Vollständiger Leitfaden für SMD-Induktivitäten: Abmessungen, Gehäuse und Tipps für das PCB-Design

Die Größe von SMD-Induktivitäten beeinflusst weit mehr als nur den Platz auf der Leiterplatte. Die Gehäuseabmessungen wirken sich direkt auf die Strombelastbarkeit, das Sättigungsverhalten, den DCR und die EMV-Eigenschaften aus. Die Wahl des falschen Gehäuses kann einen kostspieligen Platinen-Neudesign bedeuten, nicht nur Ineffizienz.

Eine Herausforderung besteht darin, dass SMD-Induktivitätsgehäusegrößen mehrere Benennungskonventionen verwenden und die grundlegende Unterscheidung zwischen HF-Chip-Induktivitäten (kompakte Grundfläche, hoher Gütefaktor) und Leistungsinduktivitäten (niedriger DCR, magnetische Abschirmung, hoher Sättigungsstrom) besteht.

Dieser Leitfaden behandelt Gehäusegrößentabellen, HF- vs. Leistungsinduktivitätstypen, Hochstrom-Gehäuse, Footprint-Überlegungen und Auswahlkriterien für jede Anwendungskategorie.

Abbildung: Bestückte Leiterplatte mit vier SMD-Induktivitätstypen: 0402-Chip, 0805-Chip, CD-Trommelkern und NR-abgeschirmte Leistungsinduktivität.

Hinweis

Wenn Sie mit den Grundlagen von Induktivitäten noch nicht vertraut sind, finden Sie in unserem vollständigen Leitfaden zu SMD-Induktivitäten weitere Informationen.

Was bedeutet die Größe einer SMD-Induktivität?

Die Größe einer SMD-Induktivität bezieht sich auf die physische Grundfläche des Bauteils, insbesondere auf seine Länge und Breite auf der Leiterplatte. Wie bei Widerständen und Kondensatoren folgen Induktivitäten einem standardisierten 4-stelligen Benennungssystem, bei dem die Ziffern die Abmessungen kodieren.

Imperiale vs. metrische Gehäusebenennung

Imperial (z. B. 0805): Die ersten beiden Ziffern = Länge in Hundertstel Zoll; die letzten beiden = Breite

Metrisch (z. B. 2012): Die Ziffern repräsentieren direkt die Abmessungen in Zehntelmillimetern. Die Größe wirkt sich direkt auf die elektrische Leistung aus: Kleinere Gehäuse haben engere Wicklungen, was in der Regel einen höheren Gleichstromwiderstand (DCR) und niedrigere Strombelastbarkeiten bedeutet.

Abbildung: Zeigt, wie die SMD-Gehäusecodes 0805 (imperial) und 2012 (metrisch) beide auf dieselben Abmessungen von 2,0 x 1,2 mm dekodiert werden.

Größentabelle für SMD-Induktivitäten

1. Größentabelle für Standard-Chip-/HF-Induktivitäten

2. Größentabelle für Standard-Leistungsinduktivitäten

Hinweis

CD-Serien-Induktivitäten sind Trommelkern-Induktivitäten (zylindrisch). Die Abmessungen folgen der Konvention Durchmesser x Höhe. Die genauen Abmessungen variieren je nach Hersteller. Überprüfen Sie daher immer das spezifische Datenblatt.

3. Größentabelle für Hochstrom-/abgeschirmte Leistungsinduktivitäten

Standard-Gehäusegrößen für HF-Chip-Induktivitäten

Chip-Induktivitäten sind für Signalpfadanwendungen optimiert, bei denen physische Größe und Gütefaktor wichtiger sind als die reine Strombelastbarkeit. Sie sind die Standardwahl in HF-Schaltungen, Filternetzwerken und kompakter Unterhaltungselektronik.

Abbildung: SMD-Chip-Induktivitätsgehäuse von 0402 bis 1210 im relativen Maßstab, mit Gehäusecodes, Abmessungen und beschrifteten Leiterplatten-Landmustern.

