柯文淞、黃玉婷、湯士源 / 工研院材化所
電感元件應用於3C電子產品，因應終端產品愈趨輕薄短小及多功能化，以及產業技術往多相電源直流/直流轉換器推進，加上開關頻率愈來愈高頻，驅使電感朝向小型化、薄型化與耐大電流發展。此外，電感元件在如資料中心、伺服器、軍事、醫療儀器、工業儀器、車載、電動汽車等之電源模組的應用，亦要求高功率密度、耐溫度、耐候性及高效率等優異表現，對應使用的電感材料開發，勢必需朝向高飽和磁束、高耐溫度及溫度穩定性持續精進。
【內文精選】
電感材料
電感(Inductor)在電路中主要的作用有兩種：一是在電路上提供高感抗作為訊號的雜訊濾除，相當於雜訊濾波器；二是在電路上提供暫存電感磁能作為電能的轉換。可以作為電感器的磁芯(Magnetic Core)材料種類繁多，這些磁芯材料可以分為兩大類：一種是陶瓷磁性材料，主要是鎳鋅鐵氧體、錳鋅鐵氧體、鎂銅鋅鐵氧體等材料；第二種是金屬軟磁材料，有碳基鐵粉、鐵鎳、鐵矽、鐵矽鋁、鐵矽鉻、非晶合金等之鐵合金磁粉。
電 感
電感器的產品類型分為插件電感和表面黏著(SMD)電感。一直以來，電感的「非標準化」使得電感具有兩大行業特性：一是，需要精密製造及客製化設計能力；二是，客製化導致生產與產能轉換較為困難。因此，不同於電容、電阻的價格波動較大，電感價格相對較為穩定。電感器發展至今，在型態上有三、四種型態，分別是：繞線電感、積層晶片電感(Multilayer Chip Inductor)(厚膜電感)、薄膜電感及模壓電感(Molding Inductor)(或稱為一體式電感或合金電感)。繞線式的電感是在磁芯的外側纏繞線圈，因此，在通電流時產生之磁束迴路將延伸至電感器的外部，容易有磁漏的現象，對電感元件附近的電路或元件有可能成為電磁干擾的來源之一。積層晶片電感也是由磁芯、線圈及端電極所構成，但是線圈是被製作在磁芯的內部，因此，所產生之磁束迴路被侷限在磁芯內部，無磁漏現象，是整體合而為一的單石構造，可靠性較高。
電感製作
不同類型的電感在其製程上截然不同。繞線電感是將電感磁芯材料捲繞上漆包銅線後，加以組裝或覆蓋上絕緣樹脂加以封裝。薄膜電感是在陶瓷薄片基板上蒸鍍卷線圖案的導體與絕緣層所組成的。而積層晶片電感，是於鐵氧體磁芯材料之生胚薄片上，以網版印刷印上數千個銀導體線圈線路，將網印線圈的多層生胚薄片經積層堆疊後再加以疊壓，切割成電感元件尺寸，經脫脂、燒結，於電感元件的兩端沾塗上銀端子電極等多個製程所製作而成，積層式的電感之製程技術流程如圖三。
圖三、積層晶片電感的製程技術流程(Process of Multilayer Inductor)
電感應用於MCU之小型DC/DC模組
功率電感為電能轉換元件且廣泛使用於DC/DC電源轉換器，每一種電子產品需要數十顆以上之電感以穩定工作電壓，產品涵蓋智慧型手機、PC、NB、平板、TV、遊戲機、車用電子及醫療電子等應用。以5G智慧型手機為例說明，依據業者估計，5G手機單機的電感用量約為120~180顆，其中，功率電感用量約為20~40顆，相比於4G手機增長30%~50%；射頻電感用量約為120顆~160顆，相比於4G手機增長約一倍。加上近年來，隨著攜帶型電子產品與移動型電子設備中，其組件的小型、多機能、高性能、省電化等需求不斷發展，搭載的電子元件就更加要求小型、薄型化且高性能化。
工研院材料與化工研究所結合所開發之低溫燒結電感材料及低溫燒結電容性材料，搭配電磁路模擬設計及低溫共燒技術，開發製作LC低通濾波器，後續進一步結合電路設計與電源IC整合，開發整合型小型DD模組，如圖十一。在電子產品朝小型、多功能、省電化等需求不斷發展的趨勢下，搭載的電子元件就更加要求小型、薄型化且高性能化。因此將多種電子零組件整合成為模組來節省封裝面積，在同樣的電路板面積上，可以封裝更多的電子零組件，整體提高電路板的封裝密度。將電感與電源IC整合為DC-DC模組，以節省封裝面積，提高整體電路板的封裝密度，將是指日可待---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
圖十一、小型積層式整合型DD模組
★本文節錄自《工業材料雜誌》431期，更多資料請見下方附檔。