隨著電子機械、智慧通訊與光電產業之快速蓬勃發展，終端產品逐漸朝向高頻、高速、輕薄化及低功耗設計之方向演進，使得電源模組亦相對地被要求需具有高整合性、高裝配密度及低裝配成本。故如何提升電源模組效能及降低溫升、功耗，成為電源模組研發之重要方向，其中負責電磁儲存轉換之功率電感，更是電源設計不可或缺之重要關鍵零組件。功率磁芯主要分為磁性金屬系及鐵氧磁體系，以往功率電感使用之材料主要為Ni(Cu)Zn鐵氧磁體，其雖然具有高導磁率、高絕緣電阻等優點，但因其飽和磁通密度較低，易在大電流作用下產生磁飽和，而具有較差的直流疊加特性。因此具有較大飽和磁通密度及較低高頻磁損失之鐵系合金粉末(Carbonyl iron, FeSi, FeSiCr, FeSiAl)因具有較佳之直流疊加特性，便逐漸取代Ni(Cu)Zn鐵氧磁體，而成為功率電感器使用之主要材料。而目前市售的金屬功率電感大都使用單一金屬粉末(羰基鐵粉、FeSiCr合金粉末等)，其特性已無法同時符合低功率損耗及高感值等需求。本研究利用添加不同種類和粒徑的羰基鐵粉於合金粉末中，同時改變黏結劑配方與摻混比例，探討其對胚體成型密度、導磁係數、電感值、功率損耗、直流疊加特性之影響。結果發現FeSiAl合金退火粉及FeSiCr合金粉中添加50%的羰基鐵粉後，由於較小粒徑的羰基鐵粉具有高壓縮性，可成為退火粉末及FeSiCr合金間的空隙填充劑，使兩者混合後的壓胚相對密度高於原來的兩種基礎粉末。越高的成型相對密度其導磁率也越大，其中以退火粉中添加50wt%的羰基鐵粉後，所得的導磁率最高(可達35.3)。退火粉及FeSiCr合金粉中添加50%的羰基鐵粉後，其磁滯損耗以添加50wt%的羰基鐵粉於退火粉中最低，其主要原因應為其胚體密度最高（孔隙最少），在外加磁場作用時磁區壁之移動或磁區旋轉較不受到阻礙，故其具有較小之矯頑磁場，因而磁滯損耗最低。添加40wt%比例的羰基鐵粉於退火粉中具有最高之導磁率。這是由於退火粉的平均粒徑為10μm而羰基鐵粉為4μm，且羰基鐵粉較易塑性變形，但由於羰基鐵粉在成形過程中會在顆粒內部產生較大量之差排缺陷，阻礙磁區壁移動或磁區旋轉，進而使導磁率下降。使用40%的退火粉和60%的羰基鐵粉製作實際的電感元件時，可明顯降低模壓電感之交流電阻。這是由於交流電阻主要是受到線圈之功率損耗所影響，由於退火粉與羰基鐵粉的組合，可大幅下降線圈之功率損耗，因此交流電阻較單一的FeSiCr合金粉末可下降30%以上。而使用D50粒徑為10μm的退火與與羰基鐵粉進行混合，較粒徑為5μm的退火粉具有較佳的電感元件特性。使用大粒徑的FeSiCr合金粉-H粉添加30%高壓縮性的SQ-I羰基鐵粉混合可獲得最高之壓胚密度(87.4%)和最大之導磁率(40.6)，製作成模壓電感時，其所得到的電感值較單一FeSiCr合金粉-H粉可由16.3提升至17.5μH，增加幅度為7.3%。

SUMMARY
In this study, different types and sizes of carbonyl iron powders were added to the alloy powder to make molding T core and inductors bychanging the binder formula and mixing ratios. And its effectson relative molding density, permeability, inductance, power loss, and DC superposition characteristics were investigated.The annealing alloy powder added with 50% carbonyl iron powder exhibited higher relative densityand permeability (up to 35.3). This is because the carbonyl iron powder with smaller particle sizehas a higher compressibility and acts asgap fillers between the annealing powders.The hysteresis loss is the lowest forthe annealing powderadded with 50wt% carbonyl iron powder. The main reason is that the relative molding densityis the highest (the porosityis the least), and the movement of the magnetic domain wall or the rotation of the magneticdomain is less affected when an external magnetic field is applied. Therefore,it has a smaller coercivity, and the hysteresis loss is the lowest.For the inductors made with the mixture of 40% annealing powder and 60% carbonyl iron powder, the AC resistance of molded inductors can be significantly reduced. This is because the AC resistance is mainly affected by the power loss of the coil. The combination of annealing powder and carbonyl iron powder can greatly reduce the power loss of the coil, and hence reducing the AC resistance by more than 30% compared with a single FeSiCr alloy powder.

