vijesti

Možda nakon Ohmovog zakona, drugi najpoznatiji zakon u elektronici je Mooreov zakon: broj tranzistora koji se mogu proizvesti na integriranom krugu udvostručuje se otprilike svake dvije godine. Budući da fizička veličina čipa ostaje otprilike ista, to znači da će pojedinačni tranzistori s vremenom postati manji. Počeli smo očekivati ​​da će se nova generacija čipova s ​​manjim karakteristikama pojaviti normalnom brzinom, ali koja je svrha smanjivanja stvari? Znači li manje uvijek bolje?
U prošlom stoljeću elektroničko inženjerstvo je postiglo ogroman napredak. Dvadesetih godina prošlog stoljeća najnapredniji AM radiouređaji sastojali su se od nekoliko vakuumskih cijevi, nekoliko golemih induktora, kondenzatora i otpornika, desetaka metara žica koje su se koristile kao antene i velikog kompleta baterija za napajanje cijelog uređaja. Danas možete slušati više od desetak usluga strujanja glazbe na uređaju u svom džepu, a možete i više. Ali minijaturizacija nije samo radi prenosivosti: ona je apsolutno neophodna za postizanje performansi koje očekujemo od naših današnjih uređaja.
Jedna očita prednost manjih komponenti je da vam omogućuju uključivanje više funkcionalnosti u isti volumen. Ovo je posebno važno za digitalne sklopove: više komponenti znači da možete izvršiti više obrade u istom vremenu. Na primjer, u teoriji, količina informacija koju obrađuje 64-bitni procesor je osam puta veća od 8-bitnog CPU-a koji radi na istoj taktnoj frekvenciji. Ali također zahtijeva osam puta više komponenti: registri, zbrajači, sabirnice itd. svi su osam puta veći. Dakle, trebate ili čip koji je osam puta veći ili vam treba tranzistor koji je osam puta manji.
Isto vrijedi i za memorijske čipove: izradom manjih tranzistora imate više prostora za pohranu u istom volumenu. Pikseli u većini današnjih zaslona izrađeni su od tranzistora tankog filma, pa ih ima smisla smanjiti i postići veće rezolucije. Međutim, što je tranzistor manji, to je bolji, a postoji još jedan ključni razlog: njihova izvedba je znatno poboljšana. Ali zašto točno?
Kad god napravite tranzistor, on će vam dati neke dodatne komponente besplatno. Svaki terminal ima otpornik u seriji. Svaki objekt koji nosi struju ima i samoindukciju. Konačno, postoji kapacitivnost između bilo koja dva vodiča okrenuta jedan prema drugome. Svi ti efekti troše energiju i usporavaju brzinu tranzistora. Parazitski kapaciteti posebno su problematični: tranzistori se moraju puniti i prazniti svaki put kada su uključeni ili isključeni, što zahtijeva vrijeme i struju iz napajanja.
Kapacitet između dva vodiča je funkcija njihove fizičke veličine: manja veličina znači manji kapacitet. A budući da manji kondenzatori znače veće brzine i nižu snagu, manji tranzistori mogu raditi na višim taktnim frekvencijama i pritom rasipati manje topline.
Kako smanjujete veličinu tranzistora, kapacitivnost nije jedini učinak koji se mijenja: postoje mnogi čudni kvantno-mehanički učinci koji nisu očiti za veće uređaje. Međutim, općenito govoreći, smanjenje tranzistora učinit će ih bržima. No elektronički proizvodi nisu samo tranzistori. Kad smanjite ostale komponente, kako rade?
Općenito govoreći, pasivne komponente kao što su otpornici, kondenzatori i induktori neće postati bolje kada postanu manje: na mnogo načina, postat će gore. Stoga je minijaturizacija ovih komponenti uglavnom kako bi se mogle sabiti u manji volumen, čime se štedi prostor na PCB-u.
