电感简介与展望03220506

9. 耐電流衝擊 10. 內部剝面
6. 電感元件發展趨勢
電感元件 — 發展趨勢
磁性鐵電(Ferrite)材料 — 居里溫度
磁性鐵電(Ferrite)材料 — 磁滯曲線
B=Ф/A,
韋伯/平方米 or Tesla
H,
安培/米
B = H
1 反磁性體, e.g., 鋁, 白金, 空氣 < 1 順磁性體, e.g., 銀, 銅, 鉍, 銻, 水 > >1 鐵磁性體, e.g., 鐵, 鎳, 鈷 及其合金
1400 1200 1000 800 600 400 200 0 1 10 100 1000 10000
SB NB
PB
頻率(MHz)
電感元件電特性需求 — Q vs. 頻率
電感元件電特性需求 — z vs. 頻率
電感元件電特性需求 — L vs. 頻率
1000
270 H
800
180 H
600
L(uH)
350
1600
0.13
1000
Red
Violet
Black
LCN1008T-33NJ-S
33
±2%,5%
50
60
350
1600
0.14
1000
Orange
Orange
Black
電感元件電特性需求 — 品質因素, Q
ESR ESL Q = 1 / Tanδ = X / ESR,
X = 2πf x ESL, ESR :等效串聯電阻
電感元件電特性需求 — Idc 量測
300
270 H
L=5H
250
C=20000F
Ls (uH)
200 150 100 50 0
180 H
DUT LCR Meter
100 H 56 H
0
0.5
1
1.5
2
IDC(A)
晶片積層電感 — 可靠度測試
測試項目
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 蒸氣老化試驗 耐銲性 端電極拉力強度 端電極推力 冷熱衝擊 高溫壽命測試 高溼壽命測試 抗彎板強度
d b a
c
電感元件製程簡介 — 積層電感 (溼式)
d
c
電感元件製程簡介 — 積層電感 (溼式)
晶片型積層電感
晶片型積層磁珠
晶片型共模濾波器
電感元件製程簡介 — 晶片型繞線電感
基座 捲線 點色，背膜 測試，包裝 終檢，入庫
電感元件製程簡介 — 晶片型元件端銀
氧化鋁 (96%) 不易與銀鍵結 與傳統 Ag.Pd/Ni/Sn 不同
100 H
400
200
56 H 33 H 10 H
0
0.001
0.01
0.1
1 FREQUENCY(MHz)
10
100
1000
電感元件電特性需求 — Idc, Irms & Rdc
重疊直流電流: 感值下降10 %之偏壓電流, Idc 額定容許電流: 根據線圈發熱溫度上昇來設定, Irms T=40°C 等效直流電阻: 線圈實際測得之直流電阻, 簡稱為Rdc, 與 ESR 不同
Z
Z
=
=
R
R
2
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
+
+
jX
X
2
2. 磁性鐵電(Ferrite)材料
磁性鐵電(Ferrite)材料
磁性材料可分為
硬磁(Hard Magnetic), 永久磁鐵用之鋁鎳鈷&γ-Fe2O3 錳鋅(MnZn Ferrite), 導磁率μ較高,約1800至10000. 屬於軟磁, 適用於電源漣波濾除及扼流電感. 鎳鋅(NiZn Ferrite), 鎳鋅導磁率約100至2000. 屬於軟磁, 適用於濾波, 消除EMI及阻抗匹配. 鐵粉芯(Iron Core), 直接混合鐵粉與樹脂, 壓合成型, 導磁率約20至70. 適用於耐大電流.
A B
短路
C D
A B
開路
C D
π型低通濾波`
A. 低頻
B. 高頻
電感與電磁干擾
SOURCE
MEDIUM
SOLUTION
電感元件原理 — 電感等效電路
自我諧振頻率, SRF
阻抗
理想電感, Z=2 π f L
電感性
電容性 頻率
電感元件原理 — 電感等效電路
ESL
ESR
X = 2πf x ESL R :等效串聯電阻, ESR Q = X/R
Green Blue Black Black Red Black
50
500
4100
0.08
1000
Brown
LCN1008T-12NK-S
12
±10%
50
自我諧振 50 500 頻率, SRF
50 500 50 350
3300
0.09
LCN1008T-15NK-S
15
±10%
50
2500
0.10
等效直流 1000 電阻, Rdc 1000
Brown Brown
Green
Black
LCN1008T-18NK-S
18
±10%
50
2500
0.11
1000
Brown
Gray
Black
LCN1008T-22NJ-S
22
±2%,5%
50
55
350
2400
0.12
1000
Red
Red
Black
LCN1008T-27NJ-S
27
±2%,5%
50
55
電感元件簡介與展望
劉 智 研發中心 奇力新電子股份有限公司
大綱
1. 電感元件原理 2. 磁性鐵電(Ferrite)材料 3. 磁性電感元件分類 4. 電感元件製程簡介 5. 電感元件規格 6. 電感元件發展趨勢
1.電感元件原理
電感元件原理
電感為儲能元件，以磁場形式儲存能量 空心線圈內插入鐵磁性材料(Ferrite) 線圈內部磁場會大為增加列如： 插入μ值=100 放入μ值10000 電感量(Inductance)會增加100倍 電感量會增加10000倍 插入 Ferrite, μ
