CN217008882U - 一种基于ltcc的高阻值贴片式共模电感 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于LTCC的高阻值贴片式共模电感，包括有LTCC基材体和左右两段绕向相反且对称布置的线圈，两线圈分别绕设在左右两根圆柱形铁氧体上；两根圆柱形铁氧体的两端分别连接有一横向铁氧体以形成一回路，回路中间设有轴向铁氧体将左右两段线圈隔开；LTCC基材体将线圈、轴向铁氧体、横向铁氧体及圆柱形铁氧体包裹在内以形成共模电感。如此可减小线圈的电长度和绕线匝数，不仅减少线圈缠绕时的左右不匹配度的概率，更减小了整个共模电感的尺寸。而通过轴向铁氧体可更好地束缚电磁场，抵消高频信号产生的电磁辐射干扰。配合LTCC技术可提高产品的一致性和可靠性，便于大量应用于各种对PCB电路要求较高的产品电路中。

Description

一种基于LTCC的高阻值贴片式共模电感

技术领域

本实用新型涉及无线通信技术领域，具体涉及一种主要应用于抑制PCB板上高速率共模信号上产生的高频电磁干扰的共模电感产品。

背景技术

随着人们生活水平的不断提高、无线通信技术的不断发展、电子产品的发展也在按照摩尔定律的发展趋势，不断趋于小形化、集成化的方向发展。这就导致现有的电子产品将会集成很多的功能，如耳机和音响设备的主板上混合了各种高频电路、数字电路和模拟电路，它们工作时会产生大量高频电磁波互相干扰而形成的电磁干扰EMI现象。EMI还会通过主板布线或外接线的线缆缆向自由空间发射，极易造成现有空间中的电磁辐射污染情况，并且较大的辐射功率还会影响其他的电子设备正常工作。

对于PCB板上的芯片在工作过程中既是一个电磁干扰对象，也是一个电磁干扰源。通常我们把电磁干扰归结为两类：分别为差模干扰与共模干扰。音响产品上的两条PCB走线为一基本案例，差模干扰指的是两条走线之间的干扰；而对于共模干扰则是两条走线和PCB的接地线之间形成的电位差而导致的干扰现象。差模干扰的电流主要是作用于两条平行的信号线之间，其传输方向与波形和信号电流的方向是一致的；共模干扰电流作用在信号线路和地线之间，干扰电流在两条信号线上各流过二分之一且同向，并以地线为公共回路。

目前解决上述差模干扰和共模干扰的方式是在PCB上对应差分线上焊接共模电感的方式进行特定频段的抑制作用，而目前共模电感的主流产品为在磁环的两侧反向绕制细铜线的方式，实现抑制整个PCB板上的电磁干扰现象。但这类产品因绕制尺寸和体积较大导致不易用于一些小形化产品的PCB板上，尤其对元器件高度有限制的这类要求。以及其细铜线绕制方法粗糙，无法保证左右两边的线圈绕制圈数和手法一致，因此往往无法达到预期的电磁干扰抑制的效果，而且批量使用时的一致性相对较差，难以实现较好的使用稳定性。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是针对现有技术存在的缺陷，提供一种结构较为简单、性能稳定、易加工、且物理尺寸和体积均相对较小的基于LTCC的高阻值贴片式共模电感。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：一种基于LTCC的高阻值贴片式共模电感，包括有LTCC基材体和线圈，其特征在于：所述线圈包括有左右两段绕向相反且对称布置的线圈，两线圈分别绕设在左右两根圆柱形铁氧体上；两根圆柱形铁氧体的两端分别连接有一横向铁氧体以形成一回路，在回路的中间设置有一轴向铁氧体将左右两段线圈隔开，轴向铁氧体与左右两根圆柱形铁氧体平行并与两端的横向铁氧体连接，将原来的铁氧体回路分割成两个小回路，可有效提高共模电感的阻值和降低共模电感的物理尺寸；通过LTCC基材体将所述线圈、轴向铁氧体、横向铁氧体及圆柱形铁氧体包裹在内以形成共模电感，可减小线圈在1000MHz频段时对应的电长度。