Veličina otpornika može se smanjiti bez prevelikog gubitka. Otpornost komada materijala dana je izrazom, gdje je l duljina, A površina poprečnog presjeka, a ρ otpornost materijala. Možete jednostavno smanjiti duljinu i presjek, i završiti s fizički manjim otpornikom, ali i dalje s istim otporom. Jedini nedostatak je da će pri disipaciji iste snage fizički manji otpornici generirati više topline nego veći otpornici. Stoga se mali otpornici mogu koristiti samo u krugovima male snage. Ova tablica pokazuje kako se najveća nazivna snaga SMD otpornika smanjuje kako se smanjuje njihova veličina.
Danas je najmanji otpornik koji možete kupiti metričke veličine 03015 (0,3 mm x 0,15 mm). Njihova nazivna snaga je samo 20 mW i koriste se samo za krugove koji rasipaju vrlo malo snage i izuzetno su ograničene veličine. Manji metrički paket 0201 (0,2 mm x 0,1 mm) je pušten u prodaju, ali još nije pušten u proizvodnju. Ali čak i ako se pojave u katalogu proizvođača, ne očekujte da će biti posvuda: većina robota za odabir i postavljanje nije dovoljno precizna da s njima rukuje, tako da bi i dalje mogli biti nišni proizvodi.
Kondenzatori se također mogu smanjiti, ali to će smanjiti njihov kapacitet. Formula za izračunavanje kapaciteta shunt kondenzatora je, gdje je A površina ploče, d udaljenost između njih, a ε dielektrična konstanta (svojstvo međumaterijala). Ako je kondenzator (u osnovi plosnati uređaj) minijaturiziran, površina se mora smanjiti, čime se smanjuje kapacitet. Ako ipak želite spakirati puno nafare u malom volumenu, jedina opcija je slaganje nekoliko slojeva zajedno. Zbog napretka u materijalima i proizvodnji, koji je također omogućio tanke filmove (mali d) i posebne dielektrike (s većim ε), veličina kondenzatora značajno se smanjila u posljednjih nekoliko desetljeća.
Najmanji kondenzator dostupan danas je u ultra-malom metričkom 0201 pakiranju: samo 0,25 mm x 0,125 mm. Njihov je kapacitet ograničen na još uvijek korisnih 100 nF, a maksimalni radni napon je 6,3 V. Također, ovi su paketi vrlo mali i zahtijevaju naprednu opremu za rukovanje, što ograničava njihovu široku primjenu.
Za induktore, priča je malo škakljiva. Induktivnost ravnog svitka dana je izrazom, gdje je N broj zavoja, A je površina poprečnog presjeka svitka, l je njegova duljina, a μ je konstanta materijala (propusnost). Ako se sve dimenzije prepolove, induktivitet će se također prepoloviti. Međutim, otpor žice ostaje isti: to je zato što su duljina i presjek žice smanjeni na četvrtinu svoje izvorne vrijednosti. To znači da na kraju imate isti otpor u polovici induktiviteta, tako da prepolovite faktor kvalitete (Q) zavojnice.
Najmanji komercijalno dostupni diskretni induktor ima veličinu inča 01005 (0,4 mm x 0,2 mm). Oni su visoki do 56 nH i imaju otpor od nekoliko ohma. Induktori u ultra-malom metričkom 0201 pakiranju pušteni su u prodaju 2014., ali očito nikad nisu predstavljeni tržištu.
Fizička ograničenja induktora riješena su upotrebom fenomena zvanog dinamička induktivnost, koji se može promatrati u zavojnicama izrađenim od grafena. Ali čak i tako, ako se može proizvesti na komercijalno isplativ način, može se povećati za 50%. Konačno, zavojnica se ne može dobro minijaturizirati. Međutim, ako vaš sklop radi na visokim frekvencijama, to nije nužno problem. Ako je vaš signal u GHz rasponu, obično je dovoljno nekoliko nH zavojnica.
