berita

Giovanni D'Amore membahas penggunaan penganalisis impedansi dan perlengkapan profesional untuk mengkarakterisasi bahan dielektrik dan magnet.
Kita terbiasa berpikir tentang kemajuan teknologi dari generasi model ponsel atau node proses manufaktur semikonduktor. Hal ini memberikan gambaran singkat yang berguna tetapi kemajuan yang tidak jelas dalam memungkinkan teknologi (seperti bidang ilmu material).
Siapa pun yang pernah membongkar TV CRT atau menyalakan catu daya lama akan mengetahui satu hal: Anda tidak dapat menggunakan komponen abad ke-20 untuk membuat elektronik abad ke-21.
Misalnya, kemajuan pesat dalam ilmu material dan nanoteknologi telah menciptakan material baru dengan karakteristik yang diperlukan untuk membangun induktor dan kapasitor berdensitas tinggi dan berkinerja tinggi.
Pengembangan peralatan yang menggunakan bahan-bahan ini memerlukan pengukuran sifat listrik dan magnetik yang akurat, seperti permitivitas dan permeabilitas, pada rentang frekuensi pengoperasian dan rentang suhu.
Bahan dielektrik memainkan peran penting dalam komponen elektronik seperti kapasitor dan isolator. Konstanta dielektrik suatu bahan dapat diatur dengan mengontrol komposisi dan/atau struktur mikronya, terutama keramik.
Sangat penting untuk mengukur sifat dielektrik material baru di awal siklus pengembangan komponen untuk memprediksi kinerjanya.
Sifat kelistrikan bahan dielektrik dicirikan oleh permitivitasnya yang kompleks, yang terdiri dari bagian nyata dan bagian imajiner.
Bagian nyata dari konstanta dielektrik, juga disebut konstanta dielektrik, menunjukkan kemampuan suatu bahan untuk menyimpan energi ketika terkena medan listrik. Dibandingkan dengan bahan dengan konstanta dielektrik yang lebih rendah, bahan dengan konstanta dielektrik yang lebih tinggi dapat menyimpan lebih banyak energi per satuan volume , yang membuatnya berguna untuk kapasitor densitas tinggi.
Bahan dengan konstanta dielektrik yang lebih rendah dapat digunakan sebagai isolator yang berguna dalam sistem transmisi sinyal, justru karena bahan tersebut tidak dapat menyimpan energi dalam jumlah besar, sehingga meminimalkan penundaan perambatan sinyal melalui kabel apa pun yang diisolasi oleh bahan tersebut.
Bagian imajiner dari permitivitas kompleks mewakili energi yang dihamburkan oleh bahan dielektrik dalam medan listrik. Hal ini memerlukan pengelolaan yang cermat untuk menghindari pembuangan terlalu banyak energi pada perangkat seperti kapasitor yang dibuat dengan bahan dielektrik baru ini.
Ada berbagai metode untuk mengukur konstanta dielektrik. Metode pelat paralel menempatkan material yang diuji (MUT) di antara dua elektroda. Persamaan yang ditunjukkan pada Gambar 1 digunakan untuk mengukur impedansi material dan mengubahnya menjadi permitivitas kompleks, yang mana mengacu pada ketebalan bahan dan luas serta diameter elektroda.
Metode ini terutama digunakan untuk pengukuran frekuensi rendah. Meskipun prinsipnya sederhana, pengukuran yang akurat sulit dilakukan karena kesalahan pengukuran, terutama untuk material dengan kerugian rendah.
Permitivitas kompleks bervariasi menurut frekuensi, sehingga harus dievaluasi pada frekuensi operasi. Pada frekuensi tinggi, kesalahan yang disebabkan oleh sistem pengukuran akan meningkat sehingga menghasilkan pengukuran yang tidak akurat.
Perlengkapan uji bahan dielektrik (seperti Keysight 16451B) memiliki tiga elektroda. Dua di antaranya membentuk kapasitor, dan yang ketiga menyediakan elektroda pelindung. Elektroda pelindung diperlukan karena ketika medan listrik terbentuk di antara dua elektroda, bagian dari medan listrik akan mengalir melalui MUT yang dipasang di antara keduanya (lihat Gambar 2).
