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新型 電子元件之--疊層片式電感器

 真愛一生張志金 2018-09-12

疊層片式電感器

又稱多層片式陶瓷電感器,簡稱片感。

片感是最新型的電感器,與片容、片阻并稱為表面貼裝技術(shù)(SMT)三大無源片式元件。

英文MLCI—Muti-LayerCeramics chip Indutor


發(fā)展大事記

1980S’ 日本美國為適應(yīng)SMT需要,開始了片式電感器的研究開發(fā)。

1984年 TDK率先以1210為先導(dǎo)產(chǎn)品,實(shí)現(xiàn)了疊層片式電感器產(chǎn)業(yè)化。太陽誘電、村田同時(shí)實(shí)現(xiàn)片式感器的產(chǎn)業(yè)化。

1994年 中國的深圳南玻和南京898廠分別引入日本美國繞線型和疊層型電感生產(chǎn)線

1996年 肇慶風(fēng)華高科建立片感用磁材與片感元件生產(chǎn)線

2000年 深圳順絡(luò)電子成立,目前是中國大陸最大一家專業(yè)從事片式電感生產(chǎn)的企業(yè)。


目前電感器的疊層片式化率超過85%,日本、韓國及臺(tái)灣地區(qū)是片感主產(chǎn)區(qū),占市場份額超過70%。



疊層片式電感器結(jié)構(gòu)


陶瓷介質(zhì)體主要分為普通陶瓷和鐵氧體兩大類。其中鐵氧體是Fe2O3、NiO、ZnO、CuO等多種氧化物構(gòu)成陶瓷材料。經(jīng)燒結(jié)的鐵氧體硬度高,磁導(dǎo)率高,電阻率高。

鐵氧體中氧化物比例不同,可獲得磁導(dǎo)率不同,使用磁導(dǎo)率不同的鐵氧體制成形狀尺寸不同、工作頻段不同的電感器,用在不同頻段并保持較低的能量損耗。

應(yīng)用于抑制電磁干擾時(shí),鐵氧體的工作原理是通過阻抗吸收發(fā)熱的形式將不需要頻率的能量散發(fā)掉。


制造工藝

疊層片式電感器(MLCI)制造工藝與多層片式陶瓷電容器(MLCC)相似,把陶瓷(鐵氧體)膜片與銀導(dǎo)電漿料一層層交替疊印,經(jīng)約900℃溫度共燒,內(nèi)部形成螺旋式導(dǎo)電線圈,線圈包圍陶瓷體部份形成磁芯,外部瓷體使磁路閉合。

MLCI 典型工藝流程


核心技術(shù):

陶瓷(鐵氧體)、銀內(nèi)電極、銀端電極匹配選型;陶瓷(鐵氧體)介質(zhì)與銀電極疊印、低溫共燒。采用全銀內(nèi)電極,燒成溫度一般在850~910℃。


電感器的分類



其中高頻電感又可細(xì)分為:常規(guī)型、高Q型和超高頻型等;鐵氧體電感可細(xì)分為常規(guī)型、大額定電流(Ir)型和低直流電阻(DCR)型等。


三類片感特點(diǎn)對比

分類

項(xiàng)目

高頻電感

鐵氧體電感

磁珠


介質(zhì)

材料

低介常數(shù)普通陶瓷

B2O3-SiO2-Al2O3-ZnO\BaO等)

軟磁鐵氧體

:Mn-Zn

Ni-Zn-Cu

Mg-Ni系鐵氧體



主要性

能參數(shù)

感量Ls

品質(zhì)因子Q

自諧振頻率SRF

直流電阻DCR

額定電流Irms

電感量Ls

品質(zhì)因子Q

自諧振頻率SRF

直流電阻DCR

額定電流Isat

阻抗 Z

直流電阻DCR

額定電流Irms


主要

特點(diǎn)

電感量低

自諧振頻率高

電感量高

阻抗隨頻率變化,對高頻噪聲產(chǎn)生阻抗。


測量

頻率

100MHz500MHz

據(jù)不同電感量,測量頻率為50、10MHz

100MHz


Q

低頻Q值小,約10;隨頻率升高,Q值增大

低頻Q值較大,約40左右,隨頻率增大而變小

非主要指標(biāo)


直流

電阻

較大

較小

較大


額定

電流

以溫升定義電流

以電感量變化率定義

以溫升定義電流


應(yīng)用

范圍

高頻300MHz~3GHz更高,如移動(dòng)通訊設(shè)備

一般用于100MHz以下低頻

抑制高頻噪聲



常用尺寸規(guī)格

同片容或片阻一樣,疊層式貼片電感的尺寸規(guī)格可用EIA英制或國際單位制進(jìn)行標(biāo)識(shí),疊層式貼片電感用國際單位制表示的較多。

片感常用尺寸規(guī)格表

國際

單位制

EIA

英制

L

(mm)

W

(mm)

厚度T

(mm)

0603

0201

0.6

0.3

0.4

1005

0402

1.0

0.5

0.5

1608

0603

1.6

0.8

0.8

2012

0805

2.0

1.2

1.2

2016

0806

2.0

1.6

1.2

2520

1008

2.5

2.0

1.2

主要性能參數(shù)

