La ricerca di base sui materiali magnetici fa grandi passi avanti
Negli ultimi dieci anni, i cambiamenti e lo sviluppo dei componenti magnetici si sono concentrati maggiormente su aspetti quali capacità produttiva, forma del prodotto, efficienza produttiva, tecnologia di produzione, ecc. Per quanto riguarda la ricerca sui materiali di base, il tasso di sviluppo in realtà non è elevato.
Tuttavia, con il rapido sviluppo di settori terminali come i veicoli a nuova energia, la sovralimentazione, l’intelligenza artificiale e i big data, l’industria ha urgente bisogno di materiali magnetici ad alte prestazioni. Lo sviluppo di alta qualità è diventato una proposta inevitabile per lo sviluppo del settore dei componenti magnetici.
Quali sono allora i “momenti salienti” dei materiali magnetici nel 2023?
01 97 materiali
Dal punto di vista della nuova domanda del mercato energetico e delle tendenze di sviluppo tecnologico, i componenti magnetici devono migliorare l’efficienza di conversione riducendo al contempo le perdite e la miniaturizzazione. Per i nuclei di ferrite, è necessario utilizzare polveri di fascia alta stabili e di alta qualità, ottimizzare il processo di sinterizzazione, aumentare l'intensità di induzione magnetica di saturazione del nucleo e ridurre la perdita di potenza del nucleo per ottenere la miniaturizzazione del nucleo.
Allo stato attuale, si può dire che il materiale 97 sia il materiale magnetico di potenza più performante del settore. Il nucleo magnetico in materiale 97 ha un'intensità di induzione magnetica estremamente elevata Bs e una bassa potenza e perdite di correnti parassite. Può essere ampiamente utilizzato in server, pile di ricarica, caricabatterie per veicoli e altri campi, sostituendo i tradizionali materiali 95 e 96.
02 Nucleo in polvere magnetica metallica
Il nucleo in polvere magnetica metallica è un materiale magnetico morbido con traferri distribuiti. Poiché vari prodotti elettronici si sviluppano nella direzione della miniaturizzazione e della miniaturizzazione, con le sue eccellenti caratteristiche come elevata densità di flusso magnetico di saturazione, bassa perdita e buone caratteristiche di temperatura, può essere di più Può soddisfare i requisiti di sviluppo di alta efficienza e alta potenza densità delle apparecchiature di conversione dell'energia elettrica nel nuovo campo energetico.
Con la diffusione dei nuovi veicoli energetici e la posa di pile di ricarica su larga scala, la ricarica rapida e ad alta potenza diventerà una nuova tendenza nella domanda dei consumatori. L’introduzione di apparecchiature di ricarica rapida e ad alta potenza su larga scala richiede una trasformazione flessibile e intelligente dell’intera apparecchiatura di alimentazione della rete elettrica. .
Il rapido sviluppo delle industrie dell’informazione come i big data e il cloud computing ha portato alla continua crescita di apparecchiature elettriche ad alta potenza come UPS e alimentatori per server ad alte prestazioni. Sebbene la tecnologia di ricarica rapida dei terminali intelligenti e dei telefoni cellulari abbia offerto nuove esperienze agli utenti, ha anche aumentato notevolmente la potenza di uscita dell'adattatore di alimentazione di ricarica a bassa potenza originale. Questi nuovi cambiamenti nei requisiti applicativi hanno fatto sì che la domanda di nuclei di polvere magnetica metallica utilizzati negli induttori continuasse a crescere rapidamente.
I dati mostrano che il tasso di crescita complessivo del settore dei nuclei di polvere magnetica morbida dovrebbe essere di circa il 17% dal 2023 al 2025. La domanda di mercato nel 2025 dovrebbe essere di circa 260.000 tonnellate e la dimensione del mercato raggiungerà circa 8,6 miliardi di yuan. .
03 Filo quadro rivestito con film
Dai cavi di rame singoli ai cavi piatti fino ai cavi multitrefolo, anche i cavi hanno subito molti cambiamenti nello sviluppo del nuovo settore energetico e nel 2023 apparirà una nuova struttura di cavi: cavi rivestiti con membrana. linea quadrata.
Il filo quadrato rivestito con film viene realizzato estrudendo il filo rivestito con film finito. Lo strato esterno della sua struttura è un nastro ad alta temperatura e lo strato interno è un filo smaltato multicore o un filo isolato in Teflon finito. La sua resistenza alla temperatura è migliore rispetto ad altri fili rivestiti con pellicola convenzionali. Molto più alto.
