vijesti

Možda nakon Ohmovog zakona, drugi najpoznatiji zakon u elektronici je Moorov zakon: broj tranzistora koji se mogu proizvesti na integriranom kolu udvostručuje se svake dvije godine ili tako nešto. Budući da fizička veličina čipa ostaje otprilike ista, to znači da pojedinačni tranzistori će vremenom postati manji. Počeli smo da očekujemo da će se nova generacija čipova sa manjim karakteristikama pojaviti pri normalnoj brzini, ali koja je svrha smanjivanja stvari? Da li manje uvijek znači bolje?
U prošlom veku, elektronski inženjering je napravio ogroman napredak. Dvadesetih godina prošlog veka, najnapredniji AM radio uređaji sastojali su se od nekoliko vakuumskih cevi, nekoliko ogromnih induktora, kondenzatora i otpornika, desetina metara žica koje su se koristile kao antene i velikog kompleta baterija. za napajanje cijelog uređaja. Danas možete slušati više od deset servisa za striming muzike na uređaju u svom džepu, a možete i više. Ali minijaturizacija nije samo za prenosivost: apsolutno je neophodna za postizanje performansi koje očekujemo od naših uređaja danas.
Jedna očigledna prednost manjih komponenti je ta što vam omogućavaju uključivanje više funkcionalnosti u isti volumen. Ovo je posebno važno za digitalna kola: više komponenti znači da možete obaviti više obrade u istom vremenskom periodu. Na primjer, u teoriji, količina informacija koje 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, sabirnici, magistrale, itd. su sve osam puta veće .Dakle, treba vam ili čip koji je osam puta veći ili tranzistor koji je osam puta manji.
Isto važi i za memorijske čipove: pravljenjem manjih tranzistora, imate više prostora za skladištenje u istoj zapremini. Pikseli u većini ekrana današnjice su napravljeni od tankoslojnih tranzistora, pa ih ima smisla smanjiti i postići veće rezolucije. Međutim , što je manji tranzistor, to bolje, a postoji još jedan bitan razlog: njihove performanse su znatno poboljšane. Ali zašto tačno?
Kad god napravite tranzistor, on će besplatno obezbijediti neke dodatne komponente. Svaki terminal ima otpornik u seriji. Svaki predmet koji nosi struju također ima samoinduktivnost. Konačno, postoji kapacitivnost između bilo koja dva vodiča okrenuta jedan prema drugom. Svi ovi efekti troše energiju i usporavaju brzinu tranzistora. Parazitni kapaciteti su posebno problematični: potrebno ih je puniti i prazniti svaki put kada se tranzistori uključe ili isključuju, što zahtijeva vrijeme i struju iz izvora 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 pri tome rasipati manje topline.
Kako smanjujete veličinu tranzistora, kapacitivnost nije jedini efekat koji se mijenja: postoje mnogi čudni kvantnomehanički efekti koji nisu očigledni za veće uređaje. Međutim, općenito govoreći, smanjenje tranzistora će ih učiniti bržima. Ali elektronski proizvodi su više nego samo tranzistori. Kada smanjite druge komponente, kako one rade?
Uopšteno govoreći, pasivne komponente kao što su otpornici, kondenzatori i induktori neće postati bolje kada se smanje: na mnogo načina, postaće gore. Prema tome, minijaturizacija ovih komponenti je uglavnom da bi se mogle komprimirati u manji volumen , čime se štedi prostor na PCB-u.
Veličina otpornika se može smanjiti bez izazivanja prevelikog gubitka. Otpor komada materijala je dat sa, gdje je l dužina, A je površina poprečnog presjeka, a ρ je otpornost materijala. jednostavno smanjite dužinu i poprečni presjek i na kraju dobijete fizički manji otpornik, ali i dalje ima isti otpor. Jedini nedostatak je što će, kada se rasipa ista snaga, fizički manji otpornici generirati više topline od većih otpornika. Prema tome, mali otpornici Otpornici se mogu koristiti samo u krugovima male snage. Ova tabela pokazuje kako se maksimalna snaga SMD otpornika smanjuje kako se njihova veličina smanjuje.
Danas je najmanji otpornik koji možete kupiti metrička veličina 03015 (0,3 mm x 0,15 mm). Njihova nazivna snaga je samo 20 mW i koriste se samo za kola koja rasipaju vrlo malo snage i izuzetno su ograničene veličine. Manja metrika 0201 paket (0,2 mm x 0,1 mm) je pušten, ali još nije pušten u proizvodnju. Ali čak i ako se pojave u katalogu proizvođača, nemojte očekivati ​​da će ih biti posvuda: većina robota za odabir i postavljanje nisu dovoljno precizni da se njima rukuje, tako da oni i dalje mogu biti nišni proizvodi.
