磁性元件材料.ppt

,磁性元件 原材料介紹,曾海峰 2012.06.08,磁性元件原材料介紹,磁性元件原材料介紹-骨架,一、骨架形狀,從功能上分為三類: BOBBIN：用于線圈的繞制載體，并使線圈與磁芯之間絕緣的一類材料。 BASE：用于固定線圈，并對引線進(jìn)行定位，方便其安裝在線路板上的一類材料。有可帶PIN或不帶PIN兩種。 CASE：用于固定、保護(hù)和隔離線圈，并對引線進(jìn)行定位，方便其安裝在線路板上。多用于線圈灌封。,二、骨架主要尺寸,磁性元件原材料介紹-骨架,A長度/ B高度/ C寬度：影響產(chǎn)品長度，與安裝有關(guān)； D腳長：與安裝有關(guān)（立式：底部磁芯；臥式：線包腹部比骨架定位板高，則需按實(shí)際情況確定針腳長度） E腳距：應(yīng)該根據(jù)安規(guī)距離要求、掛線大?。ǘ搪?、連錫）來選擇合適腳距； F排距：應(yīng)該根據(jù)安規(guī)距離要求選擇合適排距；插針式骨架繞線后，烘烤后等工序會(huì)影響該尺寸，應(yīng)按實(shí)際情況定義排距中心值和公差； G針徑：要根據(jù)繞組電流大小選擇針徑大小和針腳數(shù)量； H窗口寬度：須與鐵芯配套良好，線包盡量不超出此尺寸（或不超過鐵芯該尺寸）； I繞線幅寬：影響每層繞線匝數(shù)、層數(shù)、繞線方式（均繞、密繞）； J中柱：須與鐵芯配套良好； K窗口高度：須與鐵芯配套良好； L線槽：影響掛線，線槽深度、寬度尺寸不夠還可能導(dǎo)致產(chǎn)品尺寸超規(guī)格；線槽數(shù)量不夠可能導(dǎo)致短路、多穿套管等； M擋板高度：影響安規(guī)距離； N定位板高度：影響安規(guī)距離；骨架定位板盡量滿足高過針腳錫點(diǎn)，且不易破裂的；需避免鐵芯（立式骨架）和線包（臥式骨架）凸出定位板底部； O、P、Q壁厚：影響安規(guī)、骨架強(qiáng)度；,磁性元件原材料介紹-骨架,酚醛樹脂：俗稱電木（PHENOLIC），屬于熱固性（Thermoset）材料。 優(yōu)點(diǎn)： 不易變形 耐高溫及高溫焊錫;強(qiáng)度較高 缺點(diǎn)： 較脆容易破損 目前所使用的電木材料有很多，其性能也各不相同，成本也不盡相同。如果：T375J，T375HF、1403G4，PM9820、PM9830、PM9630、AM-113、CPJ-860等等，性能的不同使其所適用的骨架類型不同。,三、骨架常用材質(zhì),磁性元件原材料介紹-骨架,PET：聚丁烯對苯二酸鹽（Polybutylene terephthalate），屬于熱塑性（Thermoplastic）材料。 優(yōu)點(diǎn)： 韌性好，抗振動(dòng) 絕緣好 耐溫155 缺點(diǎn)： 高溫焊錫有一定熔損、變形 成本較高 主要有FR530等，常用于外殼、濾波電感骨架、較大產(chǎn)品骨架等,磁性元件原材料介紹-骨架,PBT:屬于熱塑性(Thermoplastic)材料。 優(yōu)點(diǎn)： 韌性好，抗振動(dòng) 絕緣好 成本低 缺點(diǎn)： 高溫焊錫容易熔損 繞線，烘烤容易變形 主要材質(zhì)有4130,420SEO,4115等等，常用于外殼、濾波電感骨架,磁性元件原材料介紹-骨架,LCP：（Liquid crystal polyester）屬于熱固性材料。 