Technischer Hinweis

Kleinere Gehäuse erhöhen die Verdrahtungsdichte, bringen aber einen höheren DCR und niedrigere Strombelastbarkeiten mit sich. Für den Signalpfad ist das in der Regel akzeptabel; für den Leistungspfad ist es eine harte Einschränkung.

0402- und 0603-Induktivitäten

Diese sind die erste Wahl für ultrakompakte Elektronik, bei der jeder Quadratmillimeter zählt.

• Üblich in HF-Anpassnetzwerken, Antennenschaltungen und Impedanzabstimmung
• Standard in Smartphones, Hörgeräten und Wearables
• Höherer DCR relativ zur Größe. Ausreichend für Signalströme, nicht für Leistungsstufen
• Erfordern präzise Lotpastenauftrag und strenge Reflow-Lötprofile; manuelles Löten ist äußerst schwierig

0805- und 1206-Induktivitäten

Diese beiden Größen treffen den praktischen Sweet Spot für die meisten PCB-Designer.

• Besseres thermisches Verhalten im Vergleich zu 0402/0603
• Einfacher zu inspizieren, nachzuarbeiten und beim Prototyping von Hand zu löten
• 1206 unterstützt einen etwas höheren Strom und niedrigeren DCR als 0805

Weitgehend unterstützt in automatisierten SMT-Linien, einschließlich des standardmäßigen Leiterplatten-Bestückungsservice bei JLCPCB. Wenn Sie auf Herstellbarkeit bei gleichzeitig angemessener Strombelastbarkeit abzielen, landen die meisten Designs bei 0805 und 1206.

1210-Induktivitäten

Die zusätzliche Breite des 1210-Gehäuses (2,5 mm gegenüber 1,6 mm bei 1206) macht in bestimmten Anwendungen einen bedeutenden Unterschied.

• Höherer Gütefaktor, nützlich in Bandpassfiltern und Resonanzkreisen
• Niedrigerer DCR als 1206 aufgrund eines breiteren Wicklungsquerschnitts
• Bessere thermische Stabilität unter Dauerlast. Der breitere Körper leitet Wärme über eine größere Pad-Fläche ab
• Üblich in Audiofiltern, HF-Frontends und mittleren Leistungsanwendungen

Der Kompromiss ist die Platinenfläche: 1210 verbraucht deutlich mehr horizontale Fläche als 0805 oder 1206, für ein Bauteil, das immer noch zur Signalklasse gehört. Verwenden Sie es, wenn der Gütefaktor oder die thermische Reserve die Footprint-Kosten rechtfertigt. Sobald die Strombelastbarkeit wichtiger wird als die kompakte Grundfläche, verlässt das Design die Chip-Induktivitäten und wechselt in eine völlig andere Produktkategorie.

Standard-Gehäusegrößen für Leistungsinduktivitäten

Leistungsinduktivitäten sind eine völlig andere Kategorie. Sie verwenden dickere Kupferwicklungen, größere Ferritkerne und magnetische Abschirmungen, um kontinuierlichen Gleichstrom ohne Sättigung zu bewältigen.

Im Gegensatz zu Chip-Induktivitäten beschreiben ihre Gehäusecodes alle drei Abmessungen: Länge x Breite x Höhe. Die Höhenabmessung ist hier entscheidend. Sie bestimmt direkt die Größe des Magnetkerns, die den Sättigungsstrom und die thermische Leistung festlegt.

Abbildung: Vergleich einer CD-Serien-Trommelkern-Induktivität und einer NR-Serien-abgeschirmten Forminduktivität, mit beschrifteten Maßpfeilen.

CD32- und CD43-Gehäuse

Kompakte Trommelkern-Leistungsinduktivitäten, geeignet für Anwendungen mit niedrigem bis mittlerem Strom.

