數(shù)字時代，服務(wù)器電源的需求量水漲船高，服務(wù)器電源企業(yè)與磁性元器件企業(yè)又將面臨哪些新挑戰(zhàn)？
編者按：5G時代下，信息數(shù)據(jù)爆炸增長，越來越多的數(shù)據(jù)中心應(yīng)運而生。市場調(diào)研機構(gòu)Synergy Research的最新數(shù)據(jù)顯示，截至2021年第二季度末，大型數(shù)據(jù)中心總數(shù)增加到659個。
得益于數(shù)據(jù)中心的快速增長，織就成一個數(shù)字化世界，服務(wù)器需求量也水漲船高。根據(jù)IDC《2021年第二季度中國服務(wù)器市場跟蹤報告》顯示，上半年中國服務(wù)器市場出貨量為170.6 萬臺，同比增長8.9%;市場規(guī)模為108.1億美元。企查查數(shù)據(jù)顯示，我國現(xiàn)存服務(wù)器相關(guān)企業(yè)6.06萬家。2019年新增7135家，同比增長20.89%。2020年新增7242家，同比增長1.50%。服務(wù)器企業(yè)近年來數(shù)量增長明顯也從側(cè)面反映出服務(wù)器行業(yè)處在高速發(fā)展時期。
服務(wù)器行業(yè)的發(fā)展離不開服務(wù)器電源。那么，在5G時代下，服務(wù)器電源在性能上有何提高？進而對磁性材料、磁性元器件提出哪方面的要求呢？服務(wù)器電源未來發(fā)展方向如何？隨著第三代半導體材料的發(fā)展，氮化鎵未來會普遍應(yīng)用在服務(wù)器電源上嗎？
帶著這些問題，本期《磁性元件與電源》下設(shè)《對話》欄目，我們邀請了國內(nèi)多家服務(wù)器電源領(lǐng)域知名電源企業(yè)、磁性元器件企業(yè)、磁性材料企業(yè)代表，圍繞上述問題進行探討，為深耕這一行業(yè)的從業(yè)者進一步了解服務(wù)器電源行業(yè)生態(tài)提供力所能及的點撥。
對話導覽：
5G時代下，服務(wù)器電源的性能變化？對磁性材料、磁性元器件有何更高要求？
針對上述服務(wù)器電源企業(yè)提出高頻化要求，磁性元器件企業(yè)能否滿足？
小型化已成為磁性元器件未來發(fā)展趨勢，磁性元器件企業(yè)如何滿足？
企業(yè)如何加強磁性材料的質(zhì)量管控？是否有在加大投入研發(fā)新型磁性材料？
服務(wù)器電源技術(shù)難點與未來發(fā)展方向？
磁性元器件企業(yè)是否有往自動化、數(shù)字化方向轉(zhuǎn)型？
磁性元器件企業(yè)可通過哪些措施更好地保證在交期內(nèi)完成生產(chǎn)？
對話嘉賓：
您認為服務(wù)器電源市場發(fā)展情況如何？
中國長城王永安：服務(wù)器電源市場處在上升時期，并且服務(wù)器電源的業(yè)務(wù)量增長比較明顯。我們一般是生產(chǎn)不同功率頻段的固定的電源模塊，然后客戶再根據(jù)他們的需要進行組合。一般來說，磁性元器件所需成本價值大概為電源總體成本的8%。
服務(wù)器電源企業(yè)段經(jīng)理：我們公司在服務(wù)器電源模塊做了很長時間的技術(shù)儲備，目前已實現(xiàn)向國內(nèi)外市場批量出貨。大數(shù)據(jù)時代已開啟，市場對服務(wù)器電源的需求也在逐年增長。我們認為數(shù)據(jù)中心建設(shè)也屬于國家新基建范疇之內(nèi)，接下來幾年對服務(wù)器電源的市場需求依然會旺盛。除了國內(nèi)市場增長，就我們接觸的客戶來看，海外的訂單量也很多，所以我們也很看好服務(wù)器電源市場的發(fā)展。
美磁馬征：隨著5G基站、數(shù)據(jù)中心等基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，近年來服務(wù)器電源的需求量增長很快，我們公司生產(chǎn)的許多小尺寸磁性元器件都有應(yīng)用在服務(wù)器電源領(lǐng)域，業(yè)務(wù)增長明顯。
