磁性元件材料.ppt

,磁性元件 原材料介绍,曾海峰 2012.06.08,磁性元件原材料介绍,磁性元件原材料介绍-骨架,一、骨架形状,从功能上分为三类: BOBBIN：用于线圈的绕制载体，并使线圈与磁芯之间绝缘的一类材料。 BASE：用于固定线圈，并对引线进行定位，方便其安装在线路板上的一类材料。有可带PIN或不带PIN两种。 CASE：用于固定、保护和隔离线圈，并对引线进行定位，方便其安装在线路板上。多用于线圈灌封。,二、骨架主要尺寸,磁性元件原材料介绍-骨架,A长度/ B高度/ C宽度：影响产品长度，与安装有关； D脚长：与安装有关（立式：底部磁芯；卧式：线包腹部比骨架定位板高，则需按实际情况确定针脚长度） E脚距：应该根据安规距离要求、挂线大小（短路、连锡）来选择合适脚距； F排距：应该根据安规距离要求选择合适排距；插针式骨架绕线后，烘烤后等工序会影响该尺寸，应按实际情况定义排距中心值和公差； G针径：要根据绕组电流大小选择针径大小和针脚数量； H窗口宽度：须与铁芯配套良好，线包尽量不超出此尺寸（或不超过铁芯该尺寸）； I绕线幅宽：影响每层绕线匝数、层数、绕线方式（均绕、密绕）； J中柱：须与铁芯配套良好； K窗口高度：须与铁芯配套良好； L线槽：影响挂线，线槽深度、宽度尺寸不够还可能导致产品尺寸超规格；线槽数量不够可能导致短路、多穿套管等； M挡板高度：影响安规距离； N定位板高度：影响安规距离；骨架定位板尽量满足高过针脚锡点，且不易破裂的；需避免铁芯（立式骨架）和线包（卧式骨架）凸出定位板底部； O、P、Q壁厚：影响安规、骨架强度；,磁性元件原材料介绍-骨架,酚醛树脂：俗称电木（PHENOLIC），属于热固性（Thermoset）材料。 优点： 不易变形 耐高温及高温焊锡;强度较高 缺点： 较脆容易破损 目前所使用的电木材料有很多，其性能也各不相同，成本也不尽相同。如果：T375J，T375HF、1403G4，PM9820、PM9830、PM9630、AM-113、CPJ-860等等，性能的不同使其所适用的骨架类型不同。,三、骨架常用材质,磁性元件原材料介绍-骨架,PET：聚丁烯对苯二酸盐（Polybutylene terephthalate），属于热塑性（Thermoplastic）材料。 优点： 韧性好，抗振动 绝缘好 耐温155 缺点： 高温焊锡有一定熔损、变形 成本较高 主要有FR530等，常用于外壳、滤波电感骨架、较大产品骨架等,磁性元件原材料介绍-骨架,PBT:属于热塑性(Thermoplastic)材料。 优点： 韧性好，抗振动 绝缘好 成本低 缺点： 高温焊锡容易熔损 绕线，烘烤容易变形 主要材质有4130,420SEO,4115等等，常用于外壳、滤波电感骨架,磁性元件原材料介绍-骨架,LCP：（Liquid crystal polyester）属于热固性材料。 优点： 韧性好，强度高、不易破损 绝缘好 耐高温 缺点： 成本高 多用于驱动背光源之主压变压器，如：UI，EE，EPC等多槽型、SMD型骨架。材质如：E4008，E4010，E4810等等。