novice

Morda za Ohmovim zakonom je drugi najbolj znan zakon v elektroniki Moorov zakon: število tranzistorjev, ki jih je mogoče izdelati na integriranem vezju, se podvoji vsaki dve leti. Ker fizična velikost čipa ostaja približno enaka, to pomeni, da bodo posamezni tranzistorji sčasoma postali manjši. Začeli smo pričakovati, da se bo nova generacija čipov z manjšimi značilnostmi pojavila z normalno hitrostjo, toda kakšen smisel ima pomanjševanje stvari? Ali manjše vedno pomeni boljše?
V zadnjem stoletju je elektronika izjemno napredovala. V dvajsetih letih 20. stoletja so bili najnaprednejši radijski sprejemniki AM sestavljeni iz več vakuumskih elektronk, več ogromnih induktorjev, kondenzatorjev in uporov, na desetine metrov žic, ki so se uporabljale kot antene, in velikega kompleta baterij za napajanje celotne naprave. Danes lahko poslušate več kot ducat storitev pretakanja glasbe na napravi v svojem žepu in lahko naredite več. Toda miniaturizacija ni samo zaradi prenosljivosti: absolutno je potrebna za doseganje zmogljivosti, ki jo pričakujemo od naših današnjih naprav.
Ena od očitnih prednosti manjših komponent je, da vam omogočajo vključitev več funkcionalnosti v isti volumen. To je še posebej pomembno za digitalna vezja: več komponent pomeni, da lahko opravite več obdelav v enakem času. Na primer, v teoriji je količina informacij, ki jih obdela 64-bitni procesor, osemkrat večja od količine informacij, ki jih obdela 8-bitni CPE, ki deluje pri isti taktni frekvenci. Zahteva pa tudi osemkrat več komponent: registri, seštevalniki, vodila itd. so osemkrat večji. Torej potrebujete čip, ki je osemkrat večji, ali potrebujete tranzistor, ki je osemkrat manjši.
Enako velja za pomnilniške čipe: z izdelavo manjših tranzistorjev imate več prostora za shranjevanje v isti prostornini. Piksli v večini današnjih zaslonov so narejeni iz tankoslojnih tranzistorjev, zato jih je smiselno zmanjšati in doseči višje ločljivosti. Vendar, manjši ko je tranzistor, boljši je, in obstaja še en ključni razlog: njihova zmogljivost je močno izboljšana. Toda zakaj točno?
Kadar koli izdelate tranzistor, vam bo brezplačno zagotovil nekaj dodatnih komponent. Vsak terminal ima zaporedno povezan upor. Vsak predmet, ki prenaša tok, ima tudi samoindukcijo. Končno obstaja kapacitivnost med dvema prevodnikoma, ki sta obrnjena drug proti drugemu. Vsi ti učinki porabljajo energijo in upočasnjujejo hitrost tranzistorja. Parazitske kapacitivnosti so še posebej težavne: tranzistorje je treba polniti in prazniti vsakič, ko so vklopljeni ali izklopljeni, kar zahteva čas in tok iz napajalnika.
Kapacitivnost med dvema prevodnikoma je funkcija njune fizične velikosti: manjša velikost pomeni manjšo kapacitivnost. In ker manjši kondenzatorji pomenijo višje hitrosti in manjšo moč, lahko manjši tranzistorji delujejo pri višjih taktnih frekvencah in pri tem odvajajo manj toplote.
Ko zmanjšate velikost tranzistorjev, kapacitivnost ni edini učinek, ki se spremeni: obstaja veliko nenavadnih kvantno mehanskih učinkov, ki pri večjih napravah niso očitni. Na splošno pa bodo tranzistorji z manjšimi hitrejši. Toda elektronski izdelki so več kot le tranzistorji. Ko zmanjšate druge komponente, kako delujejo?
Na splošno se pasivne komponente, kot so upori, kondenzatorji in induktorji, ne bodo izboljšale, ko bodo manjše: v mnogih pogledih se bodo poslabšale. Zato je miniaturizacija teh komponent namenjena predvsem temu, da jih lahko stisnemo v manjšo prostornino in s tem prihranimo prostor na tiskanem vezju.
Velikost upora je mogoče zmanjšati brez prevelike izgube. Odpornost kosa materiala je podana z, kjer je l dolžina, A površina prečnega prereza in ρ upornost materiala. Lahko preprosto zmanjšate dolžino in prerez ter na koncu dobite fizično manjši upor, vendar še vedno enak upor. Edina pomanjkljivost je, da bodo pri odvajanju enake moči fizično manjši upori proizvedli več toplote kot večji upori. Zato se lahko majhni upori uporabljajo samo v tokokrogih z majhno močjo. Ta tabela prikazuje, kako se največja nazivna moč uporov SMD zmanjšuje z zmanjšanjem njihove velikosti.
