在電子設(shè)備持續(xù)加速向薄型化、大功率和高密度方向演進(jìn)的浪潮下，一體成型功率電感憑借體積小、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、效率高、保持優(yōu)秀電流及飽和電流特性等優(yōu)勢，正迅速成為各種元器件和大功率電路的核心元件。由于一體成型電感的性能指標(biāo)與軟磁復(fù)合磁心的磁性參數(shù)有直接關(guān)系，因此軟磁復(fù)合材料性能的優(yōu)化是提升一體成型電感綜合性能的關(guān)鍵，其中，對金屬軟磁復(fù)合材料進(jìn)行絕緣包覆就是使其邁向高性能電感應(yīng)用的必由之路。

一體成型電感（來源：網(wǎng)絡(luò)）

金屬軟磁復(fù)合材料的主要性能參數(shù)

金屬軟磁復(fù)合材料的性能直接影響著一體成型電感的最終表現(xiàn)，其核心參數(shù)包括：

（1）磁導(dǎo)率：磁導(dǎo)率可以確保材料對磁場的響應(yīng)能力，磁導(dǎo)率越強(qiáng)，軟磁復(fù)合材料能夠更快速地響應(yīng)外部磁場。

（2）飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度：指在材料飽和時(shí)，其磁化程度所達(dá)到的最大值，其數(shù)值大小一般與材料本身有關(guān)。

（3）磁損耗： 磁損耗就是指材料在磁場作用下發(fā)生的能量損耗，主要包括磁滯損耗和渦流損耗。在高頻應(yīng)用場景中，渦流損耗隨頻率平方急劇增加，是性能提升的主要瓶頸。

（4）品質(zhì)因數(shù)：為復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率實(shí)部與虛部的比值，往往可反映軟磁復(fù)合材料高頻性能，其中實(shí)部代表能量的可用部分，虛部代表能量的耗散部分，Q 的值越高，代表著能量耗散占比越小，損耗越低。 

為什么需要進(jìn)行絕緣包覆？

從上面金屬軟磁材料的核心參數(shù)要求可以看出，軟磁復(fù)合材料的磁損耗一方面關(guān)乎著電感的能量利用效率，另一方面也關(guān)乎著電感的壽命和可靠性，而絕緣包覆則能夠通過有效隔離磁粉顆粒，提高軟磁復(fù)合材料的電阻率，在交流電流通過導(dǎo)體時(shí)，有效隔離顆粒間由于磁場變化而在導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生的渦流，避免使導(dǎo)體發(fā)生渦流損耗，穩(wěn)定保持金屬磁粉高飽和磁通密度的優(yōu)點(diǎn)。此外，絕緣包覆層還可以使粉末在壓制和隨后的熱處理工序中黏結(jié)在一起，從而提 高磁粉芯的密度和機(jī)械強(qiáng)度，在高溫高濕酸堿性環(huán)境下，可以有效阻止氯離子的侵入 電感內(nèi)部從而達(dá)到一個(gè)絕緣防銹的效果。目前，金屬軟磁粉體的絕緣包覆技術(shù)有單層無機(jī)包覆、單層有機(jī)包覆、無機(jī)-無機(jī)包覆、無機(jī)-有機(jī)包覆等

1、單層無機(jī)包覆

單層無機(jī)包覆通常是指利用H₃ PO₄等弱酸鈍化或在金屬軟磁粉末表層均勻的包覆上一單層Al₂O₃、SiO₂和 MgO等具有高電阻率的氧化物。這些無機(jī)包覆層往往具有有良好的耐溫性，能夠保證磁粉的包覆效果穩(wěn)定，但其成型性，粘接性等機(jī)械性能較差。

（1）H₃ PO₄鈍化：該方法是最常見的處理方式，是利用和乙醇、丙酮等溶劑配置成鈍化液，再將磁粉倒入鈍化液中不斷攪拌，使磁粉表面與鈍化液反應(yīng)，在表面生成一層均勻的磷酸鹽。需要注意的是，鈍化液用量影響粉末表面包覆層形態(tài)，H₃ PO₄含量不足或過高都會使粉末表面變得粗糙，進(jìn)而對粉芯的磁性能產(chǎn)生影響。

