高端磁性元器件

负责人: 刘明

所在学院：电信学部微电子学院

一、项目简介

项目的主要业务为系列高端软磁铁氧体材料、软磁合金材料、复合磁性材料等，并开发各类磁性元器件、磁传感器件、抗电磁干扰器件等。聚焦国内外高端市场需求，开发可替代进口，且具有高电磁性能、高可靠性、高稳定性等系列产品。该技术旨在解决我国部分高端软磁材料及电感器件依赖进口的问题，以高性能高可靠性自研产品和工艺技术为特色，服务于国内软磁下游企业和国家军事航空事业。目前产业化项目主要产品为软磁磁芯、贴片式网路变压器。

二、产品性能优势

1.新型粉末绝缘包覆技术。合金粉体因其电阻率较小在高频下工作其涡流损耗大，磁损耗偏高。通常采用磷酸钝化、有机无机包覆剂绝缘包覆等方式提高粉体表面电阻率，但常用有机、无机包覆剂均为非磁性物质，随着包覆剂的添加虽然电阻率升高，但其磁导率衰减较为严重且损耗也有增加。为了同时兼顾磁性能及电阻率，本项目创造性的采用化学共沉淀技术在钝化后的气雾化合金粉体表面均匀的包覆一层功率铁氧体材料，形成核-壳结构的磁性复合材料。功率铁氧体材料与合金磁芯具有相同的工作频率，且功率铁氧体材料电阻率相对较高。这样所形成的软磁复合材料同时兼顾了高频高磁导率、高饱和磁通、低损耗等优点。

2.高磁导率合金粉体配比技术。例如，目前可量产的铁硅铝合金磁粉芯最高磁导率仅有 125，有部分文献专利报到磁导率也只有 150 以下。目前高磁导率金属磁粉芯(≥160)只有铁镍、铁镍钼材料，但这两种材料价格昂贵，市场需求小；开发出高磁导率铁硅铝磁粉芯，拥有很大市场前景。因此本项目通过大量的实验验证，确定出适合高磁导率 FeSiAl 粉体较优的成分配比、还原处理、特殊钝化处理及后期工艺优化，最终实现高磁导（μi=220）FeSiAl 磁粉芯制备。

3.合金磁粉芯低损耗高耐热技术。为解决现有技术中合金金属软磁粉芯不耐高温热处理、损耗较大的问题。本项目开发出一种复合硅树脂粘接剂及二次热处理工艺，该复合硅树脂耐温高、绝缘好、粘结性强，既能充当粘接剂又能起到绝缘剂的作用，在金属粉末表面形成的薄绝缘膜，没有裂纹，致密性好、均匀一致，可以起到很好的绝缘效果；均匀性好、耐热性高的绝缘层，使得金属软磁粉芯可以在 900℃的条件下进行热处理，大大降低了金属软磁粉芯在高频应用下的损耗。此外，其粘接效果好，可以有效提高金属软磁粉芯的机械强度。

4.器件仿真设计。传统合金磁粉芯器件设计主要采用计算的方式估算出器件几何尺寸，再通过不断的布线及测试，最终确定出相对较优的器件设计方案，这种器件设计方式工作量巨大，效率较低。本项目利用 ADS-Momentum 电磁仿真软件对合金磁粉芯器件进行了仿真实验，优化出最佳的器件几何尺寸及绕线匝数（或布线），并利用 matlab 软件研究几何参数和金属厚度对器件品质因子 Q 的影响，确定出最优几何参数及金属厚度。借助仿真结果可极大提高器件设计效率，提升器件整体性能。

三、市场前景及应用

目前，美国微金属公司、美国美磁公司等是该领域的领军企业，几乎垄断了国际市场。我们国内金属软磁粉芯材料及器件的发展，不论是产品质量还是生产规模，与国际先进水平相比都存在很大差距，导致我们大量金属软磁粉芯目前仍然主要依赖进口，部分材料甚至 95%以上靠进口获得，严重制约了国内相关领域的快速发展。所以开发出优质的金属磁粉芯材料及器件，是摆在我们眼前一项十分迫切的任务。同时，随着近几年通讯电子朝着高频化与小型化的发展需求，对于器件的工作频率提高、耐受电流加大与器件更加小型化的需求会持续增长。长期以来，受制于技术的限制，我国在高端合金粉芯产品主要还是由外资企业占据，但随着下游电子终端产业竞争压力不断加大，对于国产高频高电感与小型化产品重视度提升，将为我国发展新型合金磁粉芯国产化提供有利条件。