Danes je najmanjši upor, ki ga lahko kupite, metrična velikost 03015 (0,3 mm x 0,15 mm). Njihova nazivna moč je samo 20 mW in se uporabljajo samo za tokokroge, ki oddajajo zelo malo moči in so zelo omejeni po velikosti. Manjši metrični paket 0201 (0,2 mm x 0,1 mm) je bil izdan, vendar še ni dan v proizvodnjo. Toda tudi če se pojavijo v katalogu proizvajalca, ne pričakujte, da bodo povsod: večina robotov za pobiranje in oddajanje ni dovolj natančnih, da bi jih obravnavali, zato so lahko še vedno nišni izdelki.
Kondenzatorje je mogoče tudi zmanjšati, vendar bo to zmanjšalo njihovo kapacitivnost. Formula za izračun kapacitivnosti shuntnega kondenzatorja je, kjer je A površina plošče, d je razdalja med njima in ε je dielektrična konstanta (lastnost vmesnega materiala). Če je kondenzator (v bistvu ploščata naprava) miniaturiziran, je treba površino zmanjšati, s čimer se zmanjša kapacitivnost. Če vseeno želite zapakirati veliko nafare v majhno prostornino, je edina možnost, da zložite več plasti skupaj. Zaradi napredka v materialih in izdelavi, ki je omogočil tudi tanke plasti (majhen d) in posebne dielektrike (z večjim ε), se je velikost kondenzatorjev v zadnjih nekaj desetletjih močno zmanjšala.
Najmanjši kondenzator, ki je danes na voljo, je v ultra-majhnem metričnem ohišju 0201: samo 0,25 mm x 0,125 mm. Njihova kapacitivnost je omejena na še vedno uporabnih 100 nF, največja delovna napetost pa je 6,3 V. Poleg tega so ti paketi zelo majhni in zahtevajo napredno opremo za njihovo upravljanje, kar omejuje njihovo široko uporabo.
Pri induktorjih je zgodba nekoliko zapletena. Induktivnost ravne tuljave je podana z, kjer je N število ovojev, A je površina prečnega prereza tuljave, l je njena dolžina in μ je materialna konstanta (prepustnost). Če se vse dimenzije zmanjšajo za polovico, se bo tudi induktivnost zmanjšala za polovico. Vendar upor žice ostaja enak: to je zato, ker se dolžina in presek žice zmanjšata na četrtino prvotne vrednosti. To pomeni, da imate na koncu enak upor pri polovici induktivnosti, tako da prepolovite faktor kakovosti (Q) tuljave.
Najmanjša komercialno dostopna diskretna tuljava ima velikost palcev 01005 (0,4 mm x 0,2 mm). Ti so visoki do 56 nH in imajo upornost nekaj ohmov. Induktorji v ultra-majhnem metričnem ohišju 0201 so bili izdani leta 2014, vendar očitno še nikoli niso bili predstavljeni na trgu.
Fizikalne omejitve induktorjev so bile rešene z uporabo pojava, imenovanega dinamična induktivnost, ki ga lahko opazimo v tuljavah iz grafena. Toda kljub temu, če ga je mogoče proizvesti na komercialno uspešen način, se lahko poveča za 50 %. Končno tuljave ni mogoče dobro miniaturizirati. Vendar, če vaše vezje deluje na visokih frekvencah, to ni nujno problem. Če je vaš signal v območju GHz, običajno zadostuje nekaj tuljav nH.
To nas pripelje do še ene stvari, ki je bila v preteklem stoletju pomanjšana, vendar morda ne opazite takoj: valovna dolžina, ki jo uporabljamo za komunikacijo. Zgodnje radijske oddaje so uporabljale srednjevalovno frekvenco AM približno 1 MHz z valovno dolžino približno 300 metrov. Frekvenčni pas FM s središčem na 100 MHz ali 3 metre je postal priljubljen okoli šestdesetih let prejšnjega stoletja, danes pa večinoma uporabljamo komunikacije 4G okoli 1 ali 2 GHz (približno 20 cm). Višje frekvence pomenijo večjo zmogljivost prenosa informacij. Prav zaradi miniaturizacije imamo poceni, zanesljive in energetsko varčne radie, ki delujejo na teh frekvencah.