優(yōu)點(diǎn)： 韌性好，強(qiáng)度高、不易破損 絕緣好 耐高溫 缺點(diǎn)： 成本高 多用于驅(qū)動(dòng)背光源之主壓變壓器，如：UI，EE，EPC等多槽型、SMD型骨架。材質(zhì)如：E4008，E4010，E4810等等。,磁性元件原材料介紹-骨架,尼龍（NYLON）：屬于熱塑性(Thermoplastic)材料 優(yōu)點(diǎn)： 韌性好，強(qiáng)度高、不易破損 絕緣好 成本低 缺點(diǎn)： 受熱易熔化 繞線，烘烤易變形 常用材質(zhì)有FR50、70G33L等，尼龍材料通常用來制作繞線要求不是很高的低頻變壓器，或者較為普通的線圈電感，或做外殼等,磁性元件原材料介紹-骨架,四、骨架常用材質(zhì)性能對比,磁性元件原材料介紹-骨架,磁芯主要幾大類: 軟磁鐵氧體類(Ferrite Core) 鐵粉芯(Iron powder) 鐵硅鋁(KooL Mu或Sendust) 鐵硅合金(Fe-Si) 高磁通磁粉芯(Hi-Flux) 鐵鎳鉬磁粉磁(Mpp Core） 非晶態(tài)(Amorphous） 鋼片類 Lamination (SI-STEEL.PERMALLOY),磁性元件原材料介紹磁芯,一、欽磁鐵氧體（FERRITE CORE）： 是按照預(yù)定的配方稱重，把高純、粉狀的氧化物 (如 Fe2O3、Mn3O4、ZnO、NiO、MgO等 ) 混合均勻，再經(jīng)過預(yù)燒、粉碎、造粒，模壓成型為毛坯，在高溫 (12001400)下燒結(jié)，再通過磨削加工而成，從材質(zhì)主要分為: 錳鋅系列(Mn-Zn) 鎳鋅系列(Ni-Zn) 錳鋅常用規(guī)格:EE、EF、EI、ER、ET、UT、UU、T、RM、EP、POT、EPC、EFD、UI等等。 鎳鋅常用規(guī)格：T、R、DR、RH、DRH、RID、RXH等等。,磁性元件原材料介紹磁芯,錳鋅鐵氧體Mn-Zn Ferrite: 具有最低的鐵芯損耗、價(jià)格低廉、可加工性強(qiáng)、可選磁導(dǎo)率多（140018000），缺點(diǎn)是Bs相對較低，易碎；廣泛應(yīng)用于開關(guān)電源變壓器、扼流圈、EMI濾波器，通訊領(lǐng)域?qū)拵?、脈沖變壓器等； 高導(dǎo)系列:3K,5K,7K,10K,12K,15K，R18K(東磁，天通，天銘，玖鑫，深業(yè)五金，冠達(dá)) 功率型系列:同等PC40,PC44,PC50,PC47,PC95等（東磁，天通， 開元，金川，安磁，越峰，西門子，NICERA，TDK，飛磁）,磁性元件原材料介紹磁芯,磁性元件原材料介紹磁芯,E (EE、EF、EI)型:簡單、經(jīng)濟(jì)的形狀；方形截面不易繞制粗線；磁心有效面積較大；磁屏蔽較差。 平面E型(Planar EE、Planar EI):低矮結(jié)構(gòu)；小的漏磁通；寄生特性的重復(fù)性很好；易于裝配；節(jié)省空間；可靠性高；易于散熱。 