Ovo nas dovodi do još jedne stvari koja je minijaturizirana u prošlom stoljeću, ali možda nećete odmah primijetiti: valna duljina koju koristimo za komunikaciju. Rane radijske emisije koristile su srednjevalnu AM frekvenciju od oko 1 MHz s valnom duljinom od oko 300 metara. FM frekvencijski pojas sa središtem na 100 MHz ili 3 metra postao je popularan oko 1960-ih, a danas uglavnom koristimo 4G komunikaciju oko 1 ili 2 GHz (oko 20 cm). Više frekvencije znače veći kapacitet prijenosa informacija. Upravo zbog minijaturizacije imamo jeftine, pouzdane i štedljive radio uređaje koji rade na tim frekvencijama.
Smanjenje valnih duljina može smanjiti antene jer je njihova veličina izravno povezana s frekvencijom koju trebaju odašiljati ili primati. Današnji mobilni telefoni ne trebaju dugačke izbočene antene zahvaljujući namjenskoj komunikaciji na GHz frekvencijama, za što antena treba biti dugačka samo oko jedan centimetar. To je razlog zašto većina mobilnih telefona koji još uvijek imaju FM prijamnike zahtijevaju da uključite slušalice prije upotrebe: radio treba koristiti žicu slušalice kao antenu kako bi dobio dovoljnu snagu signala od tih valova dugih jedan metar.
Što se tiče krugova povezanih s našim minijaturnim antenama, kada su manji, lakše ih je napraviti. To nije samo zato što su tranzistori postali brži, već i zato što učinci dalekovoda više nisu problem. Ukratko, kada duljina žice prelazi jednu desetinu valne duljine, trebate uzeti u obzir fazni pomak duž njezine duljine prilikom projektiranja strujnog kruga. Na 2,4 GHz to znači da je samo jedan centimetar žice utjecao na vaš krug; ako lemite diskretne komponente zajedno, to je glavobolja, ali ako rasporedite strujni krug na nekoliko četvornih milimetara, to nije problem.
Predviđanje propasti Mooreovog zakona, ili pokazivanje da su ta predviđanja uvijek iznova pogrešna, postalo je tema koja se ponavlja u znanstvenom i tehnološkom novinarstvu. Ostaje činjenica da Intel, Samsung i TSMC, tri konkurenta koji su još uvijek na čelu igre, nastavljaju komprimirati više značajki po kvadratnom mikrometru i planiraju predstaviti nekoliko generacija poboljšanih čipova u budućnosti. Iako napredak koji su napravili na svakom koraku možda nije tako velik kao prije dva desetljeća, minijaturizacija tranzistora se nastavlja.
Međutim, za diskretne komponente, čini se da smo dosegnuli prirodnu granicu: njihovo smanjivanje ne poboljšava njihovu izvedbu, a najmanje dostupne komponente manje su nego što većina slučajeva upotrebe zahtijeva. Čini se da ne postoji Mooreov zakon za diskretne uređaje, ali ako postoji Mooreov zakon, voljeli bismo vidjeti koliko jedna osoba može pogurati izazov SMD lemljenja.
Oduvijek sam želio fotografirati PTH otpornik koji sam koristio 1970-ih i staviti SMD otpornik na njega, baš kao što sada mijenjam. Moj cilj je učiniti moju braću i sestre (nitko od njih nije elektronički proizvod) koliko se promijeni, uključujući čak i da mogu vidjeti dijelove svog rada (kako mi se vid pogoršava, ruke mi sve gore drhte).
Volim reći, je li to zajedno ili nije. Stvarno mrzim "poboljšaj se, postani bolji." Ponekad vaš izgled dobro funkcionira, ali više ne možete dobiti dijelove. Što je to dovraga? . Dobar koncept je dobar koncept i bolje ga je zadržati takvim kakav jest, nego ga poboljšavati bez razloga. Gantt
"Ostaje činjenica da se tri tvrtke Intel, Samsung i TSMC još uvijek natječu na čelu ove igre, neprestano istiskujući više značajki po kvadratnom mikrometru,"
Elektroničke komponente su velike i skupe. Godine 1971. prosječna je obitelj imala samo nekoliko radija, stereo i TV. Do 1976. pojavila su se računala, kalkulatori, digitalni satovi, koji su bili mali i jeftini za potrošače.
