电感必备基础知识介绍

• ◆积层结构的特点 • 所谓积层结构，是将陶瓷材料及线圈导体层压成一体的单 片结构。与绕线结构相比，能够实现小型化、低成本化。 • 虽然Q值比绕线结构要低，但L值偏差、额定电流、大小、 价格等整体的平衡性较好，用途也较为广泛。 • 适用于移动通信设备的RF（radio frequency 射频）电路 的耦合、扼流以及共振等各类用途。 • 村田的对应产品：LQG15HN/15HS/LQG18HN系列 •
• 说起高频电路用电感器，顾名思义，就是 用于几十MHz到几十GHz的高频带的电感。 因为Q值（Quality factor）的要求较高， 所以一般是空芯结构，主要用于手机及无 线LAN等移动通信设备等高频电路。 • 表.1 手机电路块中各电感器的用途例
• ◆绕线结构的特点 • 所谓绕线构造，是在氧化铝芯上将铜线绕成螺旋状。 • 与积层、薄膜方式相比，绕线结构能够用粗线绕制线 圈，具备下列特点。 • 1) 能够实现低直流阻抗 • 2) Q(Quality factor)非常高 • 3) 能够对应大电流 • 利用该特点，可以在Q值要求较高的天线、PA(power amplifier,功率放大器)电路中用于耦合及 IF(intermediate frequency中频)回路的共振。 • 村田的对应产品：LQW04AN/15AN/18AN系列
• 电感中往往附有可辨别方向性的印记（标记）。 • 我公司商品--薄膜型LQP_T系列产品/多层型LQG 系列产品/一部分绕线型LQH产品中附有上述标记。 若电感的构造不完全对称，则封装方向上将产生 特性差异。因此，为使产品在使用过程中充分发 挥其应有的特性，产品上往往标有标记，以表明 其方向性。 • 图1是封装方向不同将导致电感值发生变化的实例。
• ◆叠层型片状电感器的特征 • 叠层型片状电感器是将陶瓷材料及磁芯导体层层 堆积并一体化后的单晶片电感。 • 比起绕线型电感，单晶片电感除了体积小、厚度 薄以外，还能降低生产成本。随着开关频率的不 断提升，主要应用于手机产品的电压变换专用单 晶片电感器的需求预计将会进一步加大。 • <村田公司的对象产品> • LQM-P系列（变换电压用） • LQM-F系列（扼流圈用）
• 3）0402尺寸电感器的编带规格（W4P1塑料编带） （※2） • 目前已量产的1005尺寸以下的电感器大部分采用 纸质编带作为包装材料，0402尺寸的高频用薄膜 型电感LQP02在最初量产时也采用了纸质编带。 • 但是，使用纸质编带时，孔的大小会随着运输、 保存时的湿度变化而变化。随着元件尺寸越来越 小，这种影响也Hale Waihona Puke Baidu越来越大，甚至极有可能在窄 邻接封装和高可靠性封装面上无法获得原有的封 装品质。 • 为解决以上问题，LQP02系列采用了W4P1塑料 编带的包装方式，该塑料编带已被陶瓷电容器采 用，且其封装的设备生产线也已相当完备
【电感的基础 】
【第1讲】电感概要
• 【导读】电感是一种能将电能通过磁通量 的形式储存起来的被动电子元件。通常为 导线卷绕的样子，当有电流通过时，会从 电流流过方向的右边产生磁场。
• 电感值的计算公式如下所示。卷数越多， 磁场越强。同时，横截面积变大，或改变 磁芯都能够使磁场增强。
• 那么让我们来看看将交流电流过电感会发生什么 变化吧。 交流电是指随时间推移电流大小和方向 会发生周期性变化的电流。当交流电通过电感时， 电流产生的磁场将其他的绕线切隔，因而产生反 向电压，从而阻碍电流变 化。特别是当电流突然 增加时，和电流相反方向的，即电流减少方向的 电动势会产生，来阻碍电流的增加。反之当电流 减少时，则向电流增加的方向产生。
• ◆薄膜结构的特点 • 薄膜结构也是采用积层构造，在制作线圈上采用村田独自 的微细加工技术，是一种实现了高精度陶瓷材料的贴片电 感器。 • 线圈的制作精度非常高，具有如下特点。 • 1）即便是0603规格的小型贴片电感，也能够实现高 性能的电气特性 • 2）能够实现稳定电感值及细小电感值的阶跃响应 • 3）高Q、高SRF • 因此，该电感符合移动通信设备的小型、轻量化趋势，适 用于需要偏差较小及较高Q值的RF电路的耦合及共振。 • 村田的对应产品：LQP03TN/LQP02TN系列
