電極的作用及評估

引言

電感器是一種利用電磁轉(zhuǎn)換原理工作的電子元件，廣泛分布于各類電子產(chǎn)品的電子電路中。電感器根據(jù)不同工藝可分為繞線型、疊層型、薄膜貼片型，其中貼片電感具有高飽和、高可靠性、高精度、小型化的特點，使其在消費類電子、數(shù)碼產(chǎn)品、移動通信、計算機、機頂盒、汽車電子等領(lǐng)域具有獨特的優(yōu)勢。電子產(chǎn)品不斷朝小型化、輕型化、高性能方向發(fā)展趨勢，對貼片電感的可靠性和集成化設(shè)計提出了更高的要求。貼片電感主要由三部分組成，線圈，磁芯和電極。其中，電極的設(shè)計是影響電感可焊性、耐焊性、集成化設(shè)計的關(guān)鍵因素。

1.電極的作用及評估

電極在電感中主要起導(dǎo)通電感線圈和電子元器件的作用，因此貼片電感設(shè)計時要考慮電極的可焊性、耐焊性及高可靠性。目前評估電極特性的常見方法主要包括可焊性試驗、耐焊接熱試驗、抗彎強度試驗、端電極附著力試驗、跌落試驗、晶須試驗、振動試驗、端子強度試驗。

2.各類電極設(shè)計的優(yōu)點和劣勢

貼片電感電極根據(jù)外形可分為L 形電極、I形電極、底部電極、端電極，其優(yōu)缺點如表格1所示。

圖片來源于順絡(luò)電子

3.未來電極設(shè)計的趨勢及驅(qū)動力

電感電極的設(shè)計要考慮上下游制造產(chǎn)線，從自身的核心痛點出發(fā)，滿足智能化、高集成化、綠色化生產(chǎn)要求，因此電感電極的設(shè)計要向小型化、高精化、高可靠性、近凈制造方向靠近。

智能化生產(chǎn)--高度集成和基于模型的定向化設(shè)計

伴隨著電子產(chǎn)品小型化、集成化和功能多樣化的發(fā)展，電子元器件也必須不斷向小型化、高頻化、高精度、高可靠性、低功耗、智能化、集成化方面的方向發(fā)展。 現(xiàn)階段以底部電極為代表的一體成型電感，其電極尺寸精度高、共面度高，可以實現(xiàn)設(shè)備自動化貼裝、自動化搬運的目的，極大地節(jié)約了橫向空間，可實現(xiàn)標準化和定向化設(shè)計，基本可以滿足電感小型化、集成化的需求，因此仍將成為推動電感集成化發(fā)展的新動力。 然而隨著集成電路的集成化的進一步的發(fā)展，單一模塊化設(shè)計的局限性會逐漸凸顯，模塊間的兼容性和空間可利用性較低。為實現(xiàn)電路板設(shè)計的高度集成化，必須要考慮電子電路的整體布局，尋找電極設(shè)計在柔性制造和敏捷制造突破的關(guān)鍵點，實現(xiàn)產(chǎn)品差異化的設(shè)計——基于模型的數(shù)字化設(shè)計+大規(guī)模定制平臺，實現(xiàn)電感電極的整版設(shè)計和定向化制造，實現(xiàn)電極形態(tài)的多種模擬和定向轉(zhuǎn)變。

高可靠性要求--高導(dǎo)電性高柔性的電極材料

目前貼片電感在集成電路和PCB板中貼片時，不可避免的受基板彎曲應(yīng)力及熱沖擊會導(dǎo)致焊錫接合部發(fā)生膨脹及收縮，導(dǎo)致焊點開裂或空洞，從而使電感開路。因此未來電感電極必須在新材料上需求突破，尋找高導(dǎo)電性高彎曲特性的復(fù)合材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)電極（Cu/Ni/Sn）材料。其次，現(xiàn)有電極材料錫層易氧化，貼片時常常會發(fā)生貼片偏移、氣孔、立碑等不良現(xiàn)象，容易造成電路虛焊、空焊、假焊、開路。因此電感電極的設(shè)計在選材上需考慮電極的導(dǎo)電可靠性，采用高導(dǎo)電性高柔性的電極材料，吸收焊接應(yīng)力，防止電感開路。

綠色化制造--優(yōu)化傳統(tǒng)工藝及增材制造

現(xiàn)有大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)電極的工藝局限于電鍍、浸錫、絲網(wǎng)印刷等金屬化處理，其會對環(huán)境造成不可忽略的影響，因此如何解決電子元件的綠色化生產(chǎn)必將成為未來研究的一大主題。現(xiàn)階段不應(yīng)局限于優(yōu)化現(xiàn)有工藝，依靠提高資源利用率和動態(tài)監(jiān)測和控制來實現(xiàn)綠色制造。采用增材制造技術(shù)（采用分層加工或疊加成行）以及PVD/CVD工藝在電極基體上生長金屬化層也應(yīng)成為未來研究的方向之一。

4.總結(jié)

小型化、集成化、高可靠性是電感發(fā)展不變的方向，作為連接電感與電路板橋梁的電極，其設(shè)計時要充分考慮論證各類電極形態(tài)設(shè)計的優(yōu)缺點，進行建模與仿真模擬其使用狀態(tài)，不斷調(diào)整并改進產(chǎn)品電極的結(jié)構(gòu)設(shè)計。 現(xiàn)階段電感的設(shè)計不能局限于現(xiàn)有電極形態(tài)，需著眼于開發(fā)電極的新材料、新技術(shù)，完善產(chǎn)品設(shè)計及制造方案，在結(jié)構(gòu)、材料、工藝上尋求突破，以適應(yīng)貼片電感在智能化生產(chǎn)（高自動化、高集成化）以及高可靠性（耐大電流沖擊、高溫高濕等）、綠色化制造要求。