流量的狀態(tài)，如果發(fā)生了偏移要及時校正。

結(jié)語

功率系磁材廣泛應(yīng)用于消費(fèi)電子、辦公自動化、家電、節(jié)能照明、通信、汽車、新能源、航空航天等領(lǐng)域。

微碩開發(fā)生產(chǎn)的各種型號的功率系磁材在不同應(yīng)用領(lǐng)域都得到了很好的應(yīng)用。據(jù)譚福清介紹，目前微碩的消費(fèi)類電子的客戶占比還是最大的，而新能源汽車和充電樁市場是成長最快的，目前營收已占百分之二三十。未來，隨著AI和通信服務(wù)器的發(fā)展，配套的電感器和電子變壓器也會爆發(fā)式增長。微碩將會隨著市場的變化，動態(tài)地調(diào)整不同磁性材料的生產(chǎn)。

“微碩將不斷更新生產(chǎn)設(shè)備，優(yōu)化工藝，推進(jìn)新材料磁芯量產(chǎn)，3年內(nèi)高階材料的比例提升到70%。持續(xù)加強(qiáng)市場開發(fā)，提升新能源、人工智能用磁芯的市場份額，3年內(nèi)超過自身占比的40%，兩年內(nèi)再擴(kuò)產(chǎn)1萬噸高性能材料和磁芯生產(chǎn)線?！?/p>

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審核編輯 黃宇