ข่าว

Giovanni D'Amore กล่าวถึงการใช้เครื่องวิเคราะห์อิมพีแดนซ์และอุปกรณ์จับยึดระดับมืออาชีพเพื่อระบุคุณลักษณะของวัสดุอิเล็กทริกและแม่เหล็ก
เราคุ้นเคยกับการคิดถึงความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีจากรุ่นโทรศัพท์มือถือหรือโหนดกระบวนการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ สิ่งเหล่านี้ให้ประโยชน์แต่เป็นความก้าวหน้าที่คลุมเครือในการใช้เทคโนโลยี (เช่น สาขาวัสดุศาสตร์)
ใครก็ตามที่ได้แยกชิ้นส่วนทีวี CRT หรือเปิดแหล่งจ่ายไฟเก่าจะรู้สิ่งหนึ่ง: คุณไม่สามารถใช้ส่วนประกอบของศตวรรษที่ 20 เพื่อผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แห่งศตวรรษที่ 21 ได้
ตัวอย่างเช่น ความก้าวหน้าอย่างรวดเร็วในด้านวัสดุศาสตร์และนาโนเทคโนโลยีได้สร้างวัสดุใหม่ที่มีคุณสมบัติที่จำเป็นในการสร้างตัวเหนี่ยวนำและตัวเก็บประจุที่มีความหนาแน่นสูงและมีประสิทธิภาพสูง
การพัฒนาอุปกรณ์โดยใช้วัสดุเหล่านี้จำเป็นต้องมีการตรวจวัดคุณสมบัติทางไฟฟ้าและแม่เหล็กอย่างแม่นยำ เช่น สภาพอนุญาตและความสามารถในการซึมผ่าน ในช่วงความถี่การทำงานและช่วงอุณหภูมิ
วัสดุไดอิเล็กทริกมีบทบาทสำคัญในชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ เช่น ตัวเก็บประจุและฉนวน ค่าคงที่ไดอิเล็กทริกของวัสดุสามารถปรับได้โดยการควบคุมองค์ประกอบและ/หรือโครงสร้างจุลภาค โดยเฉพาะเซรามิก
การวัดคุณสมบัติไดอิเล็กตริกของวัสดุใหม่ในช่วงต้นของวงจรการพัฒนาส่วนประกอบเป็นสิ่งสำคัญมากเพื่อคาดการณ์ประสิทธิภาพของวัสดุ
สมบัติทางไฟฟ้าของวัสดุอิเล็กทริกมีลักษณะเฉพาะคือการอนุญาตที่ซับซ้อนซึ่งประกอบด้วยส่วนจริงและส่วนจินตภาพ
ส่วนที่แท้จริงของค่าคงที่ไดอิเล็กตริกหรือที่เรียกว่าค่าคงที่ไดอิเล็กตริก แสดงถึงความสามารถของวัสดุในการเก็บพลังงานเมื่ออยู่ภายใต้สนามไฟฟ้า เมื่อเปรียบเทียบกับวัสดุที่มีค่าคงที่ไดอิเล็กทริกต่ำกว่า วัสดุที่มีค่าคงที่ไดอิเล็กตริกสูงกว่าสามารถเก็บพลังงานได้มากขึ้นต่อหน่วยปริมาตร ซึ่งทำให้มีประโยชน์สำหรับตัวเก็บประจุความหนาแน่นสูง
วัสดุที่มีค่าคงที่ไดอิเล็กทริกต่ำสามารถใช้เป็นฉนวนที่มีประโยชน์ในระบบส่งสัญญาณได้ เนื่องจากไม่สามารถกักเก็บพลังงานได้จำนวนมาก จึงช่วยลดความล่าช้าในการแพร่กระจายของสัญญาณผ่านสายไฟใดๆ ที่หุ้มฉนวนไว้
ส่วนจินตภาพของค่าการอนุญาตที่ซับซ้อนแสดงถึงพลังงานที่กระจายไปโดยวัสดุอิเล็กทริกในสนามไฟฟ้า ซึ่งต้องมีการจัดการอย่างรอบคอบเพื่อหลีกเลี่ยงการกระจายพลังงานมากเกินไปในอุปกรณ์ เช่น ตัวเก็บประจุที่ทำจากวัสดุอิเล็กทริกใหม่เหล่านี้
