片式电感元件结构、工艺及对铁氧体磁芯的要求

1 现状和发展
　　随着电子设备向轻薄短小、集成化，智能化和多功能化方向发展，片式元器件产业在全球范围内迅速增长。据报道，2000年世界片式元器件市场约7000亿只，片式化率达70%，各种元器件都在向表面贴装片式化方向发展，如片式电阻器，片式电容器、变压器，片式滤波器，片式石英晶体器件，表面贴装微型开关，微型连接器等。国际上片式元器件已成为成熟产业，如片式电阻器，片式电容器一个公司的年产量规模已数百亿只，甚至上千亿只，产品的小型化已接近极限，正进一步扩大功率，容量和应用范围。由于电信工业和汽车电子的发展，片式元器件的需要还将继续增长。
　　铁氧体电感元件由于受制造工艺和物理尺寸限制，较缓慢地加入表面安装设计行列。据报道，20世纪70年代国外开始研制开发片式电感器，80年代初已实现商品化。早年片式电感器主要在日本、美国生产，近年来，欧洲、亚洲一些国家和地区也开发成功并进入批量生产，产量日益增长，生产技术也日趋成熟。我国在80年代开始研制片式电感器，90年代中期通过引进关键设备和自行开发技术，实现了规模化生产。国内片式电感器总产量（不包括三资企业），1999年估计约7-8亿只，2000年约12-13亿只，占国内电感器总产量20%左右。片式电感器的生产品种，主要有片式固定电感器，电磁波干扰抑制器、功率电感器等。主要应用于移动通信设备，便携式电脑，硬盘驱动器，摄录一体机，程控交换机，数字化视频设备等。
　　在电路中占据较大体积的变压器，实现片式化更为困难。目前，已经实用化的是平面变压器（薄型变压器），采用低矮型铁氧体磁芯，配以平面绕组制成。1994年首先在通信方面得到有价值的应用，目前已扩大应用到笔记本计算机，汽车电子，数码相机，各种液晶显示产品等。
　　片式电感器和平面变压器都是使用铁氧体材料，主要有NiZn系和MnZn系材料，制成各种小型铁氧体磁芯，对材料特性和制造工艺有更严格的要求。
　　片式电感元件发展趋势是向更小型化和复合化方向发展，同时要求在小尺寸基础上有更高的电感值和承受更大的电流。随着表面组装技术的普及，对片式电感元件的需求将越来越大，国内生产厂点也会随之增多。目前制约国内片式电感元件发展的因素主要是国内高技术电子产品应用市场尚有一个发展过程，其次是精密、小型电感元件的生产设备主要依赖国外进口，投资费用较大，有待国产化。因此，下面将要主要叙述片式电感元件和铁氧体磁芯的结构、生产设备，供参考。


2 片式电感器结构和工艺
　　2.1 片式固定电感器
　　结 构
　　片式固定电感器品种很多，但从结构工艺分类，则主要分为绕线型和积层型两大类，若从基体材料分类，则主要有以铁氧体磁性材料为基和以陶瓷材料为基两大类，绕线型片式电感器是对传统绕线型电感器的一种改进，通常采用微小工字型磁芯，经绕线、焊接、电极成型，塑封等工序制成（见图1，图2）。国外有日本TDK、松下电子部品、欧洲西门子公司等公司；国内有金宁无线电器材厂生产。这种类型片式电感器的优点：生产工艺简单，电性能优良（电感值L，和品质因素Q均高），适于大电流通过，可*性好等；缺点是受磁芯物理尺寸和制造工艺限制，进一步微小型化比较困难。目前产品种类主要有2520型、3225型、4532型等，其电感值可覆盖0.01-1000μH,允许最大额定电流通常为530-740MA,日本TDK公司的NLCL532型，最大额定电流可达1050mA。另一种结构的绕线型片式电感器，是采用H型（或Ⅱ型）陶瓷芯，经过绕线、焊接、涂复、环氧树脂气等工艺制成（见图3，4）。由于电极已预制在陶瓷芯体上，制造工艺更为简单，而且可进一步微小型化，这种结构的片式电感器，国外以美国线艺（Coilcraft)公司为代表，国内在贵州、上海、常州、广东已有多家工厂生产。主要产品品种有1608型、2012型、2520型、3216型等，电感值覆盖范围为1.8nH~1.2μH，可见这类电感器电感值较小，但自谐频率高（通常5000~6000MHz,最高达12500MHz）,更适合高频使用。


积层型电感器不用绕线，是用铁氧体浆料和导电浆料，交替进行多层印刷，然后通过高温共烧结，形成有闭合磁路的电感线圈（见图5，6），或者将微米级铁氧体薄片进行叠层，每个磁性层有印刷的导体图案和孔，孔中填充导体材料，从而把上层图案和下层图连结起来，经过加压，烧结，形成一体化的多层电感器，这类电感器制作工艺更适合尺寸微小型化，容易实现规模化大生产，日本TDK公司1984年就推出了MLF3225,MLF3216型产品，现在最小尺寸已能制成1005型（1.0×0.5×0.5mm)，其电感值为0.047~10μH，稍大尺寸的1608型，电感值为0.047~33μH，3225型，则可制成电感值为39~220μH的产品。这类电感器国内生产能力已达6-10亿只，主要集中在广东地区，积层型电感器的主要特点是有磁屏蔽和直流电阻小，与绕线型相比，电感量和可允许额定电流相对较小，更适合高额下使用，另外一种是用高频陶瓷浆料多层印刷制成的电感器，最小尺寸1005型，电感值为1-100nH,工作频率最高可达12GHz,可适合移动电话向高频化，网络化发展的需要。



随着移动通信向更高频率发展（700-1900MHz)叠层片式电感器的结构也要作相应改进，最近TDK公司报导，已将1005型电感器线圈结构由立式改为卧式。图7所示出过去结构模型图，图8是新结构模型图，过去结构的内导体图案内部不对称，表面安装方向不同会引起电感变化，无法达到产品电感值允许±5％的严格要求，新结构内导体，对积层体中心点呈点对称，其安装方向改变保证电感变化率在1.5％以下，而且减小了分布电容，大大提高了在150MHz以上特高频范围的Q值。
　　2.2 片式EMI抑制器
　　随着信息设备和移动通信网络的不断发展，空间电磁波干扰对电子设备和人体健康的影响越来越严重，保护电磁环境，抑制各种形式电磁波干扰已成为当务之急，采用铁氧体磁珠或滤波电感器是抑制线路传导性电磁干扰的有效手段。随着电子设备的小型化和薄型化，对EMI抑制也要求缩小尺寸和采用表面安装技术。目前已生产的品种有表面安装的片式磁珠、片式磁珠排、片式共模扼流圈、片式IC滤波器等。
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