,磁性元件原材料介绍-骨架,尼龙（NYLON）：属于热塑性(Thermoplastic)材料 优点： 韧性好，强度高、不易破损 绝缘好 成本低 缺点： 受热易熔化 绕线，烘烤易变形 常用材质有FR50、70G33L等，尼龙材料通常用来制作绕线要求不是很高的低频变压器，或者较为普通的线圈电感，或做外壳等,磁性元件原材料介绍-骨架,四、骨架常用材质性能对比,磁性元件原材料介绍-骨架,磁芯主要几大类: 软磁铁氧体类(Ferrite Core) 铁粉芯(Iron powder) 铁硅铝(KooL Mu或Sendust) 铁硅合金(Fe-Si) 高磁通磁粉芯(Hi-Flux) 铁镍钼磁粉磁(Mpp Core） 非晶态(Amorphous） 钢片类 Lamination (SI-STEEL.PERMALLOY),磁性元件原材料介绍磁芯,一、钦磁铁氧体（FERRITE CORE）： 是按照预定的配方称重，把高纯、粉状的氧化物 (如 Fe2O3、Mn3O4、ZnO、NiO、MgO等 ) 混合均匀，再经过预烧、粉碎、造粒，模压成型为毛坯，在高温 (12001400)下烧结，再通过磨削加工而成，从材质主要分为: 锰锌系列(Mn-Zn) 镍锌系列(Ni-Zn) 锰锌常用规格:EE、EF、EI、ER、ET、UT、UU、T、RM、EP、POT、EPC、EFD、UI等等。 镍锌常用规格：T、R、DR、RH、DRH、RID、RXH等等。,磁性元件原材料介绍磁芯,锰锌铁氧体Mn-Zn Ferrite: 具有最低的铁芯损耗、价格低廉、可加工性强、可选磁导率多（140018000），缺点是Bs相对较低，易碎；广泛应用于开关电源变压器、扼流圈、EMI滤波器，通讯领域宽带、脉冲变压器等； 高导系列:3K,5K,7K,10K,12K,15K，R18K(东磁，天通，天铭，玖鑫，深业五金，冠达) 功率型系列:同等PC40,PC44,PC50,PC47,PC95等（东磁，天通， 开元，金川，安磁，越峰，西门子，NICERA，TDK，飞磁）,磁性元件原材料介绍磁芯,磁性元件原材料介绍磁芯,E (EE、EF、EI)型:简单、经济的形状；方形截面不易绕制粗线；磁心有效面积较大；磁屏蔽较差。 平面E型(Planar EE、Planar EI):低矮结构；小的漏磁通；寄生特性的重复性很好；易于装配；节省空间；可靠性高；易于散热。 EFD型:很低的结构高度；很高的传输功率密度；包括 SMD骨架在内的范围很全的配件； EP型:立方体设计有利于高密度装配；优良的磁屏蔽；多用于通讯领域； ER型:圆形中心柱，相对EE型有更低的平均匝长；边侧腿带有圆弧；为获得更小的尺寸，备有SMD骨架和卡箍；中等的磁屏蔽效果 ETD型： AC/DC 转换器的最佳形状；传输一定功率的最小体积和重量；高效率的安装部件；中等的磁屏蔽 P(罐)型：优良的磁屏蔽；各种材料和尺寸规格齐全；不易装配和安装；引出线困难；用作电源隔离困难； PQ型:圆形实心中柱及圆的绕线空间；矩形的外部设计；磁心对的顶部和底部均为完全平面，与散热器可有良好的热接触；良好的磁屏蔽 RM型:标准化的规格；配件范围齐全；易于自动化绕线；简单的安装系统；有效利用 PCB 面积；较宽的出线槽口；良好的磁屏蔽 U型:简单、经济的形状；可拼接使用于更大的功率；大的尺寸；没有自屏蔽效果 ET、UT型:简单、经济的形状；主要用来做EMI滤波器； 环形(Ring)：简单经济的形状；非常低的杂散磁通和漏感；不容易绕线；主要用来做EMI滤波器、驱动变压器,磁性元件原材料介绍磁芯,损耗测试频率为100KHz *平均值 *500KHz，50mT,磁性元件原材料介绍磁芯,磁性元件原材料介绍磁芯,镍锌铁氧体Ni-Zn Ferrite: 该系列材料是一种高频、宽带铁氧体材料，具有高电阻率、高阻抗、高磁通密度和低损耗等特点，广泛用于变压器、扼流圈、DC-DC变换器和抗EMI等磁芯。