作为AI算力提升的硬件基础，AI芯片升级迫在眉睫，催生了相关材料发展机遇。比如，随着AI服务器的CPU主频越来越高，具有更高效率、更小体积，能够更好地响应大电流变化的一体成型电感正在接替光模块，成为算力建设最紧缺的硬件环节！根据最新数据，全球预计今年将需求2000万台AI服务器，而一台AI服务器需要60个一体成型电感，即今年全球 AI 服务器预计需要12亿颗一体成型电感，市场规模预计超过1500亿人民币。目前，即使在各大厂商满产的情况下，实际缺口也非常大。接下来，我们就从材料的角度出发，了解一下这种供不应求的AI算力元器件吧！

什么是一体成型电感？

电感是能够把电能转化为磁能的元器件，在服务器中承担着选信号、过滤噪声、稳定电流和抑制电磁屏蔽等关键功能。传统的电感采用铁氧体作为磁芯，饱和电流比较低且体积大，损耗较低，已很难满足当前电源模块小型化和电流增加的发展需求。而一体成型电感采用了全新的成型工艺，将绕组本体埋入羰基铁粉、超细雾化合金粉等金属磁性粉末内部压铸而成，取代了传统的绕组+磁芯的框架结构，实现了电感线圈和座体的一体化，因此相比传统铁氧体电感具有如下特点：

1、提高集成度、实现小型化：一体式的设计大大减小了电感的体积，同样的感值下，一体成型电感的体积仅为普通电感的20%左右。同时，在一体成型工艺中，可以直接将多个线圈同时成型，实现多电感的集成，进一步缩小产品占用空间。

2、提升电性能：由于电感线圈与磁心紧密结合，能够充分发挥磁导率，能够更快速地响应电流变化，提供更稳定的供电。同时，严密的磁屏蔽结构，也提高了抗干扰性能。

3、结构稳定，可靠性高：成型工艺增强了电感机械强度，提高了其抗冲击性能，有效防止开裂、脱落等问题，可靠性大大提高。

一体成型电感结构

一体成型电感的核心材料

金属软磁粉体作为一体成型电感核心材料，其配方决定着一体成型电感的核心参数。用于电感的磁心材料以铁为基础，通过添加不同的元素来优化性能，获得相应的特性要求，如添加硅可以降低矫顽力和提升电阻率从而降低损耗，铬可以增加材料的防锈能力和热稳定性，硼、铌、铬、铜等元素可以促进非晶和纳米晶材料的形成，但是非铁磁性元素的添加会导致其饱和磁感应强度下降，影响电感的直流偏置特性，因此需要根据经实际需求来调配粉末配方。

目前一体成型电感用金属粉体主要有羰基铁粉、铁硅铬合金粉、非晶和纳米晶粉末等。

1、羰基铁粉

羰基铁粉是一体电感磁心主要原材料之一，由五羰基铁Fe(CO)₅热分解制取，得到内部呈洋葱状结构的硬粉，硬粉经过高温退火消除洋葱状结构后，则可得到一体成型电感磁心所需的羰基铁软粉。羰基铁粉具有高饱和磁感应强度(2.2 T)，这使得它在需要承受大电流的应用中具有显著优势。不过，同时也存在磁导率低和耐蚀性差等缺点，成型后电感值较低、防锈特性差等，羰基铁粉末制备的电感在长时间高温老化后存在Q值下降的问题，需要通过后端的电感喷涂处理解决其耐盐雾和潮湿环境的不足，无疑增加了电感的制造成本和环保成本。

目前市场上主要的羰基铁粉供应商包括德国巴斯夫（BASF）、悦安新材料（Yue An New Materials）和江苏天一等。其中，德国巴斯夫的羰基铁粉以其稳定的性能和较低的损耗著称，但价格相对较高。而悦安新材料和江苏天一的产品则以性价比高著称，在国内市场占有较大的份额。

羰基铁粉形貌（来源：参考文献1）

2、铁硅铬合金

铁硅铬粉末属于合金粉末，由于在铁硅的基础上添加了铬元素，有助于形成Cr₂O₃薄膜，增强了材料的防锈和抗老化特性，此外，还具有较高的饱和磁感应强度（通常为1.3-1.5T），高磁导率、低成本等优点。

