隨著21世紀(jì)信息技術(shù)和電子產(chǎn)品數(shù)字化的發(fā)展，對(duì)軟磁鐵氧體和元件提出了新的要求，如器件的小型化、片式化、高頻化、高性能、低損耗等。在今后10年內(nèi)，重點(diǎn)要發(fā)展高頻低功耗、高磁導(dǎo)率材料和片式化的表面貼裝軟磁元件，在非晶軟磁金屬和磁記錄材料方面，發(fā)展納米材料。21世紀(jì)是高檔產(chǎn)品發(fā)展時(shí)期，而中低檔產(chǎn)品相對(duì)逐漸萎縮，如不迎頭趕上，中國(guó)的磁性材料及不品將會(huì)推動(dòng)市場(chǎng)。根據(jù)今后世界工業(yè)的發(fā)展，我們分析21世紀(jì)軟磁鐵氧體材料和元件的發(fā)展趨勢(shì)。

 

    軟磁鐵氧體材料

 

    軟磁鐵氧體材料已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于民用和工業(yè)領(lǐng)域，隨著近年來(lái)信息技術(shù)和新型綠色照明發(fā)展的要求，材料進(jìn)一步向高頻、高磁導(dǎo)率和低損耗發(fā)展，也就是兩高一低方向發(fā)展。器件向小型化、片式化和表面貼裝化發(fā)展，也就是三化方向發(fā)展：

 

    （1）向高頻率發(fā)展。

 

    軟磁鐵氧體是電源變壓器中使用比較早的軟磁材料，隨著開(kāi)關(guān)電源工作頻率越來(lái)越高，相應(yīng)的材料一代接一代的開(kāi)發(fā)出來(lái)。七十年代初，為適應(yīng)開(kāi)關(guān)電源市場(chǎng)的需要，開(kāi)發(fā)出第一代功率鐵氧體材料，如TDK的H35。這種材料由于其功耗大，只適用于工作頻率在20kHz左右的民用開(kāi)關(guān)電源。八十年代初，第二代功率鐵氧體材料問(wèn)世，如YDK的H7C1（PC30），這種材料具有負(fù)溫度系數(shù)功耗，隨著溫度升高，功耗呈下降趨勢(shì)，適用的工作頻率為100kHz左右。八十年代后期，為適應(yīng)高頻開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展，開(kāi)發(fā)出第三代功率鐵氧體材料，如TDK的PC40材料，其工作頻率為250kHz左右，這類(lèi)材料特別適用于工作頻率為數(shù)百千赫的開(kāi)關(guān)電源，現(xiàn)在被廣泛應(yīng)用于工業(yè)類(lèi)的開(kāi)關(guān)電源中。進(jìn)入九十年代中期，由于信息技術(shù)對(duì)器件小型化、片式化的要求，第四代功率鐵氧體材料已開(kāi)發(fā)成功，如TDK的PC50牌號(hào)材料。這種材料的工作頻率可達(dá)500kHz以上，進(jìn)一步為開(kāi)關(guān)電源的輕、小、薄作出貢獻(xiàn)，是今后軟磁鐵氧體的發(fā)展方向。

 

    我國(guó)新發(fā)布的“軟磁鐵氧體材料分類(lèi)”行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，把功率鐵氧體材料分為PW1-PW5五類(lèi)，其適用工作頻率也逐步提高。如適用頻率為15-100kHz 的PW1材料；適用頻率為25-200kHz的PW2材料；適用頻率為100-300kHz的PW3材料；適用頻率為300kHz-1MHz的PW4材料；適用頻率為1-3MHz的PW5材料。目前，國(guó)內(nèi)的企業(yè)已能生產(chǎn)相當(dāng)于PW1-PW3材料，PW4材料只有在部分企業(yè)小批量試生產(chǎn)，PW5材料有待于進(jìn)一步開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)。

 

    （2）向高磁導(dǎo)率發(fā)展

 

