從高交會電子展看TDK的新技術(shù)

發(fā)布時間：2013-12-13 14:58 發(fā)布者：老郭

作者：郭慶春

引言

良工鍛煉凡幾年，鑄得寶劍名龍泉。用唐人郭震的這句詩來描繪日本的精良制造工藝恰如其分。

我們先就劍論劍。日本武士刀是世界名刀之一，它源于中國漢代的百煉鋼技術(shù)。將金屬鐵反復(fù)加熱、折疊、鍛打，同時具備優(yōu)異剛性和韌性的刀劍就誕生了。由于成本高昂、不易維護，后來百煉鋼在中國被其他鋼材取代。日本則繼承了百煉鋼工藝并將它推進到極致，造就了削鐵如泥的世界名刀。

成就TDK的不是武士刀，而是追求精良的理想。武士刀上最不希望看到的是鐵銹，但憑借這不起眼的鐵銹，TDK創(chuàng)造出了一個驚人巨大的產(chǎn)業(yè)。1930年，加藤與五郎博士和武井無博士發(fā)明了鐵氧體，其主要原料就是鐵銹（氧化鐵）。二人在1935年成立了東京（Tokyo）電氣（Denki）化學(xué)（Kagaku）工業(yè)株式會社，1983年更名為TDK株式會社。

以鐵氧體為起點，TDK步入快速發(fā)展的軌道。上世紀80年代。TDK的盒式錄音帶風(fēng)靡全球。今天，TDK硬盤驅(qū)動器磁頭世界領(lǐng)先。當(dāng)然，TDK的產(chǎn)品不限于磁性材料。如今它的產(chǎn)品還涵蓋各種元件、組件、電源及應(yīng)用薄膜產(chǎn)品等。下面我們來看一下今年高交會電子展上TDK公司展出的最新產(chǎn)品技術(shù)。

不含稀土的鐵氧體磁鐵和不含鏑的釹磁鐵

磁性材料是TDK的根本。TDK的很多技術(shù)都是圍繞其深厚的磁性材料技術(shù)展開的。磁鐵方面的進展大概最能反映TDK不斷的技術(shù)進步。

稀土是化學(xué)元素中的維生素；微量的稀土元素可以大幅提高材料的性能。但稀土在全球的分部不均，原料的價格波動較大，日本企業(yè)感到比較被動，這是TDK致力于無稀土磁性材料研究的動力。TDK開發(fā)出的高性能鐵氧體磁鐵FB9RF系列不含La（鑭）和Co（鈷）等稀有金屬，其磁性卻與含有稀有金屬的FB9系列接近，可以保證穩(wěn)定的生產(chǎn)、供應(yīng)。FB9RF系列的主要用途包括電氣馬達、家電馬達、電動工具馬達等。

圖1：通過改良晶粒結(jié)構(gòu)，TDK提升了不含稀土的鐵氧體磁鐵性能

Dy（鏑）和Tb（鋱）屬于重稀土元素，價格昂貴，但它們能提高釹鐵硼永磁材料的矯頑力。現(xiàn)在，TDK開發(fā)出了不含這兩種元素的釹磁鐵，實現(xiàn)了與含有重稀土元素的NEORCE53系列同等水平的磁力特性，而且整個磁鐵內(nèi)部特性均勻，所以消除了對磁鐵形狀的限制。此外，這種不含重稀土元素的釹磁鐵還實現(xiàn)了高耐腐蝕性。

圖2：TDK不含鏑的釹磁鐵性能表現(xiàn)

對于中國來說，不含稀土的高性能磁性材料的出現(xiàn)也不見得是件壞事。中國正處于經(jīng)濟發(fā)展轉(zhuǎn)型時期，初級產(chǎn)品和原材料的出口是不可持續(xù)的發(fā)展模式。低效率的稀土開采不僅浪費了寶貴的資源，缺乏監(jiān)管的開采方式也對環(huán)境造成了壓力。因此，電子工業(yè)對稀土依賴的降低也是中國實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)調(diào)整的一個契機。

汽車電子相關(guān)技術(shù)

在本次高交會上，TDK展示了若干車用產(chǎn)品和技術(shù)，從常規(guī)的車用產(chǎn)品到電動汽車和混合動力汽車產(chǎn)品，包括電容器、線圈/電感器和電源轉(zhuǎn)換器。

電動汽車無線供電系統(tǒng)