Neka minijaturizacija dolazi iz dizajna. Operacijska pojačala dopuštaju korištenje giratora, koji u nekim slučajevima mogu zamijeniti velike induktore. Aktivni filtri također eliminiraju induktore.
Veće komponente promiču druge stvari: minimiziranje sklopa, to jest pokušaj korištenja što manje komponenti kako bi sklop radio. Danas nam nije toliko stalo. Trebate nešto da preokrenete signal? Uzmi operacijsko pojačalo. Trebate li državnu mašinu? Uzmi mpu. itd. Komponente su danas stvarno male, ali zapravo ima mnogo komponenti unutra. Dakle, u osnovi se povećava veličina vašeg kruga i povećava potrošnja energije. Tranzistor koji se koristi za invertiranje signala koristi manje energije za obavljanje istog posla od operacijskog pojačala. Ali opet, minijaturizacija će se pobrinuti za korištenje snage. Samo što je inovacija otišla u drugom smjeru.
Stvarno ste propustili neke od najvećih prednosti/razloga smanjene veličine: smanjeni paraziti paketa i povećano rukovanje snagom (što se čini kontraintuitivnim).
S praktične točke gledišta, nakon što veličina značajke dosegne oko 0,25u, dosegnut ćete razinu GHz, a tada veliki SOP paket počinje proizvoditi najveći* učinak. Duge spojne žice i ti vodovi na kraju će vas ubiti.
U ovom su trenutku QFN/BGA paketi znatno poboljšani u pogledu performansi. Osim toga, kada ovako ravno postavite paket, na kraju ćete imati *znatno* bolju toplinsku izvedbu i izložene jastučiće.
Osim toga, Intel, Samsung i TSMC će svakako igrati važnu ulogu, ali ASML bi mogao biti puno važniji na ovom popisu. Naravno, ovo se ne mora odnositi na pasiv...
Ne radi se samo o smanjenju troškova silicija kroz procesne čvorove sljedeće generacije. Druge stvari, kao što su torbe. Manja pakiranja zahtijevaju manje materijala i wcsp ili čak manje. Manja pakiranja, manji PCB-ovi ili moduli itd.
Često vidim neke kataloške proizvode, gdje je jedini pokretački čimbenik smanjenje troškova. MHz/veličina memorije je ista, SOC funkcija i raspored pinova su isti. Možemo koristiti nove tehnologije za smanjenje potrošnje energije (obično to nije besplatno, pa moraju postojati neke konkurentske prednosti do kojih je kupcima stalo)
Jedna od prednosti velikih komponenti je materijal protiv zračenja. Sićušni tranzistori su osjetljiviji na učinke kozmičkih zraka, u ovoj važnoj situaciji. Na primjer, u svemiru, pa čak i visinskim zvjezdarnicama.
Nisam vidio glavni razlog za povećanje brzine. Brzina signala je približno 8 inča po nanosekundi. Dakle, samo smanjenjem veličine mogući su brži čipovi.
Možda želite provjeriti vlastitu matematiku izračunavanjem razlike u kašnjenju propagacije zbog promjena pakiranja i smanjenih ciklusa (1/učestalost). To je smanjenje odgode/razdoblja frakcija. Vidjet ćete da se to čak i ne pojavljuje kao faktor zaokruživanja.
Jedna stvar koju želim dodati je da mnogi IC-ovi, posebno stariji dizajni i analogni čipovi, zapravo nisu smanjeni, barem interno. Zbog poboljšanja u automatiziranoj proizvodnji, paketi su postali manji, ali to je zato što DIP paketi obično imaju puno preostalog prostora unutra, a ne zato što su tranzistori itd. postali manji.
