從0到1 微碩開發出一系列高性能功率系磁材

針對功率系磁材發展的四大方向，微碩推出了對應的四大系列的磁性材料，適用于多種終端產品。

“磁性材料的開發是一個從0到1的過程。一個高性能磁性材料的誕生首先是在實驗室里進行配方的開發。配方和添加劑的開發就要做很多的搭配實驗，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工藝和研磨工藝，從而發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副總經理譚福清的分享，他說，磁性材料的開發短則兩三個月，長的要兩三年，一般在一年左右。

其實，磁性材料的開發不僅是一個漫長的過程，生產過程更是要克服萬難。一個高性能磁性材料是高端技術和制造業高質量發展的基石，而功率系磁材一直是磁性材料產業中的主流。

01 功率系磁材呈現四大發展趨勢

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

隨著終端市場的發展，功率系磁材呈現出四大發展趨勢：

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展。

二是更寬的適用環境(寬溫低損耗)。要拓寬磁性材料的應用環境，讓磁性材料具有更好的環境適應性，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在的電源和電感的設計越來越片式化，往往表現出來就是匝數少、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地位以及未來發展趨勢，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，主要應用在消費電子領域，如臺式電腦、辦公自動化、家電等領域。

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℃這樣的寬溫范圍發展。主要應用在一些頻繁啟動或者工作負荷變化大、工作場所溫度變化大的場合。

微碩開發出的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，室溫損耗水平在230kW/m3，具有更高的效率。FP97材可以用在服務器上，替代傳統的95、96系列的磁性材料。另外，FP97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上面，應用領域寬泛。

目前來講，FP97材可以說是行業中最高性能的寬溫低損耗材料。針對服務器的 312 XD、普通消費電子312 X和汽車充電樁的 PG 312 XL 這三種磁性材料，FP97材能夠把這個三種磁性材料對應的最優異的性能結合起來，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，一期的樣品已經得到了客戶的測試通過，正處于產能提升的階段。

▲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的PC50材料，工作頻率可以達500kHz-3MHz。

為了進一步提升磁芯的功率密度，又隨著開關頻率的提升，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。應用在大磁場的場合，像扼流圈、功率矯正電感等這些有大電流、大磁場的負荷的情況下，磁芯要不飽和才不會失效。為了進一步提升磁芯的功率密度，又隨著開關頻率的提升，匹配開關頻率提升就需要用高頻低損耗的鐵氧體材料。

為此，微碩開發出FP91高溫高Bs材料，相比于普通的PC90材，Bs得到進一步提升，可耐更大的電流，加載更高的磁通密度。

此外，相比于傳統的95材料，FP95B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;相比于傳統的90材料，具有更好的寬溫低損耗特性，應用環境溫度更寬。

03 針對兩大技術難點，推出四種克服手段

當磁性材料開發出來以后，第二步是往生產線移植，生產過程中的難點在于配方的精準性和預燒、燒結工藝控制的精準性、穩定性。對此，微碩通過硬件保障、工藝改善、標準精細化、生產嚴格執行四步來克服技術難點。

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性。

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

標準精細化方面，對影響特性的每一個要素(溫度、氣氛、流量、燒結窯位、燒結裝載量等等)都進行管控。這些要素都是高新磁性材料生產的嚴苛的環境要求。

嚴格執行方面，點檢糾偏。如隧道燒結的時候，每小時要點檢一次，確認溫度、氣氛、流量的狀態，如果發生了偏移要及時校正。

結語

功率系磁材廣泛應用于消費電子、辦公自動化、家電、節能照明、通信、汽車、新能源、航空航天等領域。

微碩開發生產的各種型號的功率系磁材在不同應用領域都得到了很好的應用。據譚福清介紹，目前微碩的消費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和通信服務器的發展，配套的電感器和電子變壓器也會爆發式增長。微碩將會隨著市場的變化，動態地調整不同磁性材料的生產。

“微碩將不斷更新生產設備，優化工藝，推進新材料磁芯量產，3年內高階材料的比例提升到70%。持續加強市場開發，提升新能源、人工智能用磁芯的市場份額，3年內超過自身占比的40%，兩年內再擴產1萬噸高性能材料和磁芯生產線?！?/p>

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審核編輯 黃宇