摘要：  片式电感器是电感领域重点开发的产品，文章综述了电感的发展，片式电感器的分类，介绍了绕线型片式电感、叠层片式电感、编织型片式电感、激光刻线型片式电感的制造工艺，提出了片式电感器的技术发展方向，并介绍了低温共烧陶瓷技术和薄膜平面电感。

关键字：  片式电感器，技术发展，趋势

1 引言
电感是电子线路中必不可少的三大基础电子元件之一，其工作原理是导线内通过交流电时，在导线的内部及周围产生交变磁通。利用这一性质制成的元器件称为电感器，简称为电感，其主要功能是筛选信号、过滤噪声、稳定电流及抑制电磁波干扰等。电感广泛应用于电脑设备、通讯设备、视频音频设备、消费类电子产品、电子自动化设备、电信广播设备等各类电子产品。
片式电感器是电感领域重点开发的产品。文章综述了电感器的发展，片式电感器的分类，介绍了绕线型片式电感，叠层片式电感，编织型片式电感、激光刻线型片式电感的制造工艺，提出了片式电感的技术发展方向。并介绍了低温共烧陶瓷技术和薄膜平面电感。
2 电感器的发展
2.1 电感的分类
根据制造工艺的不同，电感可分为传统插装电感和片式电感两种。
(1)传统插装电感主要采用绕线工艺，即电流在磁芯上绕制的铜线中流动，例如环状电感、空心线圈等，其特点是电感量范围广，电感量精度高，损耗小，功率大，制作工艺简单，生产周期短、原材料供应充足，但存在生产自动化程度低、生产成本高、难以小型化等缺点。
(2)随着电子信息产业的飞速发展，具备新设计、新理念、新功能的电子终端产品层出不穷，电子终端不断向“小型化、集成化、大功率化、多功能化”等方向发展，传统的插装电感器已不能适应下游电子整机的需求，而体积小、成本低、屏蔽性能优良、可靠性高、适合于高密度表面安装的片式电感在移动通讯、计算机、汽车电子、高分辨电视、广播卫星等领域获得广泛应用，逐步成为电感市场的主流发展方向。片式化率也成为衡量一个国家和地区电子元器件制造与电子装备工艺水平高低的重要标志。
2.2 片式电感的分类
根据性能和用途，片式电感可以分为片式普通电感和片式功率电感。
片式功率电感是相对于片式普通电感而言，两者的主要差异在于：
(1)性能上的差异
a)片式功率电感的耐受电流远远大于片式普通电感，其直流电阻也小于片式普通电感，适合用在小型移动终端产品中的直流转直流电源模块，可应用于手机、数码相机、PDA等诸多以电池供电的电源模块；
b)片式普通电感则广泛用于各类电子产品的电路中。
(2)生产流程方面的差异
在生产流程方面，由于内部电路设计结构和电性能参数要求不同，该两类产品在流延成型、烧结、测试分选等环节存在制作工艺和工艺参数上的差异。
a) 由于具备耐受功率大的特性，在流延成型环节，功率电感较普通电感需增加多层介质层；
b) 在烧结环节，由于功率电感包含的原材料种类较普通电感多，其最佳烧结温度和最佳烧结温度的控制精度也与片式普通电感不同。
(3)成本方面的差异
成本方面，功率电感由于耐受功率大，其生产制造所需原材料数量较多，且在内部电路设计上较普通电感复杂，片式普通电感的单位成本低于片式功率电感。
2.3 片式电感按制造工艺分类
根据制造工艺的不同，片式电感可以分为绕线型片式电感、叠层片式电感、编织型片式电感、激光刻线型片式电感。
3 片式电感分类
片式电感的材料分为以铁氧体磁性材料为基体和以陶瓷材料为基体两个大类。
(1)磁性材料采用镍锌系和锰锌系材料制成各种小型铁氧体磁芯。大多数片式电感，特别是功率电感，片式EMI抑制器都使用镍锌系材料。而锰锌系材料主要用在片式低频电感器中。
