移动通信终端的高频片式电感器

发布于：2006/9/5 14:38:13 | 741 次阅读

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  近年来随着电子产品向高频化、高速化和小型化发展，要求元器件在适应实现高密度组装、表面组装技术方面得到极大的改进，片式元器件由于具有短、小、轻、薄、可靠性高等多种优点而被广泛采用。片式电阻、片式电容与片式电感是三种使用最多的片式无源元件。较之片式化电阻器和片式化电容器的快速发展、批量生产、迅速应用，由于电感元件结构复杂且受传统的绕线工艺限制，片式化的工艺难度较大，发展相对缓慢。国外自70年代起开始研制片式电感器，80年代初实现商品化。据日本机械电子工业振兴协会(EIAJ)调查，目前日本电感器的片式化率为52%，同期电容器、电阻器的片式化比例都超过了75%。而我国电感器片式化的比例尚不到5%，电容器、电阻器的片式化率仅15%左右，大约落后于发达国家10~15年。
  利用电感阻碍电流变化的特性，电感器可用于组成谐振、旁路、相位匹配等电路，这在电子仪器设备、消费性电子产品与电力配输设备中都有广泛的应用。信息产品(如PC、Notebook)用片式电感器通常具有较高的电感值，但这类高电感值片式电感器的高频电感特性较差，无法用在工作频率较高的通讯设备中；而高频片式电感的电感值一般仅为信息产品用片式电感的千分之一左右，因此，它可在高频工作条件下仍保持优良的感抗特性。

移动通讯用高频片式电感市场分析
  从国际市场看，目前全世界对片式电感器年需求量在100亿只以上，而生产量仅50亿只左右，产销缺口较大。在研制生产片式电感器方面,日本居世界之首。日本在80年代就先后建立了多条自动化生产线，其生产量约占世界总量的65%。在我国，当前生产的广播电视、收录机、录像机、通信设备、程控交换机、计算机等整机每年所需的近5亿只片式电感器半数以上要靠进口解决。此外，汽车电子、数字式HDTV、液晶显示电视机、袖珍电脑、微型小家电等产品对片式电感器需求量也较大，可见片式电感器的市场前景非常广阔。
  目前，高频片式电感在每部移动电话中的使用量约为20~25只左右，在卫星定位系统(GPS)、传呼器、蓝芽相关终端产品等无线通讯产品中也有一定的需求，但由于半导体集成电路的功能不断增强，单一产品中高频片式电感的使用量将逐年下降，然而随着新型无线终端产品的不断推陈出新，预期高频片式电感的总需求量仍将逐年升高。
  按制作工艺可将高频片式电感分为高频绕线式片式电感、高频薄膜片式电感及高频叠层式片式电感，对这三类高频片式电感的制造工艺、特点以及市场的分析如下文所述。

高频绕线式片式电感
  高频绕线式片式电感是将细导线绕在软磁铁氧体磁芯上制成，外层一般用树脂封固，或用铁氧体套筒形磁芯形成磁屏蔽；其关键技术是体积小型化，即在相当小的体积内，缠绕相当多的圈数，因此，拥有精密度较高的绕线技术可获得较高的成品合格率。以目前的技术来看，高频绕线式片式电感的小型化尺寸可能会停留在0402，突破0201尺寸将会面临相当大的技术困难，并且能否带来相对较高的利润仍值得怀疑。高频绕线式片式电感器是三种高频片式电感中品质因子(Q)的一种，但是价格也；平均每一台移动电话内部大约需要5只高频绕线式片式电感，目前需求的主流尺寸规格为0603；而在第二代与未来的第三代移动电话系统中，高频绕线式片式电感都是必备的元件，但由于价格原因，移动电话厂商会尽量通过优化电路设计以减少使用量。
  在国际高频绕线式片式电感器市场上，美国Coilcraft公司占据了近七成的份额，月产量约在两亿只左右；日本SAGAMI公司次之，拥有1500万只的月生产能力；美国API公司与日本的村田制作所(Murata)也占有一定比重的供应量。
  中国台湾地区也有多家厂商从事高频绕线式片式型电感的研发、生产销售，如台达电子、大毅科技、奇力新、千如电机等，其中产量的是以电源供应器起家的台达电子，去年年底月产量达到2300万只。台达电子的主要供货重心目前放在LG、SAMSUNG等韩国厂商，预计明年国外移动电话大厂向台商下OEM订单量将大幅增加，台湾移动电话厂商将更多地采购本地元器件，台达电子的月产量将会扩大至2500万只。至于在产品的小型化方面，台达电子和外商展开积极竞争，目前台达电子、Coilcraft、SAGAMI等三家厂商已其它厂商开发出0402尺寸的产品。
  而以生产片式电阻为主的大毅科技，为扩充产品也投入了高频绕线式片式电感的研发，现正在通过客户，原先量产计划为以0603为主，月产量1,200万只，供货对象则以国内移动电话厂商为主。奇力新与千如电机是台湾最早投入绕线式片式电感量产的厂商，虽然对高频的市场较为陌生，但以往绕线式电感的量产经验对其研发生产高频片式电感有一定的帮助，隶属台湾国宏集团的奇力新目前已能小批量生产并提供客户，月产量在300万只左右，产品以1008与0805为主；而千如电机目前尚处于研发阶段。