Zmanjševanje valovnih dolžin lahko skrči antene, ker je njihova velikost neposredno povezana s frekvenco, ki jo potrebujejo za oddajanje ali sprejemanje. Današnji mobilni telefoni ne potrebujejo dolgih štrlečih anten, zahvaljujoč namenski komunikaciji na frekvencah GHz, za kar mora biti antena dolga le približno en centimeter. Zato večina mobilnih telefonov, ki še vedno vsebujejo FM sprejemnike, zahteva, da pred uporabo priključite slušalke: radio mora uporabiti žico slušalk kot anteno, da dobi dovolj moč signala teh en meter dolgih valov.
Kar zadeva vezja, povezana z našimi miniaturnimi antenami, jih je dejansko lažje izdelati, ko so manjša. To ni samo zato, ker so tranzistorji postali hitrejši, ampak tudi zato, ker učinki prenosnih linij niso več problem. Skratka, ko dolžina žice presega eno desetino valovne dolžine, morate pri načrtovanju vezja upoštevati fazni premik vzdolž njene dolžine. Pri 2,4 GHz to pomeni, da je samo en centimeter žice vplival na vaše vezje; če spajkaš ločene komponente skupaj, je glavobol, če pa vezje razporediš na nekaj kvadratnih milimetrov, ni problem.
Napovedovanje propada Moorovega zakona ali prikazovanje, da so te napovedi znova in znova napačne, je postalo ponavljajoča se tema v znanstvenem in tehnološkem novinarstvu. Dejstvo ostaja, da Intel, Samsung in TSMC, trije konkurenti, ki so še vedno v ospredju igre, še naprej stiskajo več funkcij na kvadratni mikrometer in načrtujejo uvedbo več generacij izboljšanih čipov v prihodnosti. Čeprav napredek, ki so ga naredili na vsakem koraku, morda ni tako velik kot pred dvema desetletjema, se miniaturizacija tranzistorjev nadaljuje.
Vendar se zdi, da smo pri diskretnih komponentah dosegli naravno mejo: če jih pomanjšamo, ne izboljšamo njihove učinkovitosti in najmanjše komponente, ki so trenutno na voljo, so manjše, kot zahteva večina primerov uporabe. Zdi se, da Moorov zakon za diskretne naprave ne obstaja, a če obstaja Moorov zakon, bi radi videli, koliko lahko ena oseba pospeši izziv spajkanja SMD.
Vedno sem si želel fotografirati upor PTH, ki sem ga uporabljal v sedemdesetih letih prejšnjega stoletja, in nanj namestiti upor SMD, tako kot zdaj zamenjujem. Moj cilj je, da se moji bratje in sestre (nobeden od njih ni elektronski izdelek) spremenijo, vključno s tem, da lahko celo vidim dele svojega dela (ker se moj vid slabša, moje roke se tresejo).
Rad rečem, ali je skupaj ali ne. Resnično sovražim "izboljšati, postati boljši." Včasih vaša postavitev deluje dobro, vendar ne morete več dobiti delov. Kaj za vraga je to? . Dober koncept je dober koncept in bolje ga je ohraniti takšnega, kot je, kot pa ga brez razloga izboljševati. Gantt
"Dejstvo ostaja, da tri podjetja Intel, Samsung in TSMC še vedno tekmujejo v ospredju te igre in nenehno iztisnejo več funkcij na kvadratni mikrometer,"
Elektronske komponente so velike in drage. Leta 1971 je imela povprečna družina le nekaj radijskih sprejemnikov, stereo in TV. Do leta 1976 so se pojavili računalniki, kalkulatorji, digitalne ure in ure, ki so bili majhni in poceni za potrošnike.
Nekaj ​​miniaturizacije izhaja iz oblikovanja. Operacijski ojačevalniki omogočajo uporabo giratorjev, ki lahko v nekaterih primerih nadomestijo velike induktorje. Aktivni filtri odpravljajo tudi induktorje.
Večje komponente spodbujajo druge stvari: minimiziranje vezja, to je poskus uporabe čim manj komponent, da bi vezje delovalo. Danes nam je tako vseeno. Potrebujete nekaj za preusmeritev signala? Vzemite operacijski ojačevalnik. Ali potrebujete državni stroj? Vzemi mpu. itd. Komponente so danes res majhne, ​​vendar je v resnici veliko komponent. Tako se v bistvu poveča velikost vašega vezja in poveča poraba energije. Tranzistor, ki se uporablja za invertiranje signala, porabi manj energije za opravljanje iste naloge kot operacijski ojačevalnik. Toda spet bo miniaturizacija poskrbela za porabo moči. Samo inovativnost je šla v drugo smer.
Resnično ste zamudili nekaj največjih prednosti/razlogov zmanjšane velikosti: zmanjšano parazitiranje paketov in povečano ravnanje z močjo (kar se zdi protislovno).
