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电感应用和市场剖析,工艺与材料持续突破构建技术护城河

Robot Vision 来源:电子发烧友网 作者:Sisyphus 2023-06-26 00:09 次阅读

电子发烧友网报道(文/李宁远)被动元器件是电子行业最基础的电路组成部分,被广泛应用在各种电子设备中。电容、电感、电阻是被动元器件市场里的三大巨头,根据Mordor Intelligence数据,2022年全球被动元件市场规模预计为422.5亿美元;其中,电感是仅次于电容的第二大被动元器件市场,份额在14%。

在全球电子产业迅速发展的背景下,作为电子产业发展必不可少的基础电子元件之一,各类电感也在不断推陈出新,无论是在工艺,还是应用方向,又或是产品性能与品质上都在快速地进行升级换代。

广阔的下游市场,电感如何发挥作用?

被动元器件的下游市场涉及到的应用领域均十分广泛,电感亦是如此。移动通讯向来是被动元器件销量最广的市场,根据Paumanok的统计数据,从电感用量分布来看,手机等移动通讯领域对于电感的需求量占比高达55%,产值占比35%。

PC是全球电感销量第二多的市场,需求量占比达到25%,提供了约20%的产值。下一个市场则是火热的汽车市场,汽车市场以不到10%的需求量提供了近20%的产值。这也得益于车用电感更高的价值。

汽车、工业、医疗、航空领域用电感属于高端电感产品,平均的价值量均为移动通讯领域电感的数倍,有着极高的附加值。在数个季度的去库存行情里,高端高附加值电感产品,尤其是车用电感,依旧有着较为旺盛的需求。从各领域被动元器件厂商的扩产计划来看也侧面印证了被动元器件市场,尤其是高端应用领域被动元器件市场中长期的景气度。

具体到电感应用来看,在电路设计中,电感主要有三大类应用,功率电感主要用于电压转换,常用的DCDC电路都要使用功率电感;去耦电感则是用于滤除电源线或信号线上的噪声,EMC工程师应该对此非常熟悉;还有一类高频电感主要用于射频电路,实现偏置、匹配、滤波等应用。

功率电感,为电源提供关键的调节能力

电子设备向更高性能演进的同时,电源/转换器链路相应地对电池电压的调整水平也在不断提升,此时功率电感提供了关键的调节能力,通过积累和释放能量来维持连续电流,可以为不同电压等级的电源系统提供大电流和大电感。当搭配执行高速开关的IC使用时,功率电感器亦可将电压转换到所需水平。

这类功率电感的应用领域很广,从移动数码设备到通信设备,从工控设备到汽车电子设备,不论是BOOST升压电路和BUCK降压电路,这颗功率电感都是改善链路特性必不可少的必要元器件。

据调研机构恒州诚思研究统计,2022年全球功率电感市场规模约317亿元,未来会持续保持平稳增长的态势,到2029年市场规模将接近381亿元,年复合增长率为2.8%。整个功率电感行业的第一梯队以日系厂商为主,TDK村田松下领头的日系厂商占据了全球电感市场过半的份额,第一梯队有少部分国内厂商,如顺络电子、奇力新。其他国内中大型电感厂商集中在第二梯队。

在汽车、工业这种高端应用里,电源需要在更宽的温度范围里提供更稳定的功率,这就意味着功率电感需要在不牺牲DCR和磁芯损耗性能的情况下,有更低的漏磁和更平滑的饱和特性。

电源链路的性能很大程度上受到功率电感的制约,提高转换效率和降低功率电感的损耗直接相关,提高电流能力需要强化功率电感磁芯,降低电源噪声需要降低功率电感漏磁。而且在电源电路小型化发展的现在,缩减尺寸也需要功率电感在积层技术、薄膜技术上做创新。

功率电感一体成型技术的持续渗透

除了性能上的权衡,在工艺方面,越来越多的功率电感采用一体成型技术。根据中国电子元件行业协会的统计,截至2022年底估算有70%的功率电感采用一体成型技术,仅一体成型功率电感的全球市场规模就将达到226亿元,国内市场规模将超100亿元,其市场规模增长的主要驱动力来源于汽车电子、5G物联网智能穿戴设备等。

一体成型电感是绕线电感的升级版,结构更稳定,阻抗更低,有着比传统电感更高的效率,能在高频和高温环境下保持极优秀的温升电流及饱和电流特性,十分契合汽车电子、5G、物联网、智能穿戴设备这些应用里电子设备小型化高性能的需求。

相比之下,一体成型的技术门槛高,目前美国威世、日本村田、台湾乾坤和奇力新四家公司占据了一体成型电感80%以上的市场份额,是当前市场的第一梯队,其中威世优势明显。国产厂商顺络、麦捷、风华高科等也有相关产品应用在推动,也在持续加大研发投入。一体成型电感比较看重定制化配合,这给了非头部厂商不少机会,国产一体成型电感的市场发展空间还是很大的。

去耦电感,解决电子设备数据量高增长EMC问题

去耦电感主要分为差模和共模电感,二者的差别直观地体现在名称上,一个用于抑制差模干扰,一个用于抑制共模干扰。一般来说,差模干扰的幅度小、频率低,造成的干扰更小一点,相比之下幅度大、频率高的共模干扰是电子设计中时常困扰设计人员的难点。

目前数据传输接口、差分线路接口都在往更高的速度迭代,传输速率的提高带来了更多的高频共模噪声干扰。信号线跟接口之间的共模噪声还有高频噪声,会辐射到周边的器件。除了从源头减少共模噪声产生,使用共模电感可以说是最常用且性价比最高的办法。

在各类电子设备数据量暴增的现在,共模电感的需求水涨船高。据Global Info Research调研,2021年全球共模电感市场规模约为6.685亿美元,预计2028年将达到9.167亿美元,2022至2028期间年复合增长率为4.6%。

目前来看主流的共模电感路线有两种,一种是通过陶瓷、铁氧体、银进行多材料烧结,一种是将非磁性铁氧体、磁性铁氧体等材料进行烧结。村田、TDK、奇力新、太阳诱电、Cyntec、顺络电子、威世、台庆科技、Sumida等各梯队的众多电感厂商均有相关布局,并在不断通过工艺优化绕线结构,提升共模阻抗、差模损耗等指标数值。数据量持续增加下,差分线高频EMI问题会出现得越来越频繁,共模电感的市场空间是向好的。

写在最后

电感核心竞争力的提升在于工艺革新能力与磁粉配方的不断突破,不同的材料配比制成的电感成品在磁导率、损耗率、频率、磁饱和等参数上截然不同,如何达到理想状态的元件构造除了需要高精度的生产制造工艺,很多制造环节中的细节把控更是需要长期的经验积累。

回顾电感的发展历史,各类电感在不断的创新着新型的结构,或者制作工艺。工艺开发能力的革新使得电感在质上有了飞跃,再加之原材料配方的突破,才能构建起强大的技术护城河。

从市场趋势来看,电感厂商向高端应用拓展,尤其是向5G、汽车、光伏、智能消费类终端、工业4.0等增量市场拓展是行业风向。在这种高技术含量市场里,国产势力也愈发强盛开始补位,持续的工艺技术积累目前不少厂商技术已经成熟且具备性价比,能向高端应用拓展自然离不开厂商在产能扩张、工艺提升、材料及设备自研等方面的持续投入推进。

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