高頻低損耗新選擇：鐵基納米晶合金電感(Iron-based nanocrystalline alloy inductors)的價值與未來發展

面對高頻電源設計與電磁干擾（EMI）抑制等日益嚴苛的系統要求，工程團隊在選擇磁性元件時，愈加重視材料的性能極限與應用彈性。近年受到高度關注的「鐵基納米晶合金電感」(Iron-based nanocrystalline alloy inductors)，憑藉其獨特結構與磁性特性，在許多新世代電子應用中展現出顯著潛力。但由於資訊較為分散、相關術語較為專業，許多設計者對其應用潛力尚未全面掌握。

為協助您更有效評估此類材料的導入價值，今展科技將從材料特性、性能指標到典型應用場景，帶您系統化掌握鐵基納米晶合金電感的設計優勢，協助您做出更具前瞻性的產品選型與規格規劃。

文章目錄

1. 什麼是鐵基納米晶合金電感？為何它是高頻低損耗的潛力新星？
2. 鐵基納米晶合金電感的關鍵性能與優勢
3. 鐵基納米晶合金電感的應用場景與價值
4. 與傳統電感材料的比較：為何選擇鐵基納米晶合金？
5. 鐵基納米晶合金電感在設計與選用上的考量
6. 今展在鐵基納米晶合金電感方案與競爭優勢

什麼是鐵基納米晶合金電感？為何它是高頻低損耗的潛力新星？

「鐵基納米晶合金電感」是一種運用特殊材料科學打造的電感元件。其核心在於「鐵基納米晶合金」(Iron-based nanocrystalline alloy)材料，這種材料的製程相當特殊：

首先，透過「快速凝固」(ultra-rapid cooling solidification)技術將熔化的鐵基合金以極高速度冷卻，形成原子結構無規則排列的「非晶態」材料。接著，經過精準的「熱處理」(Crystallization熱退火處理），使得這些非晶態材料內部形成直徑僅約 10-30 奈米（nm）的微小晶粒，這些微小的晶粒均勻分佈在非晶態基體上，進而造就了「納米晶」結構。

相較於傳統的電感材料，如鐵氧體（Ferrite，常見MnZn錳鋅鐵氧體）或坡莫合金（Permalloy），鐵基納米晶合金在多項關鍵磁性指標上展現出卓越的優勢。其最顯著的特點是擁有極高的「飽和磁感應強度」（Bs），數值可達 1.2T，這大約是鐵氧體材料的以上。這意味著在相同的體積下，鐵基納米晶合金能承受更高的磁通量而不發生磁飽和，進而提供更穩定的電感值，尤其是在需要處理較大電流或抗強干擾的應用場景下，表現遠勝於易飽和的鐵氧體。

此外，鐵基納米晶合金還具備極高的初始導磁率（μ），最高可達 10 萬（在 10kHz 時），這遠超傳統鐵氧體磁芯（至少兩倍以上）。高導磁率意味著在較低的磁場下就能產生較大的磁通量，使得電感器在小體積內能實現更大的電感值和阻抗；換句話說，較高的飽和點讓設計者得以在更高的磁通密度下運作，於相同電感條件下降低所需鐵芯尺寸對於需要高效率、精準濾波的應用至關重要。

同時，其低損耗的特性，特別是在高頻下的損耗極低，使其在高頻運作時發熱量少，效率更高，能有效降低能量損耗。

正是因為這些優異的物理特性——高飽和磁感應強度、(中高頻率有）極高的導磁率以及極低的損耗、熱穩定——使得鐵基納米晶合金成為高頻、大電流應用領域中，傳統材料（如鐵氧體）的理想替代方案。在追求更高效率、更小體積的現代電子產品設計趨勢下，鐵基納米晶合金電感無疑是值得關注的潛力新興技術。

鐵基納米晶合金電感的關鍵性能與優勢

鐵基納米晶合金電感之所以能在高頻低損耗的應用中脫穎而出，其關鍵優勢體現在以下幾個方面：

• 極高的導磁率與電感量

相較於傳統鐵氧體材料，鐵基納米晶合金的初始導磁率（μ）可達 10 萬以上；依不同鐵氧體等級，整體可達數倍至數十倍的導磁率差距，讓同體積下能提供更高電感量，進一步推動電感器小型化與節省電路板空間。

