針對(duì)功率系磁材發(fā)展的四大方向,微碩推出了對(duì)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(gè)從0到1的過程。一個(gè)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?zèng)Q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(gè)月,長(zhǎng)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(gè)漫長(zhǎng)的過程,生產(chǎn)過程更是要克服萬難。一個(gè)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(shì)
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(chǎng)份額80%以上,主導(dǎo)地位不可動(dòng)搖。
隨著終端市場(chǎng)的發(fā)展,功率系磁材呈現(xiàn)出四大發(fā)展趨勢(shì):
一是更高功率密度(高頻大磁場(chǎng))。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(gè)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(chǎng)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(chǎng)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(huì)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(chǎng)(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(chǎng)、更高的電流。
02 微碩推出四大系列功率系磁材
針對(duì)功率系磁材的主導(dǎo)地位以及未來發(fā)展趨勢(shì),微碩針對(duì)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(tái)式電腦、辦公自動(dòng)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(dòng)或者工作負(fù)荷變化大、工作場(chǎng)所溫度變化大的場(chǎng)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(duì)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(gè)三種磁性材料對(duì)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(chǎng)推廣樣品的階段,一期的樣品已經(jīng)得到了客戶的測(cè)試通過,正處于產(chǎn)能提升的階段。
▲微碩各種型號(hào)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(gè)途徑,一個(gè)是提升磁性材料的工作頻率,另一個(gè)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(shí)候,還有低損耗,概括起來就是功率系磁材要在高頻大磁場(chǎng)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(chǎng)(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(chǎng)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(chǎng)的場(chǎng)合,像扼流圈、功率矯正電感等這些有大電流、大磁場(chǎng)的負(fù)荷的情況下,磁芯要不飽和才不會(huì)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(duì)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(duì)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(dòng)控制的方式,保證控制的精準(zhǔn)性。還有對(duì)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(duì)影響特性的每一個(gè)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(shí)候,每小時(shí)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(shí)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(dòng)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(hào)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(chǎng)是成長(zhǎng)最快的,目前營(yíng)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(huì)爆發(fā)式增長(zhǎng)。微碩將會(huì)隨著市場(chǎng)的變化,動(dòng)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(chǎng)開發(fā),提升新能源、人工智能用磁芯的市場(chǎng)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
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