软磁铁氧体的市场和技术发展
2006-11-09 14:38:12
来源：《国际电子变压器》2006年11月刊
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软磁铁氧体是品种最多、应用最广、用量最大的一种磁性材料，是电子信息和家电工业等的重要基础功能材料。经过半个多世纪各国铁氧体公司的科研生产，世界软磁铁氧体性能得到了很大的改进和提高，其产量逐年高速递增，应用领域范围不断扩大。当今世界软磁铁氧体的生产有两个特点：一是亚洲更加突出其中心和大本营地位；二是生产重心已完成由发达国家向发展中国家的战略转移。据有关专家预测，2004年全球软磁铁氧体产量约为40.5吨，2005年上升至45吨，年增长率达11%，美国将继续保持负增长，日本、西欧很可能在现有能力上徘徊或减少，而以中国、中国台湾、韩国和印度为代表的亚洲发展中国家或地区，将呈现快速发展趋势，其软磁铁氧体产量将占全球总产量的3/4以上，这是因为这些国家或地区具有丰富、廉价的劳动力、原材料资源及能源，还有大量的电子变压器和电感器厂家以及全球最大的彩色电视机、显示器、电脑及外设制造业。
近年来，电脑、移动通信、光纤通信、EMC、DVD、数字电视以及新型照明灯具等发展很快，为软磁铁氧体的应用开辟了更大的市场，在这一市场中，发展较快的软磁铁氧体产品主要有以下几类：功率铁氧体，约占软磁铁氧体总量的50%；高磁导率铁氧体，约占总量的25%；宽带射频和电子镇流器与照明变压器用软磁铁氧体，约占总量的10%；抗电磁干扰（EMI）铁氧体元件，约占总产量的5%。权威机构对世界软磁铁氧体行业评估后认为，世界软磁铁氧体需求量在今后4～5年间每年仍将按10%左右的速度增长，21世纪将是高档软磁铁氧体的发展时期，其中用量最大的仍然是功率铁氧体和高磁导率铁氧体。
开关电源的出现及广泛应用，是电源领域的重大变革。过去开关电源主要应用于计算机和电信方面，后来扩大到彩电、录象机、摄录一体化机、VCD、DVD、办公自动化及照明电子等设备中。为适应开关电源轻、小、薄的要求，需要增大其开关频率。而制作开关电源变压器磁心的Mn--Zn铁氧体材料就必须在较高频率和较大磁通密度(Bs)下具有良好的磁性能，这类材料被称为功率铁氧体。高性能功率铁氧体应有高Bs、高θf(居里温度)、低Po(功耗)等特点。20世纪70年代初， 日本、欧洲厂商为适应开关电源市场的需要，开发出第一代功率铁氧体，典型牌号为日本TDK的H35、FDK的H45，这类材料由于功耗Po较大，且使用时温升显著， 故一般只用于16～25kHz的民用开关电源。 80年代初，经改进实用频率为25～100kHz的第二代功率铁氧体被开发出来，其最大特点是呈现负温度系数功耗 (20～100℃，随温度升高，功耗呈下降趋势) ，能有效防止温升造成的电磁性能下降，且综合指标较好；代表性的产品有TDK的PC30 、FDK的6H10、德国西门子的N27和荷兰飞利浦的3C80。80年代中后期，国外又竞相开发出高频功耗大幅降低、 实用频率一般可达100～500kHz的第三代材料，如TDK的PC40 、PC44、FDK的6H20和6H40、西门子的N72、飞利浦的3C85和3F3，典型性能指标为：Bs=490～510mT，θf＞200℃，Po=400～500mW/cm3(100kHz，200mT，100℃)，这类材料特别适用于频率为数百kHz的高频开关电源。