(2)陶瓷材料采用低介电常数陶瓷制成的高频片式叠层电感器，在其制作中还考虑了抑制杂散电容的问题，用它做成的叠层电感器可以获得较高的自谐振频率，用在亚微波到微波波段，适合移动电话向高频化、网络化发展的需要。[#page#]
3.1 绕线型片式电感
绕线型片式电感沿用传统插装电感元件的结构模式，采用微小型工字型磁芯，将细的导线绕在软磁铁氧体磁芯上，然后将磁芯固定于基座并引出钩性短引线，再用树脂封固而成。见图1。
　绕线片式电感的特点是电感量范围广(mH~H)、电感量精度高，功率大、损耗小（即Q大）、容许电流大，制作工艺继承性强，简单、成本低等，特别是以陶瓷为芯的绕制片式电感在高频率下能够保持稳定的高精度电感量和相当高的Q值，因而在高频回路中占据一席之地。
绕制片式电感的缺点是制造成本较高，并且受磁芯尺寸和绕线工艺的限制，其在进一步小型化方面受到限制。
还有一种绕线片式电感是采用H型陶瓷芯，经过绕线、焊接、涂复、环氧树脂灌封等工艺制成，见图2。由于电极已预制在陶瓷芯体上，制造工艺更加简单，而且可以进一步小型化。这类电感的电感量较小，但自谐振频率高（通常为5GHz~6GHz，最高达12.5GHz），更适合高频使用。
3.2 叠层片式电感
叠层片式电感的结构是由交互叠加的铁氧体层和内导体层所组成，其制作工艺采用新型的电子材料及厚膜技术、和低温共烧铁氧体(LTCT)技术。制作叠层片式电感的主要工艺流程是：将铁氧体（如NiMnZn）粉制成浆料，用流延或湿式印刷法制成厚约10μm~30μm的铁氧体膜，并在其上用银浆印刷导电线圈，经交替印刷，叠压在一起，穿孔连通各层导电线圈，形成一条螺旋式线圈，重复上述步骤就可制成多达数十层的叠层结构。然后，再通过切割、排胶、烧结、倒角、制端电极，检测等后续工序，制成具有独石结构的叠层片式电感，见图3。电感工作时，电流是在印刷出来的导体材料（银、铜等）中流动，这有异于传统意义上的电感。
由于它采用了先进的厚膜多层印刷技术和叠层工艺，实现了超小型化，且其小型化速度随着叠层技术的进步而不断加快，在大部分应用领域逐步取代传统插装电感和绕线片式电感，成为新一代片式电感的主流产品，被广泛应用于通讯领域、计算机及周边产品、消费类电子、办公自动化及汽车电子等领域。
叠层片式电感与绕线片式电感相比，叠层片式电感具有显著的优势；
(1)尺寸小，有利于电路的小型化；
(2)磁路封闭，具有良好的磁屏蔽性、不会干扰周围的元件器，也不会受邻近元件的干扰，有利于元器件的高密度安装；
(3)一体化独石结构，烧结密度高、机械强度好、可靠性高；
(4)耐热性、可焊性好；
(5)形状规则、整齐、适合于自动化表面安装生产等。
叠层片式电感的不足之处是制作工艺复杂，生产周期长、成本高、功率较小、电感量较小、Q值低，高感值的制作难度大。因此在高频、大功率领域，绕线片式电感仍占据一定的市场份额。
3.3 编织型片式电感
编织型片式电感是以条状磁芯为经线，以导体作纬线编织起来的一种片式电感，该种电感理论上具有体积小、在1MHz下的单位体积电感量比其他片式电感大等特点，可用作功率处理的微型磁性元件。但由于该种工艺过于复杂，批量化生产存在困难，该种工艺在行业中实际应用很少。
3.4 激光刻线型片式电感
激光刻线型片式电感采用光刻腐蚀工艺，其内电极集中于同一层面，磁场分布集中，能确保装贴后的器件变化不大，在100MHz以上呈现良好的频率特性，具有在微波频段保持高Q、高精度、高稳定性和小体积的特性。
激光刻线型片式电感的优点是产品一致性高，性能参数好，但由于其制造采用光刻腐蚀的工艺，设备投资大，因而制作成本昂贵，只应用在一些尖端领域，目前只有少数日本厂商从事激光刻线型片式电感的研发生产。[#page#]