高频薄膜式片式电感
  高频薄膜式片式电感是采用薄膜工艺依次淀积并光刻导体和磁芯制成。它是三种高频片式电感中精密度的，其误差容限较小且易于小型化，品质因子也比高频叠层式片式电感高，近年来也受到了相当的重视。其前端工艺需借助半导体光刻工艺来蚀刻线路，必须采用真空环境，且高频薄膜式片式电感的需求量比绕线式或叠层式高频片式电感小，因此多数电子元件厂商不愿介入。
  目前从事高频薄膜片式电感研发、量产的厂商有日本东光(TOKO)公司、村田制作所、TDK、中国台湾乾坤科技等。乾坤科技为台湾台达电子的子公司，以其薄膜技术著称，先前开发出的白金薄膜传感器市场行情不错，高频薄膜式片式电感是去年刚开发成功的新产品，现已开发成功0603与0402尺寸的产品，月产量在300~500万只左右，主要面向世界市场。乾坤科技今年下半年将扩大产量为月产5000万只。从台达电子生产高频绕线式片式电感、乾坤生产高频薄膜式片式电感来看，台达电子集团正在加快拓展通讯元器件的市场，据了解，台达电子已开始对压控振荡器(VCO)、功率放大器模块(PA module)、双工器(Diplexer)等通讯用元器件进行研发，将来很可能成为台湾通讯产业元器件主力生产与供货商。