Kondenzatori se također mogu smanjiti, ali to će smanjiti njihov kapacitet. Formula za izračunavanje kapacitivnosti šant kondenzatora je, gdje je A površina ploče, d je udaljenost između njih, a ε je dielektrična konstanta (osobina međumaterijala). Ako je kondenzator (u osnovi ravan uređaj) minijaturiziran, površina se mora smanjiti, čime se smanjuje kapacitet. Ako i dalje želite spakovati puno nafara u maloj zapremini, jedina opcija je slaganje nekoliko slojeva zajedno. Zbog napretka u materijalima i proizvodnji, koji su također omogućili tanke filmove (mali d) i specijalne dielektrike (sa većim ε), veličina kondenzatora se značajno smanjila u posljednjih nekoliko decenija.
Najmanji kondenzator koji je danas dostupan je u ultra malom metričkom 0201 paketu: samo 0,25 mm x 0,125 mm. Njihov kapacitet je ograničen na još uvijek korisnih 100 nF, a maksimalni radni napon je 6,3 V. Također, ovi paketi su vrlo mali i zahtijevaju naprednu opremu za rukovanje njima, ograničavajući njihovu široku primjenu.
Što se tiče induktora, priča je malo zeznuta. Induktivnost ravnog namotaja je data sa, gdje je N broj zavoja, A je površina poprečnog presjeka zavojnice, l je njegova dužina, a μ je konstanta materijala (propusnost). Ako se sve dimenzije smanje za polovicu, induktivnost će se također smanjiti za polovicu. Međutim, otpor žice ostaje isti: to je zato što se dužina i poprečni presjek žice smanjuju na četvrtinu njegove originalne vrijednosti. To znači da ćete na kraju imati isti otpor u polovini induktivnosti, tako da prepolovite faktor kvalitete (Q) zavojnice.
Najmanji komercijalno dostupan diskretni induktor ima veličinu inča 01005 (0,4 mm x 0,2 mm). Oni su visoki čak 56 nH i imaju otpor od nekoliko oma. Induktori u ultra malom metričkom 0201 paketu objavljeni su 2014., ali očigledno nikada nisu predstavljeni na tržištu.
Fizička ograničenja induktora su riješena korištenjem fenomena zvanog dinamička induktivnost, koji se može primijetiti u zavojnicama napravljenim od grafena. Ali čak i tako, ako se može proizvesti na komercijalno održiv način, može se povećati za 50%. Konačno, kalem se ne može dobro minijaturizirati. Međutim, ako vaše kolo radi na visokim frekvencijama, to nije nužno problem. Ako je vaš signal u opsegu GHz, obično je dovoljno nekoliko nH zavojnica.
Ovo nas dovodi do još jedne stvari koja je bila minijaturizovana u prošlom veku, ali možda nećete odmah primetiti: talasnu dužinu koju koristimo za komunikaciju. Rani radijski programi koristili su srednje talasnu AM frekvenciju od oko 1 MHz sa talasnom dužinom od oko 300 metara. FM frekvencijski opseg sa centrom na 100 MHz ili 3 metra postao je popularan oko 1960-ih, a danas uglavnom koristimo 4G komunikacije oko 1 ili 2 GHz (oko 20 cm). Više frekvencije znače veći kapacitet za prijenos informacija. Upravo zbog minijaturizacije imamo jeftine, pouzdane i štedljive radio stanice koje rade na ovim frekvencijama.
Smanjene talasne dužine mogu smanjiti antene jer je njihova veličina direktno povezana sa frekvencijom koju treba da emituju ili primaju. Današnjim mobilnim telefonima nisu potrebne dugo izbočene antene, zahvaljujući njihovoj namenskoj komunikaciji na frekvencijama GHz, za koje antena treba da bude samo oko jedan centimetar dugačak. Zbog toga većina mobilnih telefona koji još uvijek sadrže FM prijemnike zahtijevaju da priključite slušalice prije upotrebe: radio treba da koristi žicu slušalica kao antenu kako bi dobio dovoljnu jačinu signala od talasa dugih jedan metar.
Što se tiče kola povezanih na naše minijaturne antene, kada su manja, postaju lakša za izradu. To nije samo zato što su tranzistori postali brži, već i zato što efekti dalekovoda više nisu problem. Ukratko, kada dužina ako žica prelazi jednu desetinu valne dužine, morate uzeti u obzir fazni pomak duž njene dužine kada dizajnirate krug. Na 2,4 GHz, to znači da je samo jedan centimetar žice utjecao na vaše kolo; ako spajate diskretne komponente zajedno, to je glavobolja, ali ako sklop postavite na nekoliko kvadratnih milimetara, to nije problem.