日本松下电子公司采用独特的激光切割工艺，开发出比过去制品在800MHz时Q值高20%~80%最新产品：
(1)以高频损耗小的氧化铝为主要原料的整个基体上实施镀铜导体。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，基体两端的导体上形成电极。
(2)该产品有以下特点：
a)结构、工艺简单；
b)通过控制激光切割布线，可以制成各种电感；
c)制成品上下左右对称，不必考虑方向性，用户在贴装时方便；
d)因线圈部寄生电容小，高频特性良好；
e)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
关键是降低了电感器的高频损耗。具有代表性的损耗有以下几种：①导体部电阻成分，②涡流损耗，③集肤效应和邻近效应等因素的高频损耗。
引人注意的有两点：首先是实现了独特的激光切割布线，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。
我国制造的陶瓷体激光刻线型片式电感外形尺寸为1.6mm×0.8mm×0.8mm。外形图见图4。
4 片式电感器的技术发展方向
4.1 小型化
未来可携式电子产品功能更加复杂化，而体积要求却越来越小，与之相应，电感器技术发展趋势必将朝小型化和片式化的方向发展。近年来，国内电子行业已经由原来的公制2012(2.0mm×1.2mm)和1608(1.6mm×0.8mm)尺寸电感逐步转移到1005(1.0mm×0.5mm)尺寸的产品上，深圳顺络电子公司可以提供0603(0.6mm×0.3mm)的片式电感样品。而日本企业如TDK，MURATA等已开始生产0402(0.4mm×0.2mm)尺寸的叠层片式电感，体积比0603产品减小了70%。可以预测，未来10年内，小型化仍然是电子元件发展的最主要趋势之一，片式电感器的体积将越来越小。
4.2 高频化
为了提高通讯品质、传输距离及传输容量，目前通讯产品的传输频率正在向高频发展。在电子及通讯产品朝高频化发展的趋势推动下，电感器本身的应用频率也必须随之提高，而传统利用磁性材料所制成的的电感器，受限于本身材料特性的影响，无法大幅度提高使用频率，因此，陶瓷材料便应运而生，目前几乎所有的高频电感均使用陶瓷材料制成，叠层陶瓷电感的目前的使用自谐振频率已经由原来的1GHz附近提高到6GHz以上，正在朝10GHz甚至更高频率发展。
4.3 复合化
目前电感在复合化方面，主要是利用LTCC技术将电感器与其他主、被动元器件复合。在产品发展趋势上，复合电感器与电容器所制成的滤波器、耦合器、平衡非平衡转换器等产品技术已趋于成熟。在复合电感器与其他主、被动元件所制成的模组产品方面，目前全球主要厂商已开发出包括RF射频模组、VCO模组、蓝牙模组等产品。
4.4 大功率化
随着芯片的低压大电流化发展趋势，以及低功耗绿色产品的环保需求，必然也要求周边元器件具有较低的直流电阻和较高的耐受电流能力。目前叠层电感的耐受电流由上世纪的毫安级提高到安培级，微亨级电感量的叠层产品甚至能取代绕线功率电感。对于这种叠层功率电感，日本的MURATA、TDK等公司已经量产。[#page#]
4.5 高感量
原来高感量电感都是传统电感，随着成型技术和磁粉材料技术的提高，片式电感的电感量范围不断提升，市场需求量巨大。
4.6 高稳定、高精度
