高Q積層電感可保持高頻電路不受干擾

手機(jī)設(shè)計(jì)得越來(lái)越小，然而功能也日益復(fù)雜，從而對(duì)所有元件的微型化和性能要求更高，當(dāng)然也包括電感的性能要求。尤其對(duì)積層電感，不僅要求尺寸更小，還應(yīng)達(dá)到高Q等級(jí)。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(dá)到該要求。

　　現(xiàn)在，新設(shè)計(jì)的芯片內(nèi)部電極的制造工藝對(duì)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）印制出繞線圖案而制成。將這些薄片排列成多層并創(chuàng)造出螺旋式內(nèi)部電極結(jié)構(gòu)。TDK開(kāi)發(fā)的積層技術(shù)制成的線圈已無(wú)需再將電線繞在一個(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(yīng)用必不可少的條件

　　高頻電路應(yīng)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M(fèi)Hz以上的頻率范圍內(nèi)，鐵氧體損耗率更大，難以達(dá)到高Q值（參見(jiàn)圖表一）。線圈易通直流電，但對(duì)交流電的作用類似于電阻，被稱之為感抗。交流電頻率越高，感抗就越高。雖然線圈是導(dǎo)體，但是電線纏繞仍具有一定直流電阻（R）。直流電阻和頻變電感（R/2ttfL）間的比率稱為損耗系數(shù)，其倒數(shù)為Q值。“f”指通過(guò)線圈流動(dòng)的電流的頻率，所以Q值會(huì)根據(jù)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(yīng)性。由于手機(jī)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(tǒng)內(nèi)的積層貼片電感必須達(dá)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(yīng)

　　Q值因頻率和基材不同而變化。鐵氧體基材不可用于幾百M(fèi)Hz以上的頻率范圍，應(yīng)采用陶瓷介質(zhì)。

　　克服分布電容的影響

　　手機(jī)高頻電路系統(tǒng)的電感應(yīng)具有高Q值和小尺寸。然而遺憾的是，如果將線圈變小達(dá)到更微小體積，則造成直流電阻的增加，導(dǎo)致低Q值。另外，更高的頻率范圍的內(nèi)部電極和其它零件的分布寄生電容（未出現(xiàn)在電路圖中的電容）對(duì)Q值的影響很大。線圈感抗（X）與線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(shù)時(shí)，感抗和頻率成正比。因此，頻率和電抗對(duì)比的繪制圖應(yīng)成一條直線，然而在實(shí)際中，更高頻率位置電抗下降，而線圈的分布電容正是造成這一現(xiàn)象的原因。在積層電感中，繞線圖案的作用類似電容電極，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，意味著在高頻段形成相當(dāng)一個(gè)LC并聯(lián)電路。電容與電感不同，它阻止直流電，當(dāng)頻率越高時(shí)，電容作用則類似于交流電導(dǎo)體。類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(dāng)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(yīng)。它會(huì)顯著增加電阻，導(dǎo)致電感下降。

　　新型MLG系列：突破性的內(nèi)部電極設(shè)計(jì)

　　積層電感為用量相當(dāng)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(zhǔn)確率，但是仍難以實(shí)現(xiàn)高Q值。

　　為了克服這種設(shè)計(jì)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(yīng)，同時(shí)又使內(nèi)部電極達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)微型尺寸。