電感量Ls

是指電感器的標(biāo)稱感值,由于磁導(dǎo)率和分布電容的存在,感量會(huì)隨頻率的變化而變化,下圖所示。

片感 的電感量Ls-F曲線


直流電阻DCR

是指片感金屬電極決定的直流電阻。


自諧頻率SRF

是指由于電感及電感本身分布電容的相互作用,使電感在某頻率下達(dá)到諧振,該諧振頻率就是電感的自諧頻率,功率電感要求使用在自諧頻率以下。


額定電流Ir

額定電流表征了可持續(xù)通過磁珠或電感的直流電流的強(qiáng)度。

針對高頻電感、磁珠和鐵氧體電感的應(yīng)用技術(shù)特性不同,額定電流Ir分為溫升額定電流Irms和感降額定電流Isat兩種。

感降額定電流Isat是指在連續(xù)通直流下,片感電感量會(huì)下降,一般按下降30%的電流值來標(biāo)稱。對于鐵氧體電感,直流電流是以初始電感隨外加電流的變化來定義。

溫升額定電流Irms是指在連續(xù)直流下,電感表面溫度會(huì)上升,常按照上升40℃的電流值來標(biāo)稱。


對于磁珠和陶瓷電感,額定直流按外加電流引起最大表面溫升來定義。額定電流取決于直流電阻 , 減小直流電阻或者增大產(chǎn)品尺寸可提高額定電流。

高頻電感器典型規(guī)格及其性能規(guī)律

尺寸

Ls

nH

Fsr

MHz

DCR

Ω

Ir

mA

0402

1.0

10000

0.10

400

4.7

4000

0.20

300

10

3200

0.40

300

47

1000

1.10

200

100

700

2.60

150

360

300

7.5

50

0603

1.0

10000

0.05

500

4.7

6000

0.20

500

10

3500

0.40

300

47

1200

0.70

300

100

700

1.20

300

680

250

4.5

100

高頻片感電感量為幾nH~幾百nH,常用精度: S ±0.3nH J ±5% K ±10%。


鐵氧體電感器典型規(guī)格及其性能規(guī)律

尺寸

Ls

uH

Fsr

MHz

DCR

Ω

Isat

mA

Irms

mA

0603

0.22

200

100

1600

1250

0.47

180

150

1200

1100

1.0

125

200

800

1000

2.2

80

300

300

850

0805

0.47

100

80

1200

1500

1.0

60

110

1150

1300

2.2

40

200

600

900

4.7

30

250

280

800

鐵氧體電感量是微亨級(jí)別的,常用精度:K ±10% M ±20% N: ±30%。


電感器尤其對高頻電感器而主言,品質(zhì)因子Q值是很重要的參數(shù),Q值與測試頻率相關(guān):


高頻片感 Q-F曲線圖


命名規(guī)則

疊層片式電感器命名規(guī)則,一般包含產(chǎn)品類別、尺寸、材料類別、標(biāo)稱電感量、電感量精度和包裝等信息.例如:

CK

|

1608

|

L

|

4R7

|

K

|

T

|

F

|

系列名稱

產(chǎn)品尺寸

材料代碼

標(biāo)稱電感量

電感量公差

包裝形式編帶盤裝

無鉛產(chǎn)品

系列名稱:各生產(chǎn)廠家品牌都會(huì)針對使用頻率高低、功率大小、Q值大小和電感量大小等方面以類型系列進(jìn)行區(qū)分。

產(chǎn)品尺寸:一般用國際單位制表示長寬尺寸,1608=長1.6mm*寬0.8mm有的品牌命名會(huì)加上厚度代號(hào)。

材料代碼:不同廠家使用的材料不一樣。不同用途或應(yīng)用頻率要求的片感,會(huì)使用不同磁導(dǎo)率(μ=1~800)的材料去設(shè)計(jì)制造。

標(biāo)稱電感量:如 R47=0.47 uH 4R7=4.7uH 47N=47nH

電感量公差:常用S ±0.3nH J ±5% K ±10% M ±20% N: ±30%

包裝形式: T為編帶,B為散裝

環(huán)保標(biāo)識(shí):如F表示無鉛產(chǎn)品


疊層片式電感器主要制造商及產(chǎn)品標(biāo)識(shí)代號(hào)

制造商

型號(hào)規(guī)格系列代號(hào)

高頻系列

鐵氧體系列

常規(guī)

高Q

超高頻

常規(guī)

大Ir

低DCR

TDK

MLG

MHG

MLK

MLF

MLZ

MLP

村田

LQG

LQM

太陽誘電

HK

HKQ

HQ

LK

CK

CKS

三星

CIH

CIG

Walsin

WLCM

WLFM

奇力新

CLH

CHQ

CL

順絡(luò)

SDCL

HQ

SDHL

MPH

MPM

MCL

麥捷

MGCI

MGFI

MGFL

風(fēng)華高科

VHF

CMP


關(guān)于磁珠

首先要明確,磁珠是疊層片式電感器的一類。

選用特殊類型鐵氧體材料,設(shè)計(jì)制造的磁珠主要是一種能量消耗器件,在EMC對策中多用于抑制 EMIl輻射。

磁珠直流電阻低,高頻電阻高,用阻抗值來標(biāo)稱它對某頻率點(diǎn)產(chǎn)生電阻的大小,單位歐姆。

磁珠的阻抗是指在電流下所有阻抗的總和,包括交流與直流部分。阻抗的直流部分僅僅是繞線的直流電阻,交流部分包括電感電抗和交流損耗。

理想電感對頻率信號(hào)電抗公式:

Z = XL = 2πfL

L:電感量(亨利 )

f :頻率 ( 赫茲)

公式表明電感量越大或頻率越高則阻抗越大。交流損耗包括磁滯損耗、渦流損耗和介電損耗等。磁珠的datasheet上一般會(huì)附有頻率和阻抗的特性曲線圖。

簡單而言,磁珠是用來吸收超高頻干擾信號(hào),象一些RF電路,振蕩電路都需要輸入端加入磁珠。

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