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 pojedinačni tranzistori će s vremenom postati manji. Počeli smo očekivati ​​da će se nova generacija čipova s ​​manjim veličinama značajki pojaviti normalnom brzinom, ali koja je svrha smanjivanja stvari? Znači li manje uvijek bolje?
U prošlom je stoljeću elektroničko inženjerstvo postiglo ogroman napredak. 1920-ih najnapredniji AM radiouređaji sastojali su se od nekoliko vakuumskih cijevi, nekoliko ogromnih 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 da uključite više funkcionalnosti u istom volumenu. Ovo je posebno važno za digitalne sklopove: više komponenti znači da možete izvršiti više obrade u istoj količini vremena. Na primjer, u teoriji, količina informacija koju obrađuje 64-bitni procesor je osam puta veća od 8-bitnog CPU-a koji radi na istoj frekvenciji takta. Ali također zahtijeva osam puta više komponenti: registri, dodaci, sabirnice itd. svi su osam puta veći .Dakle, trebate ili čip koji je osam puta veći ili 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 razlučivosti. 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 besplatno pružiti neke dodatne komponente. Svaki terminal ima otpornik u seriji. Svaki objekt koji nosi struju također ima samoinduktivnost. Konačno, postoji kapacitet između bilo koja dva vodiča okrenuta jedan prema drugome. Svi ovi učinci troše energiju i usporavaju brzinu tranzistora. Parazitski kapaciteti su posebno problematični: potrebno ih je puniti i prazniti svaki put kada se tranzistori uključe ili isključe, 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 manju 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. Ali elektronički proizvodi su više nego samo tranzistore. Kad smanjite ostale komponente, kakve su njihove performanse?
Općenito govoreći, pasivne komponente kao što su otpornici, kondenzatori i induktori neće postati bolje kada postanu manje: na mnogo načina, postat će lošije. Stoga je minijaturizacija ovih komponenti uglavnom kako bi ih se moglo sabiti u manji volumen , čime se štedi prostor na PCB-u.
Veličina otpornika može se smanjiti bez uzrokovanja prevelikih gubitaka. Otpornost komada materijala dana je izrazom, gdje je l duljina, A površina poprečnog presjeka, a ρ otpornost materijala. Možete jednostavno smanjite duljinu i presjek i završite s fizički manjim otpornikom, ali i dalje s istim otporom. Jedini je nedostatak taj što će pri rasipanju iste snage fizički manji otpornici generirati više topline nego veći otpornici. Prema tome, mali otpornici Otpornici se mogu koristiti samo u krugovima male snage. Ova tablica pokazuje kako se maksimalna 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 0201 pakiranje (0,2 mm x 0,1 mm) je pušteno u promet, ali još nije pušteno u proizvodnju. Ali čak i ako se pojave u katalogu proizvođača, nemojte očekivati ​​da će biti posvuda: većina robota za odabir i postavljanje nije dovoljno točna nositi se s njima, tako da oni još uvijek mogu 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 je udaljenost između njih, a ε je dielektrična konstanta (svojstvo međumaterijala). Ako je kondenzator (u osnovi plosnati uređaj) minijaturiziran, površina se mora smanjiti, čime se smanjuje kapacitet. Ako još uvijek 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 koji je danas dostupan je u ultra-malom metričkom 0201 kućištu: samo 0,25 mm x 0,125 mm. Njihov kapacitet ograničen je na još uvijek korisnih 100 nF, a maksimalni radni napon je 6,3 V. Također, ova su pakiranja vrlo mala i zahtijevaju naprednu opremu za rukovanje njima, ograničavajući 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 četvrtina njegove izvorne vrijednosti. To znači da ćete dobiti isti otpor u polovici induktiviteta, tako da ćete prepoloviti 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 objavljeni su 2014., ali očito nikada nisu predstavljeni tržištu.
Fizička ograničenja induktora riješena su upotrebom fenomena zvanog dinamička induktivnost, koji se može promatrati u zavojnicama napravljenim od grafena. No čak i tako, ako se može proizvesti na komercijalno održiv način, može se povećati za 50%. Konačno, zavojnica se ne može dobro minijaturizirati. Međutim, ako vaš krug radi na visokim frekvencijama, to nije nužno problem. Ako je vaš signal u GHz rasponu, nekoliko nH zavojnica je obično dovoljno.
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.
Smanjivanje 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 njihovoj namjenskoj komunikaciji na frekvencijama GHz, za što antena treba biti samo oko jedan centimetar duljine. Zbog toga većina mobilnih telefona koji još uvijek sadrže FM prijamnike zahtijevaju da uključite slušalice prije upotrebe: radio mora koristiti žicu slušalice kao antenu kako bi dobio dovoljnu snagu signala od tih jednog metra dugih valova.