• 卓越的低損耗特性

鐵基納米晶合金擁有極低的磁滯損耗（Hysteresis loss，反覆磁化／退磁循環中耗散的能量）和渦流損耗（eddy current loss，由變動磁通在導體內誘發的迴流電流）。在快速變化的電流和高頻應用中，傳統材料（如鐵氧體）容易因損耗產生過多熱量，進而影響效率。納米晶合金憑藉其結構優勢，能大幅降低這類損耗，使電感器在高頻運作時依然保持高效率、低發熱的特性。

• 出色的溫度與頻率穩定性

這種材料的居里溫度高達 530℃ 以上，遠高於鐵氧體（低於 200℃），使其在較寬的溫度範圍內能保持穩定的磁性能。同時，其優異的頻率特性，意味著在不同的工作頻率下，其電感值和磁性能變化幅度較小，更適合應用於各種高頻電路。

• 優良的直流偏置(DC bias)特性

與鐵氧體在高直流電流下易飽和、導致電感量急劇下降不同，鐵基納米晶合金的磁導率在直流偏置下的下降更為緩和，衰減慢，飽和磁通密度高，抗飽和能力更強。這使得它在高直流電流應用中，能提供更穩定可靠的電感表現。

• 更高的飽和磁感應強度（Bs）

鐵基納米晶合金的 Bs 值可達 1.2T，約為鐵氧體的兩倍以上。這項特性對於需要承受較大電流的應用尤其重要，能有效防止磁芯飽和，確保電感元件在嚴苛條件下的穩定工作。

綜合以上優勢，鐵基納米晶合金電感不僅能在高頻應用中提供卓越的性能，更能實現元件的小型化與高效率，成為因應現代電子產品對性能不斷提升需求的理想選擇。

鐵基納米晶合金電感的應用場景與價值

鐵基納米晶合金電感憑藉其卓越的材料特性，已在眾多高科技應用領域展現出其獨特的價值，尤其利用其高飽和磁感應強度（Bs），高初始導磁率（μ）特性，成為提升產品性能和可靠性的關鍵元件：

• 開關電源 (SMPS) 及 DC/DC 轉換器

「中頻、大電流、高功率密度或 優異EMI」這幾類 SMPS 應用，電源轉換效率和體積是重要的考量因素。鐵基納米晶合金電感的高導磁率和低損耗特性，能顯著提升電源的轉換效率。同時，考量體積/效率比優先於成本時小型化的鐵基納米晶合金電感，有助於優化整體電源模組的尺寸，滿足消費性電子產品對輕薄短小的需求。

• 電磁干擾 (EMI) 濾波與共模濾波電感 (CMC)

隨著電子設備的複雜性增加，電磁兼容性 (EMC) 問題日益嚴峻。鐵基納米晶合金電感的高阻抗和優異的雜訊抑制能力，使其成為濾除高頻雜訊、提升電磁兼容性的理想選擇。其寬廣的頻率響應和低插入損耗，能有效抑制共模雜訊，確保系統穩定運行。

• 功率因數校正 (PFC) 電路

在追求節能減碳的趨勢下，PFC 電路的重要性日益凸顯。鐵基納米晶合金電感在高頻下表現出的低損耗和高效率，有助於提升 PFC 電路的功率因數，進而達到節能效益，符合環保要求。

• 汽車電子

在嚴苛的汽車應用環境中，元件的穩定性、可靠性、空間要求十分重要。鐵基納米晶合金電感優異的溫度穩定性、高飽和磁感應強度以及良好的直流偏置特性，使其能夠在汽車電子領域的各種應用中，如車載充電器、LED 照明、電動車動力系統等，展現出可靠的性能，即使在高溫或大電流的條件下也能穩定工作。