进一步地，两线圈的两端分别连接有金属贴片，整个共模电感通过金属贴片与外部电路板焊接。

进一步地，两线圈的一端分别通过直铜柱与对应的金属贴片连接，另一端则分别通过U形铜柱回折后与对应的金属贴片连接。通过直铜柱和U形铜柱可以将轴向的线圈与金属贴片相连接，并且确保各金属贴片之间相互平行且齐平，更有利于线圈连接至金属贴片时的整体稳定性。

进一步地，所述轴向铁氧体及横向铁氧体均为长方体板状结构，两块横向铁氧体相互平行，轴向铁氧体与两横向铁氧体相互垂直，并且轴向铁氧体位于两线圈之间的中轴线上，两线圈沿轴向铁氧体形成左右对称的结构。轴向铁氧体的高度比共模电感的实际物理尺寸高度略小即可，其主要作用为分割大的磁环回路为两个小的磁环回路，不仅更有效的束缚电磁能量，还可进一步抑制电磁辐射的影响，以及相比不增加磁片结构（即轴向铁氧体）的共模电感的电尺寸会进一步减小。

进一步地，金属贴片为金属铜块，四片金属贴片分别设置于该共模电感的底部四个角落位置；各金属贴片裸露在整个共模电感的底面以便于焊接在微带差分线上，金属贴片的长宽分别为0.5mm、厚度为0.1mm。尺寸过大会造成焊盘之间容易短路，过小不易焊接在微带差分线的传输电路上，因此会选择合适的金属块的长宽值。

进一步地，外部电路板采用90欧姆的差分阻抗对应的微带差分线，微带差分线位于FR-4介质基板上，FR-4介质基板位于接地板上；FR-4介质基板的厚度为0.02mm，微带差分线为0.12mm，两条微带差分线之间的间距为0.18mm。由于微带差分线的阻抗受介质基板、微带差分线的线宽和间距的影响较大，因此，在使用共模电感时要提前判断对应的微带差分线是否工作在差分阻抗为90欧姆的状态下，这样才能很好的去发挥共模电感的性能。

进一步地，两线圈与直铜柱及U形铜柱的线径均为0.015mm，两线圈的长度均为0.2mm，两线圈均为可满足在1000MHz处阻抗抑制效果的四圈，且绕向分别为左手螺旋和右手螺旋结构；用于绕设线圈的圆柱形铁氧体的直径为0.5mm。直铜柱的半径与线径的大小保持一致，可尽量避免电磁波经过共模电感时因阻抗不匹配造成电磁反射现象，影响整个电路的正常工作。

进一步地，整个共模电感的外部尺寸为0.25mm×0.42mm×0.35mm，相比于现有共模电感的尺寸，体积缩小了至少一半，便于使用在各种小型化产品上来解决相关的EMI问题。

本实用新型的外部结构基于LTCC技术，内部的线圈长度和线径等参数可根据实际需求设定的值，线圈中间的圆柱形铁氧体材料与两端的长方体形铁氧体材料采用不同的结构形式组合，并且在其中间部分增加另一个长方体形的铁氧体材料。线圈与焊接使用的铜块贴片采用直铜柱和U形铜柱相连接，并且铜块贴片裸露在LTCC材料的外部用于焊接至差分传输线电路上使用。共模电感的外部采用差分传输线电路，有利于验证共模电感的性能是否满足设计要求。如此使得本实用新型能够在较小的空间尺寸内获得共模信号抑制的功能，并可以使用在各种小型化设备的PCB电路上，且其具有良好的一致性保障了在批量生产和使用时的可靠性。避免了传统的共模电感因绕制手法粗糙、体积巨大、较差的一致性造成用户使用体验度较差的现象。

