片式电感器的技术发展趋势
时间：2012-10-30 阅读：2429
摘要： 片式电感器是电感领域重点开发的产品，文章综述了电感的发展，片式电感器的分类，介绍了绕线型片式电感、叠层片式电感、编织型片式电感、激光刻线型片式电感的制造工艺，提出了片式电感器的技术发展方向，并介绍了低温共烧陶瓷技术和薄膜平面电感。
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电感是电子线路中*的三大基础电子元件之一，其工作原理是导线内通过交流电时，在导线的内部及周围产生交变磁通。利用这一性质制成的元器件称为电感器，简称为电感，其主要功能是筛选信号、过滤噪声、稳定电流及抑制电磁波干扰等。电感广泛应用于电脑设备、通讯设备、视频音频设备、消费类电子产品、电子自动化设备、电信广播设备等各类电子产品。
片式电感器是电感领域重点开发的产品。文章综述了电感器的发展，片式电感器的分类，介绍了绕线型片式电感，叠层片式电感，编织型片式电感、激光刻线型片式电感的制造工艺，提出了片式电感的技术发展方向。并介绍了低温共烧陶瓷技术和薄膜平面电感。
2 电感器的发展
2.1 电感的分类
根据制造工艺的不同，电感可分为传统插装电感和片式电感两种。
（1）传统插装电感主要采用绕线工艺，即电流在磁芯上绕制的铜线中流动，例如环状电感、空心线圈等，其特点是电感量范围广，电感量精度高，损耗小，功率大，制作工艺简单，生产周期短、原材料供应充足，但存在生产自动化程度低、生产成本高、难以小型化等缺点。
（2）随着电子信息产业的飞速发展，具备新设计、新理念、新功能的电子终端产品层出不穷，电子终端不断向“小型化、集成化、大功率化、多功能化”等方向发展，传统的插装电感器已不能适应下游电子整机的需求，而体积小、成本低、屏蔽性能优良、可靠性高、适合于高密度表面安装的片式电感在移动通讯、计算机、汽车电子、高分辨电视、广播卫星等领域获得广泛应用，逐步成为电感市场的主流发展方向。片式化率也成为衡量一个国家和地区电子元器件制造与电子装备工艺水平高低的重要标志。
2.2 片式电感的分类
根据性能和用途，片式电感可以分为片式普通电感和片式功率电感。
片式功率电感是相对于片式普通电感而言，两者的主要差异在于：
（1）性能上的差异
a）片式功率电感的耐受电流远远大于片式普通电感，其直流电阻也小于片式普通电感，适合用在小型移动终端产品中的直流转直流电源模块，可应用于手机、数码相机、PDA等诸多以电池供电的电源模块;
b）片式普通电感则广泛用于各类电子产品的电路中。
（2）生产流程方面的差异
在生产流程方面，由于内部电路设计结构和电性能参数要求不同，该两类产品在流延成型、烧结、测试分选等环节存在制作工艺和工艺参数上的差异。
a） 由于具备耐受功率大的特性，在流延成型环节，功率电感较普通电感需增加多层介质层;
b） 在烧结环节，由于功率电感包含的原材料种类较普通电感多，其*烧结温度和*烧结温度的控制精度也与片式普通电感不同。
（3）成本方面的差异
成本方面，功率电感由于耐受功率大，其生产制造所需原材料数量较多，且在内部电路设计上较普通电感复杂，片式普通电感的单位成本低于片式功率电感。
2.3 片式电感按制造工艺分类
根据制造工艺的不同，片式电感可以分为绕线型片式电感、叠层片式电感、编织型片式电感、激光刻线型片式电感。
3 片式电感分类
片式电感的材料分为以铁氧体磁性材料为基体和以陶瓷材料为基体两个大类。
（1）磁性材料采用镍锌系和锰锌系材料制成各种小型铁氧体磁芯。大多数片式电感，特别是功率电感，片式EMI抑制器都使用镍锌系材料。而锰锌系材料主要用在片式低频电感器中。
（2）陶瓷材料采用低介电常数陶瓷制成的高频片式叠层电感器，在其制作中还考虑了抑制杂散电容的问题，用它做成的叠层电感器可以获得较高的自谐振频率，用在亚微波到微波波段，适合向高频化、网络化发展的需要。
3.1 绕线型片式电感
绕线型片式电感沿用传统插装电感元件的结构模式，采用微小型工字型磁芯，将细的导线绕在软磁铁氧体磁芯上，然后将磁芯固定与基座并引出钩性短引线，再用树脂封固而成。见图1。
图1 工字型磁芯绕线片式电感
绕线片式电感的特点是电感量范围广（mH~H）、电感量精度高，功率大、损耗小（即Q大）、容许电流大，制作工艺继承性强，简单、成本低等，特别是以陶瓷为芯的绕制片式电感在高频率下能够保持稳定的高精度电感量和相当高的Q值，因而在高频回路中占据一席之地。