（2）Al₂O₃包覆：Al₂O₃性質(zhì)穩(wěn)定，機(jī)械強(qiáng)度高，致密度高，其包覆有三種途徑，一是通過球磨法包覆，二是利用強(qiáng)酸弱堿鋁鹽溶液（如硝酸鋁等）水解制得Al（OH）₃后熱處理制得，三是磁粉末浸沒在鋁鹽溶液中，再向混合液中加入堿性物質(zhì)，生成Al(OH)₃ 附著在磁粉表面，后再經(jīng)熱處理分解制得。其中，球磨法工藝簡單，但無法包覆完全。水解法包覆層致密且均勻性較好，但工藝較為復(fù)雜。共沉淀法包覆層均勻性較水解法略差，但工藝時(shí)間也大大縮減。

（3）SiO₂包覆：SiO₂的包覆較為簡單，其包覆也通過球磨法和水解法實(shí)現(xiàn)，其中水解法的原料一般為正硅酸乙酯（TEOS）和硅烷偶聯(lián)劑（APTES），不過相比Al₂O₃水解包覆，其世界后無需進(jìn)行熱處理，大大縮短了 工藝時(shí)間。但為了讓SiO₂ 更易在粉末表面生長，往往需要對磁粉表面改性處理。

利用單質(zhì)硅粉水解在FeSiCr表面包覆SiO₂的機(jī)制示意圖（來源：參考文獻(xiàn)2）

（4）MgO包覆：MgO的包覆具有耐高溫性，且在大壓力成型后退火包覆層不會發(fā)生分解，保證磁粉高電阻率。但由于Mg²⁺水解能力微弱，無法利用水解法進(jìn)行包覆，往往采用共沉淀法和球磨法，與共沉淀法制備氧化鋁包覆層一樣，MgO的共沉淀法也需要進(jìn)行高溫處理，而且MgO包覆層在表面是呈現(xiàn)出顆粒狀堆積、團(tuán)聚的狀態(tài)。

2、單層有機(jī)包覆

單層有機(jī)包覆是指在磁粉末表層均勻的包覆一層環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、聚酰胺樹脂、聚丙烯硅樹脂等有機(jī)物，以達(dá)到隔絕渦流通路效果。這種方法制備工藝簡單，工藝時(shí)長短，并且一般采用的樹脂是液態(tài)，且具有高粘結(jié)強(qiáng)度，可以對磁粉末實(shí)現(xiàn)完整均勻的包覆。不過，樹脂等有機(jī)物一般不耐高溫，在粉芯的退火過程中樹脂易分解和揮發(fā)，導(dǎo)致軟磁復(fù)合材料內(nèi)部產(chǎn)生孔洞甚至開裂。因此，采用樹脂包覆的軟磁粉芯退火溫度不能太高，但這又會導(dǎo)致粉芯內(nèi)部的應(yīng)力不能完全釋放，增大了粉芯的矯頑力和磁損耗。

3、無機(jī)-無機(jī)復(fù)合包覆。

無機(jī)-無機(jī)復(fù)合包覆是先采用弱酸鈍化或氧化物包覆在磁粉上，之后在外層用氧化物再包覆一層，以避免單層無機(jī)包覆粘接力不強(qiáng)的缺點(diǎn)，能更有效的隔絕渦流通路，提高粉芯在高頻下的性能穩(wěn)定性。

4、有機(jī)-無機(jī)復(fù)合包覆

這種包覆同時(shí)規(guī)避了有機(jī)單層包覆和無機(jī)單層包覆的缺點(diǎn)，并結(jié)合了兩者的優(yōu)勢，有機(jī)物的存在可以增強(qiáng)磁粉表面與無機(jī)物的相容性，提高包覆層的質(zhì)量和致密度，而無機(jī)氧化物則可以在一定程度上既能做到耐高溫又能做到耐壓，但如何做到有機(jī)和無機(jī)絕緣包覆的相容性更好的作 用在磁粉表面上還是一個(gè)難點(diǎn)。

小結(jié)

在高頻、高功率、緊湊化電子設(shè)備迅猛發(fā)展的驅(qū)動下，絕緣包覆技術(shù)對金屬軟磁材料的性能躍升至關(guān)重要，是其滿足現(xiàn)代一體成型電感效率、功率密度、小型化與長期可靠性等核心指標(biāo)的關(guān)鍵所在。其中無機(jī)材料包覆具有高溫穩(wěn)定性，但粘結(jié)性較差。而有機(jī)材料包覆具有優(yōu)異成型性與包覆完整性，但耐高溫性差，而復(fù)合包覆設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)協(xié)同優(yōu)化，是一種極具前景的技術(shù)。

參考文獻(xiàn)：

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