EFD型:很低的結(jié)構(gòu)高度；很高的傳輸功率密度；包括 SMD骨架在內(nèi)的范圍很全的配件； EP型:立方體設(shè)計(jì)有利于高密度裝配；優(yōu)良的磁屏蔽；多用于通訊領(lǐng)域； ER型:圓形中心柱，相對EE型有更低的平均匝長；邊側(cè)腿帶有圓弧；為獲得更小的尺寸，備有SMD骨架和卡箍；中等的磁屏蔽效果 ETD型： AC/DC 轉(zhuǎn)換器的最佳形狀；傳輸一定功率的最小體積和重量；高效率的安裝部件；中等的磁屏蔽 P(罐)型：優(yōu)良的磁屏蔽；各種材料和尺寸規(guī)格齊全；不易裝配和安裝；引出線困難；用作電源隔離困難； PQ型:圓形實(shí)心中柱及圓的繞線空間；矩形的外部設(shè)計(jì)；磁心對的頂部和底部均為完全平面，與散熱器可有良好的熱接觸；良好的磁屏蔽 RM型:標(biāo)準(zhǔn)化的規(guī)格；配件范圍齊全；易于自動(dòng)化繞線；簡單的安裝系統(tǒng)；有效利用 PCB 面積；較寬的出線槽口；良好的磁屏蔽 U型:簡單、經(jīng)濟(jì)的形狀；可拼接使用于更大的功率；大的尺寸；沒有自屏蔽效果 ET、UT型:簡單、經(jīng)濟(jì)的形狀；主要用來做EMI濾波器； 環(huán)形(Ring)：簡單經(jīng)濟(jì)的形狀；非常低的雜散磁通和漏感；不容易繞線；主要用來做EMI濾波器、驅(qū)動(dòng)變壓器,磁性元件原材料介紹磁芯,損耗測試頻率為100KHz *平均值 *500KHz，50mT,磁性元件原材料介紹磁芯,磁性元件原材料介紹磁芯,鎳鋅鐵氧體Ni-Zn Ferrite: 該系列材料是一種高頻、寬帶鐵氧體材料，具有高電阻率、高阻抗、高磁通密度和低損耗等特點(diǎn)，廣泛用于變壓器、扼流圈、DC-DC變換器和抗EMI等磁芯。常用型式：DR，R，RI，T形等，廠商有豐億、飛晶等。 功率電感、扼流圈、線性線圈、中周變壓器共模電感、噪聲濾波器和電纜濾波選用抗熱沖擊、高直流疊加性能、高Bs的鎳鋅材質(zhì)； 高電壓變壓器、DC-DC轉(zhuǎn)換器、LEC背光源變壓器選用低損耗鎳鋅材質(zhì)； 抗EMI濾波電感選擇材質(zhì)較多，一般選用具有高阻抗、寬頻、高直流疊加的鎳鋅材質(zhì)； 汽車電子、電機(jī)用首選熱性能好、高居里溫度的鎳鋅材質(zhì) ；,磁性元件原材料介紹磁芯,二、鐵粉芯Iron: 鐵粉芯是粉芯材料成本最低的材料，但它是所有粉芯材料中損耗最大的材料；鐵粉芯的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度達(dá)到1.0T以上，鐵粉芯的溫度穩(wěn)定性非常好。鐵粉芯使用頻率范圍寬，可以從幾千赫茲到上百兆赫茲，但低頻下特性良好（100KHz）。 通常通過顏色代碼（Color Code）進(jìn)行材質(zhì)的區(qū)分，其規(guī)格以T*-XX*形式命名。 如：T120-26B中， T表示Toroid，130表示1.3英時(shí)外徑, -26表示材質(zhì)代號（對應(yīng)原色為黃白色） B表示同外徑不同厚度的類型. 供應(yīng)商通常為Micrometals、嘉成、科達(dá)、可達(dá)、東磁等。,磁性元件原材料介紹磁芯,磁性元件原材料介紹磁芯,由于鐵粉芯氣隙含有有機(jī)成份，磁芯的磁滯損耗和渦流損耗也較高，具有熱老化效應(yīng)，長期工作溫度必須限制在125 度以下。