La investigación básica sobre materiales magnéticos avanza a pasos agigantados
A lo largo de los últimos diez años, los cambios y el desarrollo de los componentes magnéticos se han concentrado más en aspectos como la capacidad de producción, la forma del producto, la eficiencia de la producción, la tecnología de producción, etc. En cuanto a la investigación de materiales básicos subyacentes, la tasa de desarrollo en realidad no es grande.
Sin embargo, con el rápido desarrollo de campos terminales como los vehículos de nueva energía, la sobrealimentación, la inteligencia artificial y los macrodatos, la industria necesita urgentemente materiales magnéticos de alto rendimiento. El desarrollo de alta calidad se ha convertido en una propuesta inevitable para el desarrollo de la industria de componentes magnéticos.
Entonces, ¿cuáles son los "momentos destacados" de los materiales magnéticos en 2023?
01 97 materiales
Desde la perspectiva de la nueva demanda del mercado energético y las tendencias de desarrollo tecnológico, los componentes magnéticos deben mejorar la eficiencia de conversión y al mismo tiempo reducir las pérdidas y la miniaturización. Para los núcleos de ferrita, es necesario utilizar polvos estables y de alta calidad, optimizar el proceso de sinterización, aumentar la intensidad de inducción magnética de saturación del núcleo y reducir la pérdida de potencia del núcleo para lograr la miniaturización del núcleo.
En la actualidad, se puede decir que el material 97 es el material magnético de mayor rendimiento de la industria. El núcleo magnético de 97 materiales tiene una intensidad de inducción magnética Bs extremadamente alta y baja pérdida de potencia y corrientes parásitas. Puede ser ampliamente utilizado en servidores, pilas de carga, cargadores de vehículos y otros campos, reemplazando los materiales tradicionales 95 y 96.
02 Núcleo de polvo magnético metálico
El núcleo de polvo magnético metálico es un material magnético blando con espacios de aire distribuidos. A medida que varios productos electrónicos se desarrollan en la dirección de la miniaturización y la miniaturización, con sus excelentes características como densidad de flujo magnético de alta saturación, baja pérdida y buenas características de temperatura, puede ser más Puede cumplir con los requisitos de desarrollo de alta eficiencia y alta potencia. Densidad de equipos de conversión de energía eléctrica en el nuevo campo energético.
Con la popularización de los vehículos de nueva energía y la instalación de pilas de carga a gran escala, la carga rápida y de alta potencia se convertirá en una nueva tendencia en la demanda de los consumidores. La introducción de equipos de carga rápida y de alta potencia a gran escala requiere una transformación flexible e inteligente de todo el equipo de suministro de energía de la red eléctrica. .
El rápido desarrollo de las industrias de la información, como el big data y la computación en la nube, ha provocado un crecimiento continuo de equipos eléctricos de alta potencia, como UPS y fuentes de alimentación para servidores de mayor rendimiento. Si bien la tecnología de carga rápida de terminales inteligentes y teléfonos móviles ha brindado nuevas experiencias a los usuarios, también aumenta en gran medida la potencia de salida del adaptador de corriente de carga de bajo consumo original. Estos nuevos cambios en los requisitos de las aplicaciones han provocado que la demanda de núcleos de polvo magnético metálico utilizados en inductores siga creciendo rápidamente.
Los datos muestran que se espera que la tasa de crecimiento general de la industria de núcleos de polvo magnético blando de metal sea de aproximadamente el 17% entre 2023 y 2025. Se espera que la demanda del mercado en 2025 sea de aproximadamente 260.000 toneladas y el tamaño del mercado alcance aproximadamente 8.600 millones de yuanes. .
03 Alambre cuadrado recubierto con película
Desde alambres de cobre simples hasta alambres planos y alambres trenzados de múltiples hilos, los alambres también han experimentado muchas rondas de cambios en el desarrollo de la nueva industria energética, y en 2023, aparecerá una nueva estructura de alambre: alambres recubiertos de membrana. línea cuadrada.
El alambre cuadrado recubierto con película se fabrica extruyendo el alambre recubierto con película terminado. La capa exterior de su estructura es cinta de alta temperatura y la capa interior es alambre esmaltado de múltiples núcleos o alambre aislado de teflón terminado. Su resistencia a la temperatura es mejor que la de otros cables recubiertos con película convencionales. Mucho más alto.