Nella tendenza alla miniaturizzazione, i prodotti terminali hanno requisiti di spazio sempre più esigenti. I fili quadrati rivestiti con pellicola sono sempre più apprezzati dagli ingegneri grazie ai vantaggi di altezza inferiore, volume ridotto, elevata dissipazione del calore e potenza maggiore.
È diventata una tendenza sostituire i fili isolati a tre strati con fili quadrati rivestiti con pellicola, ma è ancora in fase di test su piccoli lotti. Mentre il mercato dei terminali continua a maturare, il filo quadrato rivestito con film introdurrà uno spazio di sviluppo più ampio in futuro.
▲Vista in sezione trasversale della struttura a filo quadrato avvolta in membrana
04 Induttore a chip
Sullo sfondo del rapido sviluppo di settori come l'intelligenza artificiale, l'Internet delle cose e il 5G, gli induttori di chip più adatti per un elevato consumo energetico e requisiti elevati di dissipazione del calore relativi ai server AI sono diventati uno dei prodotti più interessanti nel 2023.
L'induttore del chip è una forma speciale di induttore integrato situato nel modulo di alimentazione del chip. Può fornire alimentazione alla parte anteriore del chip per mantenere il normale funzionamento dei vari chip nella scheda madre e nella scheda grafica.
Nel campo ad alta potenza, l'alimentatore del chip deve essere in uno stato stabile di bassa tensione. Pertanto, la richiesta di elevata potenza può essere mantenuta solo aumentando la corrente, il che impone requisiti di resistenza ad alta corrente più elevati sull'induttore del chip. Rispetto agli induttori in ferrite, gli induttori a chip di polvere magnetica morbida hanno migliori caratteristiche di saturazione magnetica e possono resistere meglio a grandi correnti. Sono più adatti per GPU ad alte prestazioni e vengono utilizzati in scenari applicativi ad alta potenza come i server AI.
Gli induttori in chip sono più adatti alla miniaturizzazione e ai campi applicativi ad alto consumo energetico e in futuro potranno sostituire fortemente gli induttori tradizionali.
L'induttore in chip prodotto da Inmicro è l'induttore di potenza di terza generazione che utilizza la tecnologia a film sottile dei semiconduttori, la prima in Cina. Inmicro elabora in modo creativo l'induttore di potenza e la base di imballaggio in un unico pezzo, realizzando un induttore di potenza e una base di imballaggio due in uno.
Rispetto al tradizionale SIP che richiede "chip + induttore + base", la soluzione basata su Inmicro necessita solo di sigillare il chip con l'induttore integrato e altri dispositivi per realizzare le funzioni del modulo di potenza completo e dei circuiti periferici, riducendo ulteriormente la la dimensione del modulo di potenza aumenta la densità di potenza e riduce i costi.
L'applicazione di induttori integrati illustra anche i progressi significativi compiuti nel processo di produzione degli induttori. I componenti magnetici ad alte prestazioni non dipendono solo da materiali magnetici eccellenti, ma anche da processi di produzione avanzati.
Direzione di sviluppo della tecnologia dei componenti magnetici
L'anno scorso, "Componenti magnetici e alimentatori" si è concentrato sui mercati finali più popolari di trasformatori e induttori elettronici e ha riferito in modo approfondito sullo sviluppo e sui mercati di nuovi veicoli energetici, pile di ricarica, stoccaggio di energia, alimentatori per server, micro-inverter e altri campi. Spazio e requisiti tecnici per trasformatori e induttori elettronici.
Poiché l'"involuzione" del settore è diventata una situazione comune tra le imprese, abbiamo anche analizzato i pro e i contro delle aziende di trasformatori e induttori elettronici che si trasferiscono per creare fabbriche all'estero, come scegliere asset-light o asset-heavy e come affrontare lo sviluppo dei nuovi mercati energetici e dei punti critici di altre imprese del settore. .
Negli scambi con moltitrasformatori elettronici, induttori, produttori di materiali magnetici, ingegneri senior nel mercato dei terminali ed esperti e professori del settore, abbiamo appreso che l'alta frequenza, l'integrazione, l'alta potenza, la miniaturizzazione e la bassa perdita sono diventati i requisiti principali per i trasformatori elettronici, la direzione dello sviluppo tecnologico dell'induttore industria.