当前，铁硅铬粉末主要通过气雾化和水雾化生产，气雾化法利用高速气流冲击金属熔体，通过碰撞将气体的动能转化为金属熔体的表面能，使熔融金属流被击碎成细小液滴，然后在气流氛围中快速冷却凝固形成粉末，通常粉末粒径较大，呈球形，因此在压制过程中易流动，具有成型均匀、可靠性高等优点，电感均匀分布气隙的抗饱和能力更强，容易实现更大的工作电流。

而水雾化法是将熔融金属通过高压水流冲击，迅速破碎成细小液滴并冷凝成粉末，具有操作简单、成本低、产品粒径小、环境友好的优势，不过粉末形貌通常为类球形，球形度相对较差，容易出现部分尖角，且由于金属液滴与水的接触，可能导致粉末中含氧量较高。目前，随着国内大力发展雾化合金粉末，水雾化生产的粉末球形度也不断优化，与日本粉末的差距逐步缩小，未来铁硅铬粉末在电感的应用将更加广泛。比如，铂科开发了多级水雾化高饱和微细球形铁硅铬粉末SPC05，粉末粒径(D50约10 μm)与普通水雾化粉末粒径一致，具有近乎球形的形貌，比表面积为普通水雾化铁硅铬粉末的一半，结合最新开发的Al₂O₃陶瓷包覆技术，其抗饱和特性、防锈特性和耐高温特性与日本ATMIX生产的铁硅铬粉末相当。

气雾化法及水雾化法铁硅铬合金形貌对比（来源：参考文献1）

3、非晶/纳米晶

非晶材料是20世纪70年代问世的一种新型合金材料，其形成过程是将液态的金属，快速冷却固化，得到的一种短程无序、长程有序的带状材料。而纳米晶材料则是在非晶材料的基础上经热处理得到，为在非晶基体中形成均匀分布、纳米尺度的晶粒。相比合金和羰基铁粉末，非晶/纳米晶材料具有高电阻率、更低的矫顽力、磁滞损耗和涡流损耗，是未来一提成型电感软磁材料的重要发展方向。

非晶/纳米晶粉末主要有带材破碎粉末和雾化粉末，带材破碎粉末形貌不规则，影响粉末的后端包覆且容易刺破线包，因此市场上很少采用破碎非晶粉末制备一体电感。目前最先进的非晶粉末制备工艺为ATMIX采用的SWAP(旋转水雾化法)工艺，该方法是先采用高压气体将钢液破碎成细小液滴，加上高速旋转水流，快速破坏高温熔融液滴与水接触瞬间产生的表层气膜，从而加速粉末冷却，有效形成非晶态，其冷却速度可以达到106℃/s，有助于提高非晶材料的含铁量获得更高的B_s（饱和磁感应强度）值。

旋转水雾化法工艺（来源：非晶合金）

近年来，安泰科技、铂科新材等都推出了各自的非晶/纳米晶粉末，随着电感成本的不断压缩，国内非晶纳米晶粉末逐步取代部分进口日本粉末，在中端电感上应用上逐步增加。

小结

随着人工智能(AI)的增长，对电感性能及可靠性要求越来越高，一体成型电感将保持高速发展趋势，相关金属软磁材料需求也愈发旺盛。金属软磁材料中，铁含量是决定材料饱和磁感应强度的关键因素，而硅、铬的添加则提升粉末的防锈和高温老化特性，但也会降低其饱和磁感应强度，因此开发具备均匀包覆、耐高温、防锈等包覆技术是一个重要的研究课题。此外，为了降低涡流损耗和磁滞损耗，提升电感效率，采用高电阻率和低矫顽力的非晶和纳米晶粉末是重要方向。

参考文献：

1、肖强,郭雄志,刘家良,等.一体成型电感用软磁粉末应用现状及发展趋势[J/OL].磁性材料及器件.

2、董博儒.一体成型电感用软磁复合材料的制备与磁性能研究[D].华中科技大学.

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