磁性材料介绍ppt课件

1、NO. 1, YOU 4TH ROAD, YOUTH INDUSTRIAL DISTRICT,YANG-MEI, TAO-YUAN HSIEN, TAIWAN, R.O.C.TEL: +886-3-4641148 FAX: +886-3-4643565生產二處處長：黃紹雄生產二處處長：黃紹雄hshwungtai-.twhshwungtai-.tw日期日期:2009:2009年年0202月月2020日日 磁性材料介紹磁性材料介紹;.;.目目 錄錄1. 1.前言前言2. 2.磁性材料種類簡介磁性材料種類簡介3. 3.軟磁技術簡介軟磁技術簡介4. 4.軟磁元件未來發展方向軟磁元件未來發展方向5. 5

2、.軟磁相關測試標準軟磁相關測試標準6. 6.軟磁鐵芯製程簡介軟磁鐵芯製程簡介;.前前 言言磁性材料是從民生到高科技產業，從電子產品到醫療技術所依賴的基礎，也與磁性材料是從民生到高科技產業，從電子產品到醫療技術所依賴的基礎，也與我們的日常生活息息相關，涵蓋例如變壓器、磁浮列車、音響、我們的日常生活息息相關，涵蓋例如變壓器、磁浮列車、音響、等產品，到等產品，到二十世紀末期磁性技術突飛猛進，例如超高能量永久磁石二十世紀末期磁性技術突飛猛進，例如超高能量永久磁石( (釹鐵硼釹鐵硼) )、高溫超導、高溫超導、超巨磁電阻、超巨磁電阻、等於十幾年內繽紛登場。因此磁性技術可以說是我國產業升級等於十幾年內繽紛登

3、場。因此磁性技術可以說是我國產業升級不可或缺的憑藉之一不可或缺的憑藉之一! !;.磁性材料之種類磁性材料之種類 硬磁 軟磁 磁記錄 磁光 ;.硬磁材料硬磁材料硬磁材料區分硬磁材料區分： 1. 1.金屬磁石金屬磁石-鋁鎳鈷、鋁鎳鈷、 鐵鉻鈷鐵鉻鈷2. 2.稀土類磁石稀土類磁石釤鈷、釹鐵硼釤鈷、釹鐵硼3. 3.鐵氧磁石鐵氧磁石-鋇系、鍶系鋇系、鍶系4. 4.複合磁石複合磁石-鐵氧、釤鈷鐵氧、釤鈷;.軟磁材料軟磁材料軟磁材料區分軟磁材料區分： 1. 1.金屬系列材料金屬系列材料 - - 電阻係數小，電阻係數小， 低頻使用。低頻使用。2. 2.壓粉系列材料壓粉系列材料 - - 電阻係數小，電阻係數小，

4、 中低頻使用。中低頻使用。3. 3.氧化物系列材料氧化物系列材料- - 電阻係數大，電阻係數大， 中高頻使用。中高頻使用。;.磁記錄材料磁記錄材料磁記錄材料區分磁記錄材料區分： 1. 1.磁性粉末磁性粉末-水平記錄、垂直記錄水平記錄、垂直記錄2. 2.磁性薄膜磁性薄膜-水平磁化膜、垂直磁化膜水平磁化膜、垂直磁化膜;.磁光記錄媒體磁光記錄媒體磁光記錄媒體材料區分磁光記錄媒體材料區分： 1. 1.單晶體材料單晶體材料-以柘榴石系為主以柘榴石系為主2. 2.多晶體材料多晶體材料-以錳鉍系為主以錳鉍系為主3. 3.非晶材料非晶材料-以稀土以稀土- -過渡合金為代表過渡合金為代表;.由由 來來 軟磁鐵芯

5、的發明，始於軟磁鐵芯的發明，始於1919世紀末，研究的人非常少。日本約在世紀末，研究的人非常少。日本約在19321932年，由加藤和武年，由加藤和武井兩位先生在東京工業大學，發明了實用的軟磁鐵芯，因為使用井兩位先生在東京工業大學，發明了實用的軟磁鐵芯，因為使用FerriteFerrite為高周波的為高周波的通信工業沒有多大進步，銷路很有限，研究就中斷，由於通信技術的進步，通信工業沒有多大進步，銷路很有限，研究就中斷，由於通信技術的進步，FerriteFerrite的應用領域被開發，以荷蘭的飛利浦公司為中心，研究有了很大的進步，但是，的應用領域被開發，以荷蘭的飛利浦公司為中心，研究有了很大的進步