绕制片式电感的缺点是制造成本较高，并且受磁芯尺寸和绕线工艺的限制，其在进一步小型化方面受到限制。
还有一种绕线片式电感是采用H型陶瓷芯，经过绕线、焊接、涂复、环氧树脂灌封等工艺制成，见图2。由于电极已预制在陶瓷芯体上，制造工艺更加简单，而且可以进一步小型化。这类电感的电感量较小，但自谐振频率高（通常为5~6GHz，zui高达12.5GHz），更适合高频使用。
图2 H型陶瓷绕线电感
3.2 叠层片式电感
叠层片式电感的结构是由交互叠加的铁氧体层和内导体层所组成，其制作工艺采用新型的电子材料及厚膜技术、和低温共烧铁氧体（LTCT）技术。制作叠层片式电感的主要工艺流程是：将铁氧体（如NiMnZn）粉制成浆料，用流延或湿式印刷法制成厚约10μm~30μm的铁氧体膜，并在其上用银浆印刷导电线圈，经交替印刷，叠压在一起，穿孔连通各层导电线圈，形成一条螺旋式线圈，重复上述步骤就可制成多达数十层的叠层结构。然后，再通过切割、排胶、烧结、倒角、制端电极，检测等后续工序，制成具有独石结构的叠层片式电感，见图3。电感工作时，电流是在印刷出来的导体材料（银、铜等）中流动，这有异于传统意义上的电感。
图3 叠层片式电感
由于它采用了先进的厚膜多层印刷技术和叠层工艺，实现了超小型化，且其小型化速度随着叠层技术的进步而不断加快，在大部分应用领域逐步取代传统插装电感和绕线片式电感，成为新一代片式电感的主流产品，被广泛应用于通讯领域、计算机及周边产品、消费类电子、办公自动化及汽车电子等领域。
叠层片式电感与绕线片式电感相比，叠层片式电感具有显著的优势;
（1）尺寸小，有利于电路的小型化;
（2）磁路封闭，具有良好的磁屏蔽性、不会干扰周围的元件器，也不会受临近元件的干扰，有利于元器件的高密度安装;
（3）一体化独石结构，烧结密度高、机械强度好、可靠性高;
（4）耐热性、可焊性好;
（5）形状规则、整齐、适合于自动化表面安装生产等。
叠层片式电感的不足之处是制作工艺复杂，生产周期长、成本高、功率较小、电感量较小、Q值低，高感值的制作难度大。因此在高频、大功率领域，绕线片式电感仍占据一定的*。
3.3 编织型片式电感
编织型片式电感是以条状磁芯为经线，以导体作纬线编织起来的一种片式电感，该种电感理论上具有体积小、在1MHz下的单位体积电感量比其他片式电感大等特点，可用作功率处理的微型磁性元件。但由于该种工艺过于复杂，批量化生产存在困难，该种工艺在行业中实际应用很少。
3.4 激光刻线型片式电感
激光刻线型片式电感采用光刻腐蚀工艺，其内电极集中于同一层面，磁场分布集中，能确保装贴后的器件变化不大，在100MHz以上呈现良好的频率特性，具有在微波频段保持高Q、高精度、高稳定性和小体积的特性。
激光刻线型片式电感的优点是产品一致性高，性能参数好，但由于其制造采用光刻腐蚀的工艺，设备投资大，因而制作成本昂贵，只应用在一些领域，目前只有少数日本厂商从事激光刻线型片式电感的研发生产。
日本松下电子公司采用*的激光切割工艺，开发出比过去制品在800MHz时Q值高20%~80%产品：
（1）以高频损耗小的氧化铝为主要原料的整个基体上实施镀铜导体。按螺旋状切削基体中间部的导体，形成一层线圈，用高耐热性树脂保护线圈，基体两端的导体上形成电极。
（2）该产品有以下特点：
a）结构、工艺简单;
b）通过控制激光切割布线，可以制成各种电感;
c）制成品上下左右对称，不必考虑方向性，用户在贴装时方便;
d）因线圈部寄生电容小，高频特性良好;
e）因线圈部导体与电子间没有连接点，故可靠性高。
（3）高Q化技术
关键是降低了电感器的高频损耗。具有代表性的损耗有以下几种：①导体部电阻成分，②涡流损耗，③集肤效应和邻近效应等因素的高频损耗。
引人注意的有两点：首先是实现了*的激光切割布线，其次是去除线圈附近的不需要导体，开发出了高Q新系列产品，并使其商品化。
我国制造的陶瓷体激光刻线型片式电感外形尺寸为1.6mm×0.8mm×0.8mm。外形图见图4.
图4 陶瓷体激光刻线型片式电感器外形
4 片式电感器的技术发展方向
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