Predviđanje nestanka Mooreovog zakona, ili pokazivanje da su ova predviđanja iznova i iznova pogrešna, postala je tema koja se ponavlja u naučnom i tehnološkom novinarstvu. Ostaje činjenica da su Intel, Samsung i TSMC, tri konkurenta koji su još uvijek u prvom planu igre, nastavljaju sa kompresijom više funkcija po kvadratnom mikrometru i planiraju uvođenje nekoliko generacija poboljšanih čipova u budućnosti. Iako napredak koji su postigli na svakom koraku možda nije tako velik kao prije dvije decenije, minijaturizacija tranzistora nastavlja.
Međutim, za diskretne komponente, čini se da smo dosegli prirodnu granicu: njihovo smanjenje ne poboljšava njihove performanse, a najmanje komponente koje su trenutno dostupne su manje nego što zahtijeva većina slučajeva upotrebe. 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 uslikati PTH otpornik koji sam koristio 1970-ih i staviti SMD otpornik na njega, baš kao što sada mijenjam/izmjenjujem. Moj cilj je da napravim svoju braću i sestre (nijedna elektronski proizvodi) koliko promjena, uključujući čak i mogu vidjeti dijelove svog rada, (kako mi se vid pogoršava, ruke mi se pogoršavaju. Drhte).
Volim da kažem, da li je zajedno ili ne. Zaista mrzim „poboljšaj se, postani bolji“. Ponekad vaš raspored radi dobro, ali više ne možete dobiti dijelove. Šta je to dovraga?. Dobar koncept je dobar koncept, i bolje ga je zadržati kakav jeste, umjesto da ga poboljšavate bez razloga. Gantt
“Činjenica ostaje da se tri kompanije Intel, Samsung i TSMC još uvijek takmiče na čelu ove igre, konstantno istiskujući više funkcija po kvadratnom mikrometru,”
Elektronske komponente su velike i skupe. Godine 1971. prosječna porodica je imala samo nekoliko radija, stereo i TV. Do 1976. izašli su kompjuteri, kalkulatori, digitalni satovi i satovi, koji su bili mali i jeftini za potrošače.
Određena minijaturizacija dolazi od dizajna. Operativna pojačala dozvoljavaju upotrebu giratora, koji u nekim slučajevima mogu zamijeniti velike induktore. Aktivni filteri također eliminišu induktore.
Veće komponente promovišu druge stvari: minimiziranje kola, to jest, pokušaj korištenja najmanje komponenti da bi kolo funkcioniralo. Danas nas nije toliko briga. Trebate nešto da preokrenete signal? Uzmite operacijsko pojačalo. Trebate li državni stroj? Uzmite mpu.etc. Komponente su danas stvarno male, ali zapravo ima mnogo komponenti unutra. Dakle, u osnovi se povećava veličina vašeg kola i povećava potrošnja energije. Tranzistor koji se koristi za invertiranje signala koristi manje energije za Ostvaruju isti posao kao operativno pojačalo. Ali opet, minijaturizacija će se pobrinuti za korištenje energije. Samo što je inovacija otišla u drugom smjeru.
Zaista ste propustili neke od najvećih prednosti/razloga smanjene veličine: smanjeni paraziti u paketu i povećano rukovanje snagom (što se čini kontraintuitivnim).
Sa praktične tačke gledišta, kada veličina funkcije dostigne oko 0,25u, dostići ćete nivo GHz, u tom trenutku veliki SOP paket počinje da proizvodi najveći* efekat. Duge žice za povezivanje i ti vodovi će vas na kraju ubiti.
U ovom trenutku, QFN/BGA paketi su značajno poboljšani u smislu performansi. Osim toga, kada ovako montirate paket ravno, na kraju ćete imati *značajno* bolje termalne performanse i izložene jastučiće.
Osim toga, Intel, Samsung i TSMC će sigurno igrati važnu ulogu, ali ASML može biti mnogo važniji na ovoj listi. Naravno, ovo se možda ne odnosi na pasivni glas…
Ne radi se samo o smanjenju troškova silikona kroz procesne čvorove sljedeće generacije. Ostale stvari, kao što su vrećice. Manji paketi zahtijevaju manje materijala i wcsp-a ili čak manje. Manji paketi, manji PCB-ovi ili moduli, itd.
Često vidim neke proizvode iz kataloga, gdje je jedini pokretački faktor smanjenje troškova. MHz/veličina memorije je ista, SOC funkcija i raspored pinova su isti. Možemo koristiti nove tehnologije za smanjenje potrošnje energije (obično ovo nije besplatno, tako da moraju postojati neke konkurentske prednosti do kojih je kupcima stalo)
Jedna od prednosti velikih komponenti je antiradijacioni materijal. Sićušni tranzistori su podložniji dejstvu kosmičkih zraka, u ovoj važnoj situaciji. Na primer, u svemiru, pa čak i u opservatorijama na velikim visinama.
Nisam vidio glavni razlog za povećanje brzine. Brzina signala je otprilike 8 inča po nanosekundi. Dakle, samo smanjenjem veličine, brži čipovi su mogući.