• CD32 (Durchm. 3,2 x 2,5 mm) passt in enge Leistungsstufen, bei denen die Bauhöhe eine Einschränkung darstellt, üblich auf ultradünnen tragbaren Platinen
• CD43 (Durchm. 4,3 x 3,0 mm) bewältigt bis zu 3 A, praktisch für leichte DC-DC-Wandler und USB-Stromaufbereitung

Beide werden häufig in leichten Motorsteuerungen und Ladeschaltungen für Einzelzellen-Li-Ionen-Akkus verwendet. Bei dieser Größe wird die Wärmeableitung über das umgebende Kupfer der Leiterplatte zunehmend wichtiger, insbesondere in geschlossenen Designs ohne Luftstrom. Verlassen Sie sich nicht allein auf das Bauteil, um den Temperaturanstieg zu bewältigen.

CD54- und CD73/CD75-Gehäuse

Steigen Sie auf diese Größen um, wenn Sättigungsreserve und Wärmeableitung zu den Hauptanliegen werden.

• CD54 (Durchm. 5,4 x 4,0 mm) unterstützt bis zu 4 A. Der größere Ferrit-Trommelkörper erhöht die Sättigungsschwelle deutlich gegenüber CD43
• CD73 (Durchm. 7,3 x 3,0 mm) deckt 1-6 A ab, mit einer breiteren Basis, die Wärme effektiver über die Platinenoberfläche verteilt
• CD75 teilt denselben Durchmesser wie CD73, fügt aber Höhe hinzu (5,0 mm), was die Induktivitätsdichte verbessert, ohne den PCB-Footprint zu vergrößern. Nützlich, wenn der horizontale Platz begrenzt ist.

Geeignet für mittlere Schaltregler, 12-V-Schienenwandler und mehrkanalige Leistungsbäume

NR3015- und NR6045-Gehäuse

Die NR-Serie verwendet eine vollständig abgeschirmte Formkonstruktion und ist damit das EMV-freundlichste Format in dieser Kategorie.

• Geringeres abgestrahltes Rauschen als offene Trommelkern-CD-Induktivitäten
• NR3015 ist kompakt (3 x 3 x 1,5 mm) und bewältigt bis zu 3 A, eine häufige Wahl für enge Leistungsstufen
• NR6045 skaliert auf 10 A+ und wird häufig verwendet in: Abwärtswandlern, Stromversorgungen für eingebettete Systeme, batteriebetriebenen Geräten, die eine saubere Regelung benötigen

Hochstrom-abgeschirmte SMD-Leistungsinduktivitätsgrößen

Wenn der Strombedarf in GPUs, Automobil-Leistungsstufen und industriellen Motorantrieben über 10 A steigt, reichen die standardmäßigen CD- und NR-Gehäuse nicht mehr aus. Diese größeren abgeschirmten Induktivitäten sind speziell für diesen Betriebsbereich ausgelegt.

Abbildung: SMD-Leistungsinduktivitäten der Serien 1004, 1205 und 1770 neben einem Lineal, das die progressive Größenzunahme von 10 x 10 mm auf 17 x 17 mm zeigt.

1004- und 1205-Induktivitätsserien

• Große Magnetkerne reduzieren den DCR im Vergleich zu mittleren Leistungsgehäusen erheblich
• 1004 bewältigt bis zu 15 A+ mit guter Effizienz bei hohen Schaltfrequenzen. Viele Varianten mit niedriger Induktivität erreichen DCR-Werte deutlich unter 10 mOhm.
• 1205/1207 liefert einen noch niedrigeren DCR bei höheren Sättigungsschwellen, wichtig in GPU-Stromversorgungsnetzwerken und Serverboard-VRMs, wo transiente Stromspitzen groß und schnell sind. Diese Gehäuse profitieren von ihrer großen Kupfer-Pad-Fläche für eine verbesserte Wärmeübertragung in die PCB-Ebene, was die Abhängigkeit von erzwungenem Luftstrom in vielen industriellen Rack-Designs reduziert.