金剛磁業(yè)劉峰：如今數(shù)字存儲量的需求越來越大，也要求信息傳輸?shù)乃俣仍絹碓娇臁Ｔ诮o我們帶來廣闊的市場同時，也對磁性材料、磁性元器件、服務(wù)器電源提出更高的性能要求。
服務(wù)器電源的功率區(qū)間？每個電源模塊中所使用磁性元器件的情況？
康舒電子王鳳尾：現(xiàn)在的服務(wù)器電源大中小頻段都有，因此會根據(jù)不同的功率頻率生產(chǎn)電源模塊，其中應(yīng)用在云服務(wù)器中的電源模塊大多在300-1200W這一區(qū)間。單個電源模塊大概需要用到4個電子變壓器，5-6顆電感，電源模塊中磁性元器件總體成本能達到一兩百元，因此我們也會比較關(guān)注磁性元器件控制成本這塊的問題。
臺達張會常：服務(wù)器電源功率區(qū)間從300-3000W都有。并沒有說有特定的標準瓦數(shù)，更多是根據(jù)客戶的需求來生產(chǎn)符合他們功率頻段電源模塊。就單個電源模塊來講，會用到共模電感、差模電感、PFC電感、濾波電感、隔離功率變壓器等多種類型的磁性元器件，大概有8-10顆。
服務(wù)器電源企業(yè)段經(jīng)理：中小功率段的服務(wù)器電源大多在350W-1000W，從單個電源模塊來說，磁性元器件的成本占比能達到10%-13%。
5G時代下，云服務(wù)器電源的性能變化？對磁性材料、磁性元器件有何更高要求？
康舒電子王鳳尾：由于服務(wù)器電源的頻率越來越高，因此我們會更多選擇高頻率、低損耗的磁性材料、磁性元器件。
從磁性元器件生產(chǎn)工藝來看，電子變壓器基本使用PCB板加鐵氧體磁芯的結(jié)構(gòu)取代傳統(tǒng)的繞線焊錫，即更多地選用平板變壓器。其次，現(xiàn)在已經(jīng)是大數(shù)據(jù)下的工業(yè)4.0，電子制造行業(yè)許多人工都逐漸被設(shè)備取代。比如說傳統(tǒng)變壓器需要一百多人來生產(chǎn)，現(xiàn)在只需要8-10個人來作業(yè)，就能有將近20k的產(chǎn)能。所以我們要會要求我們的磁性元器件供應(yīng)商往自動化、數(shù)字化方向發(fā)展。
中國長城王永安：磁性元器件要走向高頻化，最重要的是磁性材料實現(xiàn)技術(shù)性突破。今年，我們推出了新型磁性材料，既能滿足服務(wù)器電源的需求，也能滿足 5G基站、新能源、智能家居、光儲充等各領(lǐng)域?qū)Υ判圆牧细哳l低損耗的需求，在一兩個月前剛完成了實驗工作，正準備推向市場。
服務(wù)器電源企業(yè)段經(jīng)理：對比4G來說，5G時代下的服務(wù)器電源，最主要的特點就是高功率密度，要求體積小、功率大、效率高。為了實現(xiàn)這些性能需要，一方面是要把磁性元器件進行集成化設(shè)計，如功率變壓器與功率電感、CT等集成。另一方面，應(yīng)用新的磁性材料結(jié)構(gòu)及材質(zhì)，如磁芯結(jié)構(gòu)進行散熱孔設(shè)計，使用改良型95材、甚至96材等。
臺達張會常：今年我們公司根據(jù)客戶的需要，首次在電源模塊中運用了氮化鎵，大大提高云服務(wù)器電源的工作頻率。但是這也需要我們的磁性材料、磁性元器件去做相關(guān)的配合。磁性元器件中，以電子變壓器為例，其工作頻率會提高到100khz左右，這也是目前常規(guī)磁性元器件能達到的最佳工作頻率。不過未來，還是會繼續(xù)往高頻化方向發(fā)展。
針對上述云服務(wù)器電源企業(yè)提出高頻化要求，磁性元器件企業(yè)能否滿足？
海光電子歐陽順昌：常規(guī)的磁性元器件都能達到100khz及以上。我認為氮化鎵未來確實有可能會應(yīng)用在云服務(wù)電源上面。其實現(xiàn)在已經(jīng)有部分材料能達到1兆赫茲頻率，只是尚未能大規(guī)模生產(chǎn)，但從技術(shù)層面來看，不成問題。
可立克王歡：不管是變壓器還是電感器，現(xiàn)在都能達到100khz。高頻化是未來磁性元器件的發(fā)展方向。如今碳化硅已經(jīng)普遍使用在各種終端領(lǐng)域，而氮化鎵未來也很可能會應(yīng)用在服務(wù)器電源中，預計到時能達到500khz。若要達到1兆，磁性元器件與磁性材料都會有相應(yīng)的提升。
