แผ่นการซับเสียงรบกวน “Flexield” ซีรี่ส์ IFL

แผ่นการซับเสียงรบกวน "Flexield" คืออะไร?

เนื่องจากอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เช่น สมาร์ทโฟนและแท็บเล็ตมีขนาดกะทัดรัดมากกว่าเดิม และทำงานได้หลากหลายมากขึ้นแผงวงจรรวมจึงเต็มไปด้วยชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ในจำนวนที่สูงขึ้น ซึ่งทำให้ไอซีและสายเคเบิลที่ลดเสียงรบกวนมีความสำคัญมากขึ้น ในปัจจุบันในหลายกรณีจึงจำเป็นต้องใช้วัสดุที่ลดเสียงรบกวนในขั้นตอนการผลิตเพราะ การคาดการณ์การปล่อยเสียงรบกวนใน ขั้นตอนการออกแบบเป็นเรื่องท้าทาย

รูปที่ 1: ตัวอย่างกระบวนการเจาะของและการใช้งานของ Flexield

โครงสร้างของเฟล็กซ์ฟิลด์

ตามที่แสดงในรูปที่ 2 Flexield ของ TDK ประกอบด้วยชั้นต่างๆ หลายชั้น ได้แก่ ฟิล์มพื้นผิว แผ่นแม่เหล็กที่ทำจากผงโลหะแม่เหล็กอ่อนผสมกับพลาสติก เทปสองหน้า และแผ่นรองปล่อย Flexield มีจำหน่ายทั้งแบบม้วนและแบบแผ่น โดยมีความหนาต่างๆ ตั้งแต่ 0.025 มม. ถึง 0.2 มม. ในซีรีส์ IFL ทั้งนี้ ขึ้นอยู่กับการใช้งาน สามารถเลือกเทปสองหน้าเพื่อความสะดวกยิ่งขึ้น นอกจากนี้ ผลิตภัณฑ์ไฮบริดใหม่ยังได้รับการแนะนำในกลุ่มผลิตภัณฑ์ซึ่งมีชั้นโลหะที่ช่วยลดเสียงรบกวนได้ดีขึ้นอย่างมาก

รูปที่ 2: โครงสร้างของ Flexield และรูปแบบของผลิตภัณฑ์

คุณสมบัติหลักและการใช้งานของ Flexield

คุณสมบัติหลักและการใช้งานของ Flexield ของ TDK:

คุณสมบัติหลัก:

ผลิตจากโลหะแม่เหล็กอ่อนที่มีความสามารถในการซึมผ่านสูง จึงมีประสิทธิภาพในการซับเสียงรบกวนสูง
การออกแบบที่เล็กช่วยให้สามารถติดตั้งได้แม้ในช่องว่างที่เล็กที่สุด
เนื่องจากเป็นแผ่นที่มีความยืดหยุ่นจึงทนต่อการแตกหักเมื่อได้รับแรงกระแทก
สามารถแปรรูปเป็นรูปร่างต่างๆ ได้อย่างง่ายดาย จึงปรับขนาดและรูปแบบต่างๆ ได้
มีจำหน่ายในรูปแบบม้วน ทำให้คุ้มต้นทุนและเหมาะสำหรับการผลิตจำนวนมาก

การใช้งานหลัก:

การนำไปใช้กับแพ็คเกจ IC สามารถลดการปล่อยสัญญาณรบกวนจาก IC ได้
เมื่อเชื่อมต่อแผงวงจรสองแผ่นหรือบอร์ดหนึ่งแผ่นและส่วนประกอบด้วยสายเคเบิล สามารถลดสัญญาณรบกวนได้โดยการติด Flexield ไว้บนพื้นผิวของสายเคเบิล
การวางไว้ระหว่างแผงวงจรรวมจะช่วยลดการส่งผ่านสัญญาณรบกวนจากแผงวงจรหนึ่งไปยังอีกแผงวงจรหนึ่ง
การนำไปใช้กับตัวเครื่องจะช่วยป้องกันเสียงรบกวนที่อาจรั่วไหลออกจากตัวเครื่อง

