電子元件行業(yè)發(fā)展不斷提速 新興市場亟待突圍
電子變壓器：與上下游企業(yè)共同進(jìn)步
中國電子學(xué)會元件分會電子變壓器技術(shù)部秘書長 姜德清
近30年來，各種門類的電子產(chǎn)品幾乎都在向著高頻化、高效率、低損耗和高性價(jià)比方向發(fā)展，使得傳統(tǒng)的EI、C型磁心電子變壓器的生存空間變窄變小。因此，在我國大陸的電子變壓器產(chǎn)量中傳統(tǒng)型仍占很大比例的情況下，必須以改革和創(chuàng)新的精神，加大其更新?lián)Q代的腳步，否則，內(nèi)地的電子變壓器行業(yè)還會較長時(shí)間地處于“打工”地位。
正經(jīng)歷三個(gè)層次更新?lián)Q代
在某種意義上講，我國的電子變壓器產(chǎn)業(yè)正經(jīng)歷著三個(gè)層次的更新?lián)Q代：第一層次是立體變壓器(即傳統(tǒng)型普通變壓器)向平面型變壓器的革新，平面變壓器的體積重量比傳統(tǒng)型減小了80%，已形成5W-20kW/20kHz～2MHz的產(chǎn)品系列，其效率的典型值可達(dá)98%。第二層次更新是片式變壓器的批量生產(chǎn)。片式變壓器的高度進(jìn)一步降低，基本實(shí)現(xiàn)了扁平化。它們適合于電流在100A以上的低壓大電流電源的要求。其結(jié)構(gòu)一般采用一個(gè)初級繞組多個(gè)磁心代替?zhèn)鹘y(tǒng)的一個(gè)磁心多個(gè)繞組。多個(gè)磁心的初級繞組串聯(lián)達(dá)到降壓與隔離的要求，其內(nèi)部溫升低于平面變壓器，只有10℃左右；可以安裝在額定溫升高一些的PCB等基板上。第三層次更新則是薄膜變壓器的研制設(shè)計(jì)成功。由于采用薄膜結(jié)構(gòu)，更好地實(shí)現(xiàn)了低高度，一般小于1mm，工作頻率超過1MHz，達(dá)10 MHz～100MHz。薄膜變壓器可以采用集成電路工藝制造，故成本并不比片式變壓器高，薄膜變壓器是廣泛使用的直流開關(guān)電源變壓器的發(fā)展方向。
大家已注意到，目前，從傳統(tǒng)型普通立體變壓器發(fā)展到平面變壓器、片式變壓器和薄膜變壓器只是一個(gè)發(fā)展進(jìn)步過程，它們各自有著自己的應(yīng)用范圍和市場定位，并非一種類型完全替代了另一類。如目前的普通型電子變壓器的使用量和產(chǎn)量仍然很大；平面變壓器已形成系列和批量，正在推廣使用；片式電子變壓器還處于少量品種的小批量試生產(chǎn)之中；薄膜變壓器則還處于開發(fā)研究階段。
與上下游產(chǎn)品共同進(jìn)步
首先，軟磁材料向高端產(chǎn)品升級換代且逐步規(guī)模化發(fā)展
高端元器件的開發(fā)生產(chǎn)需要高端原材料的支持。影響電子變壓器性能指標(biāo)的主要原材料是磁性材料。所以，電子變壓器電感器行業(yè)十分關(guān)注軟磁材料尤其是其高端材料的發(fā)展。近幾年來，我國軟磁材料產(chǎn)業(yè)有了長足進(jìn)步，已有一些大中型軟磁企業(yè)進(jìn)入了世界先進(jìn)行列，軟磁材料總產(chǎn)量和中低檔軟磁產(chǎn)品在國際市場上已占絕對優(yōu)勢，高檔次軟磁產(chǎn)品也已開始形成國際競爭力，可以說，整個(gè)軟磁行業(yè)已開始由大向強(qiáng)轉(zhuǎn)變。
上游原材料產(chǎn)品的發(fā)展進(jìn)步，為電子變壓器行業(yè)及產(chǎn)品的升級提供了良好的基礎(chǔ)條件。
其次，國內(nèi)整機(jī)行業(yè)及產(chǎn)品正在轉(zhuǎn)型升級，必將拉動電子變壓器行業(yè)與產(chǎn)品的市場與技術(shù)發(fā)展。
電子變壓器的技術(shù)與產(chǎn)品隨整機(jī)產(chǎn)品的發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，這就為自身的發(fā)展提供了市場與技術(shù)空間，例如各種電子計(jì)算機(jī)及其外圍設(shè)備、有線無線與移動通信設(shè)備、汽車電子設(shè)備、醫(yī)用電子設(shè)備與儀器等都有寬廣的市場和技術(shù)發(fā)展空間，而新興的一些行業(yè)與技術(shù)如高清晰度電視、液晶類產(chǎn)品、數(shù)碼產(chǎn)品等等的高速發(fā)展態(tài)勢已經(jīng)形成。這些產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，都離不開各類電源，因此，電子變壓器技術(shù)和市場與它們具有同樣的發(fā)展?jié)摿κ呛翢o疑問的。
產(chǎn)品升級換代提出新要求
從使用角度而言，電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)越來越個(gè)性化與多元化，門類、品種、型號多。電子變壓器的設(shè)計(jì)制造必須適應(yīng)這種潮流與原則。目前，電子變壓器的設(shè)計(jì)制造必須注意到如下一些要求：
