開發薄型電感材料 縮減無線充電模組體積

2017/08/10 - 魏淑芳

DIGITIMES企劃

利用磁場傳輸功率,能夠實現無線充電的便利性,此類無線充電技術在近年有長足發展。然而,長久以來,此類技術始終存在材料厚度無法有效縮減的問題,這是因為材料厚度和傳輸功率為正相關,也就是說,若要求傳輸功率高,材料厚度就得加厚。

針對此問題,工研院材化所電磁材料元件研究室研究主任唐敏注說明指出,「開發飽和磁化量更大的導磁材料是有效解方。」循此途徑,工研院已研發出一款薄形電感材料,可縮減無線充電模組厚度。

材料特性最佳化  提高充電效率

材料的不同,對於線圈的電感量大小、傳遞功率大小等皆有所影響,若要實現兼顧薄型及傳輸功率大等特性的無線充電模組,則相關材料的特性,例如導磁率、飽和度皆是愈高越佳。「然而,這些材料特性的表現通常是相反的,也就是說,導磁率越低,則飽和度就越高。」理想的導磁材料必須具備很高的導磁率,亦即只要加上一個磁場,就會產生千倍萬倍的磁通量。

然而磁通量有其飽和限制,到達飽和點後,無論再加上多大的磁場,磁通量都無法再增加。導磁率和磁通量飽和度之間的取捨衡量,是廠商在選擇無線充電材料時的重要考量。

工研院從材料模擬選用、配方組成設計、晶項結構及製程調控等方面著手,進行材料的最佳化,以求在保持一定導磁率的情況下,飽和度可以盡量提高。

寬頻材料  適用磁感應及磁共振技術

此外,唐敏注進一步提到,目前磁感應及磁共振這兩項無線充電技術各有優勢,因此已有半導體業者推出同時支援這兩種技術的雙模晶片產品。磁感應和磁共振技術的使用頻段不同,分別落於100∼200KHz之間和6.78MHz,而頻率越低,導磁率就越高,磁通量飽和度也就越低。

同時支援此兩種技術可靈活因應不同情況的需求,然而需用到兩組材料,如此將明顯增加模組厚度及成本。為解決此問題,工研院已成功開發頻率範圍涵蓋100KHz到10MHz的寬頻材料,也就是說,一種磁性料就能支援兩種技術,如此不僅可縮小模組體積並能降低成本。

唐敏注進一步說明,「同一磁性材料可同時適用於磁感應和磁共振的頻段,且我們採用的鎳鋅系鐵氧磁體(NiZn Ferrite)和錳鋅系鐵氧磁體(MnZn Ferrite)電感材料,能有效提高磁通量飽和度,且由於採用薄型外觀設計,因此容易實現模組整合。」

自2015開發成功新材料後,目前已有國內外材料廠,以及手機、充電器等終端應用業者與工研院洽談合作事宜。接下來,工研院材料所將持續投入可以實現更薄型、更高功率的材料,並積極挖掘與台灣零組件及IC設計者合作的機會。



圖說:工研院材化所電磁材料元件研究室主任唐敏注。