1770-Induktivitätsserie

• Ausgelegt für 20-60 A Dauerbetrieb, ein Bereich, den keine andere SMD-Gehäusekategorie zuverlässig abdeckt
• Der größere Gehäuse-Footprint verbessert die Wärmeübertragung in die Kupferebene der Leiterplatte, wodurch die Selbsterwärmung weitaus besser beherrschbar ist als das Stapeln mehrerer kleinerer Induktivitäten
• Üblich in EV-Batteriemanagementsystemen, industriellen Wechselrichtern, Hochstrom-FPGA-Kernversorgungen und Telekom-Gleichrichterstufen
• DCR-Werte in dieser Serie können bei Teilen mit niedriger Induktivität unter 1 mOhm fallen, was direkte und messbare Auswirkungen auf die Wandlereffizienz bei hoher Last hat. Es ist kein kompaktes Bauteil, aber für Hochstromarbeiten ersetzt nichts die Physik des Kernvolumens.

Hinweis

Schauen Sie sich die aktuellen JLCPCB-Angebotsoptionen an, wenn Sie bereit sind, eine Platine mit diesen schwereren Bauteilen zu kalkulieren.

So wählen Sie die richtige SMD-Induktivitätsgröße

Für kompakte HF-Geräte

• 0402 oder 0603 für HF-Anpassung, Antennenabstimmung und Impedanznetzwerke
• Mehrschicht-Chip-Induktivitäten, wenn Eigenresonanzfrequenz und Gütefaktor kritisch sind
• Akzeptieren Sie den höheren DCR. Bei Signalpegeln ist er irrelevant.

Für allgemeine Elektronik

• 0603 oder 0805 für die meisten Filter-, Signalaufbereitungs- und Niedrigstrom-Versorgungsentkopplungsanwendungen
• Ausgewogenheit zwischen PCB-Platz, thermischem Verhalten und Montagezuverlässigkeit
• Leicht verfügbar in Standard-SMT-Bestückungsbibliotheken

Für Netzteile

• CD54, NR6045 für mittlere Schaltregler (1-10-A-Bereich)
• Wählen Sie abgeschirmte (NR-Serie), wenn die EMV-Konformität eine Rolle spielt
• Passen Sie Isat an Ihren Spitzenstrom mit mindestens 20 % Reserve an

Für Hochstrom-Designs

• 1205- oder 1770-Serie für alles ab 15 A und darüber
• Priorisieren Sie niedrigen DCR und hohen Isat gegenüber der Footprint-Größe
• Das thermische Management wird genauso wichtig wie die Auswahl der Induktivität selbst. Übliche montagefreundliche Gehäuse wie 0805, 1206 und NR-Serien-Induktivitäten werden in schlüsselfertigen PCB-Fertigungsabläufen gut unterstützt, mit standardisierten Footprints, die Beschaffung und Fertigung vereinfachen.

Wie die Größe der SMD-Induktivität die elektrische Leistung beeinflusst

Hier wird die Gehäusewahl zu einer systemweiten Entscheidung, nicht nur zu einer Layout-Präferenz.

Induktivitätswert

Die Induktivität (gemessen in uH oder mH) wird durch die Anwendung festgelegt. Ihre Wandlertopologie, Schaltfrequenz und der Rippelstrom-Budget bestimmen, was Sie benötigen. Die Gehäusegröße legt die Induktivität nicht direkt fest, aber ein bestimmter Induktivitätswert in einem kleineren Gehäuse hat in der Regel einen höheren DCR und einen niedrigeren Sättigungsstrom.

RMS-Strombelastbarkeit (Irms)

• Der maximale Dauerstrom, den die Induktivität ohne übermäßige Selbsterwärmung führen kann
• Normalerweise bei einem Temperaturanstieg von 40 Grad Celsius über der Umgebungstemperatur angegeben
• Größere Gehäuse mit mehr Kupferquerschnitt unterstützen höhere Irms-Werte

Sättigungsstrom (Isat)

Dies ist die Spezifikation, die Ingenieure am häufigsten unterschätzen.

• Isat ist der Strom, bei dem die Induktivität um einen definierten Prozentsatz (typischerweise 20-30 %) abfällt
• Jenseits von Isat: Der Rippelstrom steigt stark an, die Effizienz sinkt und ein thermisches Durchgehen wird zu einem ernsthaften Risiko
• Planen Sie immer mit Reserve. Wenn Ihr Spitzenstrom 3 A beträgt, verwenden Sie keine Induktivität, die für genau 3 A Isat ausgelegt ist

Abbildung: Induktivitäts- vs. Gleichstromkurve für eine SMD-Leistungsinduktivität mit markierter Isat-Schwelle und Übersättigungsbereich.