第一，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，總的趨向是小薄輕，適合于SMT安裝要求。對電子變壓器設(shè)計(jì)者來說，小薄輕是在三大被動元件中最為困難的。為了達(dá)到小型化指標(biāo)要求，首選措施是提高電源的工作頻率，目前的工作頻率為20kHz～100MHz以上。選擇高的工作頻率，隨之而來的是高頻損耗和電磁噪聲的增大，這就需要采用新的高端磁性材料和抗電磁干擾器件來克服，這將使電子變壓器及電源設(shè)計(jì)復(fù)雜化。
第二，電子變壓器設(shè)計(jì)要把工作效率、生產(chǎn)效率放在重要位置。提高電子變壓器的工作效率與生產(chǎn)效率是環(huán)保與節(jié)能的具體落實(shí)。在電子變壓器設(shè)計(jì)中，要求的工作效率為：100W以下的小功率直流開關(guān)電源的效率>85%；中大功率直流開關(guān)電源的工作效率應(yīng)大于90%。電子變壓器和電感器的損耗占電源功率的15%左右，所以要求電子變壓器的工作效率>95%～98%。電子變壓器的空載損耗和空載電流是電子設(shè)備待機(jī)損耗的主要因素，因此，要求電子變壓器的空載損耗最好小于2%。提高電子變壓器工作效率的設(shè)計(jì)還必須解決其發(fā)熱少散熱快等問題。
第三，與其他任何產(chǎn)品一樣，成本是電子變壓器設(shè)計(jì)必須面對的問題。電子變壓器除了應(yīng)在低損耗、小尺寸、高效率、穩(wěn)定可靠等方面適應(yīng)現(xiàn)代電子設(shè)備要求外，低價(jià)位是市場競爭的必要條件。降低變壓器成本，設(shè)計(jì)是基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)時(shí)原材料的采用、結(jié)構(gòu)形式對成本起主導(dǎo)作用，工藝設(shè)備和工藝過程設(shè)計(jì)，在線測試設(shè)備與路線設(shè)計(jì)等等都應(yīng)以最低成本為前提。
第四，最大限度地采用標(biāo)準(zhǔn)件。目前，傳統(tǒng)變壓器設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化率較高，而在平面、片式和薄膜電子變壓器的設(shè)計(jì)中，則較多地偏向于整機(jī)產(chǎn)品的技術(shù)與安裝要求，對標(biāo)準(zhǔn)化率沒有嚴(yán)格要求。提高設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化率，當(dāng)前要抓好兩方面的工作，一是加快行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制定，二是設(shè)計(jì)師要善于利用現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)件和設(shè)計(jì)手段。第五，在有些材料(如銅材)漲價(jià)并維持在高價(jià)位的情況下，尋找一些較低價(jià)位的材料來替代，如以銅包鋁導(dǎo)線替代銅導(dǎo)線。
磁材：鐵氧體磁體產(chǎn)量第一價(jià)格偏低
中電元協(xié)磁性材料分會秘書長 陳國華
目前，中國具有磁性材料生產(chǎn)企業(yè)及相關(guān)的企業(yè)1096家，其中鐵氧體生產(chǎn)企業(yè)359家，稀土磁體和金屬磁體生產(chǎn)企業(yè)226家，其余為配套設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)和輔助原料生產(chǎn)企業(yè)。永磁鐵氧體生產(chǎn)企業(yè)197家，產(chǎn)量為41萬噸(燒結(jié)磁體36萬噸、粘結(jié)磁體5萬噸)，軟磁鐵氧體生產(chǎn)企業(yè)162家，產(chǎn)量為30萬噸(錳鋅26萬噸、鎳鋅和鎂鋅4萬噸)，釹鐵硼磁體4萬噸，鋁鎳鈷金屬磁體0.35萬噸，上述數(shù)據(jù)均包括在中國的外資企業(yè)。[!--empirenews.page--]
鐵氧體保持20%以上增速
中國的鐵氧體工業(yè)基本保持在20%以上速度增長，平均每五年產(chǎn)量翻一番，圖1表示1985年—2006年中國燒結(jié)永磁鐵氧體和錳鋅軟磁鐵氧體磁體的增長。圖2表示1985年—2006年中國粘結(jié)永磁鐵氧體增長。圖3表示中國與世界其他國家釹鐵硼磁體產(chǎn)量變化。