Keberadaan medan pinggiran ini dapat menyebabkan kesalahan pengukuran konstanta dielektrik MUT. Elektroda pelindung menyerap arus yang mengalir melalui medan pinggiran, sehingga meningkatkan akurasi pengukuran.
Jika Anda ingin mengukur sifat dielektrik suatu material, yang penting adalah Anda hanya mengukur materialnya dan tidak mengukur yang lain. Oleh karena itu, penting untuk memastikan bahwa sampel material sangat rata untuk menghilangkan celah udara antara sampel dan sampel. elektroda.
Ada dua cara untuk mencapai hal ini. Yang pertama adalah dengan mengaplikasikan elektroda film tipis pada permukaan material yang akan diuji. Yang kedua adalah menurunkan permitivitas kompleks dengan membandingkan kapasitansi antar elektroda, yang diukur dengan ada dan tidak adanya. bahan.
Elektroda pelindung membantu meningkatkan akurasi pengukuran pada frekuensi rendah, namun dapat berdampak buruk pada medan elektromagnetik pada frekuensi tinggi. Beberapa penguji menyediakan perlengkapan bahan dielektrik opsional dengan elektroda kompak yang dapat memperluas rentang frekuensi berguna dari teknik pengukuran ini. Perangkat lunak juga dapat membantu menghilangkan efek kapasitansi pinggiran.
Kesalahan sisa yang disebabkan oleh perlengkapan dan penganalisis dapat dikurangi dengan sirkuit terbuka, hubung singkat, dan kompensasi beban. Beberapa penganalisis impedansi memiliki fungsi kompensasi bawaan ini, yang membantu melakukan pengukuran akurat pada rentang frekuensi yang luas.
Mengevaluasi bagaimana sifat bahan dielektrik berubah seiring suhu memerlukan penggunaan ruangan dengan pengatur suhu dan kabel tahan panas. Beberapa penganalisis menyediakan perangkat lunak untuk mengontrol sel panas dan kit kabel tahan panas.
Seperti bahan dielektrik, bahan ferit terus berkembang, dan banyak digunakan dalam peralatan elektronik sebagai komponen induktansi dan magnet, serta komponen transformator, peredam dan penekan medan magnet.
Karakteristik utama dari material ini mencakup permeabilitas dan kehilangannya pada frekuensi pengoperasian kritis. Penganalisis impedansi dengan perlengkapan material magnetik dapat memberikan pengukuran yang akurat dan berulang pada rentang frekuensi yang luas.
Seperti bahan dielektrik, permeabilitas bahan magnetik adalah karakteristik kompleks yang dinyatakan dalam bagian nyata dan imajiner. Istilah nyata mewakili kemampuan bahan untuk melakukan fluks magnet, dan istilah imajiner mewakili kerugian material. Bahan dengan permeabilitas magnetik tinggi dapat digunakan untuk mengurangi ukuran dan berat sistem magnetik. Hilangnya komponen permeabilitas magnetik dapat diminimalkan untuk efisiensi maksimum dalam aplikasi seperti transformator, atau dimaksimalkan dalam aplikasi seperti pelindung.
Permeabilitas kompleks ditentukan oleh impedansi induktor yang dibentuk oleh material. Dalam kebanyakan kasus, ini bervariasi dengan frekuensi, sehingga harus dikarakterisasi pada frekuensi operasi. Pada frekuensi yang lebih tinggi, pengukuran yang akurat sulit dilakukan karena impedansi parasit dari bahan tersebut. perlengkapan.Untuk material dengan kerugian rendah, sudut fasa impedansi sangat penting, meskipun keakuratan pengukuran fasa biasanya tidak mencukupi.
Permeabilitas magnetik juga berubah seiring suhu, sehingga sistem pengukuran harus mampu mengevaluasi karakteristik suhu secara akurat pada rentang frekuensi yang luas.
Permeabilitas kompleks dapat diperoleh dengan mengukur impedansi bahan magnetis. Hal ini dilakukan dengan melilitkan beberapa kabel di sekeliling bahan dan mengukur impedansi relatif terhadap ujung kawat. Hasilnya dapat bervariasi tergantung pada cara kawat dililitkan dan interaksinya. medan magnet dengan lingkungan sekitarnya.
