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2023年磁元件发生了什么?
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2023年磁元件发生了什么?

2024-02-02 14:18:59 来源:电子变压器与电感网 作者:何紫微 点击:2772

【哔哥哔特导读】年关将至,《磁性元件与电源》将盘点过去一年磁性元器件行业发生了什么?有哪些影响未来发展的技术诞生?也祝新的一年广大读者新春快乐,再创佳绩~

从癸卯年到甲辰年,世界仿佛又度过了平凡的一年。

但产业内卷加剧、经济发展迟缓,或是许多新事物、新发明的涌现,都在共同推动着人类科技事业更快更好地发展……许许多多的事情在告诉着我们,在刚过去的2023年是真实有力、平凡又伟大的。

万千事物中,总有一些“决定性瞬间”值得被铭记。旧年已去,行业媒体对这些瞬间的筛选与盘点就变得至关重要,它奠定了这一年的基调,记录了当下中国制造业发展的剪影。

 企业

PART 1:影响行业发展的科技在孕育成长

2023年是AI迅速崛起的一年,AI的存在感高得前所未有,《柯林斯词典》的年度词汇就是AI。人工智能时代的到来谁也无法阻挡,那么,在刚过去的一年,影响电感变压器行业发展的高新技术领域发生了哪些大事?

01 ChatGPT

2022年底,ChatGPT横空出世。到2023年,ChatGPT经历几次迭代,极大地加速人类在人工智能领域的发展进程。

相较于互联网时代搜索引擎关键词结构化检索的知识服务模式,ChatGPT转向大模型时代的自然语言指令调用知识,并从图形界面触控式交互转向自然语言对话式交互,催生自然语言交互时代的到来,也让人机交互更加自然、高效且人性化。

长远来看,ChatGPT不仅是对新一代聊天机器人和生成式AI的突破,还将对AI产业乃至各行业数智化转型升级带来颠覆性变革,进而重构产业知识模型构建范式,推动智力密集型服务产业规模化和市场化。

推荐阅读:ChatGPT狂飙入市 新增电感变压器需求或超百万颗

02 人工智能/AI

回望2023年,各类AI工具的崛起势如破竹,从写作、翻译到新材料研发,它们以惊人的速度重塑着世界。2023年是世界从互联网时代迈向AI元宇宙的重要拐点。AIGC开始真正的崛起和普及,AI在科技领域展现了惊人的创新能力和潜力。

以AI为代表的新技术正在对生产流程、生产模式和供应链体系等生产运营过程产生巨大影响。一是AI设备对样品进行视觉检查的能力正在迅速提高,可在超出人类视觉范围的分辨率下发现电路板等产品中的微观缺陷;二是AI通过调节和改进生产过程中的参数,对于制造中使用的很多机器进行参数设置,优化生产过程;三是提高新产品制造过程中的设计、制造效率。

推荐阅读:AI服务器迎爆发期?磁元件渗透率有望进一步提升

03 第三代半导体

2023年,氮化镓功率器件获得了比之前更高的关注度,正逐渐成为第三代半导体材料中最耀眼的一颗新星。

根据Yole预测,到2028年,GaN功率器件市场的价值将从2021年的1.26亿美元增长到20.4亿美元,年复合增长率高达49%,消费电子、汽车、通信、数据中心等应用对其青睐有加。与此同时,大批厂商也力图在GaN上实现技术和产能突破以抢占市场先机,激烈的竞争正快速推动氮化镓成为降本增效和可持续绿色发展的关键技术之一。推荐阅读:氮化镓来了 如何解服务器电源高频损耗难题

在全球半导体产业进入相对漫长的下行周期的情况下,第三代半导体材料另一重要材料——碳化硅却是一抹难得的亮色。

据不完全统计,截至2023年上半年,全球已有40款碳化硅车型进入量产交付,上半年全球碳化硅车型销量超过120万辆。从Yole Intelligence发布的2023年版《功率碳化硅报告》来看,碳化硅行业近年实现了创纪录的增长,预计到2028年,全球功率碳化硅器件市场将增长至近90亿美元。

在新能源产业快速发展下,将推动第三代半导体材料需求爆发,产业迎来发展良机。第三代半导体材料广泛应用在5G基建、新能源汽车、充电桩、特高压及轨道交通等新基建各领域核心射频、功率器件中,产业迎来巨大的发展机遇。

 服务器

 04 超导材料

不过,对新材料的渴望也致使科学界出现了个闹剧。2023年夏天,韩国科研团队曾宣称自己发现了常压室温超导体LK-99晶体,在正常大气环境下可在127摄氏度以下实现超导。但它很快就被证实,该材料并无零电阻特性,与“室温超导”所被期待的零电阻特性相差甚远。推荐阅读:科技革命or噱头?常温超导对线材有何影响?

