从高交会电子展看TDK的新技术
发布时间：2013-12-13 14:58
发布者：老郭
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作者：郭庆春 引言 良工锻炼凡几年，铸得宝剑名龙泉。用唐人郭震的这句诗来描绘日本的精良制造工艺恰如其分。 我们先就剑论剑。日本武士刀是世界名刀之一，它源于中国汉代的百炼钢技术。将金属铁反复加热、折叠、锻打，同时具备优异刚性和韧性的刀剑就诞生了。由于成本高昂、不易维护，后来百炼钢在中国被其他钢材取代。日本则继承了百炼钢工艺并将它推进到极致，造就了削铁如泥的世界名刀。 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铁锈，但凭借这不起眼的铁锈，TDK创造出了一个惊人巨大的产业。1930年，加藤与五郎博士和武井无博士发明了铁氧体，其主要原料就是铁锈（氧化铁）。二人在1935年成立了东京（Tokyo）电气（Denki）化学（Kagaku）工业株式会社，1983年更名为TDK株式会社。 以铁氧体为起点，TDK步入快速发展的轨道。上世纪80年代。TDK的盒式录音带风靡全球。今天，TDK硬盘驱动器磁头世界领先。当然，TDK的产品不限于磁性材料。如今它的产品还涵盖各种元件、组件、电源及应用薄膜产品等。下面我们来看一下今年高交会电子展上TDK公司展出的最新产品技术。 不含稀土的铁氧体磁铁和不含镝的钕磁铁 磁性材料是TDK的根本。TDK的很多技术都是围绕其深厚的磁性材料技术展开的。磁铁方面的进展大概最能反映TDK不断的技术进步。 稀土是化学元素中的维生素；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，原料的价格波动较大，日本企业感到比较被动，这是TDK致力于无稀土磁性材料研究的动力。TDK开发出的高性能铁氧体磁铁FB9RF系列不含La（镧）和Co（钴）等稀有金属，其磁性却与含有稀有金属的FB9系列接近，可以保证稳定的生产、供应。FB9RF系列的主要用途包括电气马达、家电马达、电动工具马达等。 
图1：通过改良晶粒结构，TDK提升了不含稀土的铁氧体磁铁性能 Dy（镝）和Tb（鋱）属于重稀土元素，价格昂贵，但它们能提高钕铁硼永磁材料的矫顽力。现在，TDK开发出了不含这两种元素的钕磁铁，实现了与含有重稀土元素的NEORCE53系列同等水平的磁力特性，而且整个磁铁内部特性均匀，所以消除了对磁铁形状的限制。此外，这种不含重稀土元素的钕磁铁还实现了高耐腐蚀性。 
图2：TDK不含镝的钕磁铁性能表现 对于中国来说，不含稀土的高性能磁性材料的出现也不见得是件坏事。中国正处于经济发展转型时期，初级产品和原材料的出口是不可持续的发展模式。低效率的稀土开采不仅浪费了宝贵的资源，缺乏监管的开采方式也对环境造成了压力。因此，电子工业对稀土依赖的降低也是中国实现产业调整的一个契机。 汽车电子相关技术 在本次高交会上，TDK展示了若干车用产品和技术，从常规的车用产品到电动汽车和混合动力汽车产品，包括电容器、线圈/电感器和电源转换器。 电动汽车无线供电系统 电动汽车无疑是大势所趋，而无线充电则是近期的热点技术。TDK正在开发的无线供电系统可以让汽车在停泊过程中进行充电，充电功率高达3.3kW，可在8小时完成充电。该系统采用磁共振原理，充电效率据称高达90%。它采用TDK独创的PC95材料，所以从低温到高温的能量损耗都非常小。另外一个亮点是充电线圈小型化；受电线圈的尺寸仅为A4纸张大小。 这是TDK多年积累的磁力线路设计技术、电路设计技术、模拟仿真技术的成果。电磁兼容方面，TDK还使用电波暗室检测系统对干扰辐射噪音进行分析。 
图3：TDK的电动汽车无线供电系统 金属支架电容 车载电子设备会遭受剧烈的温度变化和激烈的振动。汽车电子必须能够承受相当的热负荷和机械负荷。TDK独创的金属支架电容就是为了应付汽车的恶劣环境。 金属支架电容具有优异的负荷耐受性，即使经过3000次的热冲击也极少发生开裂。同时，该电容对基板翘曲具有卓越的耐受性。双层型的器件（如图2所示）的容量在同等面积下翻番。 
图4：通过安装金属盖，金属支架电容可缓解高温和冲击 树脂电极产品 这是TDK独有的技术，外部电极采用弹性的导电性树脂，可缓解机械应力，同时提高对热冲击的耐受性。此外，这种产品的耐基板翘曲性也十分优异。 
图5：树脂电极产品可缓解热冲击和外部压力 用于EV/HEV的轴向引线式铝电解电容器 这是TDK旗下爱普科斯（EPCOS）的产品。2008年，TDK以公开收购股票的方式收购了德国电子设备厂商EPCOS。 轴向引线式铝电解电容器采用特殊设计，实现耐高纹波电流特性。它可以减小60%的电容体积，在降低故障率的同时减小了PCB占用面积。该电容器具有低ESR，耐振性高达40g，125°C下寿命达到1000小时，已通过AEC-Q200可靠性认证。 