經(jīng)緯達汪洪偉：目前平面變壓器的應(yīng)用范圍 100kHz～1MHz,目前已經(jīng)可以設(shè)計和量產(chǎn)500kHz的平面變壓器。我們對500kHz～1MHz的平面變壓器的疊層結(jié)構(gòu)以及磁材的應(yīng)用有做技術(shù)研究。平面變壓器能夠滿足當前以及未來10年內(nèi)的設(shè)計以及應(yīng)用。采用不同的磁集成技術(shù)來提升功率密度。GaN是未來提升功率的方向配合平面變壓器做服務(wù)器可以有效的提高功率密度。
航嘉馳源肖經(jīng)理：我們建設(shè)了專門的磁性元器件性能檢測團隊。磁性元器件除了高頻以外，更要做到小體積，使得電源模塊有限空間或是體積不變的情況下滿足大電流的需求。磁性元器件企業(yè)如何滿足？
海光電子歐陽順昌：小型化已經(jīng)是磁性元器件行業(yè)發(fā)展的大趨勢，不止是服務(wù)器電源，許多電源企業(yè)與終端客戶都會有小型化的要求。因此我們現(xiàn)在幾乎所有的磁性元器件，在設(shè)計時就會往扁平化的方向走，如平板變壓器等也會更多的用到服務(wù)器電源上面。
可立克王歡：實際上現(xiàn)在我們推出的磁性元器件在體積上大多已經(jīng)實現(xiàn)扁平化，同時做到高功率密度與大電流。這主要歸功于我們對磁性元器件進行重新的結(jié)構(gòu)設(shè)計，推出更適應(yīng)小型化趨勢的產(chǎn)品，如平面變壓器等。此外，針對服務(wù)器電源，我們也會選用一些新型材料，從而縮小產(chǎn)品體積。
經(jīng)緯達汪洪偉：平面變壓器以及磁集成技術(shù)磁器件的應(yīng)用可以有效的降低磁性元器件的體積。
康舒電子王鳳尾：我們一直很注重磁性材料的的質(zhì)量管控，如磁芯暗裂問題。后續(xù)隨著服務(wù)器電源的發(fā)展，現(xiàn)有磁性材料很可能被更高功率，更小損耗的新型材料替代。（企業(yè)如何加強磁性材料的質(zhì)量管控？是否有在加大投入研發(fā)新型磁性材料？）
可立克王歡：針對磁性材料的質(zhì)量管控問題，我們會進行可靠性驗證。比如在點膠這一生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，我們會控制其點膠量、點膠時間等，經(jīng)過反復的實驗，調(diào)試出合適的參數(shù)再進行大規(guī)模的生產(chǎn)。對生產(chǎn)出來的產(chǎn)品還會有進一步的檢測。通過前期后期的多次實驗與檢測，來提高產(chǎn)品生產(chǎn)的質(zhì)量。針對服務(wù)器電源，目前我們正在研發(fā)一種耐高溫，且體積更小、飽和磁通密度更高的鐵氧體材料。
臺達張會常：我們公司正在研發(fā)服務(wù)器電源用的新型磁性材料。像之前常用的95、96材已經(jīng)慢慢不能滿足高頻化的需求了，后面會開發(fā)更高頻的材料。
海光電子歐陽順昌：磁芯暗裂是較為常見的磁芯問題。我們對這方面的質(zhì)量問題也很關(guān)注，因此在供應(yīng)商提供的時候，我們也會用檢測設(shè)備進行實驗與檢測，符合質(zhì)量要求才會進一步使用。
中國長城王永安：今年在磁性材料上有了突破性的技術(shù)進展，并在一兩個月前完成了實驗認證。這款最新推出的磁性材料具有工作頻率高的突出優(yōu)勢，順應(yīng)了當前服務(wù)器電源高頻化的發(fā)展趨勢，此外還能應(yīng)用在各個電子終端領(lǐng)域。如今一些電源模塊會采用氮化鎵，雖然號稱頻率能達到一兆赫茲，但實際應(yīng)用卻未能達到，其原因就在于使用的磁性材料并不匹配，從而降低了氮化鎵的效能。而這款新型磁性材料能適應(yīng)氮化鎵的使用頻率，即當?shù)壒ぷ黝l率達到1兆赫茲時，整個電源模塊也能實現(xiàn)1兆赫茲的工作頻率，發(fā)揮出氮化鎵的最大效能。