虽是一场闹剧,但科学家们一直从未停止过对超导材料的探索。2023年12月,华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室、中南大学、电子科技大学等科研团队发现LK-99存在超导相的明确证据。

近日,美国哈佛大学高温超导体研究取得重要进展,科研人员开发了一种新策略来创造和操纵高温超导体,特别是铜酸盐超导体,为设计新型超导材料提供了新方向。相关研究成果发表在《科学》杂志上。

……

百年来,人类执着于对超导材料的研究与探索,“科幻世界描绘的场景在人间复现”或许在未来并非是一场浪漫的想象。

PART 2:磁性材料的基础研究大踏步向前

纵观过去十年,磁性元器件的变化与发展更多集中在产能、产品形状、生产效率、生产工艺等方面,关于底层的基础材料研究,其实发展的幅度并不大。

但在新能源汽车、超充、AI、大数据等终端领域的快速发展下,行业急需高性能的磁性材料,高质量发展已成为磁性元器件行业发展不可避免的命题。

那么2023年,磁性材料有过哪些“高光时刻”呢?

01 97材

从新能源市场需求及技术发展趋势来看,磁性元器件需要提高转换效率的同时降低损耗、小型化。对铁氧体磁芯而言,需要采用优质、稳定的高阶粉料,优化烧结工艺,提高磁芯的饱和磁感应强度、降低磁芯的功率损耗来实现磁芯小型化。

目前,97材可以说是行业中最高性能的功率系磁材。97材磁芯具有极高的磁感应强度Bs和低的功率及涡流损耗。可广泛应用于服务器、充电桩、车载充电机等领域,替代传统的95、96材。推荐阅读:PC97材也来了!高性能磁芯助力新能源技术发展

2023年,已经有一小批磁性材料厂商掌握97材技术以及处于产能扩张阶段。 

02 金属磁粉芯

金属磁粉芯是具有分布式气隙的软磁材料,随着各类电子产品向微型化、小型化方向发展,凭借着其饱和磁通密度高、损耗小、温度特性良好等优良特性,可以更好地满足新能源领域电能变换设备高效率、高功率密度的发展要求。

随着新能源汽车的普及、大规模充电桩的铺设,快速大功率充电将成为消费需求的新趋势,而大规模快速大功率充电设备的导入使得整个电网供电设备需要进行柔性化、智能化改造。

大数据和云计算等信息产业的高速发展,带来了 UPS、更高性能的服务器电源等大功率用电设备持续增长;智能终端、手机的快充技术给用户带来新体验的同时,也使得原来的小功率充电电源适配器的输出功率大幅增长。这些应用需求的新变化,使得用于电感的金属磁粉芯的需求持续快速增长。

有数据显示,2023-2025 年金属软磁粉芯行业预计整体增速 CAGR 约为 17%,2025 年市场需求预计约为26万吨,市场规模将达到86亿元左右。

 03 膜包压方线

从单根铜线到扁线,再到多股绞合线,在新能源产业发展的历程中线材也经历了多轮变革,而2023年又出现了一种全新的线材结构——膜包压方线。

膜包压方线是通过成品膜包线挤膜压方而成,其结构外层是高温胶带,内层是多芯漆包线或是成品铁氟龙绝缘线,耐温特性比其他常规膜包线要高很多。

在小型化趋势下,终端产品对空间的要求越来越苛刻。而膜包压方线由于更低高度、更小体积、高散热、更高功率的优势,正越来越受到工程师的青睐。

膜包压方线替代三层绝缘线已成趋势,不过目前尚处于小批量试验阶段。随着终端市场的不断成熟,未来膜包压方线将会迎来更加广阔的发展空间。推荐阅读:车载磁性元件将全面使用膜包压方线?

