叠层电感培训资料.ppt

《叠层电感培训资料.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《叠层电感培训资料.ppt（90页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、清华科技 荟萃同方 山东清华同方鲁颖电子有限公司,山东清华同方鲁颖电子有限公司 Shandong TsinghuaTongfang Lying Electronic CO.,LTD,欢迎惠顾,清华同方股份有限公司,产品信息,电感器低频叠层片式电感器STLI系列中高频叠层片式电感器STMI系列高频叠层片式电感器STHI系列磁珠通用磁珠STGB系列大电流磁珠STPB系列尖峰磁珠STSB系列,产品信息,电容器类瓷介固定电容器类瓷介固定电容器交流瓷介电容器超高压瓷介电容器聚焦电容器网络电容器,叠层片式电感器、磁珠产品介绍MULTILAYER CHIP INDUCTOR(MLCI)MULTILAYER

2、CHIP BEAD(MLCB),内容目录,一、三大被动元件的基本概念二、片式电感的分类三、几个描述电感的参数四、叠层片式电感器、磁珠的结构五、叠层片式电感器、磁珠的生产流程六、产品的标识方法七、产品类型 八、粉料九、产品选用参考十、失效分析,一、三大被动元件的基本概念,三大被动元件是指电阻（R）、电容（C）、电感（L），是组成电子线路最基本的元件。电阻：是对电流的阻碍，不随频率变化，它的本质是消耗能量，来达到分配能量，分流分压的目的。电容：是以电场的形式储存和释放能量。它是高通元件，高频能量通过，低频能量不能通过，即“通高频，阻低频”。它在电路中起平稳电压的的作用。电感：是以磁场的形式储存和释

3、放能量。它是低通元件，低频能量通过，高频能量不能通过，即“通低频，阻高频”。它在电路中起平稳电流的的作用。,被动元件主要原理及应用,二、片式电感的分类,按制作工艺 1.叠层片式电感 2.绕线式片感按应用 1.抑制干扰讯号 EMI应用、旁通、扼流等电路 片式磁珠（叠层片式电感）2.讯号处理 滤波、谐振、耦合等电路 片式电感（叠层片式电感、绕线式片感）3.电源管理 大电流、大功率下应用 功率电感（绕线式片感）,磁珠名称的说明,片式磁珠是片感的一种，其制作工艺和片感完全相同。片式磁珠主要用于消除存在于传输线路中的高频噪声。习惯上把EMI应用的片感称为磁珠，而把用于信号处理的称为片感。磁珠名称的来由

4、噪声抑制电路 穿芯磁珠 Bead 穿芯电容,贴片电容 贴片电感 Ferrite Bead 翻译成磁珠,三、几个描述电感的参数,1、电感量 2、品质因数 3、直流电阻 4、额定电流 5、阻抗 6、自谐振频率,1、电感量：,反映的是流经元件的电流发生变化时，器件产生感应电动势能力的强弱，电感量的大小反映了器件储存和释放能量的强弱。表征符号：Ls 单位：H（亨）、mH（毫亨）、uH（微亨）、nH（纳亨）进制：千进制 即：1 H=103 mH=106 uH=109 nH测量仪器：HP4291B阻抗分析仪+HP16192A夹具,2、品质因数：,反映器件工作时所做的有用功与其本身消耗的能量的比例关系。表征

5、符号：Q 单位：无单位测量仪器：HP4291B阻抗分析仪+HP16192A夹具,3、直流电阻：,直流状态下测量器件的电阻值为直流电阻，表征器件内部线圈的质量状况，符合欧姆定律。表征符号：Rdc单位：（欧姆）、m（毫欧）进制：千进制 即：1=103m测量仪器：HP4338B毫欧表。,4、额定电流：,反映的是允许通过器件而本身工作能力不受影响的最大电流。电感和磁珠对额定电流的定义有区别：电感：一般取使器件性能（电感量）下降5和器件表面温升达到20时的两个电流之中较小的一个；磁珠：一般定义为在额定电流下，器件的表面温升不超过20。表征符号：Ir单位：A（安培）、mA（毫安）进制：千进制 即：1 A=

6、103 mA,5、阻抗：,反映的是给定频率下元件对流经其本身的交流电流的总抵抗能力。表征符号：Z单位：（欧姆）测量仪器：HP4291B阻抗分析仪+HP16192A夹具,6、自谐振频率：,随着频率变化，器件的容抗XC和感抗XL均会发生变化，在某一频率点下，容抗XC和感抗XL会趋于相等，此频率点为器件的自谐振频率。表征符号：S.R.F 2(LC)1/2-1单位：Hz（赫兹）、MHz（兆赫）、GHz（吉赫）换算关系：1MHz=106 Hz，1 GHz=103 MHz 测量仪器：HP8720E网络分析仪、HP4991B阻抗分析仪。,四、叠层片式电感器/磁珠的结构,端电极结构 外形尺寸,五、叠层片式电感

7、器/磁珠的生产流程,叠层片式电感/磁珠工艺流程图,这里特别介绍叠层片式电感器/磁珠内部线圈是如何实现连通的：,六、产品的标识方法,STLI 2012 150 K T（1）（2）（3）（4）（5）,（1）产品系列,（2）尺寸代码,（3）电感量阻抗,（4）偏差代码,（5）包装代号 分为两种包装方式：T：载带盘装 B：散装,附：产品的包装方式及数量：,七、产品类型,我公司主要生产叠层片式电感器、磁珠 均为无铅产品，符合ROHS指令要求每类产品的特征、应用领域以及详细规格的性能参数、图谱等，请查阅最新版的产品说明书（2006版），或从公司网站上下载。,1、典型图谱：a、低频电感（STLI系列）,Fre

8、quency(Hz),b、中高频电感（STMI系列）,Frequency(Hz),c、高频电感（STHI系列）,Frequency(Hz),d、通用磁珠（STGB系列）,e、尖峰磁珠（STSB系列）,f、大电流磁珠（STPB系列）,2、产品可靠性 可焊性：焊接性能 耐焊性：耐焊接热 附着力：端电极与瓷体的结合力 抗弯强度：瓷体强度 高温寿命：852，1000-1024h，施加额定电流 恒定湿热：90%-95%RH，402度，21天 温度变化：-40度-+85度40度，32个循环 振动：10Hz-55Hz-10Hz，X、Y、Z各20次 抗溶性：三氯乙烯,3、产品出厂检测项目：性能：电感：Ls、Q

9、、SRF、Rdc 磁珠：Z、Rdc、SRF2）可靠性：可焊性、耐焊性、尺寸、附着力注：以上均为抽检，其他项目由工艺保证。4、储存：防高温、高湿、以及H2S、HCL、SO2等腐蚀性气体。,4、元件在电路中的作用以及应用领域 a、电感、磁珠在电路中的作用b、应用领域,八、主要原材料,磁（瓷）粉料1.铁氧体材料 黑色 甚高频片感、低频片感、磁珠2.陶瓷材料 白色 高频片感,自主开发料优点,有利于产品设计以及性能控制 我公司根据元件性能需要开发了系列磁导率的粉料，并能根据客户特殊需要开发材料。另外从粉料做起，能增加对片感产品的了解，有利于控制产品品质。磁单相，性能稳定 由于国外片感专业生产厂家，如TD

10、K、MURATA、TAIYO YUDEN等厂家原料均自产自用，不外销。目前的日本进口料并不是专为片感元件开发的粉料，国内片感厂家一般都采用两种粉料，再加上助剂，调配出所需磁导率的粉料，做成的元件不是磁均一相，磁稳定性差些。,铁氧体材料系列,材料体系 Ni-Cu-Zn铁氧体 磁导率 0=8磁导率 0=25磁导率 0=100磁导率 0=160磁导率 0=280,磁导率 0=8,磁导率 0=25,磁导率 0=100,磁导率 0=160,磁导率 0=280,九、产品选用参考,片感的选用磁珠的选用,片感的选用,电感主要用于讯号处理，如滤波、谐振、耦合等电路电感的种类1、叠层片式电感 包括低频片感、中高频

11、片感、高频片感三类 符合SMT工艺、磁屏蔽设计、漏磁少、可密装、尺寸小、价格低 感量范围：纳亨级至几百微亨级（nH H）产品通常精度：10（K误差）Q值（损耗倒数）4070 额定电流 一般小于0.5安培2、绕线式片感 包括绕线式片感、功率电感 符合SMT工艺、非磁屏蔽设计、漏磁多、价格高 绕线式片感 高Q值、精度高、感量可达毫亨级（mH）额定电流0.10.5安培,功率电感 用于电源管理 额定电流可达安培级3、传统电感(直插电感）包括立式/卧式电感，色码/色环电感，可变电感等 有引线，不符合SMT工艺 非磁屏蔽设计、漏磁大、尺寸大、不可密装、价格高 电流更大、感量高，可达毫亨、亨级 选用顺序 叠

12、层片感 绕线式片感 传统电感 叠层片感性价比最高、贴装工艺简便、电磁干扰少，应该优先选用。在LF、IF（低中频）电路中，叠层片感的Q值、感量精度是基本上都能满足电路性能要求的。只有在叠层片感性能要求达不到的部位才应该选用其它类型的电感，比如有些RF模块中的信号接收发射电路（可能需采用高Q、高精度的绕线式片感），或者要求使用大电流、大感量的元件的电路等场合,叠层片感选用原则1、应用频段 参考给定型号的片感所附图谱，感量频率曲线中的直线段，同时Q值频率曲线中的Q值较大的频段为片感的应用频段。一般中低频片感采用铁氧体材料制作，瓷体为黑色。高频片感采用陶瓷材料制作，瓷体为白色。不同材料制作的同感量的片

13、感的应用频段不一样。比如两种型号的片感STLI-1608R10和STHI-1608R10，感量同为100nL 但STLI-1608R10是用低频铁氧体材料制作，瓷体黑色，应用频段在50MHz左右，而STHI-1608R10是用高频陶瓷材料制作，瓷体白色，应用频段在200MHz左右。采用不同磁导率的铁氧体材料制作的同一型号的片感的应用频段会稍微有些不同，一般对使用影响不大。磁导率低的材料制作的片感的应用频段会高些。,STLI-1608R10、STHI-1608R10图谱,2、额定电流 叠层片感的额定电流为其允许的最大工作电流，一般小于 0.5安培。而且同系列产品一般感量增大，额定电流减小 如果片

14、感的工作电路中的电流大于额定电流，需要和元件厂家联系，采用特殊设计的片感。或者采用绕线式片感、直插电感。3、感量、Q值 片感的感量和Q值需根据电路的具体要求而定。一般耦合电路、调谐电路（通常在接收、发射模块中）对片感的感量精度、Q值要求高些，滤波电路要求低些。,a、低频电感（STLI系列）,Frequency(Hz),b、中高频电感（STMI系列）,Frequency(Hz),c、高频电感（STHI系列）,Frequency(Hz),磁珠的选用,磁珠相当于低通滤波器 阻抗越大则噪声通过后衰减越大（dB值越大）。阻抗值小的频段为通带，可通过信号，阻抗值大的地方为禁带，可抑制噪声通过通用磁珠 用于

15、小电流电路屏蔽噪声，一般额定电流小于0.5安培尖峰磁珠 用于屏蔽确定频率的强噪音，相当于陷波器大电流磁珠 用于电源电路、大电流电路屏蔽噪声 I r 0.5 A,磁珠阻抗和信号衰减关系示意图,通用磁珠,磁珠是以100MHz时的阻抗值（Z）大小作为标识 但具体使用时应参考Z-f 图谱。图谱中，Z值大小表示对该频率信号的抑制能力。Z值大时，则对该频率信号的抑制能力大；Z值小时，该频率信号可顺利通过。所以应根据电路中需通过的信号频率和噪声的频率，并结合磁珠的Z-f 图谱来选择磁珠。信号频率，噪声频率大小对磁珠选取的影响 目前普通通用磁珠在100MHz时，阻抗就很大，通过的信号频率一般小于10MHz，抑

16、制的噪声信号频率一般小于2GHz（具体由Z-f 图谱而定）。当需要通过较高频率的信号时，比如100MHz，应选用甚高频磁珠或高频磁珠，其在100MHz时阻抗值一般接近于 0（有时也称0欧姆磁珠）。如存在高频噪声，大于23GHz甚至更高时，选用高频磁珠效果会好些。如果同时存在较低及较高的噪声，选用宽带磁珠好些，其抑制的噪声频段会大一些，对高低频噪声均会有效。,通用磁珠Z-f图谱,高 频 磁 珠 Z-f图谱,STWB1608-301,STGB1608-301,通用磁珠和宽带磁珠区别,铁氧体材料和元件性能的关系 不同材料制作的同一型号的磁珠的Z-f 图谱是有区别的，特别是10MHz以下的低频断的Z-

17、f 图谱 比如STGB2012-601型号的磁珠，采用磁导率100(H)和280(C)的材料制作的磁珠，100MHz阻抗值均是600。但在低频段，比如4MHz，采用C料制作的磁珠的阻抗要大很多。因此如有4MHz的噪声的话，采用C料制作的磁珠正好可屏蔽噪声，而采用H料制作的磁珠的电路波形中会出现毛刺。而有4MHz的信号的话，采用H料制作的磁珠信号可通过，而采用C料制作的磁珠会造成信号缺失，电路波形会由方形变成弧形。,STGB2012-601磁珠Z-f图谱,正常信号信号缺失干扰信号,尖峰磁珠,尖峰磁珠相当于陷波器，可屏蔽特定频段的噪声 尖峰磁珠Z-f 图谱中的尖峰所对应的频段即是其屏蔽的频段，也就

18、是元件的谐振频率尖峰磁珠是以100MHz时的阻抗值（Z）大小作为标识铁氧体材料和元件性能的关系 与普通磁珠相似，不同材料制作的或内部线路设计不同的，同一型号的尖峰磁珠的Z-f 图谱是有区别的，即尖峰所对应的频段是不同的(亦即屏蔽的频段不同）。比如型号为STSB2012-801的尖峰磁珠，100MHz阻抗值均是800，但根据所用材料或设计的不同，其尖峰所在的频率可能是150MHz或200 MHz。因此设计师在具体使用时应参考Z-f 图谱，也可提出具体要求，由片感厂家根据需要进行设计，以达到较好的效果。,STSB2012801尖峰磁珠的Z-f图谱,大电流磁珠,电源电路中建议采用大电流磁珠额定电流的

19、影响 大电流磁珠除了阻抗外，最重要的指标是额定电流。如选取额定电流不合适的磁珠，容易造成磁珠的内电极熔断，导致电路开路。另外，不能仅根据工作电流小于磁珠的额定电流来选择大电流磁珠，而是需综合考虑。比如由于开关机、插拔电源时，或其它情况，电路中存在浪涌电流，或瞬间大电流，会产生比工作电流大很多倍的冲击电流，造成大电流磁珠的烧坏，电路开路。一般厂家设计的大电流磁珠均可耐额定电流2倍以上冲击电流。但不同厂家的保险系数可能不一样，所以不同厂家的同型号的大电流磁珠替换时，一定要谨慎。我公司可根据客户的要求，提供客户所要求的耐冲击电流值的大电流磁珠。但因为耐冲击电流大小不同的产品价格亦不同，因此在有特殊要

20、求的电路设计中，加强设计师和片感厂家的交流，对大电流磁珠的选用比较有利。,EMI元件选用参考,噪声抑制效果 通用磁珠、大电流磁珠 尖峰磁珠 穿芯磁珠 扼流圈 三端滤波器 共模（差模）扼流圈 一般来讲，通常所用的EMI元件噪声抑制效果如上，但价格、线路设计及工艺简便性是正好颠倒过来的元件制作工艺 通用磁珠、大电流磁珠、尖峰磁珠（叠层片式磁珠）均采用叠层工艺制 作，适合SMT工艺。穿芯磁珠、扼流圈 均采用绕线式工艺制作。穿芯磁珠、扼流圈通常带 引线，不适合SMT工艺。但也有片式产品。带引线的穿芯磁珠也称直插 磁珠 三端滤波器、共模（差模）扼流圈 有叠层工艺制作，也有绕线式工艺 制作。三端滤波器、共

21、模（差模）扼流圈有带引线的，也有适 合SMT 工艺的片式元件。,选用考虑因数 1.噪声频率 根据噪声所在的频段和有用信号的频段来相应选择EMI元件 叠层片式磁珠采用Ni-Cu-Zn铁氧体制作，一般只能抑制1MHz以上的噪声。KHz级的噪声抑制元件一般采用Mn-Zn材料制作，KHz级的噪声抑制元件可采用Mn-Zn材料制作的元件（穿芯磁珠，扼流圈）或三端滤波器，共模（差模）扼流圈等 穿芯磁珠，扼流圈有采用Mn-Zn、Ni-Zn、陶瓷材料（高频）制作的产品，可抑制不同频段的噪声。但采用Ni-Zn材料制作的为主 2.噪声强度 EMI元件在给定频率的阻抗值或dB值越大，代表元件对该频率的噪声抑制效果越大

22、。如噪声强度大或要求对噪 声的衰减大，可选择噪声抑制效果好的元件。一般来说，在小电流场合（毫安级），如适当选型，叠层片式磁珠基本上都能满足噪声抑制的要求。由于穿芯磁珠、扼流圈的阻抗值一般比叠层片式磁珠大很多，可在特殊需要场合采用。,3.通过电流 对于同系列的叠层片式磁珠，额定电流越大，阻抗值越小。大电流叠层磁珠当额定电流达到3安培时，100MHz时的阻抗值一般小于100。叠层片式元件的额定电流、阻抗值一般小于绕线式元件。比如在电源模块中，如果电流太大或需要很大的阻抗值时，应选用绕线式元件（如穿芯磁珠、扼流圈等）。4.噪声类型 噪声频段的分布（宽 或窄）共模、差模噪声叠层片式磁珠价格便宜、性价比

23、高、体积小、线路简单、贴装工艺简便，应该优先选用,十、失效分析,耐焊性可焊性焊接不良上机开路瓷体破损,耐焊性,低频片感经回流焊后感量上升 20 由于回流焊的温度超过了低频片感材料的居里温度，出现退磁现象。片感退磁后，片感材料的磁导率恢复到最大值，感量上升。一般要求的控制范围是片感耐焊接热后，感量上升幅度小于20%。耐焊性可能造成的问题是有时小批量手工焊时，电路性能全部合格（此时片感未整体加热，感量上升小）。但大批量贴片时，发现有部分电路性能下降。这可能是由于过回流焊后，片感感量会上升，影响了线路的性能。在对片感感量精度要求较严格的地方（如信号接收发射电路），应加大对片感耐焊性的关注。检测方法

24、先测量片感在常温时的感量值，再将片感浸入熔化的焊锡罐里10秒钟左右，取出。待片感彻底冷却后，测量片感新的感量值。感量增大的百分比既为该片感的耐焊性大小,解决方法1、选用感量小一规格的片感2、选用耐焊性小的产品3、选用绕线式片感高频和中高频片感不存在耐焊性问题，亦既经回流焊后感量基本不变化,可焊性,电镀简介 当达到回流焊的温度时，金属银（Ag）会跟金属锡（Sn）反应形成共熔物，因此不能在片感的银端头上直接镀锡。而是在银端头上先镀镍（2m 左右），形成隔绝层，然后再镀锡（48m）。可焊性检测 将待检测的片感的端头用酒精清洗干净，将片感在熔化的焊锡罐中浸入4秒钟左右，取出。如果片感端头的焊锡覆盖率达

25、到90以上，则可焊性合格。,片感焊接示意图,可焊性不良 1、端头氧化 当片感受高温、潮湿、化学品、氧化性气体（SO2、NO2等）的影响，或保存时间过长，造成片感端头上的金属Sn氧化成SnO2，片感端头变暗。由于SnO2不和Sn、Ag、Cu等生成共熔物，导致片感可焊性下降。片感产品保质期：半年 如果片感端头被污染，比如油性物质，溶剂等，也会造成可焊性下降 2、镀镍层太薄 吃银 如果镀镍时，镍层太薄不能起隔离作用。回流焊时，片感端头上的Sn和自身的Ag首先反应，而影响了片感端头上的Sn和焊盘上的焊膏共熔，造成吃银现象，片感的可焊性下降 判断方法，将片感浸入熔化的焊锡罐中几秒钟，取出。如发现端头出现

26、坑洼情况，甚至出现瓷体外露，则可判断是出现吃银现象的,焊接不良,内应力 墓碑效应元件变形 放大效应焊盘设计 焊膏润湿影响贴片不良回流焊温度 回流焊温度,内应力,如果片感在制作过程中产生了较大的内部应力，且未采取措施消除应力，在回流焊过程中，贴好的片感会因为内应力的影响产生立片，俗称墓碑效应判断片感是否存在较大的内应力，可采取一个较简便的方法：取几百只的片感，放入一般的烤箱或低温炉中，升温至230 左右，保温，观察炉内情况。如听见噼噼叭叭的响声，甚至有片子跳起来的声音，说明产品有较大的内应力。,如果片感产品有弯曲变形，焊接时会有放大效应。3216的薄片产品出现的概率大些,元件变形,焊接正常,焊接

27、不良虚焊,焊盘设计,焊盘两端应对称设计，避免大小不一，否则两端的熔融时间和润湿力会不同焊合的长度在0.3mm以上（即片感的金属端头和焊盘的重合长度）焊盘余地的长度尽量小，一般不超过0.5mm。焊盘的本身宽度不宜太宽，其合理宽度和MLCI宽度相比，不宜超过0.25mm,贴片不良,当贴片时，由于焊垫的不平或焊膏的滑动，造成片感偏移了角。由于焊垫熔融时产生的润湿力，可能形成以上三种情况，其中自行归正为主。但有时会出现拉的更斜，或者单点拉正的情况，片感被拉到一个焊盘上，甚至被拉起来，斜立或直立（墓碑现象）。目前带角偏移视觉检测的贴片机可减少此类失效的发生,焊接温度,焊接温度设置 回流焊机的焊接温度曲线

28、须根据焊料的要求设定，应该尽量保证片感两端的焊料同时熔融，以避免两端产生润湿力的时间不同，导致片感在焊接过程中出现移位。温度异常 如出现焊接不良，可先确认一下，回流焊机温度是否出现异常。或者焊料有所变更。,上机开路,虚焊、焊盘接触不良 从线路板上取下片感测试，片感性能正常电流烧穿 如选取的片感，磁珠的额定电流较小，或电路中存在大的冲击电流会造成电流烧穿，片感或磁珠失效，导致电路开路。从线路板上取下片感测试，片感失效，有时有烧坏的痕迹。如果出现电流烧穿，失效的产品数量会较多，同批次中失效产品一般达到百分级以上。焊接开路 回流焊时急冷急热，使片感内部产生应力，导致有极少部分的内部存在开路隐患的片感

29、的缺陷变大，造成片感开路。从线路板上取下片感测试，片感失效。如果出现焊接开路，失效的产品数量一般较少，同批次中失效产品一般小于千分级。,瓷体破损,瓷体强度 片感烧结不好或其它原因，造成瓷体强度不够，脆性大，在贴片时，或产品受外力冲击造成瓷体破损附着力 如果片感端头银层的附着力差，回流焊时，片感急冷急热，热胀冷缩产生应力，以及瓷体受外力冲击，均有可能会造成片感端头和瓷体分离、脱落；或者焊盘太大，回流焊时，焊膏熔融和端头反应时产生的润湿力大于端头附着力，造成端头破坏。耐焊接热 片感过烧或生烧，或者制造过程中，内部产生微裂纹。回流焊时急冷急热，使片感内部产生应力，出现晶裂，或微裂纹扩大，造成瓷体破损,谢 谢！,