进入90年代后， 第四代功率铁氧体又开发成功， 代表牌号有TDK的PC50、FDK的7H10和7H20、西门子的N49和N59、飞利浦的3F4、日立铁氧体的SM--1M、东京铁氧体(TOKIN)的B40等，其功耗大大低于第三代材料，使用频率一般达500～1000kHz，为开关电源的进一步轻、 小、薄奠定了基础。
2004年，日本TDK公司在沉寂了近十年之后推出了具有划时代意义的新一代功率铁氧体PC95，它具有高磁导率（μi=3300±25%，可适应电子元器件高电感量的要求，或在同等电感量情况下减少线圈绕制匝数，使器件轻小化）、高Bs低Br(有利于减小变压器在直流偏置场作用下的电感波动特性，即直流叠加特性)、比PC4X（PC44～PC47）系列材料更低的常温和高温功耗（P25℃≤350kW/m3， P80℃≤280kW/m3， P100℃≤350kW/m3，测试条件：100kHz，200mT）等特点，创造了世界软磁界的又一奇迹。
为适应计算机显示器和数字高清晰电视发展的需要，TDK公司在90年代还先后推出了专门用于制作回扫变压器的HV22和HV45功率材料，它们具有高Bs和低功耗的特点，其磁心的直流叠加特性优良。
随着数字技术、光纤通信和互联网的发展，对电感器、滤波器、扼流圈、宽带和脉冲变压器的需求大大增加，它们使用的软磁铁氧体要求μ（磁导率）值很高，而且希望提高工作频率。通常称μi≥5000为高磁导率铁氧体，批量稳定生产μi≥10000的材料并不容易。国外生产高磁导率铁氧体的公司主要有TDK、FDK、西门子和飞利浦，他们均在批量生产10000～15000的高μ材料。
另外，随着电子技术应用的日益广泛，特别是数字电路和开关电源应用的普及，EMI问题日趋严重，各国对电子仪器和设备的EMC性能提出了越来越高的要求，以软磁铁氧体磁心为基础的抗EMI元器件发展相当快，产品种类繁多，如TDK有23个系列；美国Filter公司有16个系列；韩国三星电子抗EMI磁性元器件年销售额高达3亿多美元。
我国软磁铁氧体工业发展迅猛，现有生产厂140余家。 近十年来，国内电子消费产品和电子信息产品的飞跃促进了我国软磁铁氧体的快速发展，品种从天线磁棒、中周磁心扩大到为电视机、家用电器、通讯和计算机等领域配套的开关电源变压器磁心、回扫变压器磁心、滤波器磁心和电感器磁心等。产量在改革开发后的20多年间平均每5年翻一番，成为全世界软磁铁氧体生产产量和市场需求量增长最快的国家，年增长速度长期保持在15～22%范围，2005年产量达到15万吨，约占全球产量的1/3。但值得注意的是，目前中国大批量生产软磁铁氧体的技术质量水平并不高，功率铁氧体的性能相当于日本TDK公司产品的PC30和PC40牌号；高磁导率铁氧体的μ值约在7000～10000间；只有极个别单位能稳定小批量生产PC44牌号功率铁氧体和μ值在10000以上的高磁导率铁氧体。从国际市场售价来看，我国产品十分低廉，家用电器等用大磁心，每吨售价约在1.5万元左右，通信用小磁心每吨售价约在3万元左右，仅为日本同类产品价格的1/2～1/3。这除了销售渠道的原因外，还与我国产品档次低下、性能一致性差、外观差、缺少名牌、供货不及时等因素有直接关系。
表1列出了2005年我国软磁铁氧体的主要应用市场情况。