Prendendo come esempio i veicoli a nuova energia più seguiti, i veicoli a nuova energia hanno requisiti sempre più elevati sui sistemi di alimentazione. La progettazione integrata all-in-one dei sistemi di alimentazione è diventata una tendenza, integrando caricabatterie OBC di bordo, convertitori DC-DC e sistemi di distribuzione ad alta tensione. I prodotti con unità elettriche integrate sono gradualmente diventati la soluzione principale per l'alimentazione dei veicoli. Attraverso l'integrazione dei sistemi di alimentazione dei veicoli, l'elevata potenza, la miniaturizzazione, l'integrazione, l'intelligenza e le prestazioni ad alto costo sono diventate la direzione di sviluppo dei prodotti di alimentazione dei veicoli.
Pertrasformatori elettroniciEinduttori, a causa dello sviluppo della topologia dei circuiti nella direzione di una maggiore efficienza, di un volume inferiore e di costi inferiori, si trovano ad affrontare difficoltà tecniche come l'alta frequenza, la durata e l'integrazione magnetica ad alta densità. Pertanto sono stati proposti anche trasformatori di induttanza. Vari requisiti. Innanzitutto, è necessario migliorare continuamente il livello di integrazione magnetica per migliorare le prestazioni di induttori e trasformatori e ridurre dimensioni e costi; in secondo luogo, è necessario aumentare continuamente la frequenza degli induttori e dei trasformatori per adattarsi a frequenze operative più elevate e per migliorare i problemi di perdita causati dalle alte frequenze; in terzo luogo, con il continuo aumento della domanda di prestazioni di dissipazione del calore, in futuro il raffreddamento a liquido potrebbe essere gradualmente introdotto nelle pile di sovralimentazione, il che pone anche nuovi requisiti per l'ermeticità di induttori e trasformatori, che devono raggiungere IP68 o anche superiore livelli di protezione.
Prendendo come esempio il semiconduttore di terza generazione in rapido sviluppo, l’industria manifatturiera elettronica sta gradualmente passando dai materiali semiconduttori di seconda generazione a quelli di terza generazione. Alta potenza,alta frequenzae la miniaturizzazione diventerà anche il tema principale dello sviluppo di prodotti con componenti magnetici. I cambiamenti tecnologici porteranno le apparecchiature intelligenti a una nuova fase di sviluppo, innescano una nuova ondata di progettazione di componenti elettronici e propongono inoltre requisiti di processo più elevati.
Dopo l'utilizzo di materiali semiconduttori di terza generazione, la frequenza degli alimentatori a commutazione è aumentata. In base ai requisiti di alta frequenza, alta potenza e dimensioni ridotte, i trasformatori elettronici e gli induttori devono ridurre le loro dimensioni e ottimizzare la dissipazione del calore e devono essere progettati nella direzione dell'appiattimento e dell'integrazione.
Per il nucleo magnetico, in condizioni di alta frequenza, la dimensione del grano è più piccola e la dimensione delle particelle di polvere è più fine. È necessario innovare sia la formula delle polveri che le condizioni di processo. L'alta frequenza e l'ampio campo magnetico, l'ampia temperatura e la bassa perdita, l'ampia frequenza e la bassa perdita, l'alto B e la bassa perdita sono diventati la direzione di sviluppo dei nuclei magnetici.
Per i cavi, a frequenze più elevate, sono ampiamente utilizzati cavi a più trefoli ed è necessario migliorare il processo di cordatura e aumentare il livello di temperatura dei cavi. Il filo deve essere reso sempre più sottile. Per evitare che il filo si rompa facilmente perché troppo sottile durante il processo di avvolgimento, vengono imposti determinati requisiti anche alla resistenza alla flessione del filo. Inoltre, per ridurre le perdite, i cavi multitrefolo, i cavi Litz e i cavi rivestiti con pellicola possono ridurre in una certa misura l'effetto pelle.
Conclusione
L’emergere di questi nuovi materiali e di nuove tecnologie ha plasmato congiuntamente l’immagine annuale dell’industria cinese dei componenti magnetici e persino dell’industria manifatturiera cinese, che si sforza di andare avanti ed è tenace nel 2023.
L'emergere di nuovi materiali e nuove invenzioni non è tutto. Questi "momenti salienti" sono stati creati attraverso la ricerca giorno e notte degli sviluppatori di materiali magnetici. Le persone “piccole” realizzano cose “grandi” e meritano di essere ricordate.
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Orario di pubblicazione: 11 aprile 2024