高频通信产品用非绕线片式电感器技术
2007-06-11 10:50:07
来源：《国际电子变压器》2007年6月刊
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1 前言
手机等高频通信产品用的各种非绕线片式电感器自投放市场以来已有十几年的光景，这期间，曾报道过采用印刷叠层、激光切削和薄膜等各种工艺方法所制成的片式电感产品。
采用非绕线式的片式电感器有一个共同的特点，就是在高精度下可以制作出小的电感值，适合制作1005、0603等小型化的产品，还存在着Q值特性低一半的不足。
其Q值特性被称作电感器的品质因数，表示线圈损耗，损耗越小电感器的Q值越高。电路设计人员一直期望能够开发出Q值高、体积小和精度高的片式电感器。
日本松下电子部品公司采用独特的激光切削工艺，开发出比过去制品Q值高20%~80%（at800[MHz]）的最新产品。下面简要介绍该产品的技术特性。
2 采用激光切削方式的非绕线片式电感器结构与工艺
过去采用激光切削方式的非绕线片式电感器的内部结构示于图1，其制造工艺概略图示于图2。
以高频损耗小的氧化铝为主原料的整个基体上实施镀铜导体，正如图3所示，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，在基体两端的导体上形成电极。该产品有以下特点：
①结构、工艺简单；
②通过控制激光切削布线，可以制成各种电感器；
③制成品上下左右对称，用户在贴装时，不必考虑方向性；
④线圈部分寄生容量小，高频电特性良好；
⑤因线圈部导体与电极端子间没有连接点，故可靠性高。
3 高Q化技术
实现高Q化，关键在于是否降低了电感器的高频损耗。一般情况下，具有代表性的损耗有以下几种：
①导体部电阻成分；
②涡电流损耗；
③集肤效应和邻近效应等因素的高频损耗。
另外，还发现以往采用激光切削方式的电感器，线圈和端子之间也存在导体，可形成与主线圈耦合的短路环，这也是应考虑产生损耗的原因。
采用过去电感器结构通上电流时产生的磁通状态表示于图4a。线圈部周围产生磁通，该磁通是由线圈端横切削至两端的电极端子的导体部分部所形成的，估计会在导体部产生涡流损耗。
如上所述，接近线圈端的横向导体与磁通互相垂直，而且导体存在于周围，估计作为短路环，容易产生偶合现象。
到目前为止，引人注目的有两点，首先是实现了独特的激光切削布线，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。本文介绍的高Q系列产品所产生的磁通状态模式图示于图4b。
去除接近线圈部的导体，可起到消除短路环和降低涡流损耗的效果。制造工艺与过去的产品大致相同，只是变更了激光布线。
本文介绍的高Q系列1608和1005两种尺寸的产品已实现商品化，其基本规格示于表1。
另外，过去产品和高Q产品Q值比较的曲线图示于图(5a~c)。
图5的（a、b）作为代表例，示出了在10nH下的频率——Q特性的比较，图5c是在800MHz下几种电感值的Q特性比较。
1005尺寸的产品与过去的产品比较，Q值约提高了20%—30%，1608尺寸的产品约提高了20—80%（at800MHZ），电感量的覆盖范围虽然比过去的最大L值低，但以手机为代表的高频产品RF电路中用的1005尺寸电感器的L值达到39nH，1608尺寸的产品为68nH，其电感值几乎都能覆盖。
其非绕线式的高Q系列电感器的Q值与绕线式的电感器比较，1608尺寸的产品在10nH以内的电感值下，获得的Q值几乎同等，除此之外的产品，绕线式的与非绕线式的电感器几乎都处于中间值。
4 高Q电感器的应用实例
假如我们观察一下手机的RF电路，就可看出要求提高Q特性的有以下部分：
① ANT外围电路的匹配线圈；
② SAW滤波器前后的匹配线圈；
③ VCO振荡线圈。
伴随着采用多模化等通信产品的高功能化，迫切要求这些产品的电路中用的电感器高性能化，确切的说就是增加高Q电感器的采用个数。
在ANT外围电路和SAW滤波器的匹配方面，采用高Q化的电感器可提高接受灵敏度和降低发送时的损耗。另外，VCO振荡线圈的高Q化，可稳定振荡信号和提高C/N比，这都与提高无线通信的品质有关。进入高速数字通信时代，采用不同声音的高密度数据十分重要，这是今后应充分考虑的问题。高Q电感器的使用例示于图6。
5 结束语
上面，介绍了用于高频通信产品中的非绕线式高Q电感器的结构、制造方法、电性能和手机等通信产品的使用实例。当前，随着科学技术的飞速发展，在利用高频信号的各类通信产品中，该产品的市场占有率将会不断扩大。预计今后对电子元器件的小型，高性能多功能化的要求还会更加强烈，这将进一步促进新技术和新产品的开发，并不断扩大应用领域。