我国大多数软磁企业生产长期滞留于低档次产品，一方面影响本身技术水平和管理水平的提高，另一方面由于售价低、赢利水平低下，影响了扩大再生产，造成原材料及能源等资源的浪费，难以形成良性循环。通过适度发展我国高档次软磁铁氧体，对改善现有产品结构、增强竞争力、扩大与变压器、电感器等的配套以及出口创汇力度都具有非常重要的现实意义。“十一五”期间对我国软磁铁氧体来说，总的趋势是一个发展时期，预计世界市场仍将保持6%左右的平稳年均增长率，而我国则将以10～15%左右的年增长率发展。为顺应国家产业政策和国内外市场的发展趋势，我国软磁铁氧体工业的产品结构也将发生重大变化，高档产品和出口产品的比重将迅速提高。为此，我国软磁铁氧体行业应合理规划和布局，集中资金和力量，在培育发展规模经济和出口基地上很下功夫，以具备一定基础的知名大中型骨干企业为龙头，建立4～5家高档软磁铁氧体生产、出口基地企业，形成我国软磁铁氧体的“国家队”。
近年来，电脑、移动通信、光纤通信、EMC、DVD、数字电视以及新型照明灯具等发展很快，为软磁铁氧体的应用开辟了更大的市场，在这一市场中，发展较快的软磁铁氧体产品主要有以下几类：功率铁氧体，约占软磁铁氧体总量的50%；高磁导率铁氧体，约占总量的25%；宽带射频和电子镇流器与照明变压器用软磁铁氧体，约占总量的10%；抗电磁干扰（EMI）铁氧体元件，约占总产量的5%。权威机构对世界软磁铁氧体行业评估后认为，世界软磁铁氧体需求量在今后4～5年间每年仍将按10%左右的速度增长，21世纪将是高档软磁铁氧体的发展时期，其中用量最大的仍然是功率铁氧体和高磁导率铁氧体。
开关电源的出现及广泛应用，是电源领域的重大变革。过去开关电源主要应用于计算机和电信方面，后来扩大到彩电、录象机、摄录一体化机、VCD、DVD、办公自动化及照明电子等设备中。为适应开关电源轻、小、薄的要求，需要增大其开关频率。而制作开关电源变压器磁心的Mn--Zn铁氧体材料就必须在较高频率和较大磁通密度(Bs)下具有良好的磁性能，这类材料被称为功率铁氧体。高性能功率铁氧体应有高Bs、高θf(居里温度)、低Po(功耗)等特点。20世纪70年代初， 日本、欧洲厂商为适应开关电源市场的需要，开发出第一代功率铁氧体，典型牌号为日本TDK的H35、FDK的H45，这类材料由于功耗Po较大，且使用时温升显著， 故一般只用于16～25kHz的民用开关电源。 80年代初，经改进实用频率为25～100kHz的第二代功率铁氧体被开发出来，其最大特点是呈现负温度系数功耗 (20～100℃，随温度升高，功耗呈下降趋势) ，能有效防止温升造成的电磁性能下降，且综合指标较好；代表性的产品有TDK的PC30 、FDK的6H10、德国西门子的N27和荷兰飞利浦的3C80。80年代中后期，国外又竞相开发出高频功耗大幅降低、 实用频率一般可达100～500kHz的第三代材料，如TDK的PC40 、PC44、FDK的6H20和6H40、西门子的N72、飞利浦的3C85和3F3，典型性能指标为：Bs=490～510mT，θf＞200℃，Po=400～500mW/cm3(100kHz，200mT，100℃)，这类材料特别适用于频率为数百kHz的高频开关电源。
进入90年代后， 第四代功率铁氧体又开发成功， 代表牌号有TDK的PC50、FDK的7H10和7H20、西门子的N49和N59、飞利浦的3F4、日立铁氧体的SM--1M、东京铁氧体(TOKIN)的B40等，其功耗大大低于第三代材料，使用频率一般达500～1000kHz，为开关电源的进一步轻、 小、薄奠定了基础。
2004年，日本TDK公司在沉寂了近十年之后推出了具有划时代意义的新一代功率铁氧体PC95，它具有高磁导率（μi=3300±25%，可适应电子元器件高电感量的要求，或在同等电感量情况下减少线圈绕制匝数，使器件轻小化）、高Bs低Br(有利于减小变压器在直流偏置场作用下的电感波动特性，即直流叠加特性)、比PC4X（PC44～PC47）系列材料更低的常温和高温功耗（P25℃≤350kW/m3， P80℃≤280kW/m3， P100℃≤350kW/m3，测试条件：100kHz，200mT）等特点，创造了世界软磁界的又一奇迹。
