Um indutor de chip é um componente eletrónico comum utilizado em circuitos para funções como filtragem, regulação e acoplamento. É normalmente feito de uma bobina solenoide enrolada à volta de um chip de material isolante. Este solenoide pode ter uma forma cilíndrica, quadrada ou outra, consoante as necessidades específicas do projeto.
O que é um indutor de chip de 0,1nh？
Um indutor em pastilha (indutor SMD) é um componente passivo de montagem em superfície que armazena energia electromagnética e proporciona filtragem através de uma estrutura em espiral. Entre estes, o 0,1nH (0,1 nanohenry) representa um valor de indutância extremamente baixo, concebido para circuitos de frequência ultra-alta (UHF) em que a indutância mínima é fundamental.
1.Caraterísticas principais dos indutores de chip de 0,1nH
- Indutância ultra-baixa: 0,1nH (1×10¹⁰ H) é um valor de indutância minúsculo, tipicamente obtido utilizando traços muito curtos ou micro bobinas, onde os efeitos parasitas (por exemplo, capacitância distribuída) se tornam significativos.
- Aplicações de alta-frequência: Utilizado principalmente em ondas milimétricas (mmWave), comunicações 5G, front-ends de RF (por exemplo, correspondência de antenas) e circuitos digitais de alta velocidade (por exemplo, otimização da integridade do sinal PCIe/USB).
- Estrutura simplificada: Alguns indutores de 0,1nH podem ser implementados como Traços de PCB (linhas de microfita) ou embalagens SMD ultra-compactas (por exemplo, 0201/01005).
2. fundamentos de indutores de chip geral
- Pacotes standard: 0402, 0603, 0805, etc., embora as variantes de 0,1nH possam exigir projectos ainda mais pequenos.
- Funções principais: Filtragem (supressão de EMI), amortecimento de energia (conversores DC-DC) e casamento de impedâncias (circuitos RF).
- Parâmetros críticos: Para além da indutância, considerar frequência auto-ressonante (SRF), corrente nominal (frequentemente na gama de mA) e fator Q (perda de alta frequência).
3.Diretrizes de seleção para indutores de 0,1nH
- Desempenho de alta frequência: Assegurar que o SRF é muito superior à frequência de funcionamento (por exemplo, >100 GHz para um radar automóvel de 77 GHz).
- Efeitos parasitários: Os indutores de baixo valor são sensíveis a disposição de almofadas e encaminhamento de traços-verificar através de simulação ou ensaio.
- Soluções alternativas: Nalguns casos, um jumper de fio curto pode ser suficiente, mas a consistência e a deriva térmica devem ser avaliadas.
4. aplicações típicas
- Módulos RF: Impedância de regulação fina em saídas de amplificador de potência (PA).
- Circuitos digitais de alta velocidade: Reflexões atenuantes em Sinais da gama GHz (compensação de stub).
- Sistemas de micro-ondas: Redes de correspondência para transições entre guias de ondas e chips.
5. comparação com indutores convencionais
| Parâmetro | Indutor de chip de 0,1nH | Indutor de chip padrão (por exemplo, 1µH) |
|---|
| Gama de frequências | >10 GHz | <1 GHz |
| Utilização primária | Integridade do sinal | Filtragem de energia |
| Estrutura | Possivelmente sem núcleo | Núcleo de ferrite/cerâmica |
Estrutura básica e tipos de indutores de chip
1. Componentes estruturais essenciais
Os indutores de chips de montagem em superfície consistem essencialmente em três elementos-chave:
- Material: Fio de cobre de alta pureza ou condutores de liga (por exemplo, prata-paládio), com algumas variantes de alta frequência que utilizam revestimento de ouro.
- Processo: Bobinagem de precisão ou fotolitografia (para os tipos de película fina), que afectam a resistência DC (DCR) e a resposta em frequência.
- Materiais comuns: Ferrite (baixa frequência, alta indutância), ferrite de níquel-zinco (alta frequência, baixas perdas) ou ligas amorfas (aplicações de alta corrente).