 膜包压方线

▲膜包压方线结构截面图,图片源自骅鹰优霸

 04 芯片电感

在AI、物联网、5G等产业快速发展背景下,更适用于AI服务器相关的高功耗、高散热要求的芯片电感成为2023年最火热的产品之一。

芯片电感是一种特殊形式的一体成型电感,位于芯片的供电模块,能够起到为芯片前端供电的作用,以维持主板和显卡中的各种芯片的正常工作。

在大功率领域中,芯片供电需要稳定低电压的状态,因此只能通过加大电流维持高功率的需求,对芯片电感提出更高的耐大电流要求。与铁氧体电感相比,金属软磁粉制芯片电感以其更优异的磁饱和特性,可以更好耐受大电流,更适用于高性能 GPU,应用于 AI 服务器等高功耗的应用场景。

芯片电感更匹配小型化、高功耗的应用领域,未来对传统电感也有较强的替代性。

英麦科生产的芯片电感就是国内首创的半导体薄膜工艺第三代功率电感。英麦科创造性地将功率电感与封装基座一体加工,实现功率电感与封装基座的二合一。

相比传统的SIP需要“芯片+电感+基座”,基于英麦科的方案只需将芯片与集成电感及其他器件合封,即可实现完整的电源模块及周边电路的功能,进一步减小电源模块的体积,提升功率密度,降低成本。

一体成型电感的应用也说明了电感器生产工艺取得了重大进步。高性能的磁性元器件不仅取决于优异的磁性材料,先进的生产工艺亦不可或缺。

PART 3:磁元件技术发展方向

过去一年,《磁性元件与电源》聚焦了电子变压器与电感器最热门的终端市场,深度报道了新能源汽车、充电桩、储能、服务器电源、微型逆变器等领域的发展情况、市场空间,以及对电子变压器、电感器的技术要求。

在行业“内卷”成为企业普遍现状的情况下,我们还分析了电子变压器、电感器企业外迁办厂的利弊、如何选择轻资产或重资产、如何应对新能源市场发展等行业企业痛点问题。

在与众多电子变压器、电感器、磁性材料厂商、终端市场的高工、行业专家教授的交流中,我们了解到,高频化、集成化、大功率、小型化、低损耗已成为电子变压器、电感器行业技术发展方向。

 电感器

以最受关注的新能源汽车为例,新能源汽车在电源系统上的要求越来越高,电源系统多合一集成化设计成为趋势,将车载OBC充电机、DC-DC 转换器和高压配电单元集成的产品逐步成为车载电源的主流方案。通过车载电源系统的集成,大功率、小型化、集成化、智能化、高性价比成为车载电源产品的发展方向。

对电子变压器、电感器而言,由于电路拓扑往更高效率、更小体积与更少成本方向发展,面临着高频化、耐久度、高密度磁集成等技术难点,对电感变压器也提出了多方面的要求。一是需要不断提高磁集成度以提升电感、变压器性能,减小体积和成本;二是需要不断提高电感、变压器频率,适应更高工作频率,以及改善高频带来的损耗难题;三是随着对散热性能的需求不断提升,未来超充桩可能会逐步引入液冷散热方式,对电感、变压器气密性也提出了新的需求,需要达到IP68乃至更高的防护等级。

 变压器

再以发展速度迅速的第三代半导体为例,电子制造业逐步由第二代向第三代半导体材料过渡,大功率、高频率、小型化也将成为磁性元件产品发展的主旋律,技术变革将带动智能装备跨入新的发展阶段,掀起整个电子元器件设计新浪潮,同时也提出了更高的工艺要求。

使用第三代半导体材料后,开关电源频率提高,在高频化、大功率、小体积的要求下,要求电子变压器、电感器减小体积,优化散热,需要往扁平化、集成化方向设计。

对磁芯来说,在高频状态下,晶粒尺寸要小,粉料粒度更细。需要从粉料配方、工艺条件都进行革新。高频大磁场、宽温低损耗、宽频低损、高Bs低损耗成为磁芯的发展方向。

对线材来说,在较高频率下,多股绞合线得到广泛应用,需要提高绞线工艺和提高线材的温度等级。线要做得越来越细,为避免在绕线过程中线由于过细而易断,对线的耐弯曲特性也提出一定要求。此外,为减小损耗,多股绞合线、利兹线、膜包线都能一定程度上减小趋肤效应。

结语

这些新材料、新科技的出现,共同塑造了中国磁性元器件行业乃至中国制造业在2023年奋力向前、坚韧顽强的年度形象。

只要回看历史就不难发现,在过去十年、二十年,我国磁性元

器件行业只能跟随在日本、德国等一众发达国家的脚步后面一步步学习、模仿、借鉴。但在众多科研学者、工程师的努力下,如今我国磁性元器件在世界上的发展已走在前列。

新材料、新发明的出现并不是它的全部。这些“高光时刻”的铸就是在一个个磁性材料的研发人员夜以继日的研究中托举起来的。“小”人物成就“大”事件,他们值得被铭记。

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凡是过往,皆为序章。向前发展永无止境,我们永远期待更美好的未来!

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