磁性元件材料

磁性元件原材料介紹曾海峰2012.06.08磁性元件原材料介紹套管絕緣膠帶擋墻膠帶線材骨架磁芯膠帶銅皮磁芯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、保護和隔離線圈，并對引線進行定位，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，烘烤后等工序會影響該尺寸，應(yīng)按實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，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：不易變形耐高溫及高溫焊錫;強度較高缺點：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（Polybutyleneterephthalate），屬于熱塑性（Thermoplastic）材料。優(yōu)點：韌性好，抗振動絕緣好耐溫155℃缺點：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：韌性好，抗振動絕緣好成本低缺點：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：（Liquidcrystalpolyester）屬于熱固性材料。優(yōu)點：韌性好，強度高、不易破損絕緣好耐高溫缺點：成本高多用于驅(qū)動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：韌性好，強度高、不易破損絕緣好成本低缺點：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--骨架材質(zhì)特性NYLONPHENOLICPBTPETLCP機械特性擾曲強度Kg/cm2

12500Mpa1201400-180019001420洛氏硬度1209312091熱學(xué)特性熱變形溫度℃---235205246313融點℃260---225270---耐然性UL94V-0V-0V-0V-0V-0電氣特性電阻率ohm-cm10141013>101610161013絕緣強度Kv/mm1710221840用途低頻變壓器高頻變壓器、SMD型變壓器高頻變壓器、濾波器高頻變壓器、濾波器SMD型變壓器四、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(FerriteCore)鐵粉芯(Ironpowder)鐵硅鋁(KooLMu或Sendust)鐵硅合金(Fe-Si)高磁通磁粉芯(Hi-Flux)鐵鎳鉬磁粉磁(MppCore）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（FERRITECORE）：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(1200℃~1400℃)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-ZnFerrite:

具有最低的鐵芯損耗、價格低廉、可加工性強、可選磁導(dǎo)率多（1400~18000），缺點是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)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(PlanarEE、PlanarEI):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?。粸楂@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:圓形實心中柱及圓的繞線空間；矩形的外部設(shè)計；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)濟的形狀；主要用來做EMI濾波器；環(huán)形(Ring)：簡單經(jīng)濟的形狀；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-ZnFerrite:

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，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)強度達到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（ColorCode）進行材質(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、可達、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材價格最高，-40材價格最便宜，各材質(zhì)典型應(yīng)用如下：

典型應(yīng)用-2-8-14-18-19-26-30-34-35-40-45-52調(diào)光燈電抗器

X

XX

60Hz差模EMI濾波電感

X

XXX直流電感(<50kHz、Buck或Boost)

XXXXXX

直流電感(≥50kHz、Buck或Boost)

XXXX

XXX

XPFC電感(<50kHz)

XXXXX

PFC電感(≥50kHz)XXXXX

XXX

諧振電感(≥50kHz)X

X

磁性元件原材料介紹—磁芯典型DCBIAS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14~125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，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，對于需要溫度補償?shù)膱龊峡梢圆捎肧endust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、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、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（MPPmolypermalloypowder）：81%鎳，17%鐵，和2%鉬組合成磁導(dǎo)率在14~250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、高的強度、硬度和韌性，高的電阻率和機電耦合性能等,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（AmorphousLamination）和非晶粉末磁芯(AmorphousPowder)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：Bs達到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1/3~1/5運用：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：Bs一般在1.0T以內(nèi)，磁導(dǎo)率高，矩磁比高（Br/Bs>94%）運用：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：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1.25T，磁導(dǎo)率高。運用：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0.5~4.8%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。但含硅量增加又會使材料變硬變脆，導(dǎo)熱性和韌性下降，對散和機械加工不利，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)。MagneticMaterials10GHzFrequency100Hz1kHz10kHz100kHz1MHz10MHz100MHz1GHzCostPerUnitVolumeSiLaminationsIronPowderSendustHi-FluxAmorphousMPPNanocrystallineNi-ZnFerriteMn-ZnFerriteFe-Si磁性元件原材料介紹—磁芯常用的幾種鐵芯材料性能比較表類別

特性Mn-ZnFerrite

錳鋅鐵氧體磁芯IronPower

(純)鐵粉芯Sendust

鐵硅鋁磁粉芯Fe-Si

鐵硅磁粉芯Hi-Flux

高磁通磁粉芯MPP

鐵鎳鉬磁粉芯Amorphous

非晶Si-Steel

矽鋼片磁芯材料基本成分錳鋅氧化物和鐵氧化物的陶瓷狀結(jié)合體100%鐵粉85%鐵9%硅6%鋁的合金粉93.5%鐵6.5%硅的合金粉50%鐵和50%鎳的合金粉81%鎳17%鐵2%鉬的合金粉鐵、硅、硼、磷等含硅量0.5％～4.8％的鐵硅合金氣隙形式離散,單獨的氣隙開口分布在磁芯內(nèi)部分布在磁芯內(nèi)部分布在磁芯內(nèi)部分布在磁芯內(nèi)部分布在磁芯內(nèi)部離散,單獨的氣隙開口離散,單獨的氣隙開口氣隙自身構(gòu)成空氣有機和無機粘合劑無機粘合劑無機粘合劑無機粘合劑無機粘合劑空氣空氣Bs3000~500010000100001600015000700015000