มีวิธีการต่างๆ ในการวัดค่าคงที่ไดอิเล็กทริก วิธีเพลทขนานวางวัสดุภายใต้การทดสอบ (MUT) ระหว่างอิเล็กโทรดสองตัว สมการที่แสดงในรูปที่ 1 ใช้เพื่อวัดอิมพีแดนซ์ของวัสดุและแปลงเป็นค่าการอนุญาตที่ซับซ้อน ซึ่ง หมายถึงความหนาของวัสดุและพื้นที่และเส้นผ่านศูนย์กลางของอิเล็กโทรด
วิธีนี้ใช้สำหรับการวัดความถี่ต่ำเป็นหลัก แม้ว่าหลักการจะง่าย แต่การวัดที่แม่นยำก็ทำได้ยากเนื่องจากข้อผิดพลาดในการวัด โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับวัสดุที่มีการสูญเสียต่ำ
ค่าอนุญาตที่ซับซ้อนจะแตกต่างกันไปตามความถี่ ดังนั้นจึงควรประเมินที่ความถี่ในการทำงาน ที่ความถี่สูง ข้อผิดพลาดที่เกิดจากระบบการวัดจะเพิ่มขึ้น ส่งผลให้การวัดไม่ถูกต้อง
ฟิกซ์เจอร์ทดสอบวัสดุอิเล็กทริก (เช่น Keysight 16451B) มีอิเล็กโทรดสามอิเล็กโทรด สองอิเล็กโทรดสร้างตัวเก็บประจุ และอิเล็กโทรดที่สามทำหน้าที่เป็นอิเล็กโทรดป้องกัน อิเล็กโทรดป้องกันมีความจำเป็นเนื่องจากเมื่อมีการสร้างสนามไฟฟ้าระหว่างอิเล็กโทรดทั้งสอง ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของ สนามไฟฟ้าจะไหลผ่าน MUT ที่ติดตั้งอยู่ระหว่างกัน (ดูรูปที่ 2)
การมีอยู่ของสนามขอบนี้อาจนำไปสู่การวัดค่าคงที่ไดอิเล็กทริกของ MUT ที่ผิดพลาด อิเล็กโทรดป้องกันจะดูดซับกระแสที่ไหลผ่านสนามขอบ ซึ่งจะช่วยปรับปรุงความแม่นยำในการวัด
หากคุณต้องการวัดคุณสมบัติไดอิเล็กทริกของวัสดุ สิ่งสำคัญคือคุณจะต้องวัดเฉพาะวัสดุเท่านั้น ด้วยเหตุผลนี้ จึงเป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องแน่ใจว่าตัวอย่างวัสดุมีความเรียบมากเพื่อขจัดช่องว่างอากาศระหว่างตัวอย่างกับวัสดุ อิเล็กโทรด
มีสองวิธีในการบรรลุเป้าหมาย วิธีแรกคือการใช้อิเล็กโทรดฟิล์มบางกับพื้นผิวของวัสดุที่จะทดสอบ วิธีที่สองคือการหาค่าการอนุญาตที่ซับซ้อนโดยการเปรียบเทียบความจุระหว่างอิเล็กโทรด ซึ่งจะวัดเมื่อมีและไม่มี ของวัสดุ
อิเล็กโทรดป้องกันช่วยปรับปรุงความแม่นยำในการวัดที่ความถี่ต่ำ แต่อาจส่งผลเสียต่อสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่ความถี่สูง ผู้ทดสอบบางรายมีตัวเลือกการติดตั้งวัสดุอิเล็กทริกด้วยอิเล็กโทรดขนาดกะทัดรัด ซึ่งสามารถขยายช่วงความถี่ที่เป็นประโยชน์ของเทคนิคการวัดนี้ได้ ซอฟต์แวร์ยังสามารถ ช่วยขจัดผลกระทบจากความจุไฟฟ้าแบบฝอย
ข้อผิดพลาดตกค้างที่เกิดจากฟิกซ์เจอร์และเครื่องวิเคราะห์สามารถลดลงได้ด้วยการชดเชยวงจรเปิด การลัดวงจร และการชดเชยโหลด เครื่องวิเคราะห์อิมพีแดนซ์บางรุ่นมีฟังก์ชันการชดเชยในตัว ซึ่งช่วยในการวัดที่แม่นยำในช่วงความถี่ที่กว้าง