6、，但是，TDKTDK隨後在市川設立中央研究所，致力於磁性材料的研究，現在，不但在日本，在隨後在市川設立中央研究所，致力於磁性材料的研究，現在，不但在日本，在世界上也是有名的世界上也是有名的Ferrite Ferrite 製造者。製造者。 ;.技術來源技術來源1.TDK1.TDK材料技術為底材料技術為底, ,自行研發自行研發Mn-Zn,Ni-ZnMn-Zn,Ni-Zn粉末粉末,Bead,Inductor,Bead,Inductor粉末粉末2. 2.工研院工材所合作關係工研院工材所合作關係 19961997 19961997 軟磁鐵芯錳鋅製程技術移轉軟磁鐵芯錳鋅製程技術移轉 19971998 19

7、971998 積層晶片磁珠製程技術提昇輔導積層晶片磁珠製程技術提昇輔導 19981999 19981999 高頻晶片電感製程技術移轉高頻晶片電感製程技術移轉 19992000 19992000 積層晶片電源模組製程技術移轉積層晶片電源模組製程技術移轉 20002001 20002001 積層晶片高導磁率材料配方技術移轉積層晶片高導磁率材料配方技術移轉 20032004 20032004 鎳鋅耐大電流電感材料配方技術移轉鎳鋅耐大電流電感材料配方技術移轉 20042005 20042005 金屬鐵芯材料製程技術移轉金屬鐵芯材料製程技術移轉 20062007 20062007 綠色無鉛晶片材料技術移

8、轉綠色無鉛晶片材料技術移轉;.氧化物材料氧化物材料鐵氧磁體鐵氧磁體(Ferrite) C u-Zn C u-Zn 系系( (銅鋅銅鋅) ) Mg-Zn Mg-Zn 系系( (鎂鋅鎂鋅) ) N i -Zn N i -Zn 系系( (鎳鋅鎳鋅) ) Mn-Zn Mn-Zn 系系( (錳鋅錳鋅) );.Ni-ZnNi-Zn系系( (鎳鋅鎳鋅) ) I、 1000 1000 ：使用於：使用於1 1至至300MHz300MHz之寬頻帶之寬頻帶 變壓器，或濾波器等。變壓器，或濾波器等。 II II、= 500= 500 1000 1000 ：使用於頻率在：使用於頻率在5300MHz5300MHz間之間之

9、 大功率變壓器、偏向軛、濾波器等。大功率變壓器、偏向軛、濾波器等。IIIIII、= 160490 = 160490 ：用於中波到長波段之天線棒，：用於中波到長波段之天線棒， 500kHz5MHz500kHz5MHz之功率變壓器，之功率變壓器， 峰化線圈等。峰化線圈等。IVIV、= 70150 = 70150 ：短波用天線棒，：短波用天線棒，220MHz220MHz之電之電 感，感，230MHz230MHz之功率變壓器等。之功率變壓器等。V V、 = 3565 = 3565 ： 1040MHz1040MHz左右之電感左右之電感VIVI、= 1230 = 1230 ：2060MHz2060MHz左

10、右之電感左右之電感VIIVII、 10 10 ：30MHz30MHz以上之電感以上之電感;.Mn-ZnMn-Zn系系( (錳鋅錳鋅) ) I I、 = 500= 500 2500 2500 ：適用至：適用至200kHz200kHz之電感，最高至之電感，最高至 2MHz2MHz。如天線棒。如天線棒。II II、= 1.5k= 1.5k 10k 10k ：適用於寬頻帶變壓器及低功率脈：適用於寬頻帶變壓器及低功率脈 波變壓器，使用頻率在波變壓器，使用頻率在1MHz1MHz以下。以下。IIIIII、= 1k= 1k 3k 3k ：高功率、高飽和磁束密度之：高功率、高飽和磁束密度之FBT FBT 、 偏

11、向軛及功率變壓器，頻率範圍於偏向軛及功率變壓器，頻率範圍於 100kHz100kHz左右。左右。 ;.軟軟磁材料分類磁材料分類分分類類名名 稱稱材材 料料導導 磁磁 率率Bs(高斯高斯)fmax特特 點點金金屬屬鐵鐵芯芯電磁軟鐵電磁軟鐵(Iron)FHz高導磁率高導磁率高磁束密度高磁束密度低電阻低電阻宜低頻使用宜低頻使用矽鋼矽鋼(Silicon Steel)Si-FHz坡莫合金坡莫合金(Permalloy)Ni-Fe200001600030kHz超級坡莫合金超級坡莫合金(Supermalloy)Ni-Fe100000780030kHz鈷鐵合金

