Tin tức

Giovanni D'Amore đã thảo luận về việc sử dụng máy phân tích trở kháng và thiết bị cố định chuyên nghiệp để mô tả đặc tính của vật liệu điện môi và từ tính.
Chúng ta đã quen với việc nghĩ về tiến bộ công nghệ từ các thế hệ mẫu điện thoại di động hoặc các nút quy trình sản xuất chất bán dẫn. Những điều này cung cấp những tiến bộ ngắn gọn hữu ích nhưng ít người biết đến trong việc hỗ trợ các công nghệ (chẳng hạn như lĩnh vực khoa học vật liệu).
Ai đã từng tháo TV CRT hay bật bộ nguồn cũ sẽ biết một điều: Bạn không thể sử dụng linh kiện của thế kỷ 20 để chế tạo nên những thiết bị điện tử của thế kỷ 21.
Ví dụ, những tiến bộ nhanh chóng trong khoa học vật liệu và công nghệ nano đã tạo ra các vật liệu mới với các đặc tính cần thiết để chế tạo các cuộn cảm và tụ điện mật độ cao, hiệu suất cao.
Việc phát triển thiết bị sử dụng các vật liệu này đòi hỏi phải đo chính xác các đặc tính điện và từ, chẳng hạn như độ thấm và độ thấm, trên một dải tần số hoạt động và phạm vi nhiệt độ.
Vật liệu điện môi đóng vai trò quan trọng trong các linh kiện điện tử như tụ điện và chất cách điện. Hằng số điện môi của vật liệu có thể được điều chỉnh bằng cách kiểm soát thành phần và/hoặc cấu trúc vi mô của nó, đặc biệt là gốm sứ.
Điều rất quan trọng là phải đo sớm các đặc tính điện môi của vật liệu mới trong chu kỳ phát triển linh kiện để dự đoán hiệu suất của chúng.
Tính chất điện của vật liệu điện môi được đặc trưng bởi độ thấm phức tạp của chúng, bao gồm phần thực và phần ảo.
Phần thực của hằng số điện môi, còn gọi là hằng số điện môi, biểu thị khả năng lưu trữ năng lượng của vật liệu khi chịu tác dụng của điện trường. So với các vật liệu có hằng số điện môi thấp hơn, vật liệu có hằng số điện môi cao hơn có thể lưu trữ nhiều năng lượng hơn trên một đơn vị thể tích , điều này làm cho chúng hữu ích cho các tụ điện mật độ cao.
Các vật liệu có hằng số điện môi thấp hơn có thể được sử dụng làm chất cách điện hữu ích trong hệ thống truyền tín hiệu, chính xác là vì chúng không thể lưu trữ lượng năng lượng lớn, do đó giảm thiểu độ trễ truyền tín hiệu qua bất kỳ dây nào được cách điện bởi chúng.
Phần ảo của hằng số điện môi phức biểu thị năng lượng bị tiêu tán bởi vật liệu điện môi trong điện trường. Điều này đòi hỏi sự quản lý cẩn thận để tránh tiêu tán quá nhiều năng lượng trong các thiết bị như tụ điện được chế tạo bằng những vật liệu điện môi mới này.
Có nhiều phương pháp khác nhau để đo hằng số điện môi. Phương pháp tấm song song đặt vật liệu cần thử nghiệm (MUT) giữa hai điện cực. Phương trình trong Hình 1 được sử dụng để đo trở kháng của vật liệu và chuyển đổi nó thành độ thấm phức tạp, trong đó đề cập đến độ dày của vật liệu và diện tích và đường kính của điện cực.
Phương pháp này chủ yếu được sử dụng để đo tần số thấp. Mặc dù nguyên lý đơn giản nhưng việc đo chính xác rất khó do sai số đo, đặc biệt đối với các vật liệu có tổn thất thấp.
Độ thấm phức tạp thay đổi theo tần số nên cần đánh giá ở tần số hoạt động. Ở tần số cao, sai số do hệ thống đo gây ra sẽ tăng lên dẫn đến kết quả đo không chính xác.
Thiết bị kiểm tra vật liệu điện môi (chẳng hạn như Keysight 16451B) có ba điện cực. Hai trong số chúng tạo thành tụ điện và điện cực thứ ba cung cấp điện cực bảo vệ. Điện cực bảo vệ là cần thiết vì khi thiết lập điện trường giữa hai điện cực, một phần của điện trường sẽ chạy qua MUT được lắp đặt giữa chúng (xem Hình 2).