目前铁氧体类多层片电感器精度只能达到±10%，耐焊接热变化率普通在20%以上（业内最高水平TDK为12%），若能将精度控制在5%以内，则可以大范围取代绕线电感。我国绝大部分片式电感生产厂商目前瞄准的市场依然是消费类电子产品，如DVD、PC、数字电视等一些低档的数码产品，真正应用于通讯领域和汽车电子领域的不多。
5 低温共烧陶瓷
5.1 低温共烧陶瓷技术简介
低温共烧陶瓷（Low Temperature Cofired Ceramic  LTCC）技术是一门新兴的集成封装技术，LTCC技术就是以陶瓷材料作为基板，利用无机陶瓷粉加上有机黏结剂混成泥状的浆料，经过刮刀成型以及干燥后制成一张张的薄生胚，再利用丝网印刷技术将电路印在上面，并于各层打出成千上万个供讯号垂直传递的通孔，填入银膏作为电极，最后将所需的生胚叠层压并在1000℃以下的温度，将金属与陶瓷一次烧结，形成紧密结合的LTCC组件。
由于将电阻、电容、电感等被动元件烧结在同一基板内，使得原本面积庞大的电路立体化，形成多层的体积结构，即如同“被动元件的集成电路”、大幅缩小电子组件的体积。
至于其它不能 埋入的组件如IC、收发器等则承载于基板表面，即可构装成完整的系统封装模块。
最后将整块LTCC模块黏到电路板上，这样除了可以大幅缩减组件之间的空间外，由于原本黏于基板上的电阻、电容、电感等被动组件及部分连接线路制作成多层结构内藏在基板中，而缩小基本使用面积，从而还可以减少电路板的锡焊点，降低高频所生产的不必要的寄生效应。
图5为典型的LTCC基片示意图，由此可知，采用LTCC工艺制作的基板具有可突现IC芯片封装、内埋置无源元件及高密度电路组装的功能。以多层LTCC开发的产品具有系统面积最小化、高系统整合度、系统功能最佳化、较短的上市时间及低成本等特性，从而具有相当的竞争力。
5.2 LTCC技术优点
相对于传统的封装集成技术LTCC技术具有如下优点。
(1)陶瓷材料具有优良的高频高Q特性，使用频率可高达几十GHz，具有较好的温度特性，较小的热膨胀系数，较小的介电温度系数；
(2)可以制作层数很多的电路基板，并可将多个无源元件埋入其中，除L、R、C外，还可以将敏感元件、EMI抑制元件、电路保护元件集成在一起，有利于提高电路的组装密度；
(3)能集成的元件种类多，参量范围大，可以在层数很多的三维电路基板上，用多种方式键连IC和各种有源器件、实现无源／有源集成；
(4)可靠性高，耐高温、高湿、冲振，可应用于恶劣环境；
(5)LICC技术以其优异的电学、机械、热学及工艺特性，将成为未来电子器件集成化、模块化的首选方式，从技术成熟程度、产业化程度以及应用广泛程度等角度来评价，目前LICC技术是无源集成的主流技术。
6 薄膜平面电感
南京金宁电子集团有限公司与华中科技大学电子科学与技术系共同研制了铁氧体薄膜电感，薄膜与电感的基本结合方式有顶层膜电感、底层膜电感和双层膜电感，如图6所示，前两种结合方式都只是使磁路在电感的薄膜侧闭合，而双层膜电感磁路完全闭合。
(1)顶层电感制备
首先在尺寸为25mm×25mm×0.4mm，介电常数为9.8的A12O3陶瓷基片上用丝网印刷的方法，以高温银奖为原材料，制作空心电感平面螺旋线圈，然后烘干并经850℃烧结，使电感图形在陶瓷衬底上固化，示意图如图7所示。空心电感的结构参数为外径l=5mm，导线宽度w=250μm，导线间隙s=250μm，导线厚度t=3μm。
铁氧体薄膜的制备与集成：将配置好的Ni-Cu-Zn铁氧体浆料直接印刷在制作好的空心电感上面，烘干后的铁氧体薄膜厚度大约是5μm。制作好的薄膜电感如图8所示。