本实用新型与现有技术相比，其采用绕向完全相反的线圈，且因采用磁环结构减小了其电长度，使得所需绕线的匝数减少。不仅减少了线圈缠绕时的左右不匹配度的概率，更减小了整个共模电感的物理尺寸。同时，另外增加长方体结构磁片可更好的束缚电磁场，抵消高频信号产生的电磁辐射干扰。通过LTCC技术可提高产品的一致性和可靠性，并且便于加工，可大量用于各种对PCB电路要求较高的产品电路设计中。

附图说明

图1为本实用新型的安装结构结构示意图；

图2为本实用新型内部结构示意图；

图3为本实用新型另一角度的内部结构示意图；

图4为本实用新型的阻抗与频率关系图。

图中，1为微带差分线，2为共模电感，3为FR-4介质基板，4为接地板，5为轴向线圈，6为LTCC基材体，7为轴向铁氧体，8为横向铁氧体，9为金属贴片，10为圆柱形铁氧体，11为直铜柱，12为U形铜柱。

具体实施方式

本实施例中，参照图1-图4，所述基于LTCC的高阻值贴片式共模电感，包括有LTCC基材体6和线圈5，线圈5包括有左右两段绕向相反且对称布置的线圈，两线圈5分别绕设在左右两根圆柱形铁氧体10上；两根圆柱形铁氧体10的两端分别连接有一横向铁氧体8以形成一回路，即两根圆柱形铁氧体10连接于两横向铁氧体8之间；在回路的中间设置有一轴向铁氧体7将左右两段线圈5隔开，轴向铁氧体7与左右两根圆柱形铁氧体10平行并与两端的横向铁氧体8连接，将原来的铁氧体回路分割成两个小回路，可有效提高共模电感的阻值和降低共模电感的物理尺寸；通过LTCC基材体6将所述线圈5、轴向铁氧体7、横向铁氧体8及圆柱形铁氧体10包裹在内以形成共模电感2，可减小线圈在1000MHz频段时对应的电长度。

两线圈5的两端分别连接有金属贴片9，整个共模电感通过金属贴片9与外部电路板焊接。

两线圈5的一端分别通过直铜柱11与对应的金属贴片9连接，另一端则分别通过U形铜柱12回折后与对应的金属贴片9连接。通过直铜柱11和U形铜柱12可以将轴向的线圈5与金属贴片9相连接，并且确保各金属贴片9之间相互平行且齐平，更有利于线圈连接至金属贴片9时的整体稳定性。

所述轴向铁氧体7及横向铁氧体8均为长方体板状结构，两块横向铁氧体8相互平行，轴向铁氧体7与两横向铁氧体8相互垂直，并且轴向铁氧体7位于两线圈5之间的中轴线上，两线圈5沿轴向铁氧体7形成左右对称的结构。轴向铁氧体7的高度比共模电感的实际物理尺寸高度略小即可，其主要作用为分割大的磁环回路为两个小的磁环回路，不仅更有效的束缚电磁能量，还可进一步抑制电磁辐射的影响，以及相比不增加磁片结构（即轴向铁氧体）的共模电感的电尺寸会进一步减小。

金属贴片9为金属铜块，四片金属贴片9分别设置于该共模电感的底部四个角落位置；各金属贴片9裸露在整个共模电感的底面以便于焊接在微带差分线上，金属贴片9的长宽分别为0.5mm、厚度为0.1mm。尺寸过大会造成焊盘之间容易短路，过小不易焊接在微带差分线1的传输电路上，因此会选择合适的金属块的长宽值。可以有效的保障共模电感2的尺寸以及一致性可控，更加便于焊接至各种复杂的电路上使用。

外部电路板采用90欧姆的差分阻抗对应的微带差分线1，微带差分线1位于FR-4介质基板3上，FR-4介质基板3位于接地板4上；FR-4介质基板3的厚度为0.02mm，微带差分线1为0.12mm，两条微带差分线1之间的间距为0.18mm。由于微带差分线1的阻抗受介质基板、微带差分线的线宽和间距的影响较大，因此，在使用共模电感时要提前判断对应的微带差分线是否工作在差分阻抗为90欧姆的状态下，这样才能很好的去发挥共模电感的性能。

