- 高Q積層電感在抗干擾中的應(yīng)用
- 低損耗和高Q值電感
- 克服分布電容的影響
- 內(nèi)部電極密集設(shè)計
手機(jī)設(shè)計得越來越小，然而功能也日益復(fù)雜，從而對所有元件的微型化和性能要求更高，當(dāng)然也包括電感的性能要求。尤其對積層電感，不僅要求尺寸更小，還應(yīng)達(dá)到高Q等級。TDK-EPC通過進(jìn)一步提高低溫共燒陶瓷（LTCC）多層基材的工藝技術(shù)已達(dá)到該要求。
現(xiàn)在，新設(shè)計的芯片內(nèi)部電極的制造工藝對位置控制更為精確，進(jìn)而生產(chǎn)出高Q值的0402和0603系列中的積層電感MLG0402Q和MLG0603P系列。積層電感采用鐵氧體或其它材料制成的薄片，并在薄片上用金屬漆（一般為銀）印制出繞線圖案而制成。將這些薄片排列成多層并創(chuàng)造出螺旋式內(nèi)部電極結(jié)構(gòu)。TDK開發(fā)的積層技術(shù)制成的線圈已無需再將電線繞在一個核心上，從而促進(jìn)了產(chǎn)品的微型化和批量生產(chǎn)。
低損耗和高Q值是高頻應(yīng)用必不可少的條件
高頻電路應(yīng)用的積層電感采用的是介電陶瓷做成的薄片，而非鐵氧體制成的薄片。原因是在幾百MHz以上的頻率范圍內(nèi)，鐵氧體損耗率更大，難以達(dá)到高Q值（參見圖表一）。線圈易通直流電，但對交流電的作用類似于電阻，被稱之為感抗。交流電頻率越高，感抗就越高。雖然線圈是導(dǎo)體，但是電線纏繞仍具有一定直流電阻（R）。直流電阻和頻變電感（R/2ttfL）間的比率稱為損耗系數(shù)，其倒數(shù)為Q值。“f”指通過線圈流動的電流的頻率，所以Q值會根據(jù)頻率不同而變化。簡而言之，高Q值指高頻電感使用時的低損耗和高適應(yīng)性。由于手機(jī)的功能越來越多，這些功能的耗電也越來越高，因此，高頻電路系統(tǒng)內(nèi)的積層貼片電感必須達(dá)到低損耗和高Q值。
圖表一：各種基材電感的Q值和頻率響應(yīng)
Q值因頻率和基材不同而變化。鐵氧體基材不可用于幾百MHz以上的頻率范圍，應(yīng)采用陶瓷介質(zhì)。
克服分布電容的影響
手機(jī)高頻電路系統(tǒng)的電感應(yīng)具有高Q值和小尺寸。然而遺憾的是，如果將線圈變小達(dá)到更微小體積，則造成直流電阻的增加，導(dǎo)致低Q值。另外，更高的頻率范圍的內(nèi)部電極和其它零件的分布寄生電容（未出現(xiàn)在電路圖中的電容）對Q值的影響很大。線圈感抗（X）與線圈電感和頻率成正比，采用方程式X=2πfL來定義。理想的電感是指電感值為常數(shù)時，感抗和頻率成正比。因此，頻率和電抗對比的繪制圖應(yīng)成一條直線，然而在實際中，更高頻率位置電抗下降，而線圈的分布電容正是造成這一現(xiàn)象的原因。在積層電感中，繞線圖案的作用類似電容電極，會產(chǎn)生分布電容（圖表二）。同樣，分布電容也存在于端子電極和繞線圖氨之間。
圖表二：TDK積層電感的電極間分布電容
事實上積層電感有分布電容，意味著在高頻段形成相當(dāng)一個LC并聯(lián)電路。電容與電感不同，它阻止直流電，當(dāng)頻率越高時，電容作用則類似于交流電導(dǎo)體。類似于用于諧振電路的LC并聯(lián)元件，具有分布電容的積層電感具有諧振頻率，即自諧頻率（SRF）。當(dāng)頻率超過自諧頻率時，貼片電感的作用不再是電感，Q值也迅速下降至零。因此，選擇積層電感用于高頻電路和高頻模塊時，單單考慮所需的電感是不夠的。自諧頻率也必須比使用頻率高出許多。另外，高頻適用電感也必須考慮所謂的趨膚效應(yīng)。它會顯著增加電阻，導(dǎo)致電感下降。
新型MLG系列：突破性的內(nèi)部電極設(shè)計
積層電感為用量相當(dāng)大的電子元器件，必須密集排布在電路板上，因此需要變得更小，高度更低。薄膜工藝技術(shù)的線圈形成的薄膜貼片電感不僅十分小，也很薄，還可以維持高準(zhǔn)確率，但是仍難以實現(xiàn)高Q值。
為了克服這種設(shè)計難題，關(guān)鍵就是需要采用高精密的制造技術(shù)來最小化分布電容和趨膚效應(yīng)，同時又使內(nèi)部電極達(dá)到優(yōu)化設(shè)計，以實現(xiàn)微型尺寸。
TDK-EPC先進(jìn)的LTCC工藝技術(shù)制作穩(wěn)定的積層電感和十分精密的內(nèi)部螺旋導(dǎo)體，并形成規(guī)模化生產(chǎn)。通過對內(nèi)部導(dǎo)體的形狀、層寬和布局的設(shè)計，不僅達(dá)到高Q值，還可不用擔(dān)心分布電容的影響。
全部重新設(shè)計MLG0402G和MLG0603P系列的繞線圖案和布局，才達(dá)到了此要求。TDK工程師成功地減小了端子電極間的分布電容，但是又保留了線圈表面面積，并且獲得了優(yōu)秀的Q值特征（圖表三）。
圖表三：TDKMLG0402Q和MLG0603P系列的Q值和頻率特征對比圖
繞線圖案微小的偏移都會導(dǎo)致Q值下降。因此，為了防止此類現(xiàn)象，在開發(fā)MLG0402Q系列時，采用了高精度定位控制技術(shù)和其它先進(jìn)的措施。通過進(jìn)一步改進(jìn)和完善技術(shù)，具有新設(shè)計的內(nèi)部電極的MLG0603P系列已加入到TDK-EPC產(chǎn)品系列中。新系列產(chǎn)品具有高得多的Q值，尤其適用于800MHz或更高頻率的設(shè)計中。新的MLG0402Q和MLG0603P系列設(shè)計用于手機(jī)高頻電路系統(tǒng)，例如，表面聲波（SAW）濾波器和壓控振蕩器（VCO）電路內(nèi)的阻抗匹配及扼流圈。同時，積層電感可進(jìn)一步應(yīng)用于藍(lán)牙、WLAN、UWB、數(shù)字電視調(diào)節(jié)器和其它高頻電路和模塊，并且提供優(yōu)異性能。
TDK的MLG0402Q和MLG0603P系列積層電感主要技術(shù)參數(shù)
