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片式電感器的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

2012年10月30日 15:43:25人氣：2453來(lái)源：中山市南朗鎮(zhèn)五環(huán)電子廠

摘要：片式電感器是電感領(lǐng)域重點(diǎn)開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品，文章綜述了電感的發(fā)展，片式電感器的分類，介紹了繞線型片式電感、疊層片式電感、編織型片式電感、激光刻線型片式電感的制造工藝，提出了片式電感器的技術(shù)發(fā)展方向，并介紹了低溫共燒陶瓷技術(shù)和薄膜平面電感。

關(guān)鍵字： 片式電感器,技術(shù)發(fā)展,趨勢(shì)

電感是電子線路中*的三大基礎(chǔ)電子元件之一，其工作原理是導(dǎo)線內(nèi)通過(guò)交流電時(shí)，在導(dǎo)線的內(nèi)部及周圍產(chǎn)生交變磁通。利用這一性質(zhì)制成的元器件稱為電感器，簡(jiǎn)稱為電感，其主要功能是篩選信號(hào)、過(guò)濾噪聲、穩(wěn)定電流及抑制電磁波干擾等。電感廣泛應(yīng)用于電腦設(shè)備、通訊設(shè)備、視頻音頻設(shè)備、消費(fèi)類電子產(chǎn)品、電子自動(dòng)化設(shè)備、電信廣播設(shè)備等各類電子產(chǎn)品。

片式電感器是電感領(lǐng)域重點(diǎn)開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品。文章綜述了電感器的發(fā)展，片式電感器的分類，介紹了繞線型片式電感，疊層片式電感，編織型片式電感、激光刻線型片式電感的制造工藝，提出了片式電感的技術(shù)發(fā)展方向。并介紹了低溫共燒陶瓷技術(shù)和薄膜平面電感。

2 電感器的發(fā)展

2.1 電感的分類

根據(jù)制造工藝的不同，電感可分為傳統(tǒng)插裝電感和片式電感兩種。

（1）傳統(tǒng)插裝電感主要采用繞線工藝，即電流在磁芯上繞制的銅線中流動(dòng)，例如環(huán)狀電感、空心線圈等，其特點(diǎn)是電感量范圍廣，電感量精度高，損耗小，功率大，制作工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)周期短、原材料供應(yīng)充足，但存在生產(chǎn)自動(dòng)化程度低、生產(chǎn)成本高、難以小型化等缺點(diǎn)。

（2）隨著電子信息產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，具備新設(shè)計(jì)、新理念、新功能的電子終端產(chǎn)品層出不窮，電子終端不斷向“小型化、集成化、大功率化、多功能化”等方向發(fā)展，傳統(tǒng)的插裝電感器已不能適應(yīng)下游電子整機(jī)的需求，而體積小、成本低、屏蔽性能優(yōu)良、可靠性高、適合于高密度表面安裝的片式電感在移動(dòng)通訊、計(jì)算機(jī)、汽車電子、高分辨電視、廣播衛(wèi)星等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用，逐步成為電感市場(chǎng)的主流發(fā)展方向。片式化率也成為衡量一個(gè)國(guó)家和地區(qū)電子元器件制造與電子裝備工藝水平高低的重要標(biāo)志。

2.2 片式電感的分類

根據(jù)性能和用途，片式電感可以分為片式普通電感和片式功率電感。

片式功率電感是相對(duì)于片式普通電感而言，兩者的主要差異在于：

（1）性能上的差異

a）片式功率電感的耐受電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于片式普通電感，其直流電阻也小于片式普通電感，適合用在小型移動(dòng)終端產(chǎn)品中的直流轉(zhuǎn)直流電源模塊，可應(yīng)用于手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、PDA等諸多以電池供電的電源模塊;

b）片式普通電感則廣泛用于各類電子產(chǎn)品的電路中。

（2）生產(chǎn)流程方面的差異

在生產(chǎn)流程方面，由于內(nèi)部電路設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和電性能參數(shù)要求不同，該兩類產(chǎn)品在流延成型、燒結(jié)、測(cè)試分選等環(huán)節(jié)存在制作工藝和工藝參數(shù)上的差異。

a）由于具備耐受功率大的特性，在流延成型環(huán)節(jié)，功率電感較普通電感需增加多層介質(zhì)層;

b）在燒結(jié)環(huán)節(jié)，由于功率電感包含的原材料種類較普通電感多，其*燒結(jié)溫度和*燒結(jié)溫度的控制精度也與片式普通電感不同。