12、鈷鐵合金(Permendur)Co-Fe8002450030kHz非晶質合金非晶質合金(Amorphous)Fe(Ni,Co)100000150001MHz氧氧化化物物鐵鐵芯芯錳鋅系鐵氧體錳鋅系鐵氧體Mn-Zn FerriteMn,Zn,Fe10001800050001MHz低導磁率低導磁率高磁束密度高磁束密度低損失低損失宜中高頻使用宜中高頻使用鎳鋅系鐵氧體鎳鋅系鐵氧體Ni-Zn FerriteNi,Zn,Fe1510003000100MHz銅鎂鋅系鐵氧體銅鎂鋅系鐵氧體Cu-Mg-Zn FerriteCu,Mg,Zn,Fe102000200MHz;.軟軟磁磁鐵氧體鐵氧體的應用的應用頻率頻率(M

13、Hz)鐵氧體種類鐵氧體種類形形 狀狀要求磁特性要求磁特性通信用線圈通信用線圈0.0011錳鋅錳鋅,鎳鋅鎳鋅茶壺形茶壺形低損失低損失,溫度係數溫度係數,安定度安定度天線用線圈天線用線圈0.1300鎳鋅鎳鋅,鎂銅鋅鎂銅鋅圓棒形圓棒形,平板形平板形導磁率導磁率,低損失低損失,安定度安定度通信用變壓器通信用變壓器0.420鎳鋅鎳鋅,鎂銅鋅鎂銅鋅茶壺形茶壺形,E形形高導磁率高導磁率,高飽和磁束密度高飽和磁束密度中週波變壓器中週波變壓器1鎳鋅鎳鋅,鎳銅鋅鎳銅鋅線軸形線軸形,螺絲形螺絲形低損失低損失,安定度安定度,電感值可變電感值可變脈沖變壓器脈沖變壓器0.0010.1錳鋅錳鋅圓環形圓環形,E形形高導磁率高

14、導磁率馳緩式變壓器馳緩式變壓器0.0150.065錳鋅錳鋅U形形低磁損低磁損,高飽和磁束密度高飽和磁束密度交換式變壓器交換式變壓器0.0250.5錳鋅錳鋅E形形,茶壺形茶壺形低磁損低磁損,高飽和磁束密度高飽和磁束密度錄影機磁頭錄影機磁頭0.00110錳鋅錳鋅U形形高密度高密度,高飽和磁束密度高飽和磁束密度電腦用磁頭電腦用磁頭0.00110錳鋅錳鋅,鎳鋅鎳鋅U形形高密度高密度,高飽和磁束密度高飽和磁束密度偏向軛偏向軛0.0150.065錳鋅錳鋅,錳鎂鋅錳鎂鋅喇叭形喇叭形,圓環形圓環形尺寸精度尺寸精度,低磁損低磁損特性特性用途用途;.鐵芯鐵芯的形狀的形狀;.表面粘著元件之電感表面粘著元件之電感SM

15、D電感電感表表 面面 粘粘 著著 元元 件件 ( S M D ) ( S M D ) 之之 電電 感感 有有 三三 種種 型型 態：態：(a) (a) 繞繞 線線 型型，無，無 磁磁 蔽蔽 的的 線線 圈圈(b) (b) 繞繞 線線 型型，有，有 磁磁 蔽蔽 的的 線線 圈圈(c) (c) 積積 層層 型型 線線 圈圈(a)(b)(c);.軟磁元件未來發展方向軟磁元件未來發展方向方方 向向 產產 品品主主 要要 效效 果果 小型化之考量小型化之考量 1. 1.超薄型鐵芯超薄型鐵芯 2. 2.印刷線圈印刷線圈 3.SMD3.SMD變壓器變壓器 4.SMD4.SMD電感器電感器 1. 1.高頻化高

16、頻化 2. 2.薄型化產品薄型化產品 3. 3.高密度高密度 4. 4.低磁漏低磁漏, ,低雜訊低雜訊 高高ii及低損失之及低損失之考量考量 1.i=10k1.i=10k以上之產品以上之產品2. 2.高頻用低損失材料高頻用低損失材料1. 1.高電感量高電感量 2. 2.高頻化高頻化 3. 3.低損失化低損失化4. 4.降低銅損降低銅損, ,增加繞線空間增加繞線空間 EMIEMI之考量之考量 1. 1.封閉型鐵芯封閉型鐵芯( (日字型鐵芯及日字型鐵芯及T-CORET-CORE、口字型、口字型) )2. 2.低磁漏鐵芯低磁漏鐵芯(RM CORE(RM CORE等等) ) 3.SMD3.SMD電感電