高频叠层式片式电感
  高频叠层型片式电感器采用的是厚膜工艺，将铁氧体浆料和导体浆料交替进行叠层印刷形成电感图形，再进行烧结形成闭合磁路；或者将制有导体和通孔图形的微米级铁氧体片进行叠层，在通孔中填充导体材料以连接上下层导体，再经过加压、烧结形成。高频叠层式片式电感大部分采用精密度较高的干式印刷工艺，亦有部分厂商采用较便宜的半湿式印刷设备生产。高频叠层式片式电感是移动电话中使用量的片式电感，其Q值，但价格也，每台移动电话中大约需要15~20只0402尺寸的产品，预计两年以后将采用尺寸更小的0201系列产品。高频叠层片式电感器现已能应用在亚微波波段，在制作工艺上，通常通过采用低介电常数陶瓷材料并抑制杂散电容的方式来获得较高的自谐振频率，内部导体采用高频特性优异的银，以降低导体电阻、获得高Q值；其电感值从数　H到数十nH，容许电流值设计为300mA级。这种电感器的外形尺寸最初为3.2x1.6(mm)，随着叠层技术的进步，其小型化的速度加快，出现了2.0x1.25、1.6x0.8、1.0x0.5(mm)的产品。受磁性介质材料的限制，叠层式片式电感器只能局限于工作频率在200MHz以下、感量较低的元件系统。而大感量、高功率和甚高频、超高频的电感类元器件则由于尚未找到合适的材料而发展缓慢。
  日本厂商是目前高频叠层式片式电感的主要供货商，韩国与中国台湾省则紧随其后。供应高频叠层式片式电感的日本厂商有太阳诱电、东光与村田制作所、富士电气化学、TDK和松下。其中排名的是太阳诱电(TAIYO YUDAN)，自2000年9月份扩产之后，月产量已到达8亿只的水平；东光与村田制作所的月产量则分别在5亿只与2亿只左右。富士电气化学(FDK)于1999年11月开始量产，2000年9月份已完成扩产计划，月产能力达到1.5亿只。韩国从事高频叠层式片式电感量产的厂商有三星电子、Samwha、Ceratech、Pilkor等；Samwha 2000年底月产量达1.2亿只；三星电子将高频叠层式片式电感列为主力产品，2000年月产量已达3亿只；Ceratech则计划将月产量从6000万只增扩至2.5亿只；Pilkor的月产量将扩产至2,000万只；韩国厂商虽积极地进行扩产，但韩国移动电话的需求可能会因政府取消补贴而大幅下降，因此这些厂商有可能放慢扩产的步伐。中国台湾也有多家厂商有意争夺高频叠层式片式电感市场，小量出货的共有7家，如华新科技、达方电子、璟德电子、奇力新、美磊、台庆、年程。无源元器件大厂华新科技于1999年即投入研发高频叠层式片式电感，目前处于小量供货中，由于看好未来的市场，2000年季度即将月产量扩大至2000万只，目前供货主要尺寸为0603，0402则刚开发完成。明碁转投资的达方电子，以生产叠层陶瓷电容著称，4年前就开始研发高频叠层式片式电感，目前已通过，并于2000年3月开始出货，外内销的比例各半，量产尺寸主要是0603与0402，0603目前月产量500万只，0402月产量2000年达到4000万只以上。璟德电子高频叠层式片式电感的月产量在1500万只左右，以0603为主，0402正在送样中，璟德电子很可能会凭着高频叠层式片式电感的量产经验，涉足其它通讯元器件市场；奇力新的供货对象为Nokia与Ericsson等移动电话大厂，目前月产量在2,000万只左右，以0603与0805为主，0402则刚开发完成不久，目前产量并不大。美磊、台庆、年程目前的月产量在800、200、500万只，美磊新厂于1999年9月完工，预计高频叠层式片式电感产量将提升至2,000万只的水准，而台庆将计划扩增至300万只，年程尚未确立扩产计划；美磊、台庆、年程据了解在2000年10月份已有部分产量。
  比较而言，我国内地的高频片感制造商为数太少，电感片式化的进程也较落后。不过已有一批电子元器件厂商正在崛起，如广东风华高科、深圳南玻、山东鲁颖等。自1996年片式电感产品进入商业化生产以来，深圳南玻的电子元器件产业发展迅猛。公司旗下的南虹公司目前已成为技术成熟、产品完善的世界知名片式电感生产商，且是世界上少有几家能够进入移动通信领域的片感制造商。目前南虹高频片感的生产能力不足15亿只/年，远远不能满足市场需求，急需扩大生产量。在技术更新方面，南虹也加快了步伐，新推出的高频电感产品仅用四个月时间便完成了研制及生产流程，并快速投放市场，成为摩托罗拉获得高频系列的供应商，在国内片式电感市场上处于霸主地位。另据报道，日前，由清华大学新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室承担的国家863“九五”重大项目课题——“新一代高性能低温烧结片式电感器材料”通过教育部组织的鉴定。此次鉴定的两项具有自主知识产权的研究成果——“低温烧结高磁导率Ni-Zn-Cu铁氧体”和“低温烧结甚高频平面六角软磁铁氧体”均已达到国际水平。这两类低温烧结铁氧体的应用将使一系列用于高感量、大功率的电感类元件(电感器及变压器等)和工作在甚高频段的电感类元件(电感器及EMI元件等)的叠层式片式化成为可能，实现电感类元件技术的一个飞跃。这一突破性的研究成果将成为我国新生的片式电感器产业步入自主发展阶段的一个新契机。目前，这两类新型材料和相关元件的产业化已在清华同方集团旗下的山东清华同方鲁颖电子有限公司启动，预计将在明年实现规模化生产。

结语
  在高频片式电感的规格方面，世界各厂商间仍有一定程度的差异，因此不同厂商的产品大多不能互相替换，所以目前尚未形成统一的业界标准。而其实最有效的行销手法，就是在系统厂商设计产品之初即把电感厂商的产品纳入设计；为将自己的产品为众多系统厂商所接受，高频片式电感厂商除了努力改进自己的技术以获得较高的成品率之外，还要注重提高产品线的完整性、配合客户调整产量与交付期的灵活度等。
  随着通讯产业的迅猛发展，高频片感的市场显得方兴未艾。而通讯热潮使产业形态发生转变，以往厂商与厂商之间的竞争，已转为国家(地区)与国家(地区)之间的竞争(产业链之间的竞争)，我国的通讯产业要起飞，除必须大力发展封装业之外，上游元器件更要迎头赶上，才能支持系统厂商实现多样的终端产品设计。未来第三代移动通讯产品、无线家庭网络、蓝芽相关产品等多样化的无线通讯产品仍将不断推陈出新，也唯有发展完整的通讯产业链，才能无后顾之忧的发展通讯领域。目前我国移动电话生产厂商的内部元器件仍由国外进口居多，自制的元器件使用率太低，若能提高通讯用元器件自制率以有效降低生产成本，将在未来无线通讯领域上更具竞争力。

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