Sự tồn tại của trường rìa này có thể dẫn đến phép đo sai hằng số điện môi của MUT. Điện cực bảo vệ hấp thụ dòng điện chạy qua trường rìa, do đó cải thiện độ chính xác của phép đo.
Nếu bạn muốn đo đặc tính điện môi của vật liệu, điều quan trọng là bạn chỉ đo vật liệu đó và không đo gì khác. Vì lý do này, điều quan trọng là phải đảm bảo rằng mẫu vật liệu thật phẳng để loại bỏ mọi khe hở không khí giữa nó và vật liệu. điện cực.
Có hai cách để đạt được điều này. Cách thứ nhất là áp dụng các điện cực màng mỏng lên bề mặt vật liệu cần kiểm tra. Cách thứ hai là tính độ thấm phức tạp bằng cách so sánh điện dung giữa các điện cực, được đo khi có và không có của vật liệu.
Điện cực bảo vệ giúp cải thiện độ chính xác của phép đo ở tần số thấp, nhưng nó có thể ảnh hưởng xấu đến trường điện từ ở tần số cao. Một số người thử nghiệm cung cấp các thiết bị cố định vật liệu điện môi tùy chọn với các điện cực nhỏ gọn có thể mở rộng dải tần hữu ích của kỹ thuật đo này. Phần mềm cũng có thể giúp loại bỏ ảnh hưởng của điện dung viền.
Các lỗi còn lại do thiết bị cố định và máy phân tích gây ra có thể được giảm bớt nhờ mạch hở, ngắn mạch và bù tải. Một số máy phân tích trở kháng được tích hợp sẵn chức năng bù này, giúp thực hiện các phép đo chính xác trên dải tần số rộng.
Việc đánh giá tính chất của vật liệu điện môi thay đổi như thế nào theo nhiệt độ đòi hỏi phải sử dụng phòng kiểm soát nhiệt độ và cáp chịu nhiệt. Một số máy phân tích cung cấp phần mềm để điều khiển bộ cáp nóng và cáp chịu nhiệt.
Giống như vật liệu điện môi, vật liệu ferrite không ngừng được cải thiện và được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị điện tử như các bộ phận điện cảm và nam châm, cũng như các bộ phận của máy biến áp, bộ hấp thụ và bộ triệt từ trường.
Các đặc điểm chính của các vật liệu này bao gồm tính thấm và tổn thất của chúng ở các tần số hoạt động tới hạn. Máy phân tích trở kháng với vật liệu cố định từ tính có thể cung cấp các phép đo chính xác và lặp lại trên một dải tần số rộng.
Giống như vật liệu điện môi, độ thấm của vật liệu từ tính là một đặc tính phức tạp thể hiện ở phần thực và phần ảo. Số thực thể hiện khả năng dẫn từ thông của vật liệu, còn số hạng ảo biểu thị sự mất mát trong vật liệu. Vật liệu có độ thấm từ cao có thể được sử dụng để giảm kích thước và trọng lượng của hệ thống từ tính. Thành phần tổn thất của tính thấm từ có thể được giảm thiểu để đạt hiệu quả tối đa trong các ứng dụng như máy biến áp hoặc tối đa hóa trong các ứng dụng như tấm chắn.
Độ thấm phức tạp được xác định bởi trở kháng của cuộn cảm được hình thành bởi vật liệu. Trong hầu hết các trường hợp, nó thay đổi theo tần số, do đó, nó phải được đặc trưng ở tần số hoạt động. Ở tần số cao hơn, khó đo chính xác do trở kháng ký sinh của vật liệu cố định.Đối với vật liệu có tổn thất thấp, góc pha của trở kháng là rất quan trọng, mặc dù độ chính xác của phép đo pha thường không đủ.
Độ thấm từ cũng thay đổi theo nhiệt độ, do đó hệ thống đo lường phải có khả năng đánh giá chính xác các đặc tính nhiệt độ trên một dải tần số rộng.
Độ thấm phức tạp có thể được suy ra bằng cách đo trở kháng của vật liệu từ tính. Điều này được thực hiện bằng cách quấn một số dây xung quanh vật liệu và đo trở kháng tương ứng với đầu dây. Kết quả có thể khác nhau tùy thuộc vào cách quấn dây và sự tương tác của từ trường với môi trường xung quanh nó.