- Função: Aumenta a permeabilidade para aumentar a indutância, mas pode introduzir problemas de saturação (verificar a corrente nominal).
- Encapsulamento/alojamento
- Proteção: O invólucro de cerâmica ou de resina proporciona estabilidade mecânica e resistência ambiental (proteção contra a humidade/oxidação).
- Terminais: Os eléctrodos estanhados ou prateados garantem a fiabilidade da soldadura.
2. Comparação dos principais tipos e caraterísticas
Com base nos métodos de construção, os indutores de pastilha são classificados em quatro tipos:
| Tipo | Fio enrolado | Multicamada | Película fina | Trançado |
|---|
| Estrutura | Fio de cobre no núcleo | Camadas magnéticas laminadas | Traços fotolitografados | Fibras metálicas entrelaçadas |
| Indutância | Largo (nH-mH) | Pequeno (nH-μH) | Ultra-baixo (0,1nH-100nH) | Médio-alto (gama μH) |
| Tolerância | ±2%-±5% | ±5%-±10% | ±0,1nH (alta precisão) | ±10%-±20% |
| Fator Q | Elevado (50-100) | Moderado (20-50) | Muito elevado (>100, RF-fit) | Baixa (<20, potência nominal) |
| Vantagens | Alta precisão, baixa perda | Caminho magnético compacto e fechado | Ultra-alta frequência, miniaturizado | Alta corrente, anti-saturação |
| Limitações | Restrições de dimensão | Gama de indutância estreita | Indutância mínima | Volumoso, fraco desempenho em altas frequências |
| Aplicações | Filtragem de potência, ressonância de baixa frequência. | Smartphones, dispositivos IoT | 5G/mmWave, ICs de RF | Conversão DC-DC de alta corrente |
Princípio de funcionamento e funções principais dos indutores de chip de 0,1nH
1. Princípio de funcionamento (baseado na lei de Faraday da indução electromagnética)
- Conversão de energia electromagnética
- Quando a corrente flui através da bobina indutora, gera uma campo magnético circularcom intensidade de campo proporcional à corrente (Lei Circuital de Ampère).
- Quando a corrente muda (por exemplo, sinais de alta frequência), o campo magnético variável induz uma EMF posterior (Lei de Lenz), resistindo a flutuações bruscas de corrente.
- Caraterísticas de frequência
- Bloqueia AC, passa DC: Impedância quase nula para DC (0Hz), enquanto a impedância AC aumenta com a frequência (XL=2πfL).
- Caraterísticas únicas dos indutores de 0,1nH:
- A indutância extremamente baixa resulta numa impedância mínima (por exemplo, apenas 0,63Ω a 1GHz), tornando-a ideal para caminhos de sinal de frequência ultra-alta (por exemplo, bandas de ondas milimétricas).
- A capacitância parasita (tipicamente 0,1-0,5pF) pode causar auto-ressonância - a seleção deve ter em conta a SRF (Self-Resonant Frequency).
2. Quatro funções principais dos indutores de chip de 0,1nH
| Função | Mecanismo | Aplicações típicas |
|---|
| Alta-freq. filtragem | Forma filtros LC com condensadores para absorver ruído (por exemplo, ondulação de potência, interferência de RF). | Desacoplamento PA da estação de base 5G, circuitos de potência da CPU |
| Amortecimento de energia | Armazena temporariamente a energia em circuitos de comutação (por exemplo, conversores DC-DC) para reduzir as flutuações de tensão provocadas por picos de corrente. | Nós de alta frequência do conversor Buck/Boost |
| Correspondência de impedância | Ajusta a impedância do caminho de RF (por exemplo, interfaces de antena) para minimizar a reflexão do sinal e melhorar a eficiência da transmissão. | Frontends de RF para radares mmWave, conceção de antenas Wi-Fi 6E |
| Supressão de EMI | Cancela o ruído radiado de alta frequência através do cancelamento do fluxo magnético, reduzindo as fugas electromagnéticas com blindagem. | Interfaces SerDes de alta velocidade, módulos de comunicação por satélite |
3. Vantagens exclusivas dos indutores de 0,1nH
- Adequação para frequência ultra-alta
- Funciona até 30GHz+ (por exemplo, comunicações por satélite em banda Ka), onde os indutores tradicionais enrolados em fio falham devido a efeitos parasitas.
