Mai 2014

Vielschicht-Induktivitäten

Höchste Güte flach gepackt

Speziell für HF-Kreise in Smartphones und Tablets hat TDK eine neue Serie von Vielschicht-Induktivitäten entwickelt. Sie zeichnen sich neben den miniaturisierten Baugrößen durch extrem hohe Güten (Q) aus.

Smartphones für LTE müssen immer mehr Frequenzbänder für Telefonie und Datentransfer bedienen. Gleichzeitig bieten diese Telefone und Tablets eine Reihe von Connectivity-Funktionen. Dazu zählen WLAN, Bluetooth, NFC (Near Field Communication), GPS sowie Radio- und Fernsehempfang. Der Vielzahl von HF-Schaltkreisen entsprechend, erhöht sich die Anzahl an erforderlichen Induktivitäten zur Impedanzanpassung und Filterung.

Konventionelle, gewickelte Induktivitäten bieten zwar hohe Güten, wie sie für HF-Schaltungen gefordert werden, lassen sich aber nicht in den erforderlich kleinen Baugrößen mit besonders geringen Bauhöhen fertigen. Außerdem weisen die Induktivitätswerte dieser Ausführungen relativ hohe Toleranzen auf. Aus diesem Grund wurden die neuen TDK Vielschicht-Induktivitäten mit der Bezeichnung MHQ0603P und MHQ1005P entwickelt. Die Bauelemente dieser neuen Super-High-Q-Serien haben eine Grundfläche von nur 0,65 × 0,35 mm2 oder 1,00 × 0,50 mm2 bei Bauhöhen von 0,6 mm beziehungsweise 0,35 mm. Dank der geringen Abmessungen können die Bauelemente in diskreten Filterschaltungen eingesetzt, aber auch in komplexe Frontend-Module integriert werden.

Gute Performance dank höchster Güte

Ein entscheidender Faktor für den Einsatz von Induktivitäten in Hochfrequenzschaltungen ist deren Güte. Sie ist das Verhältnis des Gleichstromwiderstands zum Blindwiderstand bei einer definierten Frequenz (Q = ωZ/R). Je höher dieser Wert ist, umso geringer ist die Dämpfung des HF-Signals. Gerade in batteriebetriebenen Geräten wie Smartphones und Tablets muss die Dämpfung so gering wie möglich sein, damit die HF-Verstärkerstufen nur wenig Leistung erbringen müssen und dadurch die Batterie schonen. Abbildung 1 zeigt den Verlauf der Güten von 3,9 nH-Induktivitäten im Vergleich.

Abbildung 1: Verlauf der Güten über die Frequenz

Verlauf der Güten der TDK Serien MHQ1005P und MHQ0603P im Vergleich zu existierenden Typen und äquivalenten gewickelten Induktivitäten. Die neuen Serien bieten über den gesamten Frequenzbereich deutlich erkennbar die höchsten Güte-Werte.

Um die erforderlichen hohen Güten zu erreichen, nutzt TDK bei den MHQ0603P- und MHQ1005P-Serien neue Material-, Design- und Prozesstechnologien. Unter anderem werden spezielle Dielektrika und Elektrodenmaterialien verwendet. Außerdem kommt ein Vielschicht-LTTC-Prozess zum Einsatz, der eine höchst mögliche Präzision bietet. Die Kombination dieser Technologie-Kompetenzen ermöglicht Güten, die im Fall der neuen MHQ0603P-Serie um 30 Prozent und bei der MHQ1005P-Serie um 80 Prozent größer sind als bei den bisherigen Vielschicht-Induktivitäten (MLG0603P und MLG1005S). So wird etwa bei 1000 MHz eine Güte von 60 erreicht. Dieser Wert ist vergleichbar mit denen von konventionellen, gewickelten Induktivitäten. Dank der hohen Güten ergibt sich im Tx- und Rx-Band eine geringere Dämpfung als mit herkömmlichen Induktivitäten (Abbildung 2).

Abbildung 2: Dämpfungsverlauf im Tx- und Rx-Band

Die TDK Serie MHQ1005P zeigt dank der hohen Güte vor allem im Tx- Band eine geringere Dämpfung als die Vorgängerversion MLG1005S.

Großes Produktspektrum mit engen Toleranzen

Besonders Anpassschaltungen im HF-Bereich benötigen sehr eng tolerierte Bauelemente. Nur so wird sichergestellt, dass Dämpfungswerte oder Frequenzschwankungen so gering wie möglich ausfallen. Bezogen auf die Induktivitäten in solchen Schaltungen bedeutet das, dass neben hohen Güten auch sehr enge und geringe Toleranzen der Induktivitätswerte eingehalten werden müssen. Aus diesem Grund bieten die TDK Serien MHQ0603P und MHQ1005P im Bereich unter 3,9 nH ein sehr eng gestuftes Produktportfolio mit Schrittweiten von nur 0,1 nH. Mit diesen Bauelementen ist eine sehr genaue Abstimmung von HF-Schaltkreisen und -Anpassnetzwerken möglich. Bei Standardinduktivitäten liegt die Toleranz bei ±5 Prozent. TDK strebt nun an, Toleranzwerte von ±3 Prozent, entsprechend 0,1 nH bei diesen Induktivitäten zu realisieren.

Kenndaten der TDK MHQ-Serien von Vielschicht-Induktivitäten

SerieMHQ1005PMHQ0603P
Induktivitätswerte [nH]0,7 bis 1500,6 bis 39
Betriebstemperatur [°C]–55 bis +125–55 bis +125
DC-Widerstand [Ω (max.)]0,03 bis 3,000,07 bis 3,00
Nennstrom [mA]110 bis 1200160 bis 1000
Abmessungen [mm]1,00 × 0,60 × 0,500,65 × 0,35 × 0,35

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