電動汽車無疑是大勢所趨，而無線充電則是近期的熱點技術(shù)。TDK正在開發(fā)的無線供電系統(tǒng)可以讓汽車在停泊過程中進行充電，充電功率高達3.3kW，可在8小時完成充電。該系統(tǒng)采用磁共振原理，充電效率據(jù)稱高達90%。它采用TDK獨創(chuàng)的PC95材料，所以從低溫到高溫的能量損耗都非常小。另外一個亮點是充電線圈小型化；受電線圈的尺寸僅為A4紙張大小。

這是TDK多年積累的磁力線路設(shè)計技術(shù)、電路設(shè)計技術(shù)、模擬仿真技術(shù)的成果。電磁兼容方面，TDK還使用電波暗室檢測系統(tǒng)對干擾輻射噪音進行分析。

圖3：TDK的電動汽車無線供電系統(tǒng)

金屬支架電容

車載電子設(shè)備會遭受劇烈的溫度變化和激烈的振動。汽車電子必須能夠承受相當(dāng)?shù)臒嶝摵珊蜋C械負荷。TDK獨創(chuàng)的金屬支架電容就是為了應(yīng)付汽車的惡劣環(huán)境。

金屬支架電容具有優(yōu)異的負荷耐受性，即使經(jīng)過3000次的熱沖擊也極少發(fā)生開裂。同時，該電容對基板翹曲具有卓越的耐受性。雙層型的器件（如圖2所示）的容量在同等面積下翻番。

圖4：通過安裝金屬蓋，金屬支架電容可緩解高溫和沖擊

樹脂電極產(chǎn)品

這是TDK獨有的技術(shù)，外部電極采用彈性的導(dǎo)電性樹脂，可緩解機械應(yīng)力，同時提高對熱沖擊的耐受性。此外，這種產(chǎn)品的耐基板翹曲性也十分優(yōu)異。

圖5：樹脂電極產(chǎn)品可緩解熱沖擊和外部壓力
用于EV/HEV的軸向引線式鋁電解電容器

這是TDK旗下愛普科斯（EPCOS）的產(chǎn)品。2008年，TDK以公開收購股票的方式收購了德國電子設(shè)備廠商EPCOS。

軸向引線式鋁電解電容器采用特殊設(shè)計，實現(xiàn)耐高紋波電流特性。它可以減小60%的電容體積，在降低故障率的同時減小了PCB占用面積。該電容器具有低ESR，耐振性高達40g，125°C下壽命達到1000小時，已通過AEC-Q200可靠性認證。

圖6：一個軸向引線式鋁電解電容器可替代三個徑向引線式電容器

EV/HEV用DC-DC轉(zhuǎn)換器

該轉(zhuǎn)換器用來從新能源汽車的動力系統(tǒng)高壓電池向輔助設(shè)備供電。TDK融合其獨有的材料技術(shù)、電路技術(shù)和仿真技術(shù)，實現(xiàn)了小型、輕量、高效率的電源轉(zhuǎn)換。TDK的DC-DC轉(zhuǎn)換器目前可輸出14.5V/165A，能量密度為1W/cc。

圖7：TDK的新能源汽車用DC-DC轉(zhuǎn)換器能量密度將達到2W/cc

用于智能手機的產(chǎn)品

在近幾年的智能手機大潮中，日本手機顯然被甩在了后面。但是，日本的元器件其實最適合像手機這樣的空間受限應(yīng)用。移動終端的興起對日本元器件制造商來說應(yīng)該是個福音。下面我們來看一下TDK在高交會電子展上展示的幾種用于智能手機的元器件和組件。

超薄、柔性的無線充電線圈

這是一款WPC無線充電聯(lián)盟Qi標(biāo)準的接收線圈，厚度僅0.48mm，功率為5W。TDK將高性能磁性材料用于無線充電，實現(xiàn)了小尺寸、高性能和抗沖擊性。

圖8：TDK符合Qi標(biāo)準的無線充電接收線圈厚度僅0.48mm

用于高輸出閃光燈的雙電層電容器（EDLC）

這是一款輕薄、低阻抗的快速充放電器件，可向移動設(shè)備中短時間內(nèi)需要大電流的耗電電路提供數(shù)安培的大電流，減輕、延緩電池的負荷。該EDLC壽命長，不含稀有及貴金屬，也不會起火爆炸，主要用途包括高輸出LED閃光燈和輔助電源等。該器件的尺寸為2.5 x 25 x 20mm，最大充電電壓5.5V，容量350mF，阻抗70mΩ。