常用型式：DR，R，RI，T形等，厂商有丰亿、飞晶等。 功率电感、扼流圈、线性线圈、中周变压器共模电感、噪声滤波器和电缆滤波选用抗热冲击、高直流叠加性能、高Bs的镍锌材质； 高电压变压器、DC-DC转换器、LEC背光源变压器选用低损耗镍锌材质； 抗EMI滤波电感选择材质较多，一般选用具有高阻抗、宽频、高直流叠加的镍锌材质； 汽车电子、电机用首选热性能好、高居里温度的镍锌材质 ；,磁性元件原材料介绍磁芯,二、铁粉芯Iron: 铁粉芯是粉芯材料成本最低的材料，但它是所有粉芯材料中损耗最大的材料；铁粉芯的饱和磁感应强度达到1.0T以上，铁粉芯的温度稳定性非常好。铁粉芯使用频率范围宽，可以从几千赫兹到上百兆赫兹，但低频下特性良好（100KHz）。 通常通过颜色代码（Color Code）进行材质的区分，其规格以T*-XX*形式命名。 如：T120-26B中， T表示Toroid，130表示1.3英时外径, -26表示材质代号（对应原色为黄白色） B表示同外径不同厚度的类型. 供应商通常为Micrometals、嘉成、科达、可达、东磁等。,磁性元件原材料介绍磁芯,磁性元件原材料介绍磁芯,由于铁粉芯气隙含有有机成份，磁芯的磁滞损耗和涡流损耗也较高，具有热老化效应，长期工作温度必须限制在125 度以下。铁粉芯材质种类很多，其中-8材价格最高，-40材价格最便宜，各材质典型应用如下：,磁性元件原材料介绍磁芯,典型DC BIAS曲线,磁性元件原材料介绍磁芯,各材质典型损耗,损耗单位: mW/cm3,三、铁硅铝Sendust: 铝6%，硅9%，铁85%组合成 磁导率在14125之间 损耗比铁粉芯和铁硅合金低，成本比铁粉芯稍贵。Sendust 磁芯有非常低的磁滞伸缩系数，因此，特别适合用于要求低音频噪声的场合。Sendust磁芯在交流激励下的磁导率或电感量变化最小，在高温下具有极佳的温度稳定性，同时，随着温度的升高，Sendust的电感量下降，而其他的粉芯材料却是随着温度的升高，电感量增加。 因此，对于需要温度补偿的场合可以采用 Sendust和其他材料的复合结构。广泛用于中小功率PFC、储能电感、逆变电感、在线噪声滤波器、反激变换器或脉冲变压器等 供应商通常为Magnetics、Arnold、CSC、Dongbu、科达、东磁铂科等,磁性元件原材料介绍磁芯,磁性元件原材料介绍磁芯,供应商通常为Magnetics、Arnold、CSC、Dongbu、科达、东磁、铂科等,磁性元件原材料介绍磁芯,磁性元件原材料介绍磁芯,六、铁镍钼磁粉磁（MPP molypermalloy powder）： 81%镍，17%铁，和2%钼组合成 磁导率在14250之间 在所有粉芯磁芯中，MPP粉芯磁芯具有最小的磁芯损耗和最好的温度稳定性，MPP磁芯具有高电阻系数、低磁滞低涡流损耗，在高DC磁化或DC偏置条件下，电感稳定，具有最宽的磁导率可选范围，是开关电源中直流输出滤波器最佳选择材料。 主要应用于高Q值电感，低损耗滤波器，驱动线圈，射频（RFI）滤波器，变压器和电感线圈等等。 供应商通常为Magnetics、Arnold、CSC、Dongbu、科达等,磁性元件原材料介绍磁芯,七、非晶态(Amorphous): 采用超急冷凝固技术，使合金凝固时原子来不及有序排列结晶，得到的固态合金是长程无序结构，没有晶态合金的晶粒、晶界存在，称之为非晶合金。