    由于信息產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，傳統(tǒng)的普通軟磁鐵氧體已經(jīng)不能滿(mǎn)足新興的信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的要求，高磁導(dǎo)率材料成為許多新興的IT技術(shù)不可缺少的組成部份。另外，電子技術(shù)應(yīng)用的日益廣泛，特別是數(shù)字電路和開(kāi)關(guān)電源應(yīng)用的普及，電磁干擾問(wèn)題日趨嚴(yán)重。高磁導(dǎo)率軟磁鐵氧體磁芯能有效地吸收電磁干擾信號(hào)，以達(dá)到抗電磁場(chǎng)干擾的目的。隨著電子產(chǎn)品向高頻、高速、高組裝密度發(fā)展，以各種電子、電力線(xiàn)路中必須采用EMI磁芯，才能滿(mǎn)足抗電磁干擾和電磁兼容的要求。高磁導(dǎo)率軟磁鐵氧體主要特性是磁導(dǎo)率特別高，一般要求在1000以上，從而可以大大地縮小磁芯體積，并且希望提高工作頻率。現(xiàn)在，TDK在過(guò)去生產(chǎn)的H5C2（μi>10000）的基礎(chǔ)上，又先后開(kāi)發(fā)生產(chǎn)H5C3(μi>13000)、H5D（μi>15000）和H5E（μi>18000）等毓的高磁導(dǎo)率材料。目前我國(guó)較多企業(yè)能大批量生產(chǎn)磁導(dǎo)率在5000-7000的材料，有部分企業(yè)能生產(chǎn)10000的材料，但大于1000的材料還尚處于開(kāi)發(fā)試制的階段。同時(shí)，高磁導(dǎo)率磁芯的表面質(zhì)量必須很好，必須涂覆一層均勻、致密、絕緣的有機(jī)涂層，這是國(guó)內(nèi)產(chǎn)品的一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)。

 

    （3）向低損耗發(fā)展

 

    為了滿(mǎn)足高清晰度電視和計(jì)算機(jī)顯示器回掃變壓器的發(fā)展要求，以及電子變壓器向小型化、高頻化、低損耗發(fā)展，低損耗軟磁鐵氧體材料的發(fā)展顯得十分重要。TDK在九十年代初中期相應(yīng)地推出用于制作回歸變壓器的HV22和HV38低功耗材料和用于開(kāi)關(guān)電源的PC44高頻低功耗材料。我國(guó)這方面材料的開(kāi)發(fā)生主還有較大的差距。

 

    軟磁鐵氧體產(chǎn)品

 

    （1）電感、線(xiàn)圈趨向小型化、片式化。

 

    電感器是片式化較為迅速的電元件之一，全球市場(chǎng)對(duì)片式電感器的需求在不斷增長(zhǎng)；尤其是移動(dòng)通訊的發(fā)展速度驚人，要求大量的電磁兼容磁芯，如高頻段的防寄生振蕩用磁芯、混頻器用的磁芯、濾波器磁芯、耦合線(xiàn)圈用磁芯，以及各種片式電感等。目前，移動(dòng)能訊用的片式電感、線(xiàn)圈磁芯，市場(chǎng)缺口約有三分之一。

 

    在片式電感器中，疊層型片式電感器現(xiàn)在居主流地位，其尺寸已由原來(lái)的3216（3.2X1.6mm）縮小到目前主流產(chǎn)品1005（1.0X0.5mm），這類(lèi)超小型電感器廣泛應(yīng)用于通訊和抗電磁干擾（EMI）及電磁兼容（EMC）設(shè)備。在低檔應(yīng)用領(lǐng)域，片式電感器可能被片式磁珠取代，所以，制造商已開(kāi)始生產(chǎn)集成有電容器的薄膜片式電感器。如為了避免開(kāi)關(guān)電源的開(kāi)關(guān)噪聲污染電源網(wǎng)絡(luò)，在電源輸入端均設(shè)置鐵氧體輸入濾波器。因?yàn)殚_(kāi)關(guān)噪聲是共模信號(hào)，所以可采用電流補(bǔ)償原理一避免磁芯飽和，即在磁民間上繞制兩組匝數(shù)相等的反接串聯(lián)的線(xiàn)圈，使負(fù)載電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)抵消，從而使共模信號(hào)被電感阻抗所阻斷。這類(lèi)濾波器被廣泛應(yīng)用于使用高頻開(kāi)關(guān)電源的計(jì)算機(jī)、程控交換機(jī)、電源整流器等領(lǐng)域。

 

    片式電感器現(xiàn)在正向著高頻多層款式方向發(fā)展，如在60GHz頻率下的高頻多層片式電感器。同時(shí)，制造商也在提高產(chǎn)品的電感量，如低頻片式電感受器的電感受量由33mH提高到220mH；高頻片式電感受器電感量從180nH提高到470nH。

 

    （2）電子變壓器主要向小型、輕量、高效和表面安裝技術(shù)發(fā)展。

 