两线圈5与直铜柱11及U形铜柱12的线径均为0.015mm，两线圈5的长度均为0.2mm，两线圈5均为可满足在1000MHz处阻抗抑制效果的四圈，且绕向分别为左手螺旋和右手螺旋结构；用于绕设线圈5的圆柱形铁氧体10的直径为0.5mm。直铜柱11的半径与线径的大小保持一致，可尽量避免电磁波经过共模电感时因阻抗不匹配造成电磁反射现象，影响整个电路的正常工作。

整个共模电感2的外部尺寸为0.25mm×0.42mm×0.35mm，相比于现有共模电感的尺寸，体积缩小了至少一半，便于使用在各种小型化产品上来解决相关的EMI问题。

以上已将本实用新型做一详细说明，以上所述，仅为本实用新型之较佳实施例而已，当不能限定本实用新型实施范围，即凡依本申请范围所作均等变化与修饰，皆应仍属本实用新型涵盖范围内。

Claims (8)

1.一种基于LTCC的高阻值贴片式共模电感，包括有LTCC基材体和线圈，其特征在于：所述线圈包括有左右两段绕向相反且对称布置的线圈，两线圈分别绕设在左右两根圆柱形铁氧体上；两根圆柱形铁氧体的两端分别连接有一横向铁氧体以形成一回路，在回路的中间设置有一轴向铁氧体将左右两段线圈隔开，轴向铁氧体与左右两根圆柱形铁氧体平行并与两端的横向铁氧体连接；通过LTCC基材体将所述线圈、轴向铁氧体、横向铁氧体及圆柱形铁氧体包裹在内以形成共模电感。

2.根据权利要求1所述的基于LTCC的高阻值贴片式共模电感，其特征在于：两线圈的两端分别连接有金属贴片，整个共模电感通过金属贴片与外部电路板焊接。

3.根据权利要求2所述的基于LTCC的高阻值贴片式共模电感，其特征在于：两线圈的一端分别通过直铜柱与对应的金属贴片连接，另一端则分别通过U形铜柱回折后与对应的金属贴片连接。

4.根据权利要求1所述的基于LTCC的高阻值贴片式共模电感，其特征在于：所述轴向铁氧体及横向铁氧体均为长方体板状结构，两块横向铁氧体相互平行，轴向铁氧体与两横向铁氧体相互垂直，并且轴向铁氧体位于两线圈之间的中轴线上，两线圈沿轴向铁氧体形成左右对称的结构。

5.根据权利要求2所述的基于LTCC的高阻值贴片式共模电感，其特征在于：金属贴片为金属铜块，四片金属贴片分别设置于该共模电感的底部四个角落位置；各金属贴片裸露在整个共模电感的底面以便于焊接在微带差分线上，金属贴片的长宽分别为0.5mm、厚度为0.1mm。

6.根据权利要求2所述的基于LTCC的高阻值贴片式共模电感，其特征在于：外部电路板采用90欧姆的差分阻抗对应的微带差分线，微带差分线位于FR-4介质基板上，FR-4介质基板位于接地板上；FR-4介质基板的厚度为0.02mm，微带差分线为0.12mm，两条微带差分线之间的间距为0.18mm。

7.根据权利要求3所述的基于LTCC的高阻值贴片式共模电感，其特征在于：两线圈与直铜柱及U形铜柱的线径均为0.015mm，两线圈的长度均为0.2mm，两线圈均为四圈，且绕向分别为左手螺旋和右手螺旋结构；用于绕设线圈的圆柱形铁氧体的直径为0.5mm。

8.根据权利要求1所述的基于LTCC的高阻值贴片式共模电感，其特征在于：整个共模电感的外部尺寸为0.25mm×0.42mm×0.35mm。

Images