หลักการของ Flexield

Flexield ช่วยลดการปล่อยเสียงโดยการดูดซับพลังงานของเสียงและแปลงพลังงานดังกล่าวเป็นความร้อน คำอธิบายเรื่องหลักการนี้คือ

สภาพให้ซึมผ่านได้ (μ) ของโลหะแม่เหล็กอ่อนที่ผสมกับพลาสติกมีบทบาทสำคัญในการกำหนด ความสามารถที่จะลดเสียงรบกวนของ Flexield สภาพให้ซึมผ่านได้หมายถึงการเพิ่มขึ้น ในความหนาแน่นฟลักซ์แม่เหล็ก (B) เมื่อมีการใช้สนามแม่เหล็ก (H) กับวัสดุแม่เหล็ก สภาพให้ซึมผ่านได้ตรวจวัดว่าฟลักซ์แม่เหล็กสามารถผ่านวัสดุได้ง่ายเพียงใด (หรือสามารถทำให้เป็นแม่เหล็กได้ง่ายเพียงใด) และแสดงโดยสมการต่อไปนี้:

μ = B/H

วัสดุแม่เหล็กอ่อนมีลักษณะโดดเด่นคือมีสภาพให้ซึมผ่านได้ที่สูงและแรงบีบคั้นที่ต่ำ ซึ่งหมายความว่า วัสดุจะกลับสถานะแม่เหล็กได้ง่ายถ้าอันนี้ เข้ากับสนามแม่เหล็กกระแสสลับ(AC) ทำให้วัสดุนี้มีประโยชน์ฅ่อการใช้งาน เช่น แกนหม้อแปลง อย่างไรก็ตาม ที่ความถี่กระแสสลับ (AC) สูง การเปลี่ยนแปลงความหนาแน่นฟลักซ์แม่เหล็ก (B) จะล่าช้ากว่าการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็ก (H) ทำให้เกิดความล้าหลัง ความล้าหลังนี้แสดงเป็น δ ทำให้เกิดสมการสำหรับสภาพให้ซึมผ่านได้ของวัสดุภายอยู่ใต้กระแสสลับต่อไปนี้:

μ = μ' - jμ'' = |μ|cosδ - j|μ|sinδ

ที่นี่ μ' คือบางส่วนจริงของสภาพให้ซึมผ่านได้ ในขณะที่ μ'' คือบางส่วนจินตภาพ หาก δ=0 สภาพให้ซึมผ่านได้จะแสดงเป็นกระแสตรง อย่างไรก็ตาม เมื่อความถี่เพิ่มขึ้นตามกระแสสลับ δ จะเพิ่มขึ้น ด้วย ทำให้สภาพให้ซึมผ่านได้ลดลง บางส่วนจริง (μ') บางส่วนจินตภาพ (μ'') และความล้าหลัง (δ) ของสภาพให้ซึมผ่านได้มีความสัมพันธ์กันด้วยสมการ:

μ''/μ' = tanδ

อัตราส่วนนี้ (tanδ) เรียกว่าปัจจัยการสูญเสีย ในแกนหม้อแปลง ค่าของtanδ ที่เล็กกว่าบ่งชี้ว่ามีการสูญเสียพลังงานน้อยลง ซึ่งหมายความว่าวัสดุมีประสิทธิภาพมากขึ้น อย่างไรก็ตาม Flexield ใช้ปัจจัยการสูญเสียนี้เพื่อลดสัญญาณรบกวน รูปที่ 3 แสดงกราฟแผนผังของความสัมพันธ์ระหว่างสภาพให้ซึมผ่านได้และความถี่เมื่อใช้สนามแม่เหล็กกระแสสลับ ที่ความถี่ต่ำ ส่วนจริง μ' ของสภาพให้ซึมผ่านได้จะมีอิทธิพลเหนือกว่า เมื่อความถี่เพิ่มขึ้น การเปลี่ยนแปลงในความหนาแน่นฟลักซ์แม่เหล็กจะไม่สามารถตามทันการเปลี่ยนแปลงในสนามแม่เหล็กได้อีกต่อไป ซึ่งในที่สุดจะนำไปสู่การสั่นพ้องแม่เหล็ก (เช่น การสั่นพ้อง ทางกำแพงโดเมนหรือการสั่นพ้อง ทางสภาพแม่เหล็กแบบหมุน) ส่งผลให้ส่วนจริง μ' ลดลงอย่างรวดเร็วและส่วนจินตภาพ μ'' เพิ่มขึ้นตามไปด้วย