    由于微電子技術(shù)的發(fā)展，電子設(shè)備的體積和重量大大減少；因此，要求電子變壓器也要相應(yīng)地減小體積和重量。開(kāi)關(guān)電源，即電源采用電網(wǎng)直接整流，自從七十年代初起將直流變換器的開(kāi)關(guān)變壓器的頻率提高到20kHz，從而取代了笨重的50Hz整流變壓器。這革命性的技術(shù)發(fā)展，使電子變壓器的體積可減小3-5倍左右，重量可減輕3倍。50Hz電感式霓虹燈變壓器改用電子工霓虹燈高頻變壓器后，體積約減小1-2倍，重量約減輕4倍；更重要的是符合綠色照明工程節(jié)能要求。隨著高頻低損耗的軟磁鐵氧體出現(xiàn)，開(kāi)關(guān)電源的開(kāi)關(guān)頻率已從20kHz提高到10MHz左右，使電子變壓器的和重量還可進(jìn)一步減小。所以，電子變壓器的高頻化是電子設(shè)備小型化和輕量化的必然發(fā)展趨勢(shì)。對(duì)軟頭緒鐵氧體來(lái)說(shuō)，必須解決頻率在500kHz以上時(shí)具有較小的功率損耗。

 

    當(dāng)電子變壓器微型化時(shí)，通常采用表面貼裝技術(shù)，電子變壓器的繞組休用層疊式印刷導(dǎo)體，軟磁鐵氧體磁芯設(shè)計(jì)成低高度和薄膜化磁性元件。在電信設(shè)備和數(shù)字網(wǎng)絡(luò)中，為了使傳輸?shù)哪�擬信號(hào)或數(shù)字脈沖信號(hào)無(wú)明顯的失真，要求使用的寬帶脈沖信號(hào)變壓器。低功率寬帶變壓器的頻寬與磁導(dǎo)率成正比，因此高磁導(dǎo)率軟磁鐵氧體被廣泛用于寬帶脈沖變壓器。隨著數(shù)字電子設(shè)備集成化程度的提高，脈沖變壓器已成為印刷電路板上的最大的功能元件，將成為今后主要的發(fā)展方向之一。

 

    近年來(lái)，移動(dòng)電話(huà)、筆記本電腦和數(shù)字儀表的發(fā)展，使場(chǎng)致發(fā)光DC/DC電源變壓器成為一大新趨勢(shì)。微型電池的直流電壓器將交變電壓升至一定值以后，加到以場(chǎng)發(fā)光片組成的平行板電容器上，使發(fā)光片發(fā)光。 程控交換機(jī)中的話(huà)頻變壓器是目前國(guó)內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)最多的EP13高磁導(dǎo)率磁芯，今后的變壓器將采用尺寸列小的EP10磁芯，需進(jìn)一步提高材料的磁導(dǎo)率。

 

    今后，高清晰度電視和高頻顯示器用的回掃變壓器將成為廠商的重點(diǎn)開(kāi)發(fā)產(chǎn)品，雙聚焦回掃變壓器、多層回掃變壓器將更為流行。今后，R型鐵氧體磁芯將進(jìn)一步取代EI型磁芯。

 

    結(jié) 論

 

    21世紀(jì)的來(lái)臨，由于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)發(fā)展變化，各種電子設(shè)備朝著高性能發(fā)展，對(duì)配套元器件的性能提出更高要求。希望軟磁功率鐵氧體材料能生產(chǎn)相當(dāng)TDK公司的FC40、PC44和PC50材料，高磁導(dǎo)率材料要求生產(chǎn)磁導(dǎo)率在10000-15000材料。軟磁鐵氧體電感和變壓器，進(jìn)一步向小型化、片式化和薄膜集成化模塊發(fā)展，以滿(mǎn)足日新月異的信息技術(shù)發(fā)展需要。

 

    總之，21世紀(jì)磁性產(chǎn)品的市場(chǎng)將發(fā)生質(zhì)的變化，將以高檔材料為主。中國(guó)加入WTO以后，市場(chǎng)將無(wú)國(guó)界之分，我們必須加強(qiáng)科技創(chuàng)新，加強(qiáng)技術(shù)改造，加強(qiáng)企業(yè)管理，調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和提高檔次，迎接新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。相信，我國(guó)磁性材料工業(yè)在實(shí)現(xiàn)上述三個(gè)加強(qiáng)以后，將不僅是磁性材料工業(yè)生產(chǎn)大國(guó)，而將成為高性能磁性材料生產(chǎn)強(qiáng)國(guó)。