Bajo la tendencia de la miniaturización, los productos terminales tienen requisitos de espacio cada vez más exigentes. Los ingenieros prefieren cada vez más los cables cuadrados recubiertos con película debido a sus ventajas de menor altura, menor volumen, alta disipación de calor y mayor potencia.
Se ha convertido en una tendencia reemplazar los cables aislados de tres capas con cables cuadrados recubiertos con película, pero aún se encuentra en la etapa de prueba de lotes pequeños. A medida que el mercado de terminales siga madurando, el alambre cuadrado recubierto con película marcará el comienzo de un espacio de desarrollo más amplio en el futuro.
▲Vista transversal de una estructura de alambre cuadrado envuelta en membrana
04 inductor de chip
En el contexto del rápido desarrollo de industrias como la IA, Internet de las cosas y 5G, los inductores de chips que son más adecuados para un alto consumo de energía y altos requisitos de disipación de calor relacionados con los servidores de IA se han convertido en uno de los productos más populares en 2023.
El inductor de chip es una forma especial de inductor integrado ubicado en el módulo de fuente de alimentación del chip. Puede suministrar energía al extremo frontal del chip para mantener el funcionamiento normal de varios chips en la placa base y la tarjeta gráfica.
En el campo de alta potencia, la fuente de alimentación del chip debe estar en un estado estable de bajo voltaje. Por lo tanto, la demanda de alta potencia sólo puede mantenerse aumentando la corriente, lo que impone mayores requisitos de resistencia de alta corriente al inductor del chip. En comparación con los inductores de ferrita, los inductores de chip de polvo magnético blando de metal tienen mejores características de saturación magnética y pueden soportar mejor grandes corrientes. Son más adecuados para GPU de alto rendimiento y se utilizan en escenarios de aplicaciones de alta potencia, como servidores de IA.
Los inductores de chip son más adecuados para campos de aplicación de miniaturización y alto consumo de energía, y también sustituirán fuertemente a los inductores tradicionales en el futuro.
El chip inductor producido por Inmicro es el inductor de potencia de tercera generación que utiliza tecnología de película delgada semiconductora, el primero en China. Inmicro procesa de forma creativa el inductor de potencia y la base de embalaje en una sola pieza, creando un inductor de potencia y una base de embalaje dos en uno.
En comparación con el SIP tradicional que requiere "chip + inductor + base", la solución basada en Inmicro solo necesita sellar el chip con el inductor integrado y otros dispositivos para realizar las funciones del módulo de potencia completo y los circuitos periféricos, reduciendo aún más el El tamaño del módulo de potencia aumenta la densidad de potencia y reduce el costo.
La aplicación de inductores integrados también ilustra los importantes avances realizados en el proceso de producción de inductores. Los componentes magnéticos de alto rendimiento no sólo dependen de excelentes materiales magnéticos, sino también de procesos de producción avanzados.
Dirección de desarrollo de la tecnología de componentes magnéticos.
El año pasado, "Componentes magnéticos y suministro de energía" se centró en los mercados finales más populares de transformadores e inductores electrónicos e informó en profundidad sobre el desarrollo y los mercados de vehículos de nueva energía, pilas de carga, almacenamiento de energía, suministros de energía para servidores, Microinversores y otros campos. Espacio, así como requisitos técnicos para transformadores e inductores electrónicos.
Dado que la "involución" de la industria se está convirtiendo en una situación común entre las empresas, también analizamos los pros y los contras de que las empresas de transformadores e inductores electrónicos se trasladen para establecer fábricas en el extranjero, cómo elegir activos livianos o pesados, y cómo lidiar con el desarrollo. de los nuevos mercados energéticos y los puntos débiles de otras empresas industriales. .
En intercambios con muchostransformadores electronicos, inductores, fabricantes de materiales magnéticos, ingenieros senior en el mercado de terminales y expertos y profesores de la industria, aprendimos que la alta frecuencia, la integración, la alta potencia, la miniaturización y las bajas pérdidas se han convertido en los principales requisitos para los transformadores electrónicos, la dirección del desarrollo tecnológico del inductor. industria.