• 其他專業應用

充電設備、儲能設施、BMS、UPS、SMPS、網通設備

此外，鐵基納米晶合金的獨特性能使其在EMI抗干擾、溫度可靠性、高功率密度（小體積高瓦數）及低待機損耗、尖峰抑制器、可飽和電感以及電流互感器等領域同樣展現出卓越的應用潛力。例如，其優良的抗飽和能力和精確的磁特性，對於精確測量和保護電路作用更為關鍵。

與傳統電感材料的比較：為何選擇鐵基納米晶合金？

為了幫助您更全面地了解鐵基納米晶合金電感，我們將其與其他常見電感材料進行比較，以便您更清晰地評估其價值與適用性。

在什麼情況下適合採用鐵基納米晶合金？

• 高頻與高功率應用
  納米晶在 中高頻電源（約 50–500 kHz）與 1 kHz–30 MHz EMI 頻段 都能保持高磁導率與低損耗，非常適合現代高頻開關電源、EV OBC／DC/DC、伺服器與基地台電源。
  在需要處理高頻訊號和較大功率的場合，例如開關電源、DC/DC 轉換器、EMI 濾波器等，鐵基納米晶合金優異的高導磁率與低損耗特性，能確保元件在高頻運作下仍能維持高效能，有效減少能量損失並降低發熱。相較於鐵氧體，其更高的飽和磁通密度更能承受較大的直流偏置電流，確保電感在各種負載條件下的穩定性。
• 小型化與高效率需求
  由於磁導率高、飽和點高、損耗低，同樣電感／同樣電流條件下，納米晶電感可以比鐵氧體設計縮小約 50–75% 的體積；納米晶的磁滯損與渦流損顯著低於鐵氧體與一般金屬材料，在高頻下仍能保持低鐵損，讓電源轉換效率提高、元件溫度更低；高磁導率＋寬頻阻抗特性，讓納米晶共模扼流圈在 150 kHz–數十 MHz 的 EMI 頻段提供更高阻抗與更平坦的插入損耗。
  若您的產品設計需要極致的空間利用，鐵基納米晶合金提供了絕佳的解決方案。其極高的導磁率意味著在相同的電感值下，可以用更小的體積實現，或者在相同體積下獲得更大的電感量，實現了元件的小型化，同時也因低損耗特性提高了整體效率。
• 寬溫域與高穩定性要求
  −40～+120/140 °C 內變化小且較線性，適合寬溫應用
  在汽車電子等嚴苛環境中，元件的溫度穩定性至關重要。鐵基納米晶合金相較於其他材料，展現出更好的溫度穩定性和更高的居里溫度，確保了在高溫或嚴苛工作條件下的穩定可靠性。
• 整體成本效益考量
  雖然鐵基納米晶合金的初始成本可能高於鐵氧體，但其在性能上的顯著提升（如效率、體積、穩定性）以及長期運作中的節能效益，往往能帶來更高的整體價值。在許多高要求應用中，其優異的整體成本效益使其成為極具吸引力的選擇。
  實際案例甚至顯示：在 800V EV/OBC 這類應用中，用納米晶取代鐵氧體後，整體系統成本可下降約 20–25%（磁芯貴，但磁芯數量、PCB 層數與散熱需求都減少）

選擇合適的電感材料，是優化電路性能與成本結構的關鍵。鐵基納米晶合金憑藉其獨特的材料特性，為許多高頻、高功率密度與嚴苛環境的設計，提供了相較傳統材料更具潛力的解決方案；是否採用，則需依實際應用條件與整體成本評估綜合判斷。