Možda ćete htjeti provjeriti vlastitu matematiku tako što ćete izračunati razliku u kašnjenju širenja zbog promjena pakovanja i smanjenih ciklusa (1/frekvencija). To je da smanjite kašnjenje/period frakcija. Uvidjet ćete da se čak ni ne pojavljuje kao faktor zaokruživanja.
Jedna stvar koju želim dodati je da mnogi IC-ovi, posebno stariji dizajni i analogni čipovi, nisu zapravo smanjeni, barem interno. Zbog poboljšanja automatizirane proizvodnje, paketi su postali manji, ali to je zato što DIP paketi obično imaju mnogo preostali prostor unutra, a ne zato što su tranzistori itd. postali manji.
Pored problema da robot bude dovoljno precizan da zaista rukuje sićušnim komponentama u aplikacijama velike brzine preuzimanja i postavljanja, još jedan problem je pouzdano zavarivanje sićušnih komponenti. Pogotovo kada su vam i dalje potrebne veće komponente zbog zahtjeva za snagom/kapacitetom. specijalna pasta za lemljenje, specijalni šabloni paste za lemljenje (nanesite malu količinu paste za lemljenje gde je potrebno, ali i dalje obezbedite dovoljno paste za lemljenje za velike komponente) su počeli da postaju veoma skupi. Tako da mislim da postoji plato, i dalja minijaturizacija na krugu nivo ploče je samo skup i izvodljiv način. U ovom trenutku možete napraviti više integracije na nivou silikonske pločice i pojednostaviti broj diskretnih komponenti na apsolutni minimum.
Vidjet ćete ovo na svom telefonu. Otprilike 1995. kupio sam neke rane mobilne telefone na garažnim rasprodajama za nekoliko dolara po komadu. Većina IC-ova je propusna. Prepoznatljivi CPU i NE570 compander, veliki IC za višekratnu upotrebu.
Onda sam završio sa nekim ažuriranim ručnim telefonima. Ima vrlo malo komponenti i gotovo ništa poznato. U malom broju IC-a, ne samo da je gustoća veća, već je usvojen i novi dizajn (vidi SDR), koji eliminira većinu diskretne komponente koje su ranije bile neophodne.
> (Nanesite malu količinu paste za lemljenje tamo gde je potrebno, ali ipak obezbedite dovoljno paste za lemljenje za velike komponente)
Hej, zamislio sam "3D/Wave" šablon da riješim ovaj problem: tanji tamo gdje su najmanje komponente, a deblji tamo gdje je strujni krug.
Danas su SMT komponente vrlo male, možete koristiti prave diskretne komponente (ne 74xx i ostalo smeće) da dizajnirate svoj vlastiti CPU i odštampate ga na PCB-u. Pospite ga LED-om, možete vidjeti kako radi u realnom vremenu.
Tokom godina, svakako cijenim brzi razvoj složenih i malih komponenti. One pružaju ogroman napredak, ali u isto vrijeme dodaju novi nivo složenosti iterativnom procesu izrade prototipova.
Brzina podešavanja i simulacije analognih kola je mnogo brža od onoga što radite u laboratoriji. Kako frekvencija digitalnih kola raste, PCB postaje deo sklopa. Na primer, efekti dalekovoda, kašnjenje u širenju. edge tehnologiju je najbolje potrošiti na ispravan završetak dizajna, a ne na prilagođavanje u laboratoriju.
Što se tiče hobi artikala, evaluacije. Ploče i moduli su rješenje za komponente koje se skupljaju i module za prethodno testiranje.
Ovo može dovesti do toga da stvari izgube „zabavu“, ali mislim da bi pokretanje vašeg projekta po prvi put moglo biti značajnije zbog posla ili hobija.
Pretvarao sam neke dizajne sa otvora na SMD. Napravite jeftinije proizvode, ali nije zabavno praviti prototipove ručno. Jedna mala greška: „paralelno mesto“ treba čitati kao „paralelna ploča“.
Ne. Nakon što sistem pobedi, arheolozi će i dalje biti zbunjeni njegovim nalazima. Ko zna, možda će u 23. veku Planetarna alijansa usvojiti novi sistem...
Ne bih se mogao više složiti. Koja je veličina 0603? Naravno, zadržati 0603 kao imperijalnu veličinu i "nazvati" 0603 metričku veličinu 0604 (ili 0602) nije tako teško, čak i ako je tehnički neispravno (tj.: stvarna odgovarajuća veličina - u svakom slučaju ne na taj način. Strogo), ali će barem svi znati o kojoj tehnologiji je riječ (metrička/imperijalna)!
“Uopšteno govoreći, pasivne komponente kao što su otpornici, kondenzatori i induktori neće postati bolje ako ih smanjite.”