1引言 本文从电磁器件安装的角度将通常被称之为“平面型”、“低高度”、“薄膜型”、“片式”等名称的电磁器件，回归统称为“薄型”电磁器件。为减小设备体积，在器件定位安装时，有纵向(直立)安装的，也有横向(平卧)安装的，然而对它们的占空高度或占用底座的面积都是受到严格限制的。 另外，本文所说的电磁器件仅指电子变压器和电感器。 众所周知，随着电子设备工作频率的提高，电源变压器和电感器的结构也发生着变化，包括体积尺寸、安装方式、抗电磁干扰措施等。如随着频率的提高，其结构尺寸在变小是最显著的特征。根据有关资料统计，工作频率与高(厚)度的一般关系见表1。 人们把高(厚)度尺寸小于20毫米者称之为“低高度”或“薄型”。器件的不断薄小型化是科技工作者还在研究的课题，长期以来，人们在探求其新品种，提高其性能、研究新的发展途径。薄型变压器电感器的工作频率在500kHz~1MHz的高频范围内。在这个频段，它们所产生的损耗及存在的分布参数与中低频变压器电感器有许多不同。所以，它们对磁心的结构、材料和绕组结构必须有新的要求，包括它们的安装。 2薄型电磁器件 2.1 薄型电磁器件的基本类型 薄型电子变压器电感器产生与发展的主要背景是便携式电子设备的普及和平面安装技术的进步。便携式电子设备首先要求电源提高开关频率从而实现其小型化。 “薄型”电子变压器和电感器从上世纪80年代就开始了专门研究。近30年中经历了三个阶段，即更新了三次。第一代是“平面”变压器和电感器，目前已形成系列与大批量生产；第二代是“片式”变压器与电感器，这是随SMT的发展而逐步完善的，目前也已形成系列；第三代是“薄膜”变压器与电感器，还处于研制或小批量试制阶段。 薄型变压器电感器的制造工艺方法在目前主要是三种。(1) 是“线绕式”，它们与常规变压器制造的工艺基本相同，适合于较大功率的高频高压变压器的制造；(2) 铜箔绕组式，即用铜箔制作绕组，折叠成多层成为线圈，适合于制造低压大电流变压器；(3) 多层印制板式，是以印制电路板的制作工艺在多层印制板上形成螺旋状线圈，小功率变压器可用此方法。它们的结构见图1~图5。 薄型变压器电感器与常规变压器电感器比较，具有相当大的优势；特别是在设备对其占用空间有着严格限定的时候，尤其为设备设计者所关注。因为其尺寸的缩小，它们就显现出多种优势(见表2)，如功率密度高、效率高、漏感小、散热性好、成本较低等等。 2.2 若干薄型电磁器件的进展 a. 线绕型片式电感器 初期的线绕片式电感器是在尺寸很小的铁氧体磁心上绕线制成，因此它的体积和漏磁比较大。近年来，由于移动通信的频率提高到2GHz，将线绕片式电感器的铁氧体心改成为陶瓷心，这种电感器在该频率可以保持稳定的电感量和高的Q值，故在这一频段的设备中，它仍有广泛应用。这种产品已形成系列供应。 b. 薄膜片式电感器 利用薄膜技术在陶瓷基片上刻制导体线圈，制作成的薄膜片式电感器，在微波频段具有高Q值、高精度、高稳定性和小体积的特性。TDK、MURATA公司生产的LQP03T系列，尺寸为0.6mm×0.3mm×0.3mm，电感量为1nH~15nH，精度为3%。近期由TDK公司推出的螺旋线磁性金属薄膜1608型片式电感器的SRF达12GHz，精度为±0.2nH。 c. 叠层型片式电感器(MLCI) 叠层型片式电感器的技术含量与制作复杂程度，相对于片式电阻、片式电容而言要高得多，所以其规模化生产和推广应用的时间均比片阻片容迟得多。随着电子产品高频化和小型化，MLCI也向着缩小体积、提高GHz频段性能，降低成本方向发展。如以低温共烧陶瓷为介质的MLCI在2GHz时仍能保持良好特性。尺寸更小的0603已经投放市场。尺寸为0.6mm×0.3mm×0.3mm，电感量为1nH~22nH。频率达1800MHz时，Q值仍高于30。TDK公司新近开发的叠层型陶瓷1005片式电感器，其工作频率可达12GHz，电感量为1nH~100nH，精度为±0.3nH。 d. SMD型功率电感器 为适应电感量在mH级，电流达数安培的电路设计要求，在传统的铁氧体MLCI基础上进行改造，引出适合于表面贴装的端电极而制作成为SMD功率电感器。最近，一些厂商生产一种以罐状铁氧体磁心本身作为外壳替代常用的底座和塑封的新型结构RLF系列SMD功率电感器；还采用卷带式封装、可减小电磁干扰的结构的SMD电感器。 e. SMD磁性变压器 由于SMT的推动，近年来已将用高性能功率铁氧体(如PC44)、高导磁率铁氧体(m大于12000)制作的功率变压器、宽带变压器、网络变压器、脉冲变压器、DC/DC转换变压器等进行了片式化的相应的各种SMD变压器。 