การประเมินว่าคุณสมบัติของวัสดุอิเล็กทริกเปลี่ยนแปลงไปตามอุณหภูมิอย่างไร จำเป็นต้องใช้ห้องควบคุมอุณหภูมิและสายเคเบิลทนความร้อน เครื่องวิเคราะห์บางตัวมีซอฟต์แวร์สำหรับควบคุมเซลล์ร้อนและชุดสายเคเบิลทนความร้อน
เช่นเดียวกับวัสดุอิเล็กทริก วัสดุเฟอร์ไรต์มีการปรับปรุงอย่างต่อเนื่อง และมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เป็นส่วนประกอบตัวเหนี่ยวนำและแม่เหล็ก เช่นเดียวกับส่วนประกอบของหม้อแปลง ตัวดูดซับสนามแม่เหล็ก และตัวระงับ
ลักษณะสำคัญของวัสดุเหล่านี้ ได้แก่ ความสามารถในการซึมผ่านและการสูญเสียที่ความถี่การทำงานที่สำคัญ เครื่องวิเคราะห์อิมพีแดนซ์พร้อมฟิกซ์เจอร์วัสดุแม่เหล็กสามารถให้การวัดที่แม่นยำและทำซ้ำได้ในช่วงความถี่ที่กว้าง
เช่นเดียวกับวัสดุอิเล็กทริก การซึมผ่านของวัสดุแม่เหล็กเป็นคุณลักษณะที่ซับซ้อนซึ่งแสดงออกมาในส่วนจริงและส่วนจินตภาพ คำศัพท์ที่แท้จริงแสดงถึงความสามารถของวัสดุในการนำฟลักซ์แม่เหล็ก และคำศัพท์จินตภาพแสดงถึงการสูญเสียในวัสดุ วัสดุที่มีการซึมผ่านของแม่เหล็กสูงสามารถ ใช้เพื่อลดขนาดและน้ำหนักของระบบแม่เหล็ก ส่วนประกอบที่สูญเสียของการซึมผ่านของแม่เหล็กสามารถลดลงได้เพื่อประสิทธิภาพสูงสุดในการใช้งาน เช่น หม้อแปลงไฟฟ้า หรือขยายให้ใหญ่สุดในการใช้งาน เช่น การป้องกัน
การซึมผ่านที่ซับซ้อนถูกกำหนดโดยอิมพีแดนซ์ของตัวเหนี่ยวนำที่เกิดจากวัสดุ ในกรณีส่วนใหญ่จะแตกต่างกันไปตามความถี่ ดังนั้นจึงควรมีลักษณะเฉพาะที่ความถี่ในการทำงาน ที่ความถี่สูงกว่า การวัดที่แม่นยำเป็นเรื่องยากเนื่องจากความต้านทานปรสิตของ อุปกรณ์จับยึด สำหรับวัสดุที่มีการสูญเสียต่ำ มุมเฟสของอิมพีแดนซ์มีความสำคัญ แม้ว่าความแม่นยำของการวัดเฟสมักจะไม่เพียงพอก็ตาม
ความสามารถในการซึมผ่านของแม่เหล็กยังเปลี่ยนแปลงไปตามอุณหภูมิ ดังนั้นระบบการวัดควรจะสามารถประเมินคุณลักษณะของอุณหภูมิได้อย่างแม่นยำในช่วงความถี่ที่กว้าง
การซึมผ่านที่ซับซ้อนสามารถหาได้จากการวัดความต้านทานของวัสดุแม่เหล็ก ซึ่งทำได้โดยการพันสายไฟบางส่วนไว้รอบวัสดุและการวัดความต้านทานที่สัมพันธ์กับปลายของเส้นลวด ผลลัพธ์อาจแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับลักษณะของการพันสายไฟและปฏิกิริยาโต้ตอบ ของสนามแม่เหล็กกับสภาพแวดล้อมโดยรอบ
ฟิกซ์เจอร์ทดสอบวัสดุแม่เหล็ก (ดูรูปที่ 3) ให้ตัวเหนี่ยวนำแบบเลี้ยวเดียวที่ล้อมรอบขดลวดวงแหวนของ MUT ไม่มีฟลักซ์การรั่วไหลในตัวเหนี่ยวนำแบบเทิร์นเดียว ดังนั้นสนามแม่เหล็กในฟิกซ์เจอร์จึงสามารถคำนวณได้โดยทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้า .