รูปที่ 3: แผนผังแสดงให้เห็นถึงการเปลี่ยนแปลงของสภาพให้ซึมผ่านได้เมื่อใช้สนามแม่เหล็กไฟฟ้ากระแสสลับ

ลักษณะเฉพาะด้านความถี่ของการซึมผ่านของซีรีย์ IFL

ส่วนจริง μ' ของการซึมผ่านบ่งชี้ว่าฟลักซ์แม่เหล็กนั้นสร้างขึ้นได้ง่ายเพียงใด และเมื่อนำไปใช้กับเสาอากาศ ก็จะสามารถเพิ่มระยะการสื่อสารได้ ในทางกลับกัน ส่วนจินตภาพ μ'' แสดงถึงขนาดของการสูญเสียแม่เหล็ก หรือประสิทธิภาพของการดูดซับเสียงรบกวน โลหะแม่เหล็กอ่อนใน Flexield จะดูดซับเสียงรบกวนเพราะการซึมผ่านของส่วนจินตภาพนี้ โดยแปลงพลังงานเป็นความร้อนและซับเสียงรบกวน ดังนั้น เพื่อให้ Flexield ทำหน้าที่เป็นแผ่นป้องกันเสียงรบกวนได้อย่างมีประสิทธิภาพ แผ่นนี้จะต้องประกอบด้วยช่วงความถี่ที่กว้างตั้งแต่ความถี่ต่ำไปจนถึงความถี่สูง โดยส่วนจินตภาพ μ'' เป็นส่วนที่มีค่าการซึมผ่านที่สำคัญ

ในทางกลับกัน TDK นำเสนอแผ่นแม่เหล็ก Flexield ประเภทอื่นที่ออกแบบมาสำหรับระบบ RFID ซึ่งต้องใช้ชิ้นส่วนจริง μ' ขนาดใหญ่และชิ้นส่วนจินตภาพ μ'' ขนาดเล็กเพื่อประสิทธิภาพที่เหมาะสมที่สุดที่ความถี่ 13.56 MHz ซึ่งแสดงให้เห็นว่าคุณลักษณะที่ต้องการจะแตกต่างกันไปตามการใช้งานเฉพาะ รูปที่ 5 แสดงคุณลักษณะการซึมผ่านและความถี่ของ Flexield ซีรีส์ IFL สำหรับการลดเสียงรบกวน

รูปที่ 4: ลักษณะเฉพาะของค่าการซึมผ่านและความถี่ของ Flexield ซีรีส์ IFL สำหรับการลดเสียงรบกวน

ผลิตภัณฑ์ต่างๆ ในซีรีย์ IFL และความหนาของแผ่นแม่เหล็ก

ประสิทธิภาพของแผ่นซับเสียงรบกวนนั้นขึ้นอยู่กับส่วนจินตภาพ μ'' ของค่าการซึมผ่านและความหนาของแผ่น เมื่อค่าการซึมผ่านของวัสดุเพิ่มขึ้น ส่วนจินตภาพ μ'' ก็จะเพิ่มขึ้นตามไปด้วย ดังนั้น เพื่อสร้างแผ่นซับเสียงรบกวนที่บางลง จึงจำเป็นต้องใช้วัสดุที่มีค่าการซึมผ่านที่สูงขึ้น