f. 叠层片式压电陶瓷变压器 它是利用功能陶瓷的压电/逆压电效应而设计制造的一种新型变压器。与传统的磁心绕线电磁变压器相比，它具有功耗低、转换效率高(电阻性负载在满载时达95%)、输入/输出间耐压高、漏电流小、不产生电磁干扰和不易受外来电磁干扰、尺寸小、易片式化、易与其他元器件集成等优点，采用10W以下压电陶瓷变压器制造的电源产品厚度可降至5.5mm还可以完成电流变换、阻抗变换等功能；在手机、数码相机、液晶显示等现代电子产品的广泛使用中，被人们称之为第三代变压器。 3薄型磁性器件安装 磁性器件的安装涉及到设备的质量、成本、生产效率等，所以设计安装底座和联接方法时必须进行综合考虑。 3.1 环形元件安装底座 a. 水平安装底座 水平安装底座通常有“带通孔的水平安装平台”(见图6)和“带通孔的水平安装杯形底座”(见图7)。这两种安装底座通常都是按照文件的尺寸和形状，以其实际端接数，用热塑性塑料模塑而成。这两种结构的模塑底座都专门设计了间隙，这是为了使清洗印制电路板的溶液能够很容易地从元件之下流走；间隙的最小值通常为0.015英寸。 b. 垂直安装底座 环形元件在垂直安装时，可以节省印制电路板的实际面积。与水平安装底座一样。它们也设计有供清洗溶液流出去的间隙。垂直安装底座要固定地连接到印制电路板上，以使其具有良好的稳定性。 垂直安装底座有多种结构形式，最常用的是以下六种。“具有通孔的垂直安装底座”(图8)、“采用自引线的垂直安装底座”(图9)、(图10)，“具有通孔的垂直安装杯形底座”(图11)(图12)(图13)。 3.2 表面贴装的环形元件安装底座 鉴于表面贴装不同于常规安装采用引线焊接，环形元件必须置于底座或安装支架之内。环形元件使用的表面贴装底座或安装支架有多种类型，最常用的有以下四种：“环形元件安装的翼型引脚底座”(图14)、“环形元件安装的J型引脚杯形底座”(图15)、“’登月’型引脚表面贴装底座(图16)”、“自引线表面贴装元件底座”(图17)。 3.3 环形元件安装的联接 环形绕组的引线通常用焊接的方法联接到安装底座的接线端子上，如果绕组导线较粗并有足够刚度，该导线本身即可作为引线通过底座定位，安装到印制电路板上，如图18所示。如果通孔没有金属化，则引线应弯曲后焊到焊盘上(见图19)。对已金属化的通孔，引线则不需要打弯就能达到合格联接，如图20所示。 至于元件是进行水平安装联接还是垂直安装联接，主要受三大因素的影响：水平安装的元件重心低，可少受冲击与振动的损害，但占用印制电路板的面积较大；垂直安装可节省电路板的位置，但元件的位置的重心较高，不适合较重的元件；避免产生电磁干扰，设计师应综合考虑，折衷选择。 3.4 表面贴装元件的安装联接 表面贴装是用机械手拾取的和安放元件到印制板相应位置的焊盘(原先涂有糊状焊料、焊剂)上，然后用红外炉升温到焊膏溶化，直接将安装元件的平面引脚焊接到电路板上。鉴于此，表面贴装对安装元的引脚有“共平面”的要求，从而对引脚底座设计提出了一些专门要求。 水平表面贴装元件引脚底座最常用的类型为翼型(图14)和J型(图15)，以及图21和图22两种引脚。翼型引脚被广泛使用，是因为它的模具和成型相对便宜。翼型引脚具有伸曲的挠性，与电路板联接的牢固性也容易被检查出来。“J”型引脚也被广泛采用，是因为它在电路板中所占的位置比翼型引脚小。但其有成型比较困难，与电路板联接后的引脚也被遮挡着等不足。 表面贴装元件需要设计成适合机器人抓取和放置的平面，而拾取的方法是机械爪夹或真空吸放盘。图14示出了在元件上怎样形成能适于真空吸取平面的杯形底座；图15示出了具有“J”型引脚的倒置杯形底座结构，它也适合真空吸拾。 图16和图23是“登月”型底座和引线联接，这种结构具有良好的承载刚度，经“加工”或运输过程后，对“共平面”问题影响很小，焊联后又便于直观检验，故有利于工业化批量生产方式。 图24示出了如何把镀锡绕组的引线保持在底座涂有焊膏的焊盘上(装联位置)，使其能够在红外软熔期间完成表面贴装焊联。这种方法比较经济，但导线的正确定位也有一定难度，因此会出现共平面问题。 现在，磁性元件设计师在进行产品设计时，除了挑选铁心的材料和型号尺寸外，“可制造性”--包括适于平面贴装等要求的思考变得越来越重要。 参考资料 [1] 中国电子学会元件分会电子变压器专业委员会编印的内部参考资料 [2] 中国电子元器件协会《电子元器件应用》 [3] 中国电子学会元件分会《电子变压器技术》 [4] 大比特资讯《国际电子变压器》