DCR (Gleichstromwiderstand)

DCR ist eine direkte Effizienzsteuer.

• Kleinere Gehäuse = engere, dünnere Wicklungen = höherer DCR
• Als Wärme verlorene Leistung = I2 x DCR
• Bei batteriebetriebenen Designs ist der DCR oft der entscheidende Faktor zwischen zwei ansonsten gleichwertigen Gehäusen

PCB-Footprint- und Layout-Überlegungen für SMD-Induktivitäten

Die Gehäuseabmessungen allein definieren nicht Ihren Footprint. Pad-Geometrie, Courtyard-Abstand und Sperrzonen variieren je nach Hersteller. Zwei 0805-Induktivitäten verschiedener Anbieter können völlig unterschiedliche Landmuster erfordern.

Grundlegende Layout-Regeln:

• Verwenden Sie immer das vom Hersteller empfohlene Lötpad-Design aus dem spezifischen Datenblatt, nicht einen generischen Footprint
• Halten Sie die Schaltschleife kurz. Minimieren Sie die Fläche, die von Induktivität, Eingangskondensator (Cin) und Schaltknoten eingeschlossen wird
• Fügen Sie Kupferflächen oder thermische Vias unter Leistungsinduktivitäten hinzu, um die Wärmeableitung zu unterstützen
• Vermeiden Sie es, empfindliche Signalleitungen direkt unter abgeschirmten Induktivitäten zu führen. Trotz der Abschirmung existieren Streufelder
• Halten Sie bei ungeschirmten Induktivitäten (Trommelkern) einen Mindestabstand zu anderen magnetisch empfindlichen Bauteilen ein
• Halten Sie Hochstrom-Induktivitäten von empfindlichen Analog- oder HF-Bereichen der Platine fern

Hinweis

Wichtig: Bauteil-Footprints variieren erheblich zwischen den Herstellern. Verifizieren Sie das genaue Landmuster, bevor Sie die Platine zur Fertigung schicken. Eine Abweichung hier bedeutet einen kostspieligen Platinen-Neudesign.

Häufige SMD-Induktivitätstypen

Über die Größe hinaus bestimmt die Konstruktionsmethode, wie sich eine Induktivität unter Last verhält. Die drei dominierenden Typen eignen sich jeweils für unterschiedliche Anwendungen. Diese Nuancen zu verstehen, ist ein wichtiger Teil der Unterscheidung von PCBA- und PCB-Design-Überlegungen.

Verschiedene SMD-Induktivitätstypen sind in mehreren Gehäusegrößen erhältlich, abhängig von Strom-, Frequenz- und thermischen Anforderungen.

Mehrschicht-Chip-Induktivitäten

Hergestellt durch Stapeln von Ferritschichten mit internen leitenden Mustern. Keine Drahtwicklung erforderlich.

• Extrem kompakt, bis hinunter zu 0201 in speziellen HF-Designs
• Hohe Eigenresonanzfrequenz, daher geeignet für HF-Filterung im GHz-Bereich
• Niedrige Strombelastbarkeit (typischerweise deutlich unter 1 A)
• Verwendet in Antennenanpassung, HF-Frontend-Filterung und Impedanznetzwerken in Smartphones und IoT-Modulen

Drahtgewickelte Chip-Induktivitäten

Ein feiner Kupferdraht wird um einen Ferrit- oder Keramikkern gewickelt und dann terminiert und umhüllt.

• Besserer Gütefaktor als Mehrschicht-Induktivitäten bei gleicher Gehäusegröße
• Höhere Strombelastbarkeit als Mehrschicht-Induktivitäten bei äquivalenten Footprints
• Erhältlich von 0402 bis 1210 in Chip-Form
• Üblich in Signalfilterung, Impedanzanpassung und allgemeinen HF-Anwendungen, bei denen die Induktivitätstoleranz von Mehrschicht-Induktivitäten nicht ausreicht

Abgeschirmte Form-Leistungsinduktivitäten

Die zuvor besprochenen NR- und CD-Serien fallen in diese Kategorie. Die Wicklung ist in eine komprimierte Ferritpulvermatrix eingebettet, die sowohl den Kern als auch die Abschirmung bildet.