手机等高频通信产品用的各种非绕线片式电感器自投放市场以来已有十几年的光景，这期间，曾报道过采用印刷叠层、激光切削和薄膜等各种工艺方法所制成的片式电感产品。
采用非绕线式的片式电感器有一个共同的特点，就是在高精度下可以制作出小的电感值，适合制作1005、0603等小型化的产品，还存在着Q值特性低一半的不足。
其Q值特性被称作电感器的品质因数，表示线圈损耗，损耗越小电感器的Q值越高。电路设计人员一直期望能够开发出Q值高、体积小和精度高的片式电感器。
日本松下电子部品公司采用独特的激光切削工艺，开发出比过去制品Q值高20%~80%（at800[MHz]）的最新产品。下面简要介绍该产品的技术特性。
2 采用激光切削方式的非绕线片式电感器结构与工艺
过去采用激光切削方式的非绕线片式电感器的内部结构示于图1，其制造工艺概略图示于图2。
以高频损耗小的氧化铝为主原料的整个基体上实施镀铜导体，正如图3所示，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，在基体两端的导体上形成电极。该产品有以下特点：
①结构、工艺简单；
②通过控制激光切削布线，可以制成各种电感器；
③制成品上下左右对称，用户在贴装时，不必考虑方向性；
④线圈部分寄生容量小，高频电特性良好；
⑤因线圈部导体与电极端子间没有连接点，故可靠性高。
3 高Q化技术
实现高Q化，关键在于是否降低了电感器的高频损耗。一般情况下，具有代表性的损耗有以下几种：
①导体部电阻成分；
②涡电流损耗；
③集肤效应和邻近效应等因素的高频损耗。
另外，还发现以往采用激光切削方式的电感器，线圈和端子之间也存在导体，可形成与主线圈耦合的短路环，这也是应考虑产生损耗的原因。
采用过去电感器结构通上电流时产生的磁通状态表示于图4a。线圈部周围产生磁通，该磁通是由线圈端横切削至两端的电极端子的导体部分部所形成的，估计会在导体部产生涡流损耗。
如上所述，接近线圈端的横向导体与磁通互相垂直，而且导体存在于周围，估计作为短路环，容易产生偶合现象。
到目前为止，引人注目的有两点，首先是实现了独特的激光切削布线，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。本文介绍的高Q系列产品所产生的磁通状态模式图示于图4b。
去除接近线圈部的导体，可起到消除短路环和降低涡流损耗的效果。制造工艺与过去的产品大致相同，只是变更了激光布线。
本文介绍的高Q系列1608和1005两种尺寸的产品已实现商品化，其基本规格示于表1。
另外，过去产品和高Q产品Q值比较的曲线图示于图(5a~c)。
图5的（a、b）作为代表例，示出了在10nH下的频率——Q特性的比较，图5c是在800MHz下几种电感值的Q特性比较。
1005尺寸的产品与过去的产品比较，Q值约提高了20%—30%，1608尺寸的产品约提高了20—80%（at800MHZ），电感量的覆盖范围虽然比过去的最大L值低，但以手机为代表的高频产品RF电路中用的1005尺寸电感器的L值达到39nH，1608尺寸的产品为68nH，其电感值几乎都能覆盖。
其非绕线式的高Q系列电感器的Q值与绕线式的电感器比较，1608尺寸的产品在10nH以内的电感值下，获得的Q值几乎同等，除此之外的产品，绕线式的与非绕线式的电感器几乎都处于中间值。
4 高Q电感器的应用实例
假如我们观察一下手机的RF电路，就可看出要求提高Q特性的有以下部分：
① ANT外围电路的匹配线圈；
② SAW滤波器前后的匹配线圈；
③ VCO振荡线圈。
伴随着采用多模化等通信产品的高功能化，迫切要求这些产品的电路中用的电感器高性能化，确切的说就是增加高Q电感器的采用个数。
在ANT外围电路和SAW滤波器的匹配方面，采用高Q化的电感器可提高接受灵敏度和降低发送时的损耗。另外，VCO振荡线圈的高Q化，可稳定振荡信号和提高C/N比，这都与提高无线通信的品质有关。进入高速数字通信时代，采用不同声音的高密度数据十分重要，这是今后应充分考虑的问题。高Q电感器的使用例示于图6。
5 结束语
上面，介绍了用于高频通信产品中的非绕线式高Q电感器的结构、制造方法、电性能和手机等通信产品的使用实例。当前，随着科学技术的飞速发展，在利用高频信号的各类通信产品中，该产品的市场占有率将会不断扩大。预计今后对电子元器件的小型，高性能多功能化的要求还会更加强烈，这将进一步促进新技术和新产品的开发，并不断扩大应用领域。
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