소식

Giovanni D'Amore는 유전체 및 자성 재료를 특성화하기 위한 임피던스 분석기와 전문 고정 장치의 사용에 대해 논의했습니다.
우리는 휴대폰 모델 세대나 반도체 제조 공정 노드의 기술 진보에 대해 생각하는 데 익숙합니다. 이는 재료 과학 분야와 같은 기술 활성화에 유용하지만 모호한 발전을 제공합니다.
CRT TV를 분해해 본 사람이나 오래된 전원 공급 장치를 켜 본 사람이라면 한 가지 사실을 알 것입니다. 20세기 부품을 사용하여 21세기 전자 제품을 만들 수는 없다는 것입니다.
예를 들어, 재료 과학과 나노기술의 급속한 발전으로 고밀도, 고성능 인덕터 및 커패시터를 만드는 데 필요한 특성을 갖춘 새로운 재료가 탄생했습니다.
이러한 재료를 사용하는 장비를 개발하려면 다양한 작동 주파수 및 온도 범위에서 유전율, 투자율과 같은 전기 및 자기 특성을 정확하게 측정해야 합니다.
유전체 재료는 커패시터 및 절연체와 같은 전자 부품에서 핵심적인 역할을 합니다. 재료의 유전 상수는 재료의 조성 및/또는 미세 구조, 특히 세라믹을 제어하여 조정할 수 있습니다.
부품 개발 주기 초기에 신소재의 유전 특성을 측정하여 성능을 예측하는 것이 매우 중요합니다.
유전체 재료의 전기적 특성은 실수부와 허수부로 구성된 복소 유전율을 특징으로 합니다.
유전 상수라고도 불리는 유전 상수의 실수 부분은 전기장에 가해질 때 물질이 에너지를 저장하는 능력을 나타냅니다. 유전 상수가 낮은 물질에 비해 유전 상수가 높은 물질은 단위 부피당 더 많은 에너지를 저장할 수 있습니다. , 이는 고밀도 커패시터에 유용합니다.
유전 상수가 낮은 재료는 신호 전송 시스템에서 유용한 절연체로 사용될 수 있습니다. 왜냐하면 많은 양의 에너지를 저장할 수 없기 때문에 절연된 와이어를 통한 신호 전파 지연을 최소화하기 때문입니다.
복소 유전율의 허수 부분은 전기장에서 유전 물질에 의해 소산되는 에너지를 나타냅니다. 이는 이러한 새로운 유전 물질로 만든 커패시터와 같은 장치에서 너무 많은 에너지를 소산하지 않도록 주의 깊은 관리가 필요합니다.
유전 상수를 측정하는 방법은 다양합니다. 평행판 방법은 두 전극 사이에 테스트 중인 재료(MUT)를 배치합니다. 그림 1에 표시된 방정식은 재료의 임피던스를 측정하고 이를 복소 유전율로 변환하는 데 사용됩니다. 재료의 두께와 전극의 면적 및 직경을 나타냅니다.
이 방법은 주로 저주파 측정에 사용됩니다. 원리는 간단하지만 특히 저손실 재료의 경우 측정 오류로 인해 정확한 측정이 어렵습니다.
복소 유전율은 주파수에 따라 달라지므로 작동 주파수에서 평가해야 합니다. 고주파에서는 측정 시스템으로 인한 오류가 증가하여 측정이 부정확해집니다.
유전체 재료 테스트 픽스처(예: Keysight 16451B)에는 세 개의 전극이 있습니다. 그 중 두 개는 커패시터를 형성하고 세 번째는 보호 전극을 제공합니다. 두 전극 사이에 전기장이 형성될 때 보호 전극이 필요합니다. 전기장은 이들 사이에 설치된 MUT를 통해 흐릅니다(그림 2 참조).
이 프린지 필드가 존재하면 MUT의 유전 상수를 잘못 측정할 수 있습니다. 보호 전극은 프린지 필드를 통해 흐르는 전류를 흡수하여 측정 정확도를 향상시킵니다.
재료의 유전 특성을 측정하려면 재료만 측정하고 다른 것은 측정하지 않는 것이 중요합니다. 이러한 이유로 재료 샘플과 샘플 사이의 공극을 제거하기 위해 재료 샘플이 매우 평평한지 확인하는 것이 중요합니다. 전극.
이를 달성하는 방법에는 두 가지가 있습니다. 첫 번째는 테스트할 물질의 표면에 박막 전극을 적용하는 것입니다. 두 번째는 유무에 따라 측정되는 전극 사이의 정전 용량을 비교하여 복소 유전율을 도출하는 것입니다. 재료의.
가드 전극은 낮은 주파수에서 측정 정확도를 향상시키는 데 도움이 되지만 높은 주파수에서는 전자기장에 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다. 일부 테스터는 이 측정 기술의 유용한 주파수 범위를 확장할 수 있는 소형 전극이 포함된 선택적 유전체 재료 고정 장치를 제공합니다.소프트웨어는 또한 프린지 커패시턴스의 영향을 제거하는 데 도움이 됩니다.
고정 장치 및 분석기로 인한 잔류 오류는 개방 회로, 단락 회로 및 부하 보상을 통해 줄일 수 있습니다. 일부 임피던스 분석기에는 이 보상 기능이 내장되어 있어 넓은 주파수 범위에 걸쳐 정확한 측정을 수행하는 데 도움이 됩니다.