图6：一个轴向引线式铝电解电容器可替代三个径向引线式电容器 EV/HEV用DC-DC转换器 该转换器用来从新能源汽车的动力系统高压电池向辅助设备供电。TDK融合其独有的材料技术、电路技术和仿真技术，实现了小型、轻量、高效率的电源转换。TDK的DC-DC转换器目前可输出14.5V/165A，能量密度为1W/cc。 
图7：TDK的新能源汽车用DC-DC转换器能量密度将达到2W/cc 用于智能手机的产品 在近几年的智能手机大潮中，日本手机显然被甩在了后面。但是，日本的元器件其实最适合像手机这样的空间受限应用。移动终端的兴起对日本元器件制造商来说应该是个福音。下面我们来看一下TDK在高交会电子展上展示的几种用于智能手机的元器件和组件。 超薄、柔性的无线充电线圈 这是一款WPC无线充电联盟Qi标准的接收线圈，厚度仅0.48mm，功率为5W。TDK将高性能磁性材料用于无线充电，实现了小尺寸、高性能和抗冲击性。 
图8：TDK符合Qi标准的无线充电接收线圈厚度仅0.48mm 用于高输出闪光灯的双电层电容器（EDLC） 这是一款轻薄、低阻抗的快速充放电器件，可向移动设备中短时间内需要大电流的耗电电路提供数安培的大电流，减轻、延缓电池的负荷。该EDLC寿命长，不含稀有及贵金属，也不会起火爆炸，主要用途包括高输出LED闪光灯和辅助电源等。该器件的尺寸为2.5 x 25 x 20mm，最大充电电压5.5V，容量350mF，阻抗70mΩ。 
图9：轻薄、低阻抗的快速充放电EDLC 用于摄像头模块的镜头致动器 如今，人们越来越多地用智能手机进行拍照，对手机镜头的性能要求也越来越高，尤其是对焦速度和画面质量。TDK开发的高速闭环音圈致动器（CL-VCA）和高质量光学图像稳定器（OIS）就是为了满足这些需要。 
图10：TDK高速闭环音圈致动器的结构 与常规镜头致动器相比，TDK的CL-VCA带有霍尔传感器，其闭环、有位置控制变位特性使得其相应时间非常短暂，如图7所示。该器件主要用途包括手机摄像头、平板电脑摄像头和投影机等。 
图11：闭环与开环变位特性比较 WLAN/蓝牙无线前端模块 这是TDK旗下爱普科斯（EPCOS）的产品。这个用于智能手机的小型Wi-Fi和蓝牙前端模块D2036内置带通滤波器和双工器、平衡器、BAW滤波器，比分立设计节省一半的PCB面积，仅3.0x2.5mm。此模块还提供内置PA/LNA的选项。 
图12：EPCOS小型Wi-Fi和蓝牙前端模块内置多种功能 电源产品 此次展会上，TDK展出了TDK-Lambda的Genesys & Z+系列CVCC可编程直流电源、隔离型双向DC-DC转换器、CUS新一代工业级超薄电源和DRB&DRF系列导轨开关电源。 TDK-Lambda的CVCC电源用于半导体、汽车、PDP、有机EL显示器、超纯水的生产设施、测量测试设备和研发设备，具有结构紧凑、超薄、高容量、高性能的特点。隔离型双向DC-DC转换器可进行双向功率变换，通过串行通信控制电压和电流。功率变换方向可通过通信接口控制，也可以自动切换。通过数字控制，它可以实现94%以上的高效率。CUS新一代工业级超薄电源是在中国最新开发的一款高效率、超薄、高性能的电源。CUS250高度仅0.7U，功率300-350W，提供多种安装方式和散热方式。DRB&DRF系列导轨开关电源用于工业自动化、测试装置、可再生能源设备、交通控制、自动售票机和半导体设备等。此类电源具有小型化（极窄的宽度）、高效率、低待机功耗等特点。 
图13：Genesys（左）和Z+系列（右）CVCC可编程直流电源 
图14：隔离型双向DC-DC转换器 
图15：CUS新一代工业级超薄电源 
图16：DRB（左）&DRF（右）系列导轨开关电源 工业应用器件 TDK旗下EPCOS展出了几款用于智能电表和直流母线的器件。 智能电表用压敏电阻具有高稳定性、可靠性、一致性和长寿命。它还可用于电源、电压保护模块、家用电器、变频器/逆变器和瞬态电压抑制器等。智能电表用金属化薄膜电容器具有容值稳定性高、能承受高温高湿的特点，主要用于阻容减压电路。 
图17：智能电表用压敏电阻 用于直流母线的金属化薄膜电容器具有高纹波电流、小型大容量和高温规格三种类型，适用于可再生能源设备、各种工业设备和车载应用。用于直流母线的铝电解电容器具有小型化、高电容、长寿命、高纹波电流的特点，适合作为变频器、光伏逆变器和工业电源中的链路电容器使用。 
图18：用于直流母线的金属化薄膜电容器和铝电解电容器 EMC电波暗室和EMC中心 最后，我们必须提及TDK的电波暗室。TDK具有业界最高水准的超高性能电波暗室，在全球建有1000多间。TDK具有40年的电波暗室建设经验，使用先进的吸波材料、暗室设计技术及构造技术。TDK的华南EMC中心已取得VCCI、FCC和IC注册，提供CE、VCCI、FCC、IC和C-Tick等EMC测试和认证服务。TDK的电波暗室为自己和客户的产品研发都发挥了关键作用。 
图19：TDK在全球建有1000多间高水准电波暗室 |
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