17、感4. 4.高導磁合金遮蔽材料高導磁合金遮蔽材料1. 1.降低磁漏降低磁漏2. 2.雜訊濾波雜訊濾波3. 3.磁場遮蔽磁場遮蔽 自動化組立之考自動化組立之考量量 1. 1.印刷線圈印刷線圈2.BOBBIN 2.BOBBIN 之設計之設計3. 3.鐵芯設計鐵芯設計1. 1.提高效率提高效率2. 2.穩定品質穩定品質 ;.相關測試標準相關測試標準類類 號號標標 準準 名名 稱稱C1081氧化鐵製棒狀及板狀鐵心尺度氧化鐵製棒狀及板狀鐵心尺度C1082氧化鐵製氧化鐵製E 型鐵心尺度型鐵心尺度C1083氧化鐵製螺旋形鐵心尺度氧化鐵製螺旋形鐵心尺度C1084氧化鐵製壺形鐵心尺度氧化鐵製壺形鐵心尺度C108

18、5氧化鐵製氧化鐵製U 形鐵心尺度形鐵心尺度C1086氧化鐵製偏向鐵心尺度氧化鐵製偏向鐵心尺度C3174軟磁鐵氧體材料性能試驗法軟磁鐵氧體材料性能試驗法C3175變壓器及感應線圈用鐵心試驗法變壓器及感應線圈用鐵心試驗法C3176磁頭用鐵心試驗法磁頭用鐵心試驗法C3177記憶裝置用鐵心試驗法記憶裝置用鐵心試驗法C3178微波裝置用鐵心試驗法微波裝置用鐵心試驗法C4342氧化鐵插入鐵心氧化鐵插入鐵心C6113非金屬磁性材料在微波頻率之複非金屬磁性材料在微波頻率之複數電介質常數測試法數電介質常數測試法C6114非金屬磁性材料之飽和磁化強度非金屬磁性材料之飽和磁化強度或飽和磁感應測試法或飽和磁感應測試法

19、CNS氧化物軟磁性材料氧化物軟磁性材料JIS氧化物軟磁性材料氧化物軟磁性材料類類 號號標標 準準 名名 稱稱JIS C 2514-89E 形鐵氧體磁心形鐵氧體磁心JIS C 2516-90壺形磁心寸法壺形磁心寸法JIS C 2560-92鐵氧體磁心通則鐵氧體磁心通則(IEC 125,205)JIS C 2561-92鐵氧體磁心材質性能試驗方法鐵氧體磁心材質性能試驗方法JIS C 2563-95磁頭用磁心試驗方法磁頭用磁心試驗方法JIS C 2565-92微波用磁心試驗方法微波用磁心試驗方法(IEC 392)JIS C 2569-90環環 形鐵氧體磁心形鐵氧體磁心JIS C 5301-89電子機

20、器用低周波變壓器通則電子機器用低周波變壓器通則JIS C 5301-97電子機器用電源變壓器通則電子機器用電源變壓器通則JIS C 5311-94電子機器用電源變壓器試驗方法電子機器用電源變壓器試驗方法JIS C 5320-94電子機器用高周波電感及中周波電子機器用高周波電感及中周波變壓器通則變壓器通則JIS C 5321-90電子機器用高周波電感及中周波電子機器用高周波電感及中周波變壓器試驗方法變壓器試驗方法JIS C 6436-95電子機器用小形電源器變壓器電子機器用小形電源器變壓器;.主要生產系列主要生產系列 積層晶片磁珠積層晶片磁珠/電感電感 晶片式線圈晶片式線圈 鐵氧鐵芯鐵氧鐵芯;.

21、軟軟磁鐵芯的製造方法磁鐵芯的製造方法 由於軟磁鐵芯是陶瓷的一種。故不可能像金屬一樣，施以塑性成型的加工方式，同時也不由於軟磁鐵芯是陶瓷的一種。故不可能像金屬一樣，施以塑性成型的加工方式，同時也不可能以鑄造的方法來成型。故只可在燒結成型後，以切削及研磨的陶瓷加工方式，來加工可能以鑄造的方法來成型。故只可在燒結成型後，以切削及研磨的陶瓷加工方式，來加工完成最終形狀。製造方法是配合特性使成為有化學組成，把金屬氧化物混合做成成品的形完成最終形狀。製造方法是配合特性使成為有化學組成，把金屬氧化物混合做成成品的形狀，然後加以反應燒結而製造的。狀，然後加以反應燒結而製造的。軟磁鐵芯的製造方法由於用途的擴大，

