磁性元件材料

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 Polybutyleneterephthalate 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 Liquidcrystalpolyester 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 FerriteCore 铁粉芯 Ironpowder 铁硅铝 KooLMu或Sendust 铁硅合金 Fe Si 高磁通磁粉芯 Hi Flux 铁镍钼磁粉磁 MppCore 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 FERRITECORE 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 1200 1400 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 ZnFerrite 具有最低的铁芯损耗 价格低廉 可加工性强 可选磁导率多 1400 18000 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 PlanarEE PlanarEI 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 ZnFerrite 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 ColorCode 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DCBIAS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14 125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 MPPmolypermalloypowder 81 镍 17 铁 和2 钼组合成磁导率在14 250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 AmorphousLamination 和非晶粉末磁芯 AmorphousPowder 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 3 1 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 Bs 94 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 5 4 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 MagneticMaterials 10GHz Frequency 100Hz 1kHz 10kHz 100kHz 1MHz 10MHz 100MHz 1GHz CostPerUnitVolume SiLaminations IronPowder Sendust Hi Flux Amorphous MPP Nanocrystalline Ni ZnFerrite Mn ZnFerrite 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