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套管绝缘胶带挡墙胶带线材骨架磁芯胶带铜皮磁芯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--骨架材质特性NYLONPHENOLICPBTPETLCP机械特性扰曲强度Kg/cm2

12500Mpa1201400-180019001420洛氏硬度1209312091热学特性热变形温度℃---235205246313融点℃260---225270---耐然性UL94V-0V-0V-0V-0V-0电气特性电阻率ohm-cm10141013>101610161013绝缘强度Kv/mm1710221840用途低频变压器高频变压器、SMD型变压器高频变压器、滤波器高频变压器、滤波器SMD型变压器四、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：

典型应用-2-8-14-18-19-26-30-34-35-40-45-52调光灯电抗器

X

XX

60Hz差模EMI滤波电感

X

XXX直流电感(<50kHz、Buck或Boost)

XXXXXX

直流电感(≥50kHz、Buck或Boost)

XXXX

XXX

XPFC电感(<50kHz)

XXXXX

PFC电感(≥50kHz)XXXXX

XXX

谐振电感(≥50kHz)X

X

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。MagneticMaterials10GHzFrequency100Hz1kHz10kHz100kHz1MHz10MHz100MHz1GHzCostPerUnitVolumeSiLaminationsIronPowderSendustHi-FluxAmorphousMPPNanocrystallineNi-ZnFerriteMn-ZnFerriteFe-Si磁性元件原材料介绍—磁芯常用的几种铁芯材料性能比较表类别

特性Mn-ZnFerrite

锰锌铁氧体磁芯IronPower

(纯)铁粉芯Sendust

铁硅铝磁粉芯Fe-Si

铁硅磁粉芯Hi-Flux

高磁通磁粉芯MPP

铁镍钼磁粉芯Amorphous

非晶Si-Steel

矽钢片磁芯材料基本成分锰锌氧化物和铁氧化物的陶瓷状结合体100%铁粉85%铁9%硅6%铝的合金粉93.5%铁6.5%硅的合金粉50%铁和50%镍的合金粉81%镍17%铁2%钼的合金粉铁、硅、硼、磷等含硅量0.5％～4.8％的铁硅合金气隙形式离散,单独的气隙开口分布在磁芯内部分布在磁芯内部分布在磁芯内部分布在磁芯内部分布在磁芯内部离散,单独的气隙开口离散,单独的气隙开口气隙自身构成空气有机和无机粘合剂无机粘合剂无机粘合剂无机粘合剂无机粘合剂空气空气Bs3000~500010000100001600015000700015000

12500(纳米)

5500(钴基)20000初始磁导率24003~10014~16026，40，6014~16014~5505000

80000(纳米晶)

100000(钴基)1500居里温度220℃750℃600℃700500℃400℃400740最大工作温度130~200℃75~130℃130~200℃130~200℃130~200℃130~200℃130~220℃130~220℃磁芯损耗mW/cm3

25KHz,1000Gs14

LOWEST650(75ui)

HIGH150(60ui)

LOW250(60ui)

MEDIUM150(60ui)

LOW90(60ui)

LOWER120

LOW/

HIGHDCBIASPOORMEDIUMGOODBESTBESTBETTERBETTERBETTER温度稳定性POORBETTERGOODMEDIUMBETTERBESTBESTBETTER相对价格水平中等低中等中等昂贵昂贵贵低铁芯形状多种环形、EX型环形、EX型环形、I型环形、EX型环形、EX型环形、CD型EI,CD,环型磁性元件原材料介绍—线材自粘聚氨基甲酸酯漆包线丝包线绞线线材聚氨基甲酸酯漆包线聚酯漆包线漆包线(0、1、2、3四种不同漆膜厚度)绝缘线PVC线电镀铜线磁性元件原材料介绍—线材磁性元件原材料介绍—线材品种型号温度等级特点用途聚氨基甲酸酯漆包线QA、UEW130℃155℃180℃直焊性，焊锡前无需先脱漆膜。耐拉伸、耐弯折。电子变压器、电感线圈、继电器、微电机及其他电子仪表绕组尼龙复合聚氨基甲酸酯漆包线QA、UEW130℃155℃180℃除具备聚氨基甲酸酯漆包线特性外，还具有表面磨擦系数小、耐磨性佳等特点，适合于高速绕线场合。电子变压器、电感线圈、继电器、微电机及其他电子仪表绕组聚酯漆包线QZ、PEW130℃155℃180℃具有较好的机械特性及耐化学特性。并且具有很好的耐温特性（温度等级155℃以上产品）马达绕组、镇流器、大型变压器等、扼流圈等。尼龙复合聚酯漆包线QZ、PEW130℃155℃180℃除具备聚酯漆包线特性外，还具有表面磨擦系数小、耐磨性佳等特点，适合于高速绕线场合。马达绕组、镇流器、大型变压器等、扼流圈等。磁性元件原材料介绍—线材品种型号温度等级特点用途聚亚胺聚酰胺漆包线HAIAIW200℃220℃优异的机械特性及耐化学，耐温特性特殊马达、电动工具、点火线圈等直焊型聚酯亚胺漆包线QZYH、SEIW180℃具备180℃级聚酯漆包线特性，还具备直焊性。适用于高温度等级变压器及线圈。醇溶自粘漆包线SBUEW-YSBUEW155-YSEUEW180-Y130℃155℃180℃具有醇溶特性，在乙醇浸泡下自粘层溶化，乙醇挥发后即固化，使线圈成型。音圈、蜂鸣器、扬声器、光驱线圈等热熔自粘漆包线SBUEWSBUEW155SEUEW180130℃155℃180℃具有热溶特性，在电热或热风下自粘层溶化使线圈成型。适用于绕制各类线圈。品种型号温度等级特点用途绞线LITZ130℃155℃180℃将UEW线绞合而成。具很好高频特性，可降低线间匝间分布电容以及降低集肤效应。高频线圈、高频变压器等。丝包线USTC130℃155℃180℃为UEW线加人造纤维丝包制而成，可降低层间分布电容，提高绝缘性，以及降低集肤效应等。适用于天线线圈，及其他高频大电流线圈、高频变压器等。绝缘线FSX-FWX-TEX-TEX-ELZ130℃/155℃具很好的耐高压特性，可直焊。但不耐弯折。小型安规高频变压器、电感线圈。PVC线UL1007UL1015UL1617UL1332UL3321…85℃/300V105℃/600V105℃/600V200℃/300V150℃/300V外层覆盖PVC、FEP皮，具很好的绝缘性。低频变压器、消磁线圈、以及其他设备等引线用磁性元件原材料介绍—线材漆包线主要检测指标：针孔可绕性密着性耐热冲击性伸长率耐磨性耐腐蚀