S praktičnega vidika, ko velikost funkcije doseže približno 0,25u, boste dosegli raven GHz, takrat začne velik paket SOP proizvajati največji* učinek. Dolge vezne žice in ti vodi vas bodo sčasoma ubili.
Na tej točki so se paketi QFN/BGA močno izboljšali v smislu zmogljivosti. Poleg tega, ko paket namestite ravno tako, imate na koncu *bistveno* boljšo toplotno zmogljivost in izpostavljene blazinice.
Poleg tega bodo Intel, Samsung in TSMC zagotovo igrali pomembno vlogo, vendar je ASML morda veliko pomembnejši na tem seznamu. Seveda to morda ne velja za pasiv ...
Ne gre le za zmanjšanje stroškov silicija s pomočjo procesnih vozlišč naslednje generacije. Druge stvari, kot so torbe. Manjši paketi zahtevajo manj materiala in wcsp ali celo manj. Manjši paketi, manjši PCB-ji ali moduli itd.
Pogosto vidim nekatere kataloške izdelke, kjer je edini vodilni dejavnik zmanjšanje stroškov. MHz/velikost pomnilnika je enaka, funkcija SOC in razporeditev nožic sta enaki. Morda bomo uporabili nove tehnologije za zmanjšanje porabe energije (običajno to ni brezplačno, zato morajo obstajati nekatere konkurenčne prednosti, ki jih stranke zanimajo)
Ena od prednosti velikih komponent je material proti sevanju. Majhni tranzistorji so v tej pomembni situaciji bolj dovzetni za učinke kozmičnih žarkov. Na primer v vesolju in celo višinskih observatorijih.
Nisem videl bistvenega razloga za povečanje hitrosti. Hitrost signala je približno 8 palcev na nanosekundo. Tako so samo z zmanjšanjem velikosti možni hitrejši čipi.
Morda boste želeli preveriti lastno matematiko z izračunom razlike v zakasnitvi širjenja zaradi sprememb pakiranja in zmanjšanih ciklov (1/frekvenca). To je zmanjšanje zamude/obdobja frakcij. Ugotovili boste, da se sploh ne prikaže kot faktor zaokroževanja.
Ena stvar, ki jo želim dodati, je, da veliko IC-jev, zlasti starejših modelov in analognih čipov, dejansko ni zmanjšanih, vsaj interno. Zaradi izboljšav v avtomatizirani proizvodnji so ohišja postala manjša, vendar zato, ker imajo ohišja DIP običajno veliko preostalega prostora v notranjosti, ne pa zato, ker so postali tranzistorji itd. manjši.
Poleg težave, kako narediti robota dovolj natančnega za dejansko rokovanje z majhnimi komponentami pri hitrih aplikacijah pobiranja in postavitve, je druga težava zanesljivo varjenje drobnih komponent. Še posebej, če še vedno potrebujete večje komponente zaradi zahtev po moči/zmogljivosti. Z uporabo posebne spajkalne paste so začele postajati zelo drage šablone s posebno stopničasto spajkalno pasto (nanesite majhno količino spajkalne paste, kjer je potrebno, vendar še vedno zagotovite dovolj spajkalne paste za velike komponente). Zato menim, da obstaja plato in da je nadaljnja miniaturizacija na ravni vezja le drag in izvedljiv način. Na tej točki bi lahko naredili več integracije na ravni silicijeve rezine in poenostavili število ločenih komponent na absolutni minimum.
To boste videli na svojem telefonu. Okrog leta 1995 sem na garažnih razprodajah kupil nekaj zgodnjih mobilnih telefonov po nekaj dolarjev. Večina IC je skozi luknjo. Prepoznaven CPE in kompander NE570, velik IC za večkratno uporabo.
Potem sem dobil nekaj posodobljenih ročnih telefonov. Komponent je zelo malo in skoraj nič poznanega. Pri majhnem številu IC ni le večja gostota, ampak je sprejet tudi nov dizajn (glej SDR), ki odpravlja večino diskretnih komponent, ki so bile prej nepogrešljive.
> (Nanesite majhno količino spajkalne paste, kjer je to potrebno, vendar še vedno zagotovite dovolj spajkalne paste za velike komponente)
Hej, zamislil sem si predlogo »3D/Wave« za rešitev tega problema: tanjša tam, kjer so najmanjše komponente, in debelejša tam, kjer je napajalni tokokrog.
Dandanes so komponente SMT zelo majhne, ​​lahko uporabite prave diskretne komponente (ne 74xx in druge smeti), da oblikujete svoj CPE in ga natisnete na PCB. Potresite ga z LED, lahko vidite, da deluje v realnem času.
Z leti vsekakor cenim hiter razvoj kompleksnih in majhnih komponent. Zagotavljajo izjemen napredek, