摘要： 文章简要介绍了电感器的近期发展动态，从电感器的种类和应用情况出发，回顾了电感器的功能和种类并未见全新理论或概念的引入，故今后一段时间内，电感器的发展进步将主要体现在其结构形式与制造工艺以及满足特殊的使用需求上，片式电感器将成主流。
关键字： 电感器，种类，发展走向
1 引言
随着全球电子信息产业及其新产品与应用日新月异的迅速发展，作为产业发展必不可少的基础电子元件之一的电感器也在不断推陈出新，无论是在应用还是产品性能与品质方面都在快速地进行升级换代。
众所周知，电感器的工作原理是线圈导线内通过交流电时，在导线的内部及周围产生交变磁通。其主要功能是存储能量、筛选信号、滤除噪声、匹配阻抗、稳定电流、谐振电路发射和接收信号、抑制电磁波干扰等等。电感器在电子电器设备中的应用很广泛，可以说无处不在，例如电脑设备、通信设备、视频音频设备、电子自动化设备、电信广播设备、汽车电子、消费类电子产品等等。
目前，电感器主要有插装式电感器和贴装片式电感器两大类，片式电感器主导着市场，也是今后电感器研发的重点。
2 近些年来，电感器的功能和种类未见引入新概念
2.1 电感器的功能未发现新的概念
电感器的工作原理、功能及应用如前节所述，近几年未见有新功能发现的报道，不过已出现电感器一些局部功能的新应用，并且成了市场发展的新热点，目前比较典型的应用例子是“无线充电”和“NFC天线”，其电感的电磁近场耦合原理和应用已经成熟，所以，开发新的产品与应用，估计在今后三、五年内，可能会出现爆发式的增长。这在今后几年中，环保节能型纯电动汽车或混合动力汽车大量面市的情况下，是可以预测的市场前景。
2.2 电感器的种类未出现根本性变化
近些年来，电感器的种类未发生根本的变化，即未出现全新品种的电感器，目前，仍然保持着传统分类的绕线电感器和叠层片式电感器统治着市场。当然，由于一些特殊应用领域的需要，如电源稳流滤波，出现了采用合金模压的一体化成型电感器。因这种电感器具有优越的耐电流特性和较小的体积，被笔记本电脑、Pad以及智能机等高性能移动设备广泛采用，未来仍有进一步扩大的趋势。
绕线电感器和片式叠层电感器的市场分工已经相对明确。绕线电感器主要被使用在储能、整流平波等大功率低频率的领域，或者是信号收发等高精度高品质要求的设备。而片式叠层电感器则更多使用在匹配阻抗和抑制噪声等小功率场合。从总的发展趋势看，仍然是叠层片式电感器逐步蚕食绕线电感器的倾向，但其速度将比前个时期放缓，或将转入局部地替代。当前显而易见的是在一些移动电子设备的DC/DC变换器中，早期在这个位置所用的功率电感器都是绕线式的，但由于工作电流（通常为0.5A到3A左右）受到限制。目前，随着材料、工艺技术和设计水平的不断提高，片式叠层式功率电感器的性能得到了很大幅度的提升，在手机、数码相机、无线网卡等终端产品上已经开始广泛采用片式叠层功率电感器取代绕线功率电感器。例如，现在绝大多数智能手机中都会用到3只以上的片式叠层电感器。以后随着开关电源频率的进一步提高，以及产品设计生产技术的不断进步，片式叠层的功率电感器、尤其是超薄超小尺寸的产品将会得到更大的发展。此外，在一些射频领域，随着设计技术的提高和叠层材料品质的提高，片式叠层电感器还将会持续地蚕食绕线高频电感器的市场。鉴于上述情况，以下我们对片式叠层电感器作一简要介绍。
2.3 片式电感器及其发展状况
a.片式电感器的分类
①按性能用途分类：可分为片式普通电感器和片式功率电感器，后者所能耐受的电流远大于前者，其直流电阻也较小。片式功率电感器适用于小型移动终端产品中的DC/DC模块，如手机、数码相机、Pad等多种以电池供电的电源模块。片式普通电感器广泛用于各类电子产品的电路中。这两种电感器在制造过程中的工艺参数也存在较大差异，所用材料和成本上则片式功率电感器更大于普通片式电感器。
②从制造工艺技术角度分类，则有绕线型片式电感器。叠层片式电感器、编织型片式电感器和激光刻线型片式电感器等多种类型。
③从两种片式电感器的基体材料角度，也可分为铁氧体磁性材料为基体和以陶瓷材料为基体两类。功率片式电感器和EMI抑制器都采用镍锌系铁氧体材料，低频用电感器主要使用锰锌系材料。陶瓷材料用于高频片式叠层电感器，陶瓷基体材料的介电常数应低，以便抑制杂散电容，保证获得较高的自谐振频率。
b. 以工艺技术角度分类的片式电感器简介。
①绕线型片式电感器
绕线型片式电感器结构见图1图2所示。它们的结构模式相似于传统插装电感器，采用微小型工字型磁体或H型陶瓷芯。经过在芯子上绕线、焊接引线、涂复、灌封等工艺制成。绕线片式电感器的特点是电感量范围大（从mH级到H级），电感量的精度高、功率大、损耗小（即Q值高）、容许电流大，制作工艺继承性强、简单、成本低，特别是陶瓷芯子的绕线片式电感器在高频时能够保持稳定的高精度和高Q值，因而在高频电路中被采用。绕线片式电感器的缺点是制造成本较高，并受磁芯尺寸和绕线工艺限制，难以进一步小型化。
②叠层片式电感器
叠层片式电感器的结构由相互叠加的铁氧体层和内导体层组成，其制作工艺采用新型的电子材料与厚膜技术以及低温共烧铁氧体(LTCT)技术。叠层片式电感器的主要工艺流程是：将铁氧体（如NiMnZn材料）粉制成浆料，用流延或湿式印刷法制成厚约10μm到30μm的铁氧体膜，并在其表面上用银奖印刷导电线圈，经交替印刷后叠压在一起，穿孔连通各层导电线圈，形成一个螺旋式线圈，重复上述工艺步骤，可以制成多达数十层的叠层结构。然后再通过切割、排胶、烧结、倒角、制端电极、检测等工序，即可成为如图3所示的独石结构叠层片式电感器。
在叠层片式电感器中，有一类使用于微波频段的叠层片式微波电感器，除其芯子由铁氧体改为陶瓷外，其它制作工艺相似。这类叠层片式微波电感器在微波波段具有更高的品质因数Q值和更高的自谐振频率FSR。
叠层片式电感器比较绕线片式电感器具有一些显著的优点，例如尺寸小，一体化独石结构、机械强度高、可靠性好，形状整齐规则，适合于自动化表面安装要求。但也存在不足之处，如制造工艺较复杂、生产周期长、成本较高、功率小、电感量小等等。
叠层片式电感器的工作参数计算：
叠层片式电感器的等效电路如图4所示，图中Lo为理想条件的电感量，Co为寄生电容的总和，r为电极的直流电阻值，Ro是电损耗和磁损耗的总等效电阻值。[#page#]
根据集中参数模型，叠层片式电感器的导纳——频率的函数表达式为：
式中阐明了电感器的主要性能函数为电阻值Z，电感量L，品质因数Q值和自谐振频率fSR。
阻抗Z值求解式为：
电感量L的求解式为：
品质因数Q值的求解式为：
以下式求解自谐振频率：
以上式中，ω=2πf。
③编织型片式电感器
编织型片式电感器的结构是以条状磁芯为经线，以导体为纬线编织起来的。这种编织型片式电感器从理论上说具有体积小，在1MHz频率时的单位体积电感量比其它片式电感器大等特点，可以用作功率处理的微型磁性元件。但其制造工艺相对复杂，不易批量生产，所以其在电子行业中很少被使用。
④激光刻线型片式电感器
图5示出了一种陶瓷基体激光刻线型片式电感器的外形。
激光刻线型片式电感器是采用激光刻蚀工艺技术制造的，其内电极集中在同一个层面，磁场分布集中，能够确保贴装后的器件参数变化不大，在100MHz以上可呈现良好的频率特性，在微波频段保持了高品质因数Q值、高精度、高稳定性和小体积等特点。
激光刻线型片式电感器的优点是产品参数的一致性高、性能好。由于其制造工艺是采用光刻腐蚀技术，故设备投资大，制造成本高，只在一些尖端产品领域使用，所以生产厂商也很少。日本松下电子公司采用独特的激光切割工艺，开发的新产品在800MHz时的Q值比以前的同类产品的Q值高出20%~80%。
松下公司的这款产品是用高频损耗小的氧化铝为主要原料的整体上实现镀铜导体，按螺旋状切削基体中间部位的导体，形成一层线圈，再用耐高热性的树脂保护线圈，基体两端的导体上形成电极。
该产品的特点是：结构与工艺简单；通过控制激光切割布线，可以制成各种电感值；制成品规则，上下对称，不必考虑方向性，便于贴装；线圈的寄生电容小，高频特性良好；线圈的导体部分与电极端子间没有连接点，可靠性高；品质因数Q值高，这是因由导体部分的电阻、涡流损耗以及集肤效应、邻近效应等因素引起的高频损耗小。
3 电感器发展的近期趋向
随着电子产品向小型薄型化及高性能多功能化方向的发展，电子元件必须满足这些新的需求，所以，从总的大趋势看，电感器必将向着更高性能、更小尺寸方向发展，可以归纳为：
a. 小型化趋势加快
因为手机、薄板电脑等等终端电子产品的功能越来越多，所用的器件必然也越来越多，而印刷电路板(PCB)的布线难度也不断加大。因此，0603尺寸(0.6mm×0.3mm)的产品渐成市场主流，因为0603尺寸的器件比传统的1005尺寸的器件可以节约64%的空间。随着其性能的提高、价格的下降以及贴片装配技术的不断成熟，目前已被广大手机设计方案采用，而且，一些大企业使用0603产品的数量已经超过1005产品。同时，我们注意到，在要求元件尺寸更小的射频模块中，0402(0.4mm×0.2mm)尺寸的高频电感器也已在国外的最新电子产品设计中开始被广泛使用。据统计，2012年，全球所使用的0603尺寸的电感器数量已超过80亿只，0402尺寸的电感器用量也已超过了30亿只，预计未来三年的用量将超过现用量的数倍。对于一些难以使体积尺寸更小的绕线型功率电感器，其发展的主流方向则是薄型低背化。预计2013年的市场，对厚度在1.0mm以下的绕线型功率电感器的需求量约在10亿只以上。
b.额定电流持续提高
随着终端产品功能的提升和多样化，以及缩小尺寸而带来的待机损耗和散热问题，对元件的功耗提出了更高的要求，尤其是电源回路中使用的元件。近几年来，许多厂商纷纷推出了直流电阻更小、额定电流更高的电感磁珠产品，在一般情况下，普遍都使电流比上一代产品提升了50%以上，达到了三年前原先的上一级尺寸产品的工作电流，可以帮助设计人员在不缩短待机时间的前提下更方便地进行设计。据预测，未来三年中，此类性能还可能提升50%以上。
c. 高频高Q化趋势放缓
早些时期，由于所使用的材料和设计原因，一些电感器在使用频率和品质因数Q值上满足不了终端产品的要求，随着近年来技术的进步，绝大多数品种的电感器件在这两个方面都已经有了质的提升，能够满足应用市场的基本要求，因此，未来该趋势可能放缓。只有在一些特殊应用领域如军工、医疗电子、车载电子、工控板等市场，会促使一些本来其性能较高的产品如高频绕线电感器、薄膜光刻电感器等进一步提升性能，以期与其它产品拉开特性区间，继续保持市场份额。
d. 复合化是未来的发展方向
对于要求一定技术性能参数的元器件而言，不断进一步减小尺寸或再提升性能是受到空间限制的，所以，下一代产品必然朝着器件的复合化方向发展。目前所使用的低温共烧陶瓷(LTCC)技术是已知的最为成熟的和有效的解决复合器件制作的办法，它可以将电阻、电容、电感等被动元件复合在一起（见图6所示），也可以将IC等主动元件埋置形成功能模块，甚至将传感接口集成以实现系统级功能，所以，其必将是元器件发展的目标和方向。然而，因为这类器件存在着非标定制化等市场定向问题，故未来几年内将仍然只能在一些特需领域如军工、医疗电子等等市场使用，在普通消费类电子产品中可能只会有局部突破，难以大范围推广使用，要形成全面的市场可能需要五年以上时间。
e. 由以上叙述可见，所有元器件发展趋势都离不开一种规律，即下游产品发展的需求，上游性价比更优的原材以及本身更先进、更优化的设计手段和制造工艺技术出现。所以，随着这些因素的出现和进步，电感器也将随之得到更好的发展。
参考文献
[1] 中国电子元件行业协会简报 2012年12期
[2] 《电子变压器技术》2012年12期