Tomando como ejemplo los vehículos de nuevas energías más vistos, los vehículos de nuevas energías tienen requisitos cada vez más altos en los sistemas de energía. El diseño integrado todo en uno de sistemas de energía se ha convertido en una tendencia, integrando cargadores OBC a bordo, convertidores CC-CC y sistemas de distribución de alto voltaje. Los productos con unidades eléctricas integradas se han convertido gradualmente en la solución principal para el suministro de energía a los vehículos. A través de la integración de sistemas de energía para vehículos, la alta potencia, la miniaturización, la integración, la inteligencia y el rendimiento de alto costo se han convertido en la dirección del desarrollo de productos de energía para vehículos.
Paratransformadores electronicosyinductores, debido al desarrollo de la topología de circuitos hacia una mayor eficiencia, menor volumen y menor costo, se enfrentan a dificultades técnicas como la alta frecuencia, la durabilidad y la integración magnética de alta densidad. Por tanto, también se han propuesto transformadores de inductancia. Varios requisitos. Primero, es necesario mejorar continuamente el nivel de integración magnética para mejorar el rendimiento de inductores y transformadores y reducir el tamaño y el costo; en segundo lugar, es necesario aumentar continuamente la frecuencia de inductores y transformadores para adaptarse a frecuencias operativas más altas y mejorar los problemas de pérdidas causados por las altas frecuencias; En tercer lugar, a medida que la demanda de rendimiento de disipación de calor continúa aumentando, es posible que en el futuro se introduzca gradualmente la refrigeración líquida en las pilas de sobrealimentación, lo que también plantea nuevos requisitos para la hermeticidad de inductores y transformadores, que deben alcanzar IP68 o incluso más. niveles de protección.
Tomando como ejemplo el semiconductor de tercera generación en rápido desarrollo, la industria de fabricación de productos electrónicos está pasando gradualmente de los materiales semiconductores de segunda generación a los de tercera generación. Energía alta,frecuencia alta, y la miniaturización también se convertirá en el tema principal del desarrollo de productos de componentes magnéticos. Los cambios tecnológicos impulsarán los equipos inteligentes a una nueva etapa de desarrollo, desencadenarán una nueva ola de diseño de componentes electrónicos y también plantean mayores requisitos de proceso.
Después del uso de materiales semiconductores de tercera generación, la frecuencia de conmutación de las fuentes de alimentación ha aumentado. Según los requisitos de alta frecuencia, alta potencia y tamaño pequeño, los transformadores e inductores electrónicos deben reducir su tamaño y optimizar la disipación de calor, y deben diseñarse en la dirección del aplanamiento y la integración.
Para el núcleo magnético, en condiciones de alta frecuencia, el tamaño del grano es más pequeño y el tamaño de las partículas del polvo es más fino. Es necesario innovar tanto en la fórmula del polvo como en las condiciones del proceso. La alta frecuencia y el gran campo magnético, la amplia temperatura y la baja pérdida, la amplia frecuencia y la baja pérdida, los altos Bs y la baja pérdida se han convertido en la dirección de desarrollo de los núcleos magnéticos.
Para cables, a frecuencias más altas, se utilizan ampliamente cables trenzados de múltiples hilos, y es necesario mejorar el proceso de trenzado y aumentar el nivel de temperatura de los cables. El cable debe hacerse cada vez más delgado. Para evitar que el cable se rompa fácilmente debido a que es demasiado delgado durante el proceso de bobinado, también se imponen ciertos requisitos a la resistencia a la flexión del cable. Además, para reducir las pérdidas, los alambres multifilares, los alambres Litz y los alambres recubiertos con película pueden reducir el efecto piel hasta cierto punto.
Conclusión
La aparición de estos nuevos materiales y nuevas tecnologías ha dado forma conjunta a la imagen anual de la industria de componentes magnéticos de China e incluso de la industria manufacturera de China mientras se esfuerza por avanzar y es tenaz en 2023.
La aparición de nuevos materiales y nuevos inventos no es todo. Estos "momentos destacados" se crearon gracias a la investigación día y noche de los desarrolladores de materiales magnéticos. Las personas "pequeñas" logran cosas "grandes" y merecen ser recordadas.
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Hora de publicación: 11-abr-2024