鐵粉芯材質(zhì)種類很多，其中-8材價(jià)格最高，-40材價(jià)格最便宜，各材質(zhì)典型應(yīng)用如下：,磁性元件原材料介紹磁芯,典型DC BIAS曲線,磁性元件原材料介紹磁芯,各材質(zhì)典型損耗,損耗單位: mW/cm3,三、鐵硅鋁Sendust: 鋁6%，硅9%，鐵85%組合成 磁導(dǎo)率在14125之間 損耗比鐵粉芯和鐵硅合金低，成本比鐵粉芯稍貴。Sendust 磁芯有非常低的磁滯伸縮系數(shù)，因此，特別適合用于要求低音頻噪聲的場合。Sendust磁芯在交流激勵(lì)下的磁導(dǎo)率或電感量變化最小，在高溫下具有極佳的溫度穩(wěn)定性，同時(shí)，隨著溫度的升高，Sendust的電感量下降，而其他的粉芯材料卻是隨著溫度的升高，電感量增加。 因此，對于需要溫度補(bǔ)償?shù)膱龊峡梢圆捎?Sendust和其他材料的復(fù)合結(jié)構(gòu)。廣泛用于中小功率PFC、儲能電感、逆變電感、在線噪聲濾波器、反激變換器或脈沖變壓器等 供應(yīng)商通常為Magnetics、Arnold、CSC、Dongbu、科達(dá)、東磁鉑科等,磁性元件原材料介紹磁芯,磁性元件原材料介紹磁芯,供應(yīng)商通常為Magnetics、Arnold、CSC、Dongbu、科達(dá)、東磁、鉑科等,磁性元件原材料介紹磁芯,磁性元件原材料介紹磁芯,六、鐵鎳鉬磁粉磁（MPP molypermalloy powder）： 81%鎳，17%鐵，和2%鉬組合成 磁導(dǎo)率在14250之間 在所有粉芯磁芯中，MPP粉芯磁芯具有最小的磁芯損耗和最好的溫度穩(wěn)定性，MPP磁芯具有高電阻系數(shù)、低磁滯低渦流損耗，在高DC磁化或DC偏置條件下，電感穩(wěn)定，具有最寬的磁導(dǎo)率可選范圍，是開關(guān)電源中直流輸出濾波器最佳選擇材料。 主要應(yīng)用于高Q值電感，低損耗濾波器，驅(qū)動(dòng)線圈，射頻（RFI）濾波器，變壓器和電感線圈等等。 供應(yīng)商通常為Magnetics、Arnold、CSC、Dongbu、科達(dá)等,磁性元件原材料介紹磁芯,七、非晶態(tài)(Amorphous): 采用超急冷凝固技術(shù)，使合金凝固時(shí)原子來不及有序排列結(jié)晶，得到的固態(tài)合金是長程無序結(jié)構(gòu)，沒有晶態(tài)合金的晶粒、晶界存在，稱之為非晶合金。這種非晶合金具有優(yōu)異的磁性、耐蝕性、耐磨性、高的強(qiáng)度、硬度和韌性，高的電阻率和機(jī)電耦合性能等,是一種綠色、環(huán)保、高效、節(jié)能的功能材料。 非晶態(tài)分為非晶卷帶（ Amorphous Lamination）和非晶粉末磁芯(Amorphous Powder)兩種. 常用的非晶合金有三種： 鐵基非晶 鈷基非晶 鐵基納米晶,晶態(tài)(原子有序排列),非晶態(tài)(原子無序排列),磁性元件原材料介紹磁芯,鐵基非晶： 成份：鐵、硅、硼、磷 特點(diǎn)：Bs達(dá)到1.5T，具有低損耗、低溫升、熱穩(wěn)定性高等特性，尤其是鐵損只有取向硅鋼片的1/31/5 運(yùn)用：適用頻率范圍20KHz以內(nèi)，廣泛應(yīng)用于配電變壓器、大功率電感、電抗器、逆變器 形狀：C型、環(huán)型、片式,磁性元件原材料介紹磁芯,鈷基非晶： 成份：鈷、硅、硼。 特點(diǎn)：Bs一般在1.0T以內(nèi)，磁導(dǎo)率高，矩磁比高（Br/Bs94%） 運(yùn)用：軍工電源或高端民用電源的尖峰抑制器，磁放大器，電流互感器。 