เมื่อใช้ร่วมกับเครื่องวิเคราะห์อิมพีแดนซ์/วัสดุ รูปร่างที่เรียบง่ายของฟิกซ์เจอร์โคแอกเซียลและ MUT แบบทอรอยด์สามารถประเมินได้อย่างแม่นยำ และครอบคลุมความถี่ได้กว้างตั้งแต่ 1kHz ถึง 1GHz
ข้อผิดพลาดที่เกิดจากระบบการวัดสามารถกำจัดได้ก่อนการวัด ข้อผิดพลาดที่เกิดจากเครื่องวิเคราะห์อิมพีแดนซ์สามารถปรับเทียบได้โดยการแก้ไขข้อผิดพลาดสามระยะ ที่ความถี่สูงกว่า การสอบเทียบตัวเก็บประจุการสูญเสียต่ำสามารถปรับปรุงความแม่นยำของมุมเฟสได้
ฟิกซ์เจอร์สามารถให้แหล่งที่มาของข้อผิดพลาดอื่นได้ แต่สามารถชดเชยความเหนี่ยวนำที่เหลือได้โดยการวัดฟิกซ์เจอร์โดยไม่ต้องใช้ MUT
เช่นเดียวกับการวัดไดอิเล็กทริก จำเป็นต้องมีห้องอุณหภูมิและสายเคเบิลทนความร้อนเพื่อประเมินคุณลักษณะอุณหภูมิของวัสดุแม่เหล็ก
โทรศัพท์มือถือที่ดีกว่า ระบบช่วยเหลือผู้ขับขี่ขั้นสูง และแล็ปท็อปที่เร็วขึ้น ล้วนอาศัยความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องในเทคโนโลยีที่หลากหลาย เราสามารถวัดความก้าวหน้าของโหนดกระบวนการเซมิคอนดักเตอร์ได้ แต่ชุดของเทคโนโลยีสนับสนุนกำลังพัฒนาอย่างรวดเร็วเพื่อทำให้กระบวนการใหม่เหล่านี้สามารถ นำไปใช้
ความก้าวหน้าล่าสุดในด้านวัสดุศาสตร์และนาโนเทคโนโลยีทำให้สามารถผลิตวัสดุที่มีคุณสมบัติเป็นฉนวนและแม่เหล็กได้ดีขึ้นกว่าเดิม อย่างไรก็ตาม การวัดความก้าวหน้าเหล่านี้เป็นกระบวนการที่ซับซ้อน โดยเฉพาะอย่างยิ่งเนื่องจากไม่จำเป็นต้องมีการโต้ตอบระหว่างวัสดุและอุปกรณ์ติดตั้งที่ มีการติดตั้งแล้ว
เครื่องมือและอุปกรณ์ติดตั้งที่คิดมาอย่างดีสามารถเอาชนะปัญหาเหล่านี้ได้ และนำการวัดคุณสมบัติของวัสดุไดอิเล็กตริกและแม่เหล็กที่เชื่อถือได้ ทำซ้ำได้ และมีประสิทธิภาพมาสู่ผู้ใช้ที่ไม่มีความเชี่ยวชาญเฉพาะด้านในสาขาเหล่านี้ ผลลัพธ์ที่ได้ควรทำให้การปรับใช้วัสดุขั้นสูงเร็วขึ้นทั่วทั้ง ระบบนิเวศทางอิเล็กทรอนิกส์
“Electronic Weekly” ร่วมมือกับ RS Grass Roots เพื่อมุ่งเน้นการแนะนำวิศวกรอิเล็กทรอนิกส์รุ่นเยาว์ที่เก่งที่สุดในสหราชอาณาจักรในปัจจุบัน
ส่งข่าวสาร บล็อก และความคิดเห็นของเราโดยตรงไปยังกล่องจดหมายของคุณ! สมัครรับจดหมายข่าว e-weekly: สไตล์ กูรูด้านแกดเจ็ต และบทสรุปรายวันและรายสัปดาห์
อ่านข้อมูลเสริมพิเศษของเราเพื่อเฉลิมฉลองครบรอบ 60 ปีของ Electronic Weekly และตั้งตารอถึงอนาคตของอุตสาหกรรม
อ่าน Electronic Weekly ฉบับแรกทางออนไลน์: 7 กันยายน 1960 เราได้สแกนฉบับพิมพ์ครั้งแรกเพื่อให้คุณเพลิดเพลินได้
อ่านข้อมูลเสริมพิเศษของเราเพื่อเฉลิมฉลองครบรอบ 60 ปีของ Electronic Weekly และตั้งตารอถึงอนาคตของอุตสาหกรรม
อ่าน Electronic Weekly ฉบับแรกทางออนไลน์: 7 กันยายน 1960 เราได้สแกนฉบับพิมพ์ครั้งแรกเพื่อให้คุณเพลิดเพลินได้
ฟังพอดแคสต์นี้และฟัง Chetan Khona (ผู้อำนวยการฝ่ายอุตสาหกรรม วิสัยทัศน์ การดูแลสุขภาพและวิทยาศาสตร์ของ Xilinx) พูดคุยเกี่ยวกับวิธีที่ Xilinx และอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ตอบสนองต่อความต้องการของลูกค้า
การใช้เว็บไซต์นี้แสดงว่าคุณยอมรับการใช้คุกกี้Electronics Weekly เป็นเจ้าของโดย Metropolis International Group Limited ซึ่งเป็นสมาชิกของ Metropolis Group; คุณสามารถดูนโยบายความเป็นส่วนตัวและคุกกี้ของเราได้ที่นี่