Flexield ของ TDK นำเสนอข้อดีทั้งความบางและการซึมผ่านได้สูง รุ่น IFL16 ซึ่งผลิตเป็นจำนวนมากตั้งแต่ปี 2015 มีค่าการซึมผ่านสูงถึง μ=220 ที่ 1 MHz ซึ่งถือเป็นระดับสูงสุดในอุตสาหกรรม นอกจากนี้ ความหนายังลดลง 20% เมื่อเทียบกับรุ่น IFL12 ก่อนหน้า แต่ยังคงประสิทธิภาพเท่าเดิม ซีรีส์ IFL ประกอบด้วยผลิตภัณฑ์ที่หลากหลาย โดยมีแผ่นแม่เหล็กที่มีความหนาตั้งแต่ 0.025 มม. (25 μm) ถึง 0.2 มม. (200 μm) (รูปที่ 5)

รูปที่ 5: ผลิตภัณฑ์ต่างๆ ในซีรีย์ IFL Flexield และความหนาของแผ่นแม่เหล็ก

กระบวนการผลิตของ Flexield

การผลิตแผ่นซับเสียงรบกวนมี 2 วิธี วิธีแรกคือวิธีแห้ง ซึ่งเกี่ยวข้องกับการผสมผงโลหะแม่เหล็กอ่อน (ผงแบน) กับพลาสติกเป็นวัตถุดิบ แล้วกดโดยใช้ลูกกลิ้งรีดเพื่อสร้างแผ่น วิธีที่สองคือวิธีเปียก ซึ่งเกี่ยวข้องกับการผสมผงโลหะแม่เหล็กอ่อนกับพลาสติกและตัวทำละลาย Flexield ซีรีส์ IFL ของ TDK ใช้กรรมวิธีเปียก ซึ่งใช้ประโยชน์จากเทคโนโลยีการเคลือบที่พัฒนาขึ้นสำหรับเทปแม่เหล็ก ดิสก์ออปติคัล และส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์อื่นๆ

วิธีการเคลือบแบบเปียกเหมาะสมสำหรับการผลิตแผ่นแม่เหล็กที่บางลงอย่างยิ่ง อย่างไรก็ตาม เพื่อกระจายผงโลหะแม่เหล็กอ่อนในพลาสติกอย่างเท่าเทียมกัน และเคลือบสารละลายให้ทั่วพื้นผิวแผ่น จำเป็นต้องใช้เทคโนโลยีขั้นสูง รูปที่ 6 แสดงแผนผังของโครงสร้างหที่น้าตัดของแผ่นแม่เหล็ก ผงโลหะแม่เหล็กอ่อนแต่ละเม็ดจะหุ้มด้วยพลาสติกเพื่อรักษาฉนวนและจัดเรียงให้ตรงกับทิศทางของสนามแม่เหล็กเพื่อสร้างชั้นบนพื้นผิวแผ่น

ความหนาของผงโลหะแม่เหล็กอ่อนยังส่งผลต่อลักษณะของแผ่นแม่เหล็กอีกด้วย ในตัวนำไฟฟ้ากระแสสลับ เมื่อความถี่เพิ่มขึ้น กระแสไฟฟ้าจะมุ่งไปที่พื้นผิว ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่เรียกว่าเอฟเฟกต์ผิว (skin effect) ความลึกที่กระแสไฟฟ้าทะลุผ่านเรียกว่าความลึกผิว ดังที่ได้กล่าวไปแล้ว ส่วนจินตภาพ μ'' ของค่าการซึมผ่านที่บ่งชี้ประสิทธิภาพการดูดซับเสียงของแผ่นแม่เหล็ก หากความหนาของชั้นโลหะแม่เหล็กอ่อนในแผ่นแม่เหล็กน้อยกว่าความลึกผิว ค่าของส่วนจินตภาพ μ'' จะเพิ่มขึ้น ดังนั้น ด้วยการควบคุมความหนาและการจัดเรียงของชั้นโลหะแม่เหล็กอ่อน จึงสามารถปรับแต่งแผ่นแม่เหล็กเพื่อให้ได้ลักษณะการซึมผ่าน-ความถี่ที่ต้องการได้ Flexield ซีรีส์ IFL ของ TDK นำเสนอแผ่นซับเสียงรบกวนแบบบางที่มีค่าการซึมผ่านสูงโดยใช้โลหะแม่เหล็กอ่อนที่เป็นกรรมสิทธิ์ของ TDK ซึ่งควบคุมทั้งส่วนจริง μ' และส่วนจินตภาพ μ'' ได้อย่างเหมาะสม พร้อมด้วยกระบวนการที่รับประกันการกระจายและการวางแนวที่ยอดเยี่ยม