金剛磁業(yè)劉峰：磁芯暗裂是目前行業(yè)內(nèi)一個比較常見的瓶頸隱患。因此，我們一般從燒結(jié)工藝以及成型設(shè)備上進行優(yōu)化升級。然而，受當前技術(shù)限制，仍無法避免燒結(jié)或是成型過程中產(chǎn)生開裂的情況，這就需要我們在后段進行外觀甄選。我們公司能通過CCD外觀檢測設(shè)備進行自動分選，以保證提供給客戶的都是高質(zhì)量高性能的產(chǎn)品。
服務(wù)器電源技術(shù)難點與未來發(fā)展方向？
康舒電子王鳳尾：我們已深耕服務(wù)器電源領(lǐng)域多年，而且也非常注重研發(fā)，基本上這一領(lǐng)域的技術(shù)難點已經(jīng)全部攻克，能滿足市面上服務(wù)器的需求。在未來，我們會根據(jù)5G的特點還有氮化鎵技術(shù)的發(fā)展，做好相應(yīng)的技術(shù)儲備，研發(fā)或選用新型磁性材料，提升設(shè)計能力與生產(chǎn)工藝。我們也希望，上游的磁性材料企業(yè)、磁性元器件企業(yè)能跟隨我們未來發(fā)展的方向，繼續(xù)往自動化、數(shù)字化、智能化方向發(fā)展。
臺達張會常：傳統(tǒng)的技術(shù)難點我們都已經(jīng)攻克。但技術(shù)是日新月異的東西，沒有盡頭。比如今年電源模塊嘗試了用氮化鎵的方案，因此會有新的技術(shù)難點出現(xiàn)。客戶的要求不僅是高頻化，更要高Bs值、小型化。保持高頻的同時不能磁飽和，這對磁性材料、磁性元器件都是新的技術(shù)挑戰(zhàn)。
根據(jù)客戶目前追求方向來看，服務(wù)器電源與磁性元器件未來會往高頻化小型化以及成本控制的方向去走。其次，氮化鎵等第三代半導體材料的應(yīng)用可能也會越來越多。不過高頻化后，溫度會提高，因此在散熱這方面就要采取新策略。目前來看，只有客戶在設(shè)計以及空間要求相對嚴苛的時候我們才會用到氮化鎵，因此更多是定制化生產(chǎn)。后續(xù)成本下降之后才會逐漸量產(chǎn)。
臺達張會常：我們在選擇磁性元器件企業(yè)的時候會考慮多方面的情況，其中產(chǎn)品品質(zhì)是我們最關(guān)注的。為了產(chǎn)品品質(zhì)的穩(wěn)定性，我們會更多選用自動化生產(chǎn)水平高的磁性元器件企業(yè)。（企業(yè)是否有往自動化、數(shù)字化方向轉(zhuǎn)型？）
金剛磁業(yè)劉峰：如今我們公司無論是從前段的成型到燒結(jié)到后段的加工，基本都能實現(xiàn)自動化。并且近兩年已經(jīng)積極往數(shù)字化方向轉(zhuǎn)型。
可立克王歡：在磁性元器件早期設(shè)計階段，我們就會考慮到后期自動化生產(chǎn)的需要去進行設(shè)計。且近兩年我們也引入一些新的生產(chǎn)工藝，更好適應(yīng)磁性元器件自動化生產(chǎn)的需求，大大提高了自動化生產(chǎn)水平。
康舒電子王鳳尾：我們會重視磁性元器件企業(yè)能否按時交付這一問題。為此希望磁性元器件企業(yè)能提高產(chǎn)能，并能有一定的庫存量。（磁性元器件企業(yè)可通過哪些措施更好地保證在交期內(nèi)完成生產(chǎn)？）
可立克王歡：首先，我們會根據(jù)往年的經(jīng)驗以及客戶的需求對不同的產(chǎn)品進行提前備料。其次，雖然我們本身產(chǎn)能足以應(yīng)對客戶提出的交付時間，但可能會受上游供應(yīng)商的影響被迫延遲，因此我們會擴大我們現(xiàn)有供應(yīng)商的選擇，增加備選的供應(yīng)商，以保持貨源的穩(wěn)定，減少被迫延長交期情況的出現(xiàn)。
金剛磁業(yè)劉峰：首先，我們會先跟客戶明確他們的需求訊息，把握我們的生產(chǎn)方向和生產(chǎn)節(jié)奏。其二，我們會有適當?shù)膫淞稀Ｖ皇墙衲晔茉牧蠞q價的影響，在備料方面我們會更為謹慎。其三，我們會根據(jù)市場的需求適當?shù)脑霎a(chǎn)擴產(chǎn)。不過以目前的行情來看，我們的生產(chǎn)產(chǎn)能還有一部分空余，因此都能滿足及時交付的要求。
服務(wù)器電源企業(yè)段經(jīng)理：磁性元器件是電源模塊構(gòu)成的關(guān)鍵，因此控制磁性元器件的設(shè)計成本成了重中之重。（企業(yè)如何更好降低成本，將企業(yè)利益最大化？）
金剛磁業(yè)劉峰：今年受國家政策與貿(mào)易環(huán)境影響，原材料上漲，給企業(yè)帶來很大的成本壓力。為此，主要有兩個方向去控制我們的成本。一方面，可以提高我們產(chǎn)品品質(zhì)與合格率，減少損失。另一方面，提高生產(chǎn)效率，縮短生產(chǎn)周期。而要做到這一點，就需要去提高我們的自動化生產(chǎn)水平。
可立克王歡：一般來說，電阻、電容價格相對穩(wěn)定，而磁性元器件定制化生產(chǎn)較多，在價格上有較大的浮動空間。為了更好控制成本，我們在磁性元器件的前端設(shè)計時就會考慮到后期自動化生產(chǎn)，從而提高自動化生產(chǎn)水平。再次，還可通過提高產(chǎn)品良率減少損失的成本。針對前端的關(guān)鍵工藝，如焊錫這一流程，近兩年我們通過電阻焊加熱的方法去焊接，替代原有的錫條焊接，不僅產(chǎn)品良率相比以往有了很大的提升，而且減少了污染物的產(chǎn)生，順應(yīng)當今綠色生產(chǎn)的趨勢。
經(jīng)緯達汪洪偉：配合客戶提升電源頻率，有效的利用磁集成技術(shù)，降低磁材的使用量。從設(shè)計上盡量減少材料的使用量，優(yōu)化設(shè)計降低磁性元器件的工時，提升生產(chǎn)效率。
結(jié)語：
5G時代數(shù)據(jù)中心數(shù)量的增長，帶動服務(wù)器行業(yè)的發(fā)展，也給服務(wù)器電源企業(yè)、磁性元器件企業(yè)、磁性材料企業(yè)帶來廣闊的市場發(fā)展空間。
大比特產(chǎn)業(yè)研究室報告顯示，市面主流X86服務(wù)器中，每個電源模塊中平均有6顆定制化電感和4顆電子變壓器，電路板中還有近50顆磁性元器件。且目前市場上的服務(wù)器以配有2個電源、4個電源的模式占據(jù)主導，取平均值以每臺服務(wù)器配有3個電源計算，一個服務(wù)器里面大概有80-100顆磁性元器件。由此推算，2021年全球X86服務(wù)器里將有10-12億顆磁性元器件的需求，到2025年將有17-19億顆磁性元器件需求。
然而，要在這一市場中分得一杯羹，也并非易事。尤其近兩年，在新基建需求爆發(fā)和疫情導致供應(yīng)受阻雙重影響下，磁性元器件企業(yè)有時會出現(xiàn)無法及時供應(yīng)的情況，這也成為如今服務(wù)器電源在選擇企業(yè)時重要的考察方式。為能及時交付，企業(yè)可從以下四個方面來滿足客戶需求：一是要明確客戶所需，包括具體的訂單量和最終交付時間；二是對原料進行適當備貨；三是擴大上游供應(yīng)商選擇，分散風險，保證上游企業(yè)能提供足夠的供貨量；四是有規(guī)劃地進行擴產(chǎn)增產(chǎn)。
從對話嘉賓的分享中我們得知，隨著服務(wù)器電源的發(fā)展，對磁性材料、磁性元器件提出了更高頻化、小型化的要求。為此，磁性材料企業(yè)、磁性元器件企業(yè)也選擇積極應(yīng)戰(zhàn)，不斷加大投入研發(fā)新型磁性材料，通過結(jié)構(gòu)上的重新設(shè)計縮小體積，在滿足當前100khz的常規(guī)要求下，仍繼續(xù)往高頻化方向進行突破。
此外，今年已有部分服務(wù)器電源企業(yè)實現(xiàn)將氮化鎵材料應(yīng)用于電源模塊中。談及未來的發(fā)展方向，大部分磁性元器件企業(yè)、服務(wù)器電源企業(yè)都認為，隨著第三代半導體材料的發(fā)展，氮化鎵材料的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒏鼮閺V泛，在服務(wù)器電源中的應(yīng)用也會更加深入。為此，不少企業(yè)跟記者透露，公司目前已經(jīng)在做相關(guān)的技術(shù)儲備，來應(yīng)對這一趨勢。