유전체 물질의 특성이 온도에 따라 어떻게 변하는지 평가하려면 온도 조절실과 내열 케이블을 사용해야 합니다. 일부 분석기는 핫 셀 및 내열 케이블 키트를 제어하는 ​​소프트웨어를 제공합니다.
유전체 재료와 마찬가지로 페라이트 재료도 꾸준히 개선되어 전자 장비에 인덕턴스 부품 및 자석은 물론 변압기, 자기장 흡수체 및 억제 장치의 부품으로 널리 사용됩니다.
이러한 재료의 주요 특성에는 중요한 작동 주파수에서의 투자율과 손실이 포함됩니다. 자성 재료 고정 장치가 있는 임피던스 분석기는 넓은 주파수 범위에 걸쳐 정확하고 반복 가능한 측정을 제공할 수 있습니다.
유전물질과 마찬가지로 자성재료의 투자율도 실수부와 허수부로 표현되는 복합적인 특성이다. 실수항은 물질이 자속을 전도하는 능력을 나타내고, 허수항은 물질의 손실을 나타낸다. 투자율이 높은 물질은 다음과 같다. 자기 시스템의 크기와 무게를 줄이기 위해 사용됩니다. 투자율의 손실 구성 요소는 변압기와 같은 응용 분야에서 최대 효율을 위해 최소화되거나 차폐와 같은 응용 분야에서 최대화될 수 있습니다.
복소 투자율은 물질이 형성하는 인덕터의 임피던스에 의해 결정됩니다. 대부분의 경우 주파수에 따라 달라지므로 동작 주파수에서 특성화해야 합니다. 더 높은 주파수에서는 인덕터의 기생 임피던스로 인해 정확한 측정이 어렵습니다. 저손실 재료의 경우 일반적으로 위상 측정의 정확도가 충분하지 않지만 임피던스의 위상 각도가 중요합니다.
투자율도 온도에 따라 변하므로 측정 시스템은 넓은 주파수 범위에 걸쳐 온도 특성을 정확하게 평가할 수 있어야 합니다.
복합 투자율은 자성 물질의 임피던스를 측정하여 도출할 수 있습니다. 이는 물질 주위에 일부 와이어를 감고 와이어 끝을 기준으로 임피던스를 측정하여 수행됩니다. 결과는 와이어가 감겨진 방식과 상호 작용에 따라 달라질 수 있습니다. 주변 환경과 자기장의 관계.
자성 재료 테스트 픽스처(그림 3 참조)는 MUT의 토로이달 코일을 둘러싸는 단일 턴 인덕터를 제공합니다. 단일 턴 인덕턴스에는 누설 자속이 없으므로 픽스처의 자기장은 전자기 이론으로 계산할 수 있습니다. .
임피던스/재료 분석기와 함께 사용하면 동축 고정 장치와 환상형 MUT의 단순한 모양을 정확하게 평가할 수 있으며 1kHz~1GHz의 넓은 주파수 범위를 달성할 수 있습니다.
측정 시스템으로 인한 오류는 측정 전에 제거할 수 있습니다. 임피던스 분석기로 인한 오류는 3항 오류 수정을 통해 교정할 수 있습니다. 더 높은 주파수에서는 저손실 커패시터 교정을 통해 위상각 정확도를 향상시킬 수 있습니다.
픽스처는 또 다른 오류 원인을 제공할 수 있지만 잔류 인덕턴스는 MUT ​​없이 픽스처를 측정하여 보상할 수 있습니다.
유전 측정과 마찬가지로 자성체의 온도 특성을 평가하려면 온도 챔버와 내열 케이블이 필요합니다.
더 나은 휴대전화, 더 발전된 운전자 지원 시스템, 더 빠른 노트북은 모두 광범위한 기술의 지속적인 발전에 달려 있습니다. 우리는 반도체 프로세스 노드의 발전을 측정할 수 있지만 이러한 새로운 프로세스를 가능하게 하기 위해 일련의 지원 기술이 빠르게 발전하고 있습니다. 사용.
재료과학과 나노기술의 최신 발전으로 인해 이전보다 더 나은 유전성 및 자기적 특성을 가진 재료를 생산할 수 있게 되었습니다. 그러나 이러한 발전을 측정하는 것은 복잡한 과정입니다. 특히 재료와 고정물 사이의 상호 작용이 필요하지 않기 때문입니다. 그들은 설치되어 있습니다.
세심하게 고안된 장비 및 고정구는 이러한 많은 문제를 극복하고 해당 분야에 대한 특정 전문 지식이 없는 사용자에게 신뢰할 수 있고 반복 가능하며 효율적인 유전체 및 자성 재료 특성 측정을 제공할 수 있습니다. 그 결과 전체에 걸쳐 고급 재료를 보다 빠르게 배포할 수 있습니다. 전자 생태계.
"Electronic Weekly"는 RS Grass Roots와 협력하여 오늘날 영국에서 가장 뛰어난 젊은 전자 엔지니어를 소개하는 데 중점을 두었습니다.
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이 팟캐스트를 듣고 Chetan Khona(Xilinx 산업, 비전, 의료 및 과학 이사)가 Xilinx와 반도체 산업이 고객 요구에 어떻게 대응하는지에 대해 이야기하는 것을 들어보십시오.
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