รูปที่ 6: แผนผังของโครงสร้างหน้าตัดของแผ่นแม่เหล็ก

ผลิตภัณฑ์ใหม่ ประเภทไฮบริดซีรีส์ IFL

TDK ได้เปิดตัวผลิตภัณฑ์ใหม่ ประเภทไฮบริดซึ่งมีชั้นโลหะ โดยเริ่มผลิตเป็นจำนวนมากในปี 2016 ผลิตภัณฑ์ประเภทไฮบริดนี้ถือเป็นนวัตกรรมใหม่ในการลดเสียงรบกวน โดยแทนที่ส่วนประกอบของฟิล์มพื้นผิวที่พบในรุ่นก่อนหน้ากับชั้นโลหะ

ในแผ่นซับเสียงรบกวนแบบดั้งเดิม แผ่นแม่เหล็กสามารถดูดซับเสียงรบกวนที่ปล่อยออกมาได้อย่างมีประสิทธิภาพ แต่เสียงรบกวนใดๆ ที่ยังไม่สามารถดูดซับได้ทั้งหมดก็ยังสามารถผ่านและหลุดออกไปได้ แผ่นไฮบริดซีรีส์ IFL ที่พัฒนาขึ้นใหม่จะแก้ไขปัญหานี้ ดังที่แสดงในรูปที่ 7 เสียงรบกวนที่แผ่นแม่เหล็กไม่สามารถดูดซับได้จะถูกบล็อกโดยชั้นโลหะ และเสียงรบกวนใดๆ ที่สะท้อนโดยชั้นนี้จะถูกดูดซับกลับโดยแผ่นแม่เหล็ก การดูดซับแบบสองเส้นทางนี้ ซึ่งเกิดขึ้นทั้งเส้นทางขาออกและขากลับ ส่งผลให้พลังงานเสียงรบกวนลดลงอย่างมาก คุณสมบัตินี้มีประโยชน์อย่างยิ่งในสมาร์ทโฟนที่รวมเอาส่วนชิ้นอิเล็กทรอนิกส์จำนวนมากเข้าด้วยกัน เนื่องจากช่วยลดการปล่อยเสียงรบกวนภายในตัวเครื่องและบรรเทาปัญหาที่เรียกว่า "การเป็นพิษต่อตัวเอง"

รูปที่ 8 แสดงให้เห็นการวิเคราะห์ของประสิทธิภาพของไฮบริดซีรีส์ IF ในสนามแม่เหล็กไฟฟ้าใกล้เคียง โดยใช้หน่วยความจำ DDR เป็นอุปกรณ์ที่ทดสอบ (EUT) ในการวิเคราะห์นี้ พื้นที่ที่มีระดับเสียงรบกวนสูงจะถูกเน้นด้วยสีแดง ในขณะที่พื้นที่ที่มีระดับเสียงรบกวนต่ำจะแสดงด้วยสีน้ำเงิน ผลิตภัณฑ์ที่มีอยู่แสดงให้เห็นการรั่วไหลของเสียงรบกวนที่สังเกตเห็นได้ ในขณะที่ซีรีส์ IFL สามารถระงับเสียงรบกวนได้เกือบทั้งหมดอย่างมีประสิทธิภาพ แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนถึงความสามารถในการซับเสียงรบกวนของชั้นโลหะ