图8.W4P1塑料编带的优势
• 本期介绍了电感器的封装技术，这些课题 对于以陶瓷电容器为主的所有贴片元件都 是共通的。村田为了提供用户能够放心使 用的元件，今后将继续提供编带规格优化、 对客户的封装技术支持等封装相关的解决 方案。
【第6讲】 为什么电感器上会有方向性标记？
• 【导读】上次讨论了电感的可靠性，本次 将讲解了为什么电感器上会有方向性标记 以及介绍电感与磁场的影响。 • 为什么电感器上会有方向性标记？
• 表1 电源电路专用电感器的用途与作用 • 村田公司推出了绕线型电感和叠层型两种构造的电源电路 专用的电感器产品。接下来就为大家简单介绍一下这两种 产品的不同特征。
• ◆绕线型电感器的特征 • 绕线型电感器是将铜线以螺旋状绕于铁氧体材料的磁芯上。 此外，村田公司的许多电源电路专用电感器产品在绕于铁 氧体磁芯上的铜线外面再添加了一层树脂保护层。而树脂 保护层的目的则是为了提高产品强度以及形成一个简易的 闭合磁路等。 • 如果用于大电流或高感应系数时，绕线型电感器具有一定 的好优势。产品的主要用途有手机、TV、HDD、数码相 机等各种各样。 • <村田公司的对象产品> • LQH-P,LQH2MC系列（变换电压用） • LQH31C/32C/43C/55D/66S系列、 • LQW18C系列（扼流线圈用）
【第2讲】 电感器的作用1" 高频电感器"
• 【导读】电感器有多种使用方法，根据其 使用方法，市场上也出现了各种电感产品。 贴片电感器按照用途大致划分为三类，分 别是高频电路用电感器、电源电感器（功 率电感器）、一般电路用电感，我们能够 向客户提供符合需求的贴片电感器。 • 本次，我们向大家介绍其中的高频电路用 电感器。
• 如果能够灵活利用上述高频电路用电感器 的特点，就能够用于各种高频电路。
【第3讲】 电感器的作用2"功率电感器"
• 【导读】由于电感器有着各种各样的用途，因此其产品也 随用途不同而各种各样。在上一次的讲座中我们对高频电 感器做了解说，这次我们将针对电源电路专用电感器进行 解说。 • 用于电源电路中的电感器的主要用途有“变换电压用”及 “扼流用”，并被用于各种电子设备中。
• 薄 膜型LQP系列的特点是，它利用感光法 形成电极，从而可实现对线圈模型的细微 加工，在实现小型化的同时具备较高的Q值 特性，且L值的偏差较小，能实现较小 L值 的分布响应。目前，为顺应小型化趋势， 正在批量生产占主流地位的0603尺寸及业 内最小型化的0402尺寸的产品。可用于需 要小型化，偏差小及小L值 分布响应的RF 部匹配电路和共振电路中。另外，也可用 于注重小型化及低Rdc的扼流电路中。
• 如上所述，电源电路专用电感器按照其特 征被应用于各种不同的市场及领域
【第4讲】电感的构造
• 【导读】本栏目介绍电感器的基础知识。 前面两讲中我们主要对高频电感器及电源 电感器进行了介绍。这里，我们将介绍不 同电感器构造的特性差异及其用途。电感 器构造主要分为绕线型、叠层型、薄膜型。
• 本章将介绍村田各高频电感器构造的各种特性差 异及其构造的使用方法。图示本公司的高频线圈 和1005尺寸的各种结构 (绕线型、叠层型) 的Q值 的频率特性。如图1所示，绕线型的特点是Q值远 高于叠层型。薄膜型的特点是有小型的0603尺寸、 0402尺寸商品，Q值高于同行业其他公司采用的 叠层法。 (图2)
• 叠层型构造虽有3种结构且Q值也较低，但 由于其L值偏差及规格、价格等整体的平衡 性较好，因此被广泛使用于RF的匹配电路、 共振电路及扼流电路中。 • 上述3种构造各具特色，根据其特色其使用 方法也各不相同。
【第5讲】 电感器的封装技术进行