12500(納米)

5500(鈷基)20000初始磁導(dǎo)率24003~10014~16026，40，6014~16014~5505000

80000(納米晶)

100000(鈷基)1500居里溫度220℃750℃600℃700500℃400℃400740最大工作溫度130~200℃75~130℃130~200℃130~200℃130~200℃130~200℃130~220℃130~220℃磁芯損耗mW/cm3

25KHz,1000Gs14

LOWEST650(75ui)

HIGH150(60ui)

LOW250(60ui)

MEDIUM150(60ui)

LOW90(60ui)

LOWER120

LOW/

HIGHDCBIASPOORMEDIUMGOODBESTBESTBETTERBETTERBETTER溫度穩(wěn)定性POORBETTERGOODMEDIUMBETTERBESTBESTBETTER相對價格水平中等低中等中等昂貴昂貴貴低鐵芯形狀多種環(huán)形、EX型環(huán)形、EX型環(huán)形、I型環(huán)形、EX型環(huán)形、EX型環(huán)形、CD型EI,CD,環(huán)型磁性元件原材料介紹—線材自粘聚氨基甲酸酯漆包線絲包線絞線線材聚氨基甲酸酯漆包線聚酯漆包線漆包線(0、1、2、3四種不同漆膜厚度)絕緣線PVC線電鍍銅線磁性元件原材料介紹—線材磁性元件原材料介紹—線材品種型號溫度等級特點用途聚氨基甲酸酯漆包線QA、UEW130℃155℃180℃直焊性，焊錫前無需先脫漆膜。耐拉伸、耐彎折。電子變壓器、電感線圈、繼電器、微電機及其他電子儀表繞組尼龍復(fù)合聚氨基甲酸酯漆包線QA、UEW130℃155℃180℃除具備聚氨基甲酸酯漆包線特性外，還具有表面磨擦系數(shù)小、耐磨性佳等特點，適合于高速繞線場合。電子變壓器、電感線圈、繼電器、微電機及其他電子儀表繞組聚酯漆包線QZ、PEW130℃155℃180℃具有較好的機械特性及耐化學(xué)特性。并且具有很好的耐溫特性（溫度等級155℃以上產(chǎn)品）馬達繞組、鎮(zhèn)流器、大型變壓器等、扼流圈等。尼龍復(fù)合聚酯漆包線QZ、PEW130℃155℃180℃除具備聚酯漆包線特性外，還具有表面磨擦系數(shù)小、耐磨性佳等特點，適合于高速繞線場合。馬達繞組、鎮(zhèn)流器、大型變壓器等、扼流圈等。磁性元件原材料介紹—線材品種型號溫度等級特點用途聚亞胺聚酰胺漆包線HAIAIW200℃220℃優(yōu)異的機械特性及耐化學(xué)，耐溫特性特殊馬達、電動工具、點火線圈等直焊型聚酯亞胺漆包線QZYH、SEIW180℃具備180℃級聚酯漆包線特性，還具備直焊性。適用于高溫度等級變壓器及線圈。醇溶自粘漆包線SBUEW-YSBUEW155-YSEUEW180-Y130℃155℃180℃具有醇溶特性，在乙醇浸泡下自粘層溶化，乙醇揮發(fā)后即固化，使線圈成型。音圈、蜂鳴器、揚聲器、光驅(qū)線圈等熱熔自粘漆包線SBUEWSBUEW155SEUEW180130℃155℃180℃具有熱溶特性，在電熱或熱風(fēng)下自粘層溶化使線圈成型。適用于繞制各類線圈。品種型號溫度等級特點用途絞線LITZ130℃155℃180℃將UEW線絞合而成。具很好高頻特性，可降低線間匝間分布電容以及降低集膚效應(yīng)。高頻線圈、高頻變壓器等。絲包線USTC130℃155℃180℃為UEW線加人造纖維絲包制而成，可降低層間分布電容，提高絕緣性，以及降低集膚效應(yīng)等。適用于天線線圈，及其他高頻大電流線圈、高頻變壓器等。絕緣線FSX-FWX-TEX-TEX-ELZ130℃/155℃具很好的耐高壓特性，可直焊。但不耐彎折。小型安規(guī)高頻變壓器、電感線圈。PVC線UL1007UL1015UL1617UL1332UL3321…85℃/300V105℃/600V105℃/600V200℃/300V150℃/300V外層覆蓋PVC、FEP皮，具很好的絕緣性。低頻變壓器、消磁線圈、以及其他設(shè)備等引線用磁性元件原材料介紹—線材漆包線主要檢測指標(biāo)：針孔可繞性密著性耐熱沖擊性伸長率耐磨性耐腐蝕