一般寬頻 一般寬頻 數位高頻 功率型 超高功率型 超高頻(GHz)
電流限制
50-500mA 100-1000mA 50-500mA 800-6000mA 4000-6000mA 50-500mA
SB GB NBQ PB UPB HFY
SB , PB , NB 阻抗曲線
2000 1800 1600
阻抗值 (Ω)
積層排感`
積層電感 (Ferrite/Ceramic)
共模濾波器
繞線電感
磁性電感元件分類 —共模濾波器
Normal mode Common mode
Signal
<
Noise
Signal
=
Noise
Vin
I
Vn2
Vout
I Vn1 Vout = Vin + (Vn2-Vn1)
磁性電感元件分類 —共模濾波器
Rdc
(<10 Ohm)
Rdc
Normal mode 工作原理
磁性電感元件分類 —共模濾波器
Hi-Z
(>100 Ohm)
Hi-Z
Common mode 工作原理
磁性電感元件分類 —共模濾波器
4. 電感元件製程簡介
電感元件製程簡介 — 軟磁鐵芯
錳鋅 鎳鋅
電感元件製程簡介 — DR軟磁鐵芯加工
Black
2ND
Yellow
3RD
Violet
LCN1008T-4N7K-S
4.7 5.6
±10%
50
50
500
4100
0.08
1000
LCN1008T-5N6K-S
LCN1008T-10NK-S
10
50 品質因素, Q 50 ±10% ±10%
50
500
4100
0.15
1000
Black
重疊直流 電流, Idc
積層電感
100 80 60
Q
μi 180 μi 110 μi 50
40 20 0 1 10 MHz 100
電感元件電特性需求 — 磁珠
只以阻抗頻譜, Z(Ω) vs. F, 為選用準則
Z = R
2
+
X
2
(Q = X/R)
高頻訊號用磁珠
低頻訊號用磁珠
奇立新 磁珠(BEAD)系列產品
品名 規格
用途
Sintering
Burn Out
電感元件製程簡介 — 積層電感 (乾式)
上蓋 Ag 穿孔 (Via Hole)
堆疊 (Stacking) 壓合 (Lamination) d 穿孔(Via Hole) Laser Punch Die Punch b a c
電感元件製程簡介 — 積層電感 (乾式)
電感元件製程簡介 — 積層電感 (乾式 & 溼式)
Bi nd er er w Po
Mixing
Ball Milling
Casting
Laser Punching & Printing
Lamination
E.C. Sorting
Appearance
Cutting
Termination
Tumbling
L = μ x Lo,
電感元件原理 — 電感值計算
L =
4πμn2
A (nH) l
n:纏繞之圈數 A:磁蕊之截面積 l:磁路之長度 μ:材料導磁率
電感元件原理 — 低通濾波
元件 電容 電感 低頻(直流) 開路 短路 高頻(交流) 短路 開路 阻抗 Z=1/(2πf C) Z=2πf L
A B
L
C D
測試條件
蒸氣8 hrs, 235+5 ℃, 沾錫 5+1secs 260+5 ℃, 沾錫 60+3secs 0.21.5 Kgf, 20+5 secs 0.52.7 mm, 0.22.5 Kg -40℃,+85℃, 30分/cyc,100cyc 125℃, 1000hrs 40℃, 85%RH, 1000hrs 2 mm Bending 常溫常溼下, 5 mins 每批
鎢/錳 或 錳/鉬 + 高溫玻璃
N2 : H2 = 3: 1 1300 °C
鍍鎳 + 鍍錫鉛 或 鍍金
電感元件製程簡介 — 功率型繞線電感
判定 奈印
繞線/焊錫 灌膠
接著 套 Core
纏剪腳 焊錫
5. 電感元件規格
電感元件規格
Part Number Inductance (nH) Test Frequency (MHz) Q Min Test Frequency (MHz) SRF Min (MHz) RDC Max (Ω) IDC Max (mA) COLOR CODING 1ST
8. 共模濾波器 (Chip Common Mode Filter, CMF)) 積層型 & 繞線型
磁性電感元件分類 — 開磁路與閉磁路
繞線電感 積層晶片電感
繞線
磁束迴路
EMI
磁性電感元件分類 — 軟磁鐵芯
磁性電感元件分類 — 軟磁鐵芯
磁性電感元件分類 — 功率型繞線電感
磁性電感元件分類 — 晶片型電感
3. 磁性電感元件分類
磁性電感元件分類— 三大系列
1. 軟磁鐵芯 (Ferrite Cores) 2. 3. 4. 5. 6. 7.
DR-core, T-core, RH-core, RID-core, E-core, EP-core, …… 功率型繞線電感 (Power Wire Wound Inductor) SCDS, SCD, SDT, SSL, NL, …… 訊號型繞線電感 (HF Wire Wound Inductor) LCN0402, 0603, 1008, …, Air-Coil 積層晶片型電感 (Multilayer Chip Inductor, CL) 積層晶片型高頻電感 (High Frequency Ceramic Chip Inductor) CLH0402, 0603, 0805 積層晶片型磁珠 (Multilayer Chip Bead) 積層晶片型排感 (Multilayer Bead Array) 0805, 1206