• 【导读】虽然都被称作"电感"，但电感产品 构造大致分为三类。此外，现在产品阵容 越来越丰富，产品规格从大到小种类繁多。 近年来，由于设备的小型化需求越来越强， 电感产品也在小型化元件方向急速发展， 对元件的电路板封装技术要求也越来越高。 因此，本期将对电感产品封装的注意事项 进行举例说明。
• 若电流的方向逆转，反向电压也同样会产生。在 电流被反向电压阻碍之前，电流的流向会发生逆 转，因而电流就无法流过。 • 另一方面，直流电由于电流不会发生变化，就不 会发生反向电压，也没有发生短路的危险。也就 是说，电感器是可以让直流电通过，而通不过交 流电的元器件。
• 电能以磁能的形式存储 • 使直流电通过而交流电无法通过 • 利用电感的这种特性可应用于各种用途。 世界上有许多种电感，下一期我们将介绍 各种电感最适合于何种用途。
• 例如，LQW15A系列为获得最适当的焊锡量， 本公司提供了焊锡厚度和焊盘尺寸对应的推 荐焊锡量。（图4） • （*1）θ偏差：如图3所示，元件对焊盘出现 一定角度偏差的情况
• (2）高频用薄膜型电感器（LQP02,LQP03）的封装 • 随着设备小型化的发展，为最小化封装面积而采用的元件从1005尺寸 到0603尺寸，近年来更是出现了0402尺寸。小型化发展急速前进。 （图5）对于这种超小型元件，封装环境的微小变化可能导致封装不 良。 • 例如，元件单侧未与焊锡接触而引发竖起的立碑现象（曼哈顿现象）， 也称为封装不良情况。（图6） • 原因包括以下几点。 • ①使用贴装机将元件安装到电路板上时出现偏差 • ②对元件的左右焊盘提供的焊锡量不同 • ③回流焊接时，元件的左右焊盘存在温度差（大型元件紧邻等情况） • ④保护膜印刷偏差或电路板设计时左右焊盘的大小不同 • ⑤电路板设计时的焊盘尺寸过大 • 请务必注意避免在上述环境下进行封装。
图1 封装方向与电感值的变化率
• 电感与磁场的影响 • 电感在磁场中储存能量来发挥其功能。但是，电 感除受自身产生的电磁能量影响外，也受外部磁 通量影响。 保证元器件的电感值指的是无外部磁 通量状态下的值。因此，在存在外部磁通量的情 况下封装电感时，将可能无法发挥其应有的功效。 作为一个典型的事例，多个电 感会非常近距离地 进行封装。 • 图2是将多个电感紧密排列进行封装时，电感值产 生的变化。
图1: 叠层型LQG15系列与绕线型LQW15系列的Q值特性比较 (均为2.7nH)
图2: 0603尺寸、LQP03TN系列与同行业叠层型产品的Q值特性比较 (均为10nH)
• 高频线圈主要用于手机、无线LAN等高频电路中。 下面将介绍各构造高频线圈的主要用途。 • 绕线型LQW系列的特点是Q值较高。由于Q值越 高，滤波器带通的衰减特性越好，所以它可使用 于RF部的匹配电路上。另外，由于通过它可确保 天线的收发信号灵敏度，因此也经常被用于天线 的匹配电路上。其次，因其低Rdc特性，也适用 于大电流流过的扼流电路中。
• 图7显示了传统纸质编带与W4P1塑料编带在高温状态下， 元件孔尺寸的变化情况。图8中总结了W4P1的优势。今 后将积极推进LQP02的W4P1塑料编带方式。
图7．因湿度造成的孔尺寸变化
• W4P1：编带宽度（W）为4mm，元件孔间距（P）为1mm的塑料编 带（本次介绍的塑料编带规格） • W8P2：编带宽度（W）为8mm、元件孔间距（P）为2mm的纸质编 带（图8） （目前使用的纸质编带规格）
• （1）高频用横向绕线型电感器（LQW15）的封装 • 该产品不同于普通的陶瓷电容器，虽为二端子元件，但为 获得较高的Q值特性，设计成只在元件底面形成电极的结 构。对（图1）这种元件进行封装时，需提供与其底面电 极表面积相符的焊锡量。 • 封装不良的事例包括，在元件倾斜的状态下进行封装（图 2），或焊盘上θ偏离（*1）的状态下进行封装（图3）。 这些不良情况发生的原因是对元件底面电极表面积提供的 焊锡量过多。 • 为避免以上不良情况，回流焊接时应根据电极面积适当控 制提供给电路板焊盘的焊锡量。本公司在产品目录的封装 信息页面中提供了适当的焊盘图案和焊锡印刷图案。