22、隨著多變化又加上技術的進步已變成多種多樣了。軟磁鐵芯的製造方法由於用途的擴大，隨著多變化又加上技術的進步已變成多種多樣了。下面要說明的製造方法是簡易概略的生產製程（請參照生產製造流程圖）。下面要說明的製造方法是簡易概略的生產製程（請參照生產製造流程圖）。;.積層晶片積層晶片製造流程圖製造流程圖製漿製帶預壓製作泥漿印刷壓合切割試燒重試燒燒結研磨上銀產品分析電鍍特性選別外觀檢查報廢製成檢驗帶裝帶檢入庫出貨晶片磁珠晶片磁珠/電感電感系列系列;.積層晶片積層晶片產品產品EMC Components;.鐵芯製造流程圖鐵芯製造流程圖鐵氧鐵芯鐵氧鐵芯系列系列原料秤量混合攪拌粉碎假燒造粒成型檢查包裝本燒切削研

23、磨;.鐵芯鐵芯產品產品Ferrite Cores;.鎳鋅與錳鋅材質比較鎳鋅與錳鋅材質比較NONO項項 目目 單單 位位 錳鋅錳鋅 ui = 200015000ui = 200015000 鎳鋅鎳鋅 ui = 101800ui = 101800 1. 1.居禮溫度居禮溫度2102101001002. 2.電阻率電阻率( (燒結後燒結後) ) cm10101 110106 63. 3.Core lossCore losskw/m3kw/m3820(20 )820(20 ) 2000(20 )2000(20 )4. 4.Q Q值值 f=200KHz/ f=200KHz/量測的量測的48 (ui =

24、2240 )48 (ui = 2240 ) 24 (ui=1150) 24 (ui=1150) 5. 5.製程的難易程度製程的難易程度錳鋅必須採用氮氣爐或錳鋅必須採用氮氣爐或真空燒結爐。真空燒結爐。鎳鋅製程技術較為簡單，鎳鋅製程技術較為簡單，採用一般燒結爐。採用一般燒結爐。 6. 6.最佳的操作頻率與極限頻最佳的操作頻率與極限頻率率1KHz500KHz 1KHz500KHz (ui(ui越高使用頻率會越低越高使用頻率會越低) )1KHz120MHz 1KHz120MHz (ui(ui越高使用頻率會越低越高使用頻率會越低) )7. 7.最佳的操作溫度範圍與極最佳的操作溫度範圍與極限溫度限溫度0

25、80 0 80 (ui(ui越高極限溫度會越低越高極限溫度會越低)0 80 0 80 (ui(ui越高極限溫度會越低越高極限溫度會越低)8. 8.結構強度結構強度錳鋅與鎳鋅相同錳鋅與鎳鋅相同 錳鋅與鎳鋅相同錳鋅與鎳鋅相同 ;.磁路與電路之對照磁路與電路之對照;.材質材質特性特性表表頻率頻率iac tan/iacBmsPL Tc dMHz 25% x 10-6MHzGauss kw/m3 cm g/cm3 H240.001-0.1240040.14900(15Oe)720(25)460(100)210404.8H500.001-0.1500050.14000(15Oe)140504.9H150

26、0.001-0.011500020.013400(15Oe)11054.9N40.15.0200605.04200(20Oe)2001074.9W4B0.11.55001501.52700(20Oe)1301074.9W80.010.51800500.52000(20Oe)1001074.9E210120109001202200(50Oe)2501074.9C8B0.37.03004007.03200(20Oe)1501074.9特性特性材質材質;.初導磁率初導磁率(i)(i)之計算之計算 i = i = 式中式中 L = L = 電感量電感量 (H)(H)D = (m) D = (m) O

27、O = = 4 x 10 4 x 10 7 7N = N = 圈數圈數A = (mA = (m2 2) ) LD_ LD_ O ON N2 2A A ( ( 外徑外徑+ +內徑內徑 ) ) 2 2 ( ( 外徑外徑- -內徑內徑 )x)x高度高度 2 2i = Lx(OD+ID)/4xNi = Lx(OD+ID)/4xN2 2x(OD-ID)xHx10 x(OD-ID)xHx104 4 (mm)(mm)L值L值100100ODOD2.542.54IDID1.271.27H H0.760.76N N2020i值i值24672467;.（cmcm）之計算：）之計算： 公式：公式： R = x R = x L_ _ A AR = R = 電阻（用電阻（用計儀器測得的值）計儀器測得的值）A = A = 底面直徑底面直徑x x x L x L（注意尺寸單位）（注意尺寸單位） = = 電阻係數電阻係數L;.產品介紹產品介紹- -晶片晶片 DC CURRENTPACKAGINGIMPEDANCEMaterialSIZEFERRITE CHIP BEADFERRITE CHIP BEADFCB 2012 K - 170 T 06 1