这种非晶合金具有优异的磁性、耐蚀性、耐磨性、高的强度、硬度和韧性，高的电阻率和机电耦合性能等,是一种绿色、环保、高效、节能的功能材料。 非晶态分为非晶卷带（ Amorphous Lamination）和非晶粉末磁芯(Amorphous Powder)两种. 常用的非晶合金有三种： 铁基非晶 钴基非晶 铁基纳米晶,晶态(原子有序排列),非晶态(原子无序排列),磁性元件原材料介绍磁芯,铁基非晶： 成份：铁、硅、硼、磷 特点：Bs达到1.5T，具有低损耗、低温升、热稳定性高等特性，尤其是铁损只有取向硅钢片的1/31/5 运用：适用频率范围20KHz以内，广泛应用于配电变压器、大功率电感、电抗器、逆变器 形状：C型、环型、片式,磁性元件原材料介绍磁芯,钴基非晶： 成份：钴、硅、硼。 特点：Bs一般在1.0T以内，磁导率高，矩磁比高（Br/Bs94%） 运用：军工电源或高端民用电源的尖峰抑制器，磁放大器，电流互感器。 形状：环型,磁性元件原材料介绍磁芯,铁基纳米晶（超微晶）： 成份：铁、硅、硼、铜、铌。 特点：首先制成非晶带材然后适当退火形成微晶和非晶的混合组织，Bs可达1.25T，磁导率高。 运用：中高频变压器、电感，共模电感、尖峰抑制器、电流互感器、磁放大器 形状：环型、C型,八、硅钢片(Si-Steel)： 硅钢片是含硅量0.54.8%的硅铁合金软磁材料. 硅是钢的良好脱氧剂，它与氧结合，使氧转变为稳定的不为碳还原的SiO2，避免了因氧原子掺杂而使铁的晶格畸变。硅在铁中成为固溶体后使电阻率增加，同时有助于将有害杂质碳分离出来。因此，一般含杂质的铁加入硅后能提高磁导率、降低矫顽力和铁损。但含硅量增加又会使材料变硬变脆，导热性和韧性下降，对散和机械加工不利，所以一般硅钢片的含硅量不超过4.8。,磁性元件原材料介绍磁芯,硅钢分类： 热轧硅钢片：将Fe-Si合金用平炉或电炉熔融，进行反复热轧成薄板，最后800-850退火后制成。热轧硅钢片可利用率低，损耗大，目前已经基本淘汰。 冷轧无取向硅钢片：其含硅量0.5%-3.0%，经冷轧成不同厚度,（多为0.35mm和0.5mm）的钢带。冷轧无取向硅钢的Bs略高于取向硅钢；与热轧硅钢相比，其厚度均匀，尺寸精度高，表面光滑平整，从而提高了填充系数和材料的磁性能。 冷轧取向硅钢片：与冷轧无取向硅钢相比，取向硅钢的磁性具有强烈的方向性；在易磁化的轧制方向上具有优越的高磁导率与低损耗特性。取向钢带在轧制方向的铁损仅为横向的1/3，磁导率之比为6：1，其铁损约为热轧带的1/2，磁导率为后者的2.5倍。 冷轧硅钢片又分白片（无煅烧）和黑片（有煅烧，改善结晶，降低损耗，恢复磁导率）,形状：EI型、UI型、C型、T型 材质: Z7,Z9,Z11,H50,H23,H20,H18,H14(新日铁) 运用：工频、音频变压器，电抗器 硅钢片的组裝方式有交叠法和对叠法两种。交叠法是將硅钢片的开口一對一交替地分布在两边，这种叠法比较麻煩，但硅钢片间隙小，磁阻小，有利於增大磁通，因此电源变压器都采用这种方法。对叠法常用于通有直流电流的场合，为避免直流电流引起饱和，硅钢片之间需要留有空隙，因此对叠法将E片与I片各放一边，两者之间的空隙可用纸片來调节。,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,磁性元件原材料介绍磁芯,磁性元件原材料介绍线材,磁性元件原材料介绍