Thiết bị kiểm tra vật liệu từ tính (xem Hình 3) cung cấp một cuộn cảm một vòng bao quanh cuộn dây hình xuyến của MUT. Không có từ thông rò rỉ trong cuộn cảm một vòng, do đó từ trường trong thiết bị cố định có thể được tính toán bằng lý thuyết điện từ .
Khi được sử dụng cùng với máy phân tích vật liệu/trở kháng, hình dạng đơn giản của thiết bị đồng trục và MUT hình xuyến có thể được đánh giá chính xác và có thể đạt được phạm vi phủ sóng tần số rộng từ 1kHz đến 1GHz.
Lỗi do hệ thống đo lường gây ra có thể được loại bỏ trước khi đo. Lỗi do máy phân tích trở kháng gây ra có thể được hiệu chỉnh thông qua sửa lỗi ba kỳ. Ở tần số cao hơn, hiệu chuẩn tụ điện tổn thất thấp có thể cải thiện độ chính xác của góc pha.
Thiết bị cố định có thể gây ra một nguồn sai số khác, nhưng bất kỳ điện cảm dư nào cũng có thể được bù bằng cách đo thiết bị cố định mà không có MUT.
Giống như phép đo điện môi, cần có buồng nhiệt độ và cáp chịu nhiệt để đánh giá đặc tính nhiệt độ của vật liệu từ tính.
Điện thoại di động tốt hơn, hệ thống hỗ trợ người lái tiên tiến hơn và máy tính xách tay nhanh hơn đều dựa vào những tiến bộ liên tục trong nhiều loại công nghệ. Chúng ta có thể đo lường tiến trình của các nút quy trình bán dẫn, nhưng một loạt công nghệ hỗ trợ đang phát triển nhanh chóng để cho phép các quy trình mới này được thực hiện Đưa vào sử dụng.
Những tiến bộ mới nhất trong khoa học vật liệu và công nghệ nano đã giúp tạo ra các vật liệu có tính chất điện môi và từ tính tốt hơn trước. Tuy nhiên, việc đo lường những tiến bộ này là một quá trình phức tạp, đặc biệt là vì không cần có sự tương tác giữa vật liệu và các thiết bị cố định trên đó. chúng được cài đặt.
Các thiết bị và thiết bị cố định được cân nhắc kỹ lưỡng có thể khắc phục được nhiều vấn đề này và mang lại các phép đo thuộc tính vật liệu từ và điện môi đáng tin cậy, có thể lặp lại và hiệu quả cho những người dùng không có chuyên môn cụ thể trong các lĩnh vực này. Kết quả sẽ là việc triển khai nhanh hơn các vật liệu tiên tiến trong toàn bộ lĩnh vực hệ sinh thái điện tử.
“Electronic Weekly” phối hợp với RS Grass Roots tập trung giới thiệu những kỹ sư điện tử trẻ sáng giá nhất nước Anh hiện nay.
Gửi tin tức, blog và nhận xét của chúng tôi trực tiếp tới hộp thư đến của bạn! Đăng ký nhận bản tin điện tử hàng tuần: phong cách, chuyên gia tiện ích và các bản tin tổng hợp hàng ngày và hàng tuần.
Đọc phần bổ sung đặc biệt của chúng tôi kỷ niệm 60 năm Tuần báo Điện tử và mong chờ tương lai của ngành.
Đọc trực tuyến số đầu tiên của Tuần báo Điện tử: ngày 7 tháng 9 năm 1960. Chúng tôi đã scan ấn bản đầu tiên để các bạn có thể thưởng thức.
Đọc phần bổ sung đặc biệt của chúng tôi kỷ niệm 60 năm Tuần báo Điện tử và mong chờ tương lai của ngành.
Đọc trực tuyến số đầu tiên của Tuần báo Điện tử: ngày 7 tháng 9 năm 1960. Chúng tôi đã scan ấn bản đầu tiên để các bạn có thể thưởng thức.
Nghe podcast này và nghe Chetan Khona (Giám đốc Công nghiệp, Tầm nhìn, Chăm sóc sức khỏe và Khoa học, Xilinx) nói về cách Xilinx và ngành bán dẫn đáp ứng nhu cầu của khách hàng.
Bằng cách sử dụng trang web này, bạn đồng ý với việc sử dụng cookie. Electronic Weekly thuộc sở hữu của Metropolis International Group Limited, một thành viên của Tập đoàn Metropolis;bạn có thể xem chính sách quyền riêng tư và cookie của chúng tôi tại đây.