（3）成本方面的差異

成本方面，功率電感由于耐受功率大，其生產(chǎn)制造所需原材料數(shù)量較多，且在內(nèi)部電路設(shè)計(jì)上較普通電感復(fù)雜，片式普通電感的單位成本低于片式功率電感。

2.3 片式電感按制造工藝分類

根據(jù)制造工藝的不同，片式電感可以分為繞線型片式電感、疊層片式電感、編織型片式電感、激光刻線型片式電感。

3 片式電感分類

片式電感的材料分為以鐵氧體磁性材料為基體和以陶瓷材料為基體兩個(gè)大類。

（1）磁性材料采用鎳鋅系和錳鋅系材料制成各種小型鐵氧體磁芯。大多數(shù)片式電感，特別是功率電感，片式EMI抑制器都使用鎳鋅系材料。而錳鋅系材料主要用在片式低頻電感器中。

（2）陶瓷材料采用低介電常數(shù)陶瓷制成的高頻片式疊層電感器，在其制作中還考慮了抑制雜散電容的問(wèn)題，用它做成的疊層電感器可以獲得較高的自諧振頻率，用在亞微波到微波波段，適合向高頻化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展的需要。

3.1 繞線型片式電感

繞線型片式電感沿用傳統(tǒng)插裝電感元件的結(jié)構(gòu)模式，采用微小型工字型磁芯，將細(xì)的導(dǎo)線繞在軟磁鐵氧體磁芯上，然后將磁芯固定與基座并引出鉤性短引線，再用樹(shù)脂封固而成。見(jiàn)圖1。

圖1 工字型磁芯繞線片式電感

繞線片式電感的特點(diǎn)是電感量范圍廣（mH~H）、電感量精度高，功率大、損耗小（即Q大）、容許電流大，制作工藝?yán)^承性強(qiáng)，簡(jiǎn)單、成本低等，特別是以陶瓷為芯的繞制片式電感在高頻率下能夠保持穩(wěn)定的高精度電感量和相當(dāng)高的Q值，因而在高頻回路中占據(jù)一席之地。

繞制片式電感的缺點(diǎn)是制造成本較高，并且受磁芯尺寸和繞線工藝的限制，其在進(jìn)一步小型化方面受到限制。

還有一種繞線片式電感是采用H型陶瓷芯，經(jīng)過(guò)繞線、焊接、涂復(fù)、環(huán)氧樹(shù)脂灌封等工藝制成，見(jiàn)圖2。由于電極已預(yù)制在陶瓷芯體上，制造工藝更加簡(jiǎn)單，而且可以進(jìn)一步小型化。這類電感的電感量較小，但自諧振頻率高（通常為5~6GHz，zui高達(dá)12.5GHz），更適合高頻使用。

圖2 H型陶瓷繞線電感

3.2 疊層片式電感

疊層片式電感的結(jié)構(gòu)是由交互疊加的鐵氧體層和內(nèi)導(dǎo)體層所組成，其制作工藝采用新型的電子材料及厚膜技術(shù)、和低溫共燒鐵氧體（LTCT）技術(shù)。制作疊層片式電感的主要工藝流程是：將鐵氧體（如NiMnZn）粉制成漿料，用流延或濕式印刷法制成厚約10μm~30μm的鐵氧體膜，并在其上用銀漿印刷導(dǎo)電線圈，經(jīng)交替印刷，疊壓在一起，穿孔連通各層導(dǎo)電線圈，形成一條螺旋式線圈，重復(fù)上述步驟就可制成多達(dá)數(shù)十層的疊層結(jié)構(gòu)。然后，再通過(guò)切割、排膠、燒結(jié)、倒角、制端電極，檢測(cè)等后續(xù)工序，制成具有獨(dú)石結(jié)構(gòu)的疊層片式電感，見(jiàn)圖3。電感工作時(shí)，電流是在印刷出來(lái)的導(dǎo)體材料（銀、銅等）中流動(dòng)，這有異于傳統(tǒng)意義上的電感。