Što se tiče krugova povezanih s našim minijaturnim antenama, kada su manji, zapravo ih je lakše napraviti. To nije samo zato što su tranzistori postali brži, već i zato što učinci prijenosnih linija više nisu problem. Ukratko, kada duljina žice prelazi jednu desetinu valne duljine, trebate uzeti u obzir fazni pomak duž njezine duljine kada projektirate krug. 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 stalna tema u znanstvenom i tehnološkom novinarstvu. Ostaje činjenica da Intel, Samsung i TSMC, tri konkurenta koji su još uvijek na čelu igre, nastavljaju sažimati više značajki po kvadratnom mikrometru i planiraju uvesti nekoliko generacija poboljšanih čipova u budućnosti. Iako napredak koji su postigli na svakom koraku možda neće biti velik kao prije dva desetljeća, minijaturizacija tranzistora nastavlja.
Međutim, za diskretne komponente, čini se da smo dosegnuli prirodnu granicu: njihovo smanjivanje ne poboljšava njihovu izvedbu, a najmanje dostupne komponente su manje 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 na njega staviti SMD otpornik, baš kao što sada mijenjam/isključujem. Moj cilj je da moja braća i sestre (nitko od njih nisu) elektronički proizvodi) koliko promjena, uključujući čak i mogu vidjeti dijelove svog rada, (kako mi se vid pogoršava, ruke mi se sve više tresu).
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.
Određena minijaturizacija dolazi iz dizajna. Operacijska pojačala dopuštaju upotrebu rotacijskih kotača, 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 krug funkcionirao. Danas nas nije toliko briga. Trebate nešto za preokret signala? Uzmite operacijsko pojačalo. Trebate li državni stroj? Uzmite mpu. itd. Komponente su danas stvarno male, ali zapravo ima mnogo komponenti unutra. Dakle, u osnovi se veličina vašeg kruga povećava i potrošnja energije. Tranzistor koji se koristi za invertiranje signala koristi manje energije za obaviti isti posao kao operacijsko pojačalo. 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 sigurno će igrati važnu ulogu, ali ASML bi mogao biti puno važniji na ovom popisu. Naravno, to se ne mora odnositi na pasivni glas...
Ne radi se samo o smanjenju troškova silicija kroz procesne čvorove sljedeće generacije. Ostale stvari, kao što su vrećice. Manji paketi zahtijevaju manje materijala i wcsp ili čak manje. Manji paketi, manji PCB-ovi ili moduli, itd.
Često vidim neke kataloške proizvode, gdje je jedini pokretački faktor smanjenje troškova. Veličina MHz/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 iu opservatorijima na velikim visinama.
Nisam vidio glavni razlog za povećanje brzine. Brzina signala je približno 8 inča po nanosekundi. Dakle, samo smanjenjem veličine mogući su brži čipovi.
Možda biste željeli provjeriti vlastitu matematiku izračunavanjem razlike u kašnjenju propagacije zbog promjena pakiranja i smanjenih ciklusa (1/učestalost). To je smanjenje kašnjenja/razdoblja frakcija. Otkrit 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 preostali prostor unutra, ne zato što su tranzistori itd. postali manji.
Uz problem kako napraviti robota dovoljno preciznim da stvarno rukuje sa sitnim komponentama u aplikacijama za brzo postavljanje, još jedan problem je pouzdano zavarivanje sitnih komponenti. Osobito kada još uvijek trebate veće komponente zbog zahtjeva za snagom/kapacitetom. Korištenje posebna pasta za lemljenje, predlošci paste za lemljenje s posebnim 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 i daljnja minijaturizacija u krugu na razini ploče samo je skup i izvediv način. U ovom trenutku, mogli biste napraviti 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. Postoji 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 diskretne komponente koje su prije bile nezamjenjive.
> (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. One pružaju golem napredak, ali u isto vrijeme dodaju novu razinu složenosti iterativnom procesu izrade prototipova.
Brzina prilagodbe i simulacije analognih sklopova mnogo je brža od onoga što radite u laboratoriju. Kako učestalost digitalnih sklopova raste, PCB postaje dio sklopa. Na primjer, učinci dalekovoda, kašnjenje širenja. Izrada prototipa bilo kojeg reznog- rubnu tehnologiju najbolje je potrošiti na ispravno dovršavanje dizajna, umjesto na prilagođavanje u laboratoriju.
Što se tiče hobi artikala, procjena. Ploče i moduli su rješenje 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 otvora 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 će u 23. stoljeću Planetarni savez usvojiti 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 netočno (tj. stvarna odgovarajuća veličina - ne tako) u svakom slučaju. 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."