鐵基納米晶合金電感在設計與選用上的考量

選型考量

• 應用頻率與磁性能
  針對不同的工作頻率和磁場強度需求，可選用不同系列的鐵基納米晶合金。例如，若應用於高頻濾波器或 EMI 抑制，高導磁率的型號能提供優異的衰減效果。若應用於大電流、大功率場合，則需考量其高飽和磁感應強度 (Bs)，如2T 的數值，以確保在強干擾環境下仍能維持穩定性能。
• 工作電流與直流偏置特性
  鐵基納米晶合金的直流偏置特性相對優良，其磁導率在高直流電流下衰減較緩和、不易飽和，這使得它在需要處理較大直流電流的應用中表現出色。設計時需參考材料的直流偏置曲線，選擇能滿足最大工作電流需求的型號。
• 溫度與頻率穩定性
  鐵基納米晶合金通常具有較高的居里溫度(Curie 是磁性材料從鐵磁性轉變為順磁性（失去永久磁性）的臨界溫度 )（約 530℃ 以上），實務應用（EV、工業、基地台）普遍採用 −40 °C ～ +120 °C，電感值與損耗不會因為氣溫或負載溫度變動而劇烈飄移，顯示出優異的溫度穩定性。同時，其頻率特性也較為靈活，可透過製程調整以適應不同的應用需求。選用時應考量實際工作環境的溫度範圍和頻率要求。
• 成本與加工難度
  相較於傳統的鐵氧體材料，鐵基納米晶合金的製造成本較高，且加工工藝也較為複雜。然而，考量其在性能上的顯著提升，例如尺寸的縮小和效率的增加，在高要求應用中，其整體成本效益仍具備競爭力。

設計挑戰與對策

• 製造工藝與成本
  鐵基納米晶合金的製程，特別是快速凝固和熱處理步驟，對設備和技術要求較高，這也反映在相對較高的成本上。然而，隨著技術的進步和規模化生產，成本正在逐步降低。
• 高頻下的寄生參數
  在高頻應用中，任何電感元件都可能面臨寄生電容和電感的問題，進而影響效能。在設計時，應仔細考量繞線方式、匝數以及磁芯的選擇，盡量優化佈局以降低這些不利影響。
• 與傳統材料的整合
  在許多情況下，納米晶合金可直接替代尺寸較大的鐵氧體磁芯，無需大幅修改現有設計，便能獲得性能上的顯著提升，這降低了設計和更換的門檻。

未來發展趨勢

鐵基納米晶合金在小型化、高功率密度以及整合化方面展現出巨大的發展潛力。隨著技術的持續演進，我們預期其在電動汽車、5G 通訊、物聯網設備等新興領域的應用將更加廣泛，為實現更高效、更緊湊的電子系統提供關鍵性的材料支持。

今展在鐵基納米晶合金電感方案與競爭優勢

今展科技長期深耕磁性元件領域，憑藉豐富的材料整合經驗與垂直整合製程能力，已成為大中華地區多家面板、電源與系統大廠指定的電感解決方案夥伴。面對日益複雜的系統設計挑戰，我們以高性能非晶／納米晶材料為核心，提供兼具效率、穩定性與尺寸優化的創新電感產品。

作為具備完整磁性材料研發、磁芯加工、繞線封裝與模組設計能力的供應商，今展科技能從材料端到模組端全程控管關鍵製程，協助客戶有效提升設計彈性與開案效率。針對面板電源模組、驅動系統、背光電路等應用需求，我們提供多元磁芯形狀與材料配方的搭配選擇，滿足高頻、抗飽和、高功率密度的各類挑戰。

此外，今展亦具備主被動元件協同整合能力，可依據系統設計條件，協助客戶進行磁性元件與其他關鍵零組件的電氣匹配，提升整體電源效率與雜訊抑制效果。透過加值型技術服務，如磁路設計建議、熱管理評估與EMI解決方案導入，今展不僅提供元件，更提供完整可靠的系統級解決方案。

我們深知，在競爭激烈的市場中，唯有提供差異化的產品與專業支援，才能真正成為客戶值得信賴的長期合作夥伴。今展科技將持續以磁性專業為基礎，協助客戶打造更高效、更穩定的電源架構。

鐵基納米晶合金電感憑藉其高飽和磁感應強度、高導磁率與優異的高頻特性，已成為突破傳統磁性材料限制的關鍵方案。特別是在追求高頻、高效率與模組小型化的應用情境中，其性能優勢更顯著，可有效協助系統設計者提升電源效能與穩定性。

若您正面臨高頻電源設計或 EMI 抑制等挑戰，並尋求可靠的磁性元件解決方案，鐵基納米晶合金電感將是值得考慮的選項。今展科技亦提供客製化選型建議與設計支援服務，協助您依據應用需求導入最合適的材料與結構配置。

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