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隨著器件的小型化，對于SMD功率電感的直流疊加特性要求越來越高。電感器結構優化和使用高Bs NiZn鐵氧體材料是提高SMD功率電感的直流疊加特性的有效途徑。配方和工藝參數優化是提高NiZn鐵氧體材料的Bs的主要方法。天通公司開發了對應高直流疊加SMD功率電感用的高Bs NiZn鐵氧體材料系列。

1 引言
軟磁鐵氧體主要包括MnZn、NiZn鐵氧體材料兩大系列，主要應用于計算機、通訊、電源及消費類電子產品等領域，是電子工業的基礎功能材料。與MnZn鐵氧體相比，NiZn鐵氧體具有高電阻率、高使用頻率等特點，適用于制成各種SMD功率電感。
隨著電子移動終端變得越來越來小，越來越薄，對應DC/DC 轉換器的SMD功率電感也需更小，更薄。另外，隨著轉換頻率越來越高，功能越來越多，額定電流的要求也越來越高，從而對于功率電感的直流偏置特性的要求也越來越高。這樣對于SMD功率電感的形狀結構設計和制作功率電感的NiZn鐵氧體材料的電磁性能也提出了更高的要求。
本文先闡述了SMD功率電感及其對直流疊加特性的要求，然后介紹了電感磁芯公司zui近在對應高直流疊加SMD功率電感用高Bs NiZn鐵氧體材料的研發情況。
2 SMD功率電感介紹
2.1 SMD功率電感的結構與直流偏置特性
如圖1所示，SMD功率電感按照結構來分可以分為無屏蔽式方形功率電感和傳統屏蔽式結構功率電感兩大類。無屏蔽式方形功率電感主要由DRS core和銅線組成，采用磁膠取代RI core，磁膠一般采用鐵氧體磁粉加入樹脂配制而成[1]；傳統屏蔽式結構功率電感一般為帶磁罩式的設計，主要由磁芯（DR core和RI core）和銅線組成。
圖2為無屏蔽式方形功率電感與傳統屏蔽式功率電感的直流偏置特性對比測試結果[1]。由圖可見，無屏蔽式方形功率電感的直流偏置特性明顯優于傳統屏蔽式功率電感。無屏蔽式方形功率電感的結構為閉合磁路設計，往往產品漏磁較少，產品的損耗較小，直流偏置特性好。
可見，通過電感器結構設計的優化可以提高SMD功率電感的直流偏置特性。
2.2 SMD功率電感的直流偏置特性與NiZn鐵氧體材料
直流電流流經線圈會產生響應電流的磁通。一旦超過允許的磁通密度，電感量就會降低。直流疊加的飽和電流Is，可以用公式表示[2]：
Is=Bs×S×N/L
式中，Bs為磁心的飽和磁通密度，S為磁心的磁路zui小截面積，L為電感量。
磁心的飽和磁通密度Bs取決于NiZn鐵氧體材料。從上式可以看出，一般說來，NiZn鐵氧體材料的Bs越高，對應的SMD功率電感的直流偏置特性越好。另外，較大的ΔB=Bs-Br也是提高NiZn鐵氧體材料的直流偏置特性的一個方向。較高的Bs和較低的Br使磁芯的飽和磁滯回線向橫軸方向傾斜，磁芯飽和磁化需要更大的外加場，從而改善了磁芯的直流疊加特性[3]。
3 高Bs NiZn鐵氧體材料
3.1 影響材料的Bs的主要因素
NiZn鐵氧體的Bs主要取決于材料的配方對應的飽和磁化強度Ms，要想得到較高的Bs，就必須使用Ms較高的材料配方。圖3為NiZn鐵氧體配方對應的飽和磁化強度Ms特性三角分布[4]。由圖可見，過量的NiO、Zn和Fe2O3均不能得到較高的Bs，高Bs NiZn鐵氧體的*配方點在30%NiO、20%Zn和50%Fe2O3附近。
影響NiZn鐵氧體材料的Bs因素還有砂磨時間、成型密度、燒結溫度等工藝條件[5]。
表1為砂磨時間對于NiZn鐵氧體材料的飽和磁通密度Bs的影響。實驗表明，材料的飽和磁感應強度與砂磨粒徑的大小有重要關系，也就是存在一個*的顆粒粒度及其分布。
表2為壓制密度和燒結溫度對于NiZn鐵氧體材料的飽和磁通密度Bs的影響。把同一種材料分別壓制成4種密度的相同生環，放入同一爐中燒結，采用了1050℃、1070℃以及1090℃三種溫度來進行燒結。由實驗結果可見，隨著密度的升高，磁心的Bs在不同的燒結溫度中都呈現不同程度的上升趨勢，也就是說，在不同壓制密度實驗中，密度越大，它的Bs也就越大。
表 1  砂磨時間對于NiZn鐵氧體材料的飽和
磁通密度Bs的影響
 砂磨時間 粒徑分析 Saturation
Magnetic(mt)
  Concentration Mean Diameter(mu) 
實驗1 150 108 1.59 450
實驗2 120 110 1.68 421
實驗3 100 108 1.79 413
實驗4 80 113 1.82 411

表 2  壓制密度和燒結溫度對于NiZn鐵氧體材料的
飽和磁通密度Bs的影響
 對應編號 壓制密度 Bs
   1050℃ 1070℃ 1090℃
密度范圍(g/cm3) 1 3.0~3.1 395.5 394.1 407.2
 2 3.1~3.2 397.8 395.8 412.7
 3 3.2~3.3 412.4 412.5 415.3
 4 3.3~3.4 422.6 435.7 439.4

3.2 TDG高Bs NiZn鐵氧體材料介紹
  電感磁芯公司根據客戶的需求，通過優選主配方和合適的工藝條件，開發了高Bs系列材料(TN35B、TN25B、TN20B)，對應SMD功率電感的直流偏置特性。如表3所示，高Bs系列材料(TN35B、TN25B、TN20B)的Bs相對于天通公司傳統的TN40H材料有顯著的提升。如圖4所示，TN35B材料的直流偏置特性明顯優于與TDG傳統TN40H材料。
4 總結
(1)無屏蔽式方形功率電感的直流偏置特性明顯優于傳統屏蔽式功率電感。通過電感器結構設計的優化可以提高SMD功率電感的直流偏置特性。
(2)一般說來，NiZn鐵氧體材料的Bs越高，對應的SMD功率電感的直流偏置特性越好。
(3)NiZn鐵氧體的Bs主要取決于材料的配方對應的飽和磁化強度Ms和關鍵工藝參數。
(4)電感磁芯公司根據客戶的需求，開發了高Bs系列材料(TN35B、TN25B、TN20B)，對應SMD功率電感的直流偏置特性。