進(jìn)入21世紀(jì)，中國的粘結(jié)永磁鐵氧體增長速度加快，現(xiàn)在產(chǎn)量達(dá)5萬噸，除原來傳統(tǒng)的各向同性粘結(jié)永磁鐵氧體，如電冰箱門封磁條和顯像管調(diào)焦磁環(huán)片增長外，各向異性粘結(jié)永磁鐵氧體，如微電機(jī)用的磁體和薄紙廣告貼片磁體增長幅度加大。現(xiàn)在，各向同性磁體占粘結(jié)永磁鐵氧體磁體的60%，其磁能積在0.7 MGOe～1.0MGOe，各向異性磁體占40%，其磁能積在1.4 MGOe～1.6MGOe，主要用于各種類型的微電機(jī)。
近幾年，中國鐵氧體磁體的產(chǎn)品質(zhì)量和檔次有很大的提高，基本上能生產(chǎn)日本TDK公司的各種牌號標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品。用鐵鱗為原料生產(chǎn)的燒結(jié)鐵氧體永磁性能達(dá)到FB4B，用氧化鐵為原料能生產(chǎn)的磁體性能達(dá)到FB5、FB6。錳鋅軟磁鐵氧體功率材料性能普遍達(dá)PC30——PC40，少數(shù)能生產(chǎn)PC44、PC50等牌號的產(chǎn)品；高導(dǎo)磁率材料μi普遍達(dá)8000，少數(shù)能生產(chǎn)12000～15000的材料。
目前永磁鐵氧體產(chǎn)品在高技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用占42%，如家電(微波爐、空調(diào)、小家電)、辦公用品(復(fù)印機(jī)、傳真機(jī))汽車、摩托車、高保真音響、儀表傳感器件。傳統(tǒng)中低檔產(chǎn)品領(lǐng)域的應(yīng)用占58%，如揚(yáng)聲器、吸附磁體、玩具電機(jī)、磁選器件。分布如圖4。
軟磁鐵氧體產(chǎn)品，高技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用占22%，如數(shù)字通信、電磁兼容(EMC)、射頻寬帶、抗電磁干擾(EMI)、高清顯示、汽車電子。傳統(tǒng)中低檔產(chǎn)品領(lǐng)域應(yīng)用占78%，如電視機(jī)、電源適配器、電子鎮(zhèn)流器、普通開關(guān)電源變壓器、天線棒。分布如圖5。
目前中國釹鐵硼磁體應(yīng)用情況如下，高技術(shù)產(chǎn)品領(lǐng)域的應(yīng)用占37%，如核磁共振成像儀(MRI)、手機(jī)振動、硬盤驅(qū)動器音圈(VCM)、光盤(DVD、CD-ROM)驅(qū)動器主軸、電動工具、電動車。傳統(tǒng)中低檔產(chǎn)品領(lǐng)域的應(yīng)用占63%，如音響器件、磁吸附器件、磁選器、磁化器。分布如圖6。
從總體來看，中國的鐵氧體磁體的性能還以中低檔為多數(shù)，雖然產(chǎn)量高居世界第一，但產(chǎn)值并不理想。現(xiàn)在中國的磁性材料總產(chǎn)值約265億元，永磁鐵氧體產(chǎn)值62億元，平均價(jià)格在1.5萬元/噸；軟磁鐵氧體產(chǎn)值在93億元，平均價(jià)格在3.1萬元/噸，其余釤鈷磁體、釹鐵硼磁體和金屬磁體占市場110億元。
2006年中國出口各類磁體23萬噸，出口金額僅8.6億美元；進(jìn)口各類磁體6.9萬噸，而進(jìn)口金額達(dá)5.7億美元。圖7示出2006年中國海關(guān)統(tǒng)計(jì)的磁性材料進(jìn)出口數(shù)量和金額，從中也能反映出中國的磁體價(jià)格遠(yuǎn)低于國際價(jià)格。
行業(yè)存在四大問題
1.資本和知本脫節(jié)，現(xiàn)在有資金的企業(yè)不少，據(jù)統(tǒng)計(jì)，上市公司加入磁性材料行業(yè)有近30家。一些非磁材領(lǐng)域的上市公司單憑資金投入，缺少與研究院所和有一定技術(shù)的企業(yè)聯(lián)合，單干效果不理想。
2.科技投入力度不夠，國內(nèi)的一些大企業(yè)，在科技投入方面資金較少，沒有技術(shù)創(chuàng)新的考慮。國外的企業(yè)投入科技開發(fā)的資金約為利潤總額的5%。
3.缺少與下游產(chǎn)品共同開發(fā)，由于中國的整機(jī)開發(fā)跟在國外市場后面，很少與磁材企業(yè)溝通，所以磁材行業(yè)在整機(jī)使用方面永遠(yuǎn)處于被動地位。
4.中國磁性材料企業(yè)過多，新興企業(yè)要占市場僅靠下降價(jià)格，像滾雪球一樣無止境。另外中國的市場競爭游戲規(guī)則與自我約束機(jī)制不完善。
總之，前途是光明的，21世紀(jì)國際磁性材料中心轉(zhuǎn)移到中國，中國將成為世界最大的磁性材生產(chǎn)基地、磁材銷售市場。各企業(yè)要按照中國磁性材料發(fā)展戰(zhàn)略，制定各自的戰(zhàn)術(shù)，從小到大，從大到強(qiáng)，從國內(nèi)到國際，步步實(shí)現(xiàn)自己的宏大理想。我們堅(jiān)信：中國磁性材料企業(yè)必能成為國際巨頭。
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