新高Q積層電感保持高頻電路不受干擾

手機設計得越來(lái)越小，然而功能也日益復雜，從而對所有元件的微型化和性能要求更高，當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，還應達到高Q等級。TDK-EPC通過(guò)進(jìn)一步提高低溫共燒陶瓷（LTCC）多層基材的工藝技術(shù)已達到該要求。

現在，新設計的芯片內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(xiàn)圖案而制成。將這些薄片排列成多層并創(chuàng )造出螺旋式內部電極結構。TDK開(kāi)發(fā)的積層技術(shù)制成的線(xiàn)圈已無(wú)需再將電線(xiàn)繞在一個(gè)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值是高頻應用必不可少的條件

高頻電路應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，鐵氧體損耗率更大，難以達到高Q值（參見(jiàn)圖表一）。線(xiàn)圈易通直流電，但對交流電的作用類(lèi)似于電阻，被稱(chēng)之為感抗。交流電頻率越高，感抗就越高。雖然線(xiàn)圈是導體，但是電線(xiàn)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(chēng)為損耗系數，其倒數為Q值?！癴”指通過(guò)線(xiàn)圈流動(dòng)的電流的頻率，所以Q值會(huì )根據頻率不同而變化。簡(jiǎn)而言之，高Q值指高頻電感使用時(shí)的低損耗和高適應性。由于手機的功能越來(lái)越多，這些功能的耗電也越來(lái)越高，因此，高頻電路系統內的積層貼片電感必須達到低損耗和高Q值。

圖表一：各種基材電感的Q值和頻率響應

　　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，應采用陶瓷介質(zhì)。

　　克服分布電容的影響

　　手機高頻電路系統的電感應具有高Q值和小尺寸。然而遺憾的是，如果將線(xiàn)圈變小達到更微小體積，則造成直流電阻的增加，導致低Q值。另外，更高的頻率范圍的內部電極和其它零件的分布寄生電容（未出現在電路圖中的電容）對Q值的影響很大。線(xiàn)圈感抗（X）與線(xiàn)圈電感和頻率成正比，采用方程式X=2πfL來(lái)定義。理想的電感是指電感值為常數時(shí)，感抗和頻率成正比。因此，頻率和電抗對比的繪制圖應成一條直線(xiàn)，然而在實(shí)際中，更高頻率位置電抗下降，而線(xiàn)圈的分布電容正是造成這一現象的原因。在積層電感中，繞線(xiàn)圖案的作用類(lèi)似電容電極，會(huì )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(xiàn)圖氨之間。

圖表二：TDK積層電感的電極間分布電容

　　事實(shí)上積層電感有分布電容，意味著(zhù)在高頻段形成相當一個(gè)LC并聯(lián)電路。電容與電感不同，它阻止直流電，當頻率越高時(shí)，電容作用則類(lèi)似于交流電導體。類(lèi)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）。當頻率超過(guò)自諧頻率時(shí)，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(shí)，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。它會(huì )顯著(zhù)增加電阻，導致電感下降。

　　新型MLG系列：突破性的內部電極設計

　　積層電感為用量相當大的電子元器件，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(xiàn)圈形成的薄膜貼片電感不僅十分小，也很薄，還可以維持高準確率，但是仍難以實(shí)現高Q值。

　　為了克服這種設計難題，關(guān)鍵就是需要采用高精密的制造技術(shù)來(lái)最小化分布電容和趨膚效應，同時(shí)又使內部電極達到優(yōu)化設計，以實(shí)現微型尺寸。

　　TDK-EPC先進(jìn)的LTCC工藝技術(shù)制作穩定的積層電感和十分精密的內部螺旋導體，并形成規?；a(chǎn)。通過(guò)對內部導體的形狀、層寬和布局的設計，不僅達到高Q值，還可不用擔心分布電容的影響。

　　全部重新設計MLG0402G和MLG0603P系列的繞線(xiàn)圖案和布局，才達到了此要求。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(xiàn)圈表面面積，并且獲得了優(yōu)秀的Q值特征（圖表三）。

圖表三：TDK MLG0402Q和MLG0603P系列的Q值和頻率特征對比圖

繞線(xiàn)圖案微小的偏移都會(huì )導致Q值下降。因此，為了防止此類(lèi)現象，在開(kāi)發(fā)MLG0402Q系列時(shí)，采用了高精度定位控制技術(shù)和其它先進(jìn)的措施。通過(guò)進(jìn)一步改進(jìn)和完善技術(shù)，具有新設計的內部電極的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或更高頻率的設計中。新的MLG0402Q和MLG0603P系列設計用于手機高頻電路系統，例如，表面聲波（SAW）濾波器和壓控振蕩器（VCO）電路內的阻抗匹配及扼流圈。同時(shí)，積層電感可進(jìn)一步應用于藍牙、WLAN、UWB、數字電視調節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