Uz problem kako napraviti robota dovoljno preciznim da stvarno rukuje sićušnim komponentama u aplikacijama brzog skupljanja i postavljanja, drugi problem je pouzdano zavarivanje sićušnih komponenti. Pogotovo kada još uvijek trebate veće komponente zbog zahtjeva za snagom/kapacitetom. Korištenjem posebne paste za lemljenje, posebni predlošci paste za lemljenje u koracima (nanesite malu količinu paste za lemljenje gdje je potrebno, ali još uvijek osigurajte dovoljno paste za lemljenje za velike komponente) počeli su postajati vrlo skupi. Dakle, mislim da postoji plato, a daljnja minijaturizacija na razini tiskanih ploča samo je skup i izvediv način. U ovom trenutku, mogli biste učiniti veću integraciju na razini silicijske pločice i pojednostaviti broj diskretnih komponenti na apsolutni minimum.
Vidjet ćete ovo na svom telefonu. Oko 1995. kupio sam neke prve mobilne telefone na garažnim rasprodajama za nekoliko dolara svaki. Većina IC-ova ima otvore. Prepoznatljivi CPU i kompander NE570, veliki IC za višekratnu upotrebu.
Onda sam završio s nekim ažuriranim ručnim telefonima. Ima vrlo malo komponenti i gotovo ništa poznato. U malom broju IC-ova, ne samo da je gustoća veća, već je usvojen i novi dizajn (vidi SDR), koji eliminira većinu diskretnih komponenti koje su prije bile neophodne.
> (Nanesite malu količinu paste za lemljenje gdje je potrebno, ali još uvijek osigurajte dovoljno paste za lemljenje za velike komponente)
Hej, zamislio sam predložak "3D/Wave" za rješavanje ovog problema: tanji tamo gdje su najmanje komponente, a deblji tamo gdje je strujni krug.
Danas su SMT komponente vrlo male, možete koristiti stvarne diskretne komponente (ne 74xx i drugo smeće) da dizajnirate vlastiti CPU i ispišete ga na PCB. Pospite ga LED-om, možete vidjeti kako radi u stvarnom vremenu.
Tijekom godina svakako cijenim brzi razvoj složenih i malih komponenti. Omogućuju ogroman napredak, ali u isto vrijeme dodaju novu razinu složenosti iterativnom procesu izrade prototipova.
Brzina prilagodbe i simulacije analognih sklopova mnogo je brža od one koju radite u laboratoriju. Kako frekvencija digitalnih sklopova raste, PCB postaje dio sklopa. Na primjer, učinci dalekovoda, kašnjenje širenja. Izradu prototipa bilo koje vrhunske tehnologije najbolje je potrošiti na ispravno dovršavanje dizajna, umjesto na prilagodbe u laboratoriju.
Što se tiče predmeta za hobi, procjena. Sklopne ploče i moduli rješenje su za komponente koje se skupljaju i module prije testiranja.
Zbog toga stvari mogu izgubiti "zabavu", ali mislim da bi pokretanje vašeg projekta po prvi put moglo imati više smisla zbog posla ili hobija.
Pretvarao sam neke dizajne iz provrtnih u SMD. Napravite jeftinije proizvode, ali nije zabavno ručno graditi prototipove. Jedna mala greška: “paralelno mjesto” treba čitati kao “paralelna ploča”.
Ne. Nakon što sustav pobijedi, arheolozi će i dalje biti zbunjeni njegovim nalazima. Tko zna, možda u 23. stoljeću Planetarni savez usvoji novi sustav...
Ne mogu se više složiti. Koja je veličina 0603? Naravno, zadržati 0603 kao imperijalnu veličinu i "nazvati" metričku veličinu 0603 0604 (ili 0602) nije tako teško, čak i ako je možda tehnički neispravno (tj.: stvarna odgovarajuća veličina - ne na taj način). Strogo), ali će barem svi znati o kojoj tehnologiji govorite (metrička/imperijalna)!
"Općenito govoreći, pasivne komponente kao što su otpornici, kondenzatori i induktori neće biti bolje ako ih smanjite."