圖9：輕薄、低阻抗的快速充放電EDLC

用于攝像頭模塊的鏡頭致動器

如今，人們越來越多地用智能手機進行拍照，對手機鏡頭的性能要求也越來越高，尤其是對焦速度和畫面質(zhì)量。TDK開發(fā)的高速閉環(huán)音圈致動器（CL-VCA）和高質(zhì)量光學(xué)圖像穩(wěn)定器（OIS）就是為了滿足這些需要。

圖10：TDK高速閉環(huán)音圈致動器的結(jié)構(gòu)

與常規(guī)鏡頭致動器相比，TDK的CL-VCA帶有霍爾傳感器，其閉環(huán)、有位置控制變位特性使得其相應(yīng)時間非常短暫，如圖7所示。該器件主要用途包括手機攝像頭、平板電腦攝像頭和投影機等。

圖11：閉環(huán)與開環(huán)變位特性比較

WLAN/藍牙無線前端模塊

這是TDK旗下愛普科斯（EPCOS）的產(chǎn)品。這個用于智能手機的小型Wi-Fi和藍牙前端模塊D2036內(nèi)置帶通濾波器和雙工器、平衡器、BAW濾波器，比分立設(shè)計節(jié)省一半的PCB面積，僅3.0x2.5mm。此模塊還提供內(nèi)置PA/LNA的選項。

圖12：EPCOS小型Wi-Fi和藍牙前端模塊內(nèi)置多種功能

電源產(chǎn)品

此次展會上，TDK展出了TDK-Lambda的Genesys & Z+系列CVCC可編程直流電源、隔離型雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器、CUS新一代工業(yè)級超薄電源和DRB&DRF系列導(dǎo)軌開關(guān)電源。

TDK-Lambda的CVCC電源用于半導(dǎo)體、汽車、PDP、有機EL顯示器、超純水的生產(chǎn)設(shè)施、測量測試設(shè)備和研發(fā)設(shè)備，具有結(jié)構(gòu)緊湊、超薄、高容量、高性能的特點。隔離型雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器可進行雙向功率變換，通過串行通信控制電壓和電流。功率變換方向可通過通信接口控制，也可以自動切換。通過數(shù)字控制，它可以實現(xiàn)94%以上的高效率。CUS新一代工業(yè)級超薄電源是在中國最新開發(fā)的一款高效率、超薄、高性能的電源。CUS250高度僅0.7U，功率300-350W，提供多種安裝方式和散熱方式。DRB&DRF系列導(dǎo)軌開關(guān)電源用于工業(yè)自動化、測試裝置、可再生能源設(shè)備、交通控制、自動售票機和半導(dǎo)體設(shè)備等。此類電源具有小型化（極窄的寬度）、高效率、低待機功耗等特點。

圖13：Genesys（左）和Z+系列（右）CVCC可編程直流電源

圖14：隔離型雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器

圖15：CUS新一代工業(yè)級超薄電源

圖16：DRB（左）&DRF（右）系列導(dǎo)軌開關(guān)電源

工業(yè)應(yīng)用器件

TDK旗下EPCOS展出了幾款用于智能電表和直流母線的器件。

智能電表用壓敏電阻具有高穩(wěn)定性、可靠性、一致性和長壽命。它還可用于電源、電壓保護模塊、家用電器、變頻器/逆變器和瞬態(tài)電壓抑制器等。智能電表用金屬化薄膜電容器具有容值穩(wěn)定性高、能承受高溫高濕的特點，主要用于阻容減壓電路。

圖17：智能電表用壓敏電阻

用于直流母線的金屬化薄膜電容器具有高紋波電流、小型大容量和高溫規(guī)格三種類型，適用于可再生能源設(shè)備、各種工業(yè)設(shè)備和車載應(yīng)用。用于直流母線的鋁電解電容器具有小型化、高電容、長壽命、高紋波電流的特點，適合作為變頻器、光伏逆變器和工業(yè)電源中的鏈路電容器使用。

圖18：用于直流母線的金屬化薄膜電容器和鋁電解電容器

EMC電波暗室和EMC中心

最后，我們必須提及TDK的電波暗室。TDK具有業(yè)界最高水準的超高性能電波暗室，在全球建有1000多間。TDK具有40年的電波暗室建設(shè)經(jīng)驗，使用先進的吸波材料、暗室設(shè)計技術(shù)及構(gòu)造技術(shù)。TDK的華南EMC中心已取得VCCI、FCC和IC注冊，提供CE、VCCI、FCC、IC和C-Tick等EMC測試和認證服務(wù)。TDK的電波暗室為自己和客戶的產(chǎn)品研發(fā)都發(fā)揮了關(guān)鍵作用。

圖19：TDK在全球建有1000多間高水準電波暗室

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