Keywords:FeSiCr alloys powder; carbonyl iron powder; permeability; inductor; power loss

1. K. Takeo, Y. Ota, S. Suziki and F. Toyota, 2nd International Conference on Power Electronics Systems and Applications 144-146 (2006) .
2. R. Nowakowski and B. King, Global Sources, http://www.eettaiwan.com/ART_8800475538_675763_TA_fadae4da.HTM.
3. Y. Mitsuya, AEI, 28-29 (2007).
4. D. Wei, X. Wang, Y. Nie, Z. Feng, R. Gong, Y. Chen, V.G. Harris, J. Appl. Phys. 117 (2015) 17A921.
5. H.I. Hsiang, L.F. Fan, K.T. Ho, IEEE Trans. Magn. 54, 2000407 (2018).
6. https://www.murata.com/en-eu/products/inductor/power/learn/ basic_01/basic_01_3
7. H.I. Hsiang, L.F. Fan, K.T. Ho, J. Magn. Magn. Mater. 444, 1–6 (2017).
8. https://techweb.rohm.com/tech-info/engineer/4392
9. H.I. Hsiang, J. Mater. Sci.: Mater. Electron, 31, 16089–16110 (2020).
10. Y.P. Wu, H.Y. Chiang, H.I. Hsiang, J. Mater. Sci. 30, 8080–8088(2019).
11. H.I. Hsiang, K.H. Chuang, W.H. Lee, Mater. 14, 1034 (2021).
12. 鄭明得，薄型大電流電感器鐵芯粉末調配之穩健最佳化設計，中國機械工程學會第二十六屆全國學術研討會論文集，2009年。
13. 柯文淞，晶片電感，晶片型電子陶瓷材料及元件技術，工業技術研究院，1993。
14.呂秉軍，離子擴散對鎳銅鋅鐵氧磁體與硼鋁矽玻璃陶瓷共燒的影響，國立成功大學資源工程學系，碩士論文，2012年。
15.方信喬，添加劑對錳鋅鐵氧磁體低損失最佳化之研究，大同大學材料科學研究所，碩士論文，2006年。
16.P. Kollár , Z. Birčáková, J. Füzer, R. Bureš, M. Fáberová , J. Magn. Magn. Mater. 327, 146-150 ( 2013).
17.謝定洲，粗細鐵粉混合比例對壓粉磁蕊磁性質之影響，國立台灣科技大學材料科技研究所，碩士學位論文，2009年。
18. H. Shokrollahi, K. Janghorban, J. Mater. Process. Tech. 189 (1-3), 1-12 (2007).
19.汪建民，粉末冶金技術手冊，中華民國粉末冶金協會，1994年。
20.黃坤祥，粉末冶金學，中華民國粉末冶金協會，2018年。
21.https://www.hoganas.com/globalassets/download-media/sharepoint/handbooks---all-documents/handbook-2_production_of_sintered_components_december_2013_0675hog_interactive.pdf
22. Y. Duan, S. Gu, Z. Zhang, and M. Wen, J. Alloys Compd, 542, 90–96 (2012).
23.K. Onlaor, B. Tunhoo, P. Keeratithiwakon, Solid-State Electronic, 72, 60-66 (2012)
24. L.P. Lefebvre, S. Pelletier, C. Ge ́linas, J. Magn. Magn. Mater. 176, L93–L96 (1977).
25. H.I. Hsiang, J.F. Chueh, Inter. J. Appl. Ceram. Tech. 12 (2015) 1008–1015.
26. N.A. Castro, F.J.G. Landgraf, Soft Magn. Mater. Conf. 1, 767–772 (2003).
27. Y. Pan , J. Peng, L Qian, Z Xiang, W. Lu, Mater. Res. Express 7, 016115 (2020).
28. S. Konda, Y. Yoshida, O. Ichinokura, AIP Adv. 7, 056678 (2017).
29. T. Saito, S. Takemoto, and T. Iriyama, IEEE Trans. Magn. 41(10), 3301- 3303 (2005).
30. F.G. Hanejko, H.G. Phan, Powder metallurgy materials for AC magnetic applications, Presented at PM TEC, Washangton, DC, 96 World Congress, June 16–21, 1996.
31. H.I Hsiang, S.K. Wang, C.C. Chen, J. Magn. Magn. Mater. 514, 167151 (2020).
32. R.M. Bozorth, Ferromagnetism, D. Van Nostrand Company, Inc. (1951)
33. H.I Hsiang, L.F. Fan, J.J. Hung, J. Magn. Magn. Mater. 447, 1–8 (2018).
34. L.F. Fan, H.I. Hsiang, J.J. Hung, Appl. Surf. Sci. 433, 133–138(2018).
35. T.Y. Byun, S.C. Byeon, K.S. Hong, C.K. Kim, IEEE Trans. Magn. 35, 3445-3447 (1999).
36. C. Kaido, T. Ogawa, Y. Arita, J. Yamasaki, and Y. Shishido, J. Magn. Soc. Jap. 31(4), 316–321, 2007.
37. E. Bayramli, O. Olgelioglu, H.B. Ertan, J. Mater. Process. Technol. 161, 83-88 (2005).
38. M.A. Abshinova, A.V. Lopatin, N.E. Kazantseva, J. Vilcˇáková, P. Sáha, Compos. Part A 38, 2471–2485 (2007).
39.電感產品目錄，千如電機股份有限公司，2020年。
40. H. Su, X. Tang, H. Zhang, Y. Jing, Z. Zhong, IEEE Trans. Magn. 49, 4222–4225 (2013).
41.M. Anhalt, B. Weidenfeller, Mater. Sci. Eng. B, 162, 64-67 (2009)
42.M. Anhalt, B. Weidenfeller, J. Appl. Phys., 101, 023907-1-7 (2007)
43.A. Lagarkov, K. Rozanov, J. Magn. Magn. Mater., 321, 2082-2092(2009)