为适应计算机显示器和数字高清晰电视发展的需要，TDK公司在90年代还先后推出了专门用于制作回扫变压器的HV22和HV45功率材料，它们具有高Bs和低功耗的特点，其磁心的直流叠加特性优良。
随着数字技术、光纤通信和互联网的发展，对电感器、滤波器、扼流圈、宽带和脉冲变压器的需求大大增加，它们使用的软磁铁氧体要求μ（磁导率）值很高，而且希望提高工作频率。通常称μi≥5000为高磁导率铁氧体，批量稳定生产μi≥10000的材料并不容易。国外生产高磁导率铁氧体的公司主要有TDK、FDK、西门子和飞利浦，他们均在批量生产10000～15000的高μ材料。
另外，随着电子技术应用的日益广泛，特别是数字电路和开关电源应用的普及，EMI问题日趋严重，各国对电子仪器和设备的EMC性能提出了越来越高的要求，以软磁铁氧体磁心为基础的抗EMI元器件发展相当快，产品种类繁多，如TDK有23个系列；美国Filter公司有16个系列；韩国三星电子抗EMI磁性元器件年销售额高达3亿多美元。
我国软磁铁氧体工业发展迅猛，现有生产厂140余家。 近十年来，国内电子消费产品和电子信息产品的飞跃促进了我国软磁铁氧体的快速发展，品种从天线磁棒、中周磁心扩大到为电视机、家用电器、通讯和计算机等领域配套的开关电源变压器磁心、回扫变压器磁心、滤波器磁心和电感器磁心等。产量在改革开发后的20多年间平均每5年翻一番，成为全世界软磁铁氧体生产产量和市场需求量增长最快的国家，年增长速度长期保持在15～22%范围，2005年产量达到15万吨，约占全球产量的1/3。但值得注意的是，目前中国大批量生产软磁铁氧体的技术质量水平并不高，功率铁氧体的性能相当于日本TDK公司产品的PC30和PC40牌号；高磁导率铁氧体的μ值约在7000～10000间；只有极个别单位能稳定小批量生产PC44牌号功率铁氧体和μ值在10000以上的高磁导率铁氧体。从国际市场售价来看，我国产品十分低廉，家用电器等用大磁心，每吨售价约在1.5万元左右，通信用小磁心每吨售价约在3万元左右，仅为日本同类产品价格的1/2～1/3。这除了销售渠道的原因外，还与我国产品档次低下、性能一致性差、外观差、缺少名牌、供货不及时等因素有直接关系。
表1列出了2005年我国软磁铁氧体的主要应用市场情况。
我国大多数软磁企业生产长期滞留于低档次产品，一方面影响本身技术水平和管理水平的提高，另一方面由于售价低、赢利水平低下，影响了扩大再生产，造成原材料及能源等资源的浪费，难以形成良性循环。通过适度发展我国高档次软磁铁氧体，对改善现有产品结构、增强竞争力、扩大与变压器、电感器等的配套以及出口创汇力度都具有非常重要的现实意义。“十一五”期间对我国软磁铁氧体来说，总的趋势是一个发展时期，预计世界市场仍将保持6%左右的平稳年均增长率，而我国则将以10～15%左右的年增长率发展。为顺应国家产业政策和国内外市场的发展趋势，我国软磁铁氧体工业的产品结构也将发生重大变化，高档产品和出口产品的比重将迅速提高。为此，我国软磁铁氧体行业应合理规划和布局，集中资金和力量，在培育发展规模经济和出口基地上很下功夫，以具备一定基础的知名大中型骨干企业为龙头，建立4～5家高档软磁铁氧体生产、出口基地企业，形成我国软磁铁氧体的“国家队”。
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