Perlengkapan uji bahan magnetik (lihat Gambar 3) menyediakan induktor putaran tunggal yang mengelilingi kumparan toroidal MUT. Tidak ada fluks bocor pada induktansi putaran tunggal, sehingga medan magnet pada perlengkapan dapat dihitung dengan teori elektromagnetik .
Ketika digunakan bersama dengan penganalisis impedansi/material, bentuk sederhana perlengkapan koaksial dan MUT toroidal dapat dievaluasi secara akurat dan dapat mencapai cakupan frekuensi yang luas dari 1kHz hingga 1GHz.
Kesalahan yang disebabkan oleh sistem pengukuran dapat dihilangkan sebelum pengukuran. Kesalahan yang disebabkan oleh penganalisis impedansi dapat dikalibrasi melalui koreksi kesalahan tiga jangka. Pada frekuensi yang lebih tinggi, kalibrasi kapasitor kerugian rendah dapat meningkatkan akurasi sudut fasa.
Perlengkapan dapat memberikan sumber kesalahan lain, tetapi sisa induktansi dapat dikompensasi dengan mengukur perlengkapan tanpa MUT.
Seperti halnya pengukuran dielektrik, ruang suhu dan kabel tahan panas diperlukan untuk mengevaluasi karakteristik suhu bahan magnetik.
Ponsel yang lebih baik, sistem bantuan pengemudi yang lebih canggih, dan laptop yang lebih cepat semuanya bergantung pada kemajuan berkelanjutan dalam berbagai teknologi. Kita dapat mengukur kemajuan node proses semikonduktor, namun serangkaian teknologi pendukung berkembang pesat untuk memungkinkan proses-proses baru ini dilakukan. mulai digunakan.
Kemajuan terkini dalam ilmu material dan nanoteknologi telah memungkinkan untuk menghasilkan material dengan sifat dielektrik dan magnetik yang lebih baik dari sebelumnya. Namun, mengukur kemajuan ini adalah proses yang rumit, terutama karena tidak diperlukan interaksi antara material dan perlengkapan yang digunakan. mereka dipasang.
Instrumen dan perlengkapan yang dipikirkan dengan matang dapat mengatasi banyak masalah ini dan menghasilkan pengukuran properti material dielektrik dan magnet yang andal, berulang, dan efisien bagi pengguna yang tidak memiliki keahlian khusus di bidang ini. Hasilnya adalah penerapan material canggih yang lebih cepat di seluruh bidang. ekosistem elektronik.
“Electronic Weekly” berkolaborasi dengan RS Grass Roots untuk fokus memperkenalkan insinyur elektronik muda paling cerdas di Inggris saat ini.
Kirim berita, blog, dan komentar kami langsung ke kotak masuk Anda! Mendaftarlah untuk menerima buletin e-mingguan: gaya, ahli gadget, dan rangkuman harian dan mingguan.
Baca suplemen khusus kami untuk merayakan ulang tahun ke-60 Electronic Weekly dan nantikan masa depan industri ini.
Bacalah Electronic Weekly edisi pertama online: 7 September 1960. Edisi pertama telah kami pindai agar Anda dapat menikmatinya.
Baca suplemen khusus kami untuk merayakan ulang tahun ke-60 Electronic Weekly dan nantikan masa depan industri ini.
Bacalah Electronic Weekly edisi pertama online: 7 September 1960. Edisi pertama telah kami pindai agar Anda dapat menikmatinya.
Dengarkan podcast ini dan dengarkan Chetan Khona (Direktur Industri, Visi, Layanan Kesehatan dan Sains, Xilinx) berbicara tentang bagaimana Xilinx dan industri semikonduktor merespons kebutuhan pelanggan.
Dengan menggunakan situs web ini, Anda menyetujui penggunaan cookie.Electronics Weekly dimiliki oleh Metropolis International Group Limited, anggota Metropolis Group; Anda dapat melihat kebijakan privasi dan cookie kami di sini.