• Niedrige EMV-Abstrahlung im Vergleich zu offenen Trommelkern- oder ungeschirmten Typen
• Ausgezeichnete thermische Leistung aufgrund der verteilten Ferritmasse
• Bewältigt kontinuierlichen Gleichstrom von 1 A bis 60 A+, abhängig vom Gehäuse
• Die Standardwahl für moderne DC-DC-Wandler, batteriebetriebene Geräte und jedes Design, bei dem die EMV-Konformität eine Rolle spielt

Abbildung: Vergleich der Konstruktionstypen Mehrschicht-Chip, drahtgewickelte Chip und abgeschirmte Form-SMD-Induktivität.

Häufig gestellte Fragen zur SMD-Induktivitätsgröße

F: Was ist die gebräuchlichste SMD-Induktivitätsgröße?

Für allgemeine Elektronik sind 0603 und 0805 am weitesten verbreitet. Für Leistungsanwendungen sind die NR3015 und CD43 häufige Wahlmöglichkeiten in mittleren Designs und bieten eine gute Balance zwischen Größe und Effizienz.

F: Was bedeutet der 0603-Induktivitätscode?

Es ist ein imperialer Code, der die physischen Abmessungen angibt: 06 bedeutet eine Länge von 0,06 Zoll (ca. 1,6 mm), und 03 bedeutet eine Breite von 0,03 Zoll (ca. 0,8 mm). Das genaue metrische Äquivalent ist 1608.

F: Sind größere Leistungsinduktivitäten immer die bessere Wahl?

Nicht universell. Während größere Gehäuse Vorteile wie niedrigeren DCR, höhere Strombelastbarkeiten und überlegenes thermisches Verhalten bieten, verbrauchen sie wertvolle Platinenfläche. Die Bauteilgrößenbestimmung ist immer ein technischer Kompromiss, der auf den spezifischen Anwendungsanforderungen basiert.

F: Welche SMD-Induktivitätsgehäuse bewältigen die höchsten Stromlasten?

Die 1770-Serie ist für anspruchsvolle Dauerlasten von 20-60 A ausgelegt und damit die erste Wahl für industrielle Motorantriebe und automobile Hochstrom-Leistungsstufen.

F: Warum heben Leistungsinduktivitäts-Spezifikationen die Höhenabmessungen hervor?

Die Höhe des Kerns bestimmt direkt den magnetischen Querschnitt des Bauteils. Ein höherer Ferritkern kann mehr magnetischen Fluss verarbeiten, bevor er sättigt, was sowohl den Sättigungsstrom als auch die thermischen Massengrenzen festlegt.

F: Kann ein PCB-Layout eine 0603-Induktivität durch eine 0805 ersetzen?

Elektrisch kann dies funktionieren, wenn beide Teile identische Induktivitäts- und Stromspezifikationen aufweisen. Physisch sind sie jedoch keine Drop-in-Ersatzteile. Sie müssen Ihre CAD-Software aktualisieren, um Pad-Geometrie und Courtyard-Abstände zu überprüfen und Fertigungsfehler zu vermeiden.

Fazit

Die Größe der SMD-Induktivität bestimmt DCR, Strombelastbarkeit, Sättigungsreserve und wie viel Wärme das Design bewältigen muss. HF- und Signalarbeiten bleiben im Chip-Bereich von 0402-1206; die Leistungsumwandlung wechselt zu abgeschirmten CD- oder NR-Serien; alles über 15 A benötigt eine 1205 oder 1770. Die Konstruktionsart ist genauso wichtig wie der Footprint. Eine Mehrschicht-Chip- und eine abgeschirmte Leistungsinduktivität können denselben Gehäusecode teilen, sind aber nicht austauschbar.

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