形狀：環(huán)型,磁性元件原材料介紹磁芯,鐵基納米晶（超微晶）： 成份：鐵、硅、硼、銅、鈮。 特點(diǎn)：首先制成非晶帶材然后適當(dāng)退火形成微晶和非晶的混合組織，Bs可達(dá)1.25T，磁導(dǎo)率高。 運(yùn)用：中高頻變壓器、電感，共模電感、尖峰抑制器、電流互感器、磁放大器 形狀：環(huán)型、C型,八、硅鋼片(Si-Steel)： 硅鋼片是含硅量0.54.8%的硅鐵合金軟磁材料. 硅是鋼的良好脫氧劑，它與氧結(jié)合，使氧轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的不為碳還原的SiO2，避免了因氧原子摻雜而使鐵的晶格畸變。硅在鐵中成為固溶體后使電阻率增加，同時(shí)有助于將有害雜質(zhì)碳分離出來。因此，一般含雜質(zhì)的鐵加入硅后能提高磁導(dǎo)率、降低矯頑力和鐵損。但含硅量增加又會(huì)使材料變硬變脆，導(dǎo)熱性和韌性下降，對散和機(jī)械加工不利，所以一般硅鋼片的含硅量不超過4.8。,磁性元件原材料介紹磁芯,硅鋼分類： 熱軋硅鋼片：將Fe-Si合金用平爐或電爐熔融，進(jìn)行反復(fù)熱軋成薄板，最后800-850退火后制成。熱軋硅鋼片可利用率低，損耗大，目前已經(jīng)基本淘汰。 冷軋無取向硅鋼片：其含硅量0.5%-3.0%，經(jīng)冷軋成不同厚度,（多為0.35mm和0.5mm）的鋼帶。冷軋無取向硅鋼的Bs略高于取向硅鋼；與熱軋硅鋼相比，其厚度均勻，尺寸精度高，表面光滑平整，從而提高了填充系數(shù)和材料的磁性能。 冷軋取向硅鋼片：與冷軋無取向硅鋼相比，取向硅鋼的磁性具有強(qiáng)烈的方向性；在易磁化的軋制方向上具有優(yōu)越的高磁導(dǎo)率與低損耗特性。取向鋼帶在軋制方向的鐵損僅為橫向的1/3，磁導(dǎo)率之比為6：1，其鐵損約為熱軋帶的1/2，磁導(dǎo)率為后者的2.5倍。 冷軋硅鋼片又分白片（無煅燒）和黑片（有煅燒，改善結(jié)晶，降低損耗，恢復(fù)磁導(dǎo)率）,形狀：EI型、UI型、C型、T型 材質(zhì): Z7,Z9,Z11,H50,H23,H20,H18,H14(新日鐵) 運(yùn)用：工頻、音頻變壓器，電抗器 硅鋼片的組裝方式有交疊法和對疊法兩種。交疊法是將硅鋼片的開口一對一交替地分布在兩邊，這種疊法比較麻煩，但硅鋼片間隙小，磁阻小，有利於增大磁通，因此電源變壓器都采用這種方法。對疊法常用于通有直流電流的場合，為避免直流電流引起飽和，硅鋼片之間需要留有空隙，因此對疊法將E片與I片各放一邊，兩者之間的空隙可用紙片來調(diào)節(jié)。,Magnetic Materials,10GHz,Frequency,100 Hz,1 kHz,10 kHz,100 kHz,1 MHz,10 MHz,100 MHz,1 GHz,Cost Per Unit Volume,Si Laminations,Iron Powder,Sendust,Hi-Flux,Amorphous,MPP,Nanocrystalline,Ni-Zn Ferrite,Mn-Zn Ferrite,Fe-Si,磁性元件原材料介紹磁芯,磁性元件原材料介紹線材,磁性元件原材料介紹