- O pacote 01005 (0,4×0,2 mm) permite a incorporação de PCB de alta densidade, ideal para SiP (System-in-Package) desenhos.
- Em comparação com peças de indutância mais elevada, introduz menos perdas nas bandas mmWave (<0,1dB@60GHz).
Guia de soldadura de indutores SMD profissionais
I. Preparação da pré-soldadura
- Lista de verificação de ferramentas e materiais
- Ferramentas essenciais: Estação de solda com temperatura controlada (280-320 ℃ recomendado), fio de solda sem chumbo (0,3-0,5 mm de diâmetro), pinças de precisão seguras para ESD, pistola de ar quente ajustável
- Equipamento auxiliar: Microscópio de soldadura (ampliação de 10-20x), fluxo não limpo, trança de dessoldadura
- Segurança: Correia de pulso ESD, sistema de extração de fumos
- Limpar as almofadas com toalhetes embebidos em álcool para remover a oxidação
- Verifique se as dimensões da almofada correspondem aos terminais do indutor (recomenda-se uma extensão de 0,2 mm)
- Confirmar as marcações de polaridade (essencial para indutores de potência)
II. Procedimento de soldadura normal (soldadura manual)
| Etapa | Principais operações | Parâmetros técnicos |
|---|
| 1. Colocação | Utilizar uma caneta de vácuo ou uma pinça ESD para um alinhamento preciso | Tolerância de posição ≤0,1mm |
| 2. Pré-aquecimento | Pré-aqueça o PCB a 80-100 ℃ com uma pistola de ar quente (5 cm de distância) | Nível de caudal de ar 2-3, 200℃ |
| 3. Fixação temporária | Soldar primeiro um terminal de canto | Ferro de soldar a 300±10℃ |
| 4. Soldadura completa | Aplicar a técnica de soldadura por arrastamento nos restantes terminais | Tempo de contacto <3s por junta |
| 5. Inspeção | Examinar a morfologia das articulações ao microscópio | É necessário um filete côncavo liso |
III. Considerações críticas
- Indutores com núcleo de ferrite: Máximo 300℃
- Indutores de película fina: Utilizar solda de baixa temperatura (138℃ de ponto de fusão)
- Aquecimento contínuo máximo: 5 segundos
- Tratamento de tipos especiais
- Indutores de alta corrente: Pasta de solda adicional na almofada inferior
- Indutores RF: Evitar solda que contenha prata (afecta o fator Q)
- Micro-indutores (01005): Processo de refusão recomendado
- Ligação em ponte: Remover com trança de dessoldagem
- Juntas frias: Refluxo com adição de fluxo
- Deslocação de componentes: Utilizar dispensa de adesivo
IV. Verificação pós-soldadura
- Medição com medidor LCR (desvio <±5%)
- Controlo de conformidade DCR
- Ensaio push-pull (2,5 kgf standard)
- Inspeção por raios X da integridade interna
- Ciclagem térmica (-40℃~125℃)
- Teste de vibração (varrimento de 10 a 500 Hz)
V. Otimização do processo
- Otimização do perfil de refusão recomendado
- Temperatura de pico por tamanho:
- 0603: 235-245℃
- 0402: 230-240℃
- Diretrizes de retrabalho:
- Utilizar dispositivos de aquecimento específicos
- Controlar rigorosamente a duração do reaquecimento
Indutores SMD para o campo
1.circuito de alimentação eléctrica: como uma fonte de alimentação comutada ou um conversor CC-CC.
2.equipamento de comunicação: tais como telemóveis, módulos de comunicação sem fios.
3.circuitos de alta frequência: tais como circuitos de radiofrequência (RF), radar.
4.eletrónica de consumo: tais como computadores portáteis e computadores tablet.