圖3 疊層片式電感

由于它采用了先進(jìn)的厚膜多層印刷技術(shù)和疊層工藝，實(shí)現(xiàn)了超小型化，且其小型化速度隨著疊層技術(shù)的進(jìn)步而不斷加快，在大部分應(yīng)用領(lǐng)域逐步取代傳統(tǒng)插裝電感和繞線片式電感，成為新一代片式電感的主流產(chǎn)品，被廣泛應(yīng)用于通訊領(lǐng)域、計(jì)算機(jī)及周邊產(chǎn)品、消費(fèi)類電子、辦公自動(dòng)化及汽車電子等領(lǐng)域。

疊層片式電感與繞線片式電感相比，疊層片式電感具有顯著的優(yōu)勢(shì);

（1）尺寸小，有利于電路的小型化;

（2）磁路封閉，具有良好的磁屏蔽性、不會(huì)干擾周圍的元件器，也不會(huì)受臨近元件的干擾，有利于元器件的高密度安裝;

（3）一體化獨(dú)石結(jié)構(gòu)，燒結(jié)密度高、機(jī)械強(qiáng)度好、可靠性高;

（4）耐熱性、可焊性好;

（5）形狀規(guī)則、整齊、適合于自動(dòng)化表面安裝生產(chǎn)等。

疊層片式電感的不足之處是制作工藝復(fù)雜，生產(chǎn)周期長(zhǎng)、成本高、功率較小、電感量較小、Q值低，高感值的制作難度大。因此在高頻、大功率領(lǐng)域，繞線片式電感仍占據(jù)一定的*。

3.3 編織型片式電感

編織型片式電感是以條狀磁芯為經(jīng)線，以導(dǎo)體作緯線編織起來(lái)的一種片式電感，該種電感理論上具有體積小、在1MHz下的單位體積電感量比其他片式電感大等特點(diǎn)，可用作功率處理的微型磁性元件。但由于該種工藝過(guò)于復(fù)雜，批量化生產(chǎn)存在困難，該種工藝在行業(yè)中實(shí)際應(yīng)用很少。

3.4 激光刻線型片式電感

激光刻線型片式電感采用光刻腐蝕工藝，其內(nèi)電極集中于同一層面，磁場(chǎng)分布集中，能確保裝貼后的器件變化不大，在100MHz以上呈現(xiàn)良好的頻率特性，具有在微波頻段保持高Q、高精度、高穩(wěn)定性和小體積的特性。

激光刻線型片式電感的優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)品一致性高，性能參數(shù)好，但由于其制造采用光刻腐蝕的工藝，設(shè)備投資大，因而制作成本昂貴，只應(yīng)用在一些領(lǐng)域，目前只有少數(shù)日本廠商從事激光刻線型片式電感的研發(fā)生產(chǎn)。

日本松下電子公司采用*的激光切割工藝，開(kāi)發(fā)出比過(guò)去制品在800MHz時(shí)Q值高20%~80%產(chǎn)品：

（1）以高頻損耗小的氧化鋁為主要原料的整個(gè)基體上實(shí)施鍍銅導(dǎo)體。按螺旋狀切削基體中間部的導(dǎo)體，形成一層線圈，用高耐熱性樹(shù)脂保護(hù)線圈，基體兩端的導(dǎo)體上形成電極。

（2）該產(chǎn)品有以下特點(diǎn)：

a）結(jié)構(gòu)、工藝簡(jiǎn)單;

b）通過(guò)控制激光切割布線，可以制成各種電感;

c）制成品上下左右對(duì)稱，不必考慮方向性，用戶在貼裝時(shí)方便;

d）因線圈部寄生電容小，高頻特性良好;

e）因線圈部導(dǎo)體與電子間沒(méi)有連接點(diǎn)，故可靠性高。

（3）高Q化技術(shù)

關(guān)鍵是降低了電感器的高頻損耗。具有代表性的損耗有以下幾種：①導(dǎo)體部電阻成分，②渦流損耗，③集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)等因素的高頻損耗。

引人注意的有兩點(diǎn)：首先是實(shí)現(xiàn)了*的激光切割布線，其次是去除線圈附近的不需要導(dǎo)體，開(kāi)發(fā)出了高Q新系列產(chǎn)品，并使其商品化。

我國(guó)制造的陶瓷體激光刻線型片式電感外形尺寸為1.6mm×0.8mm×0.8mm。外形圖見(jiàn)圖4.

圖4 陶瓷體激光刻線型片式電感器外形

4 片式電感器的技術(shù)發(fā)展方向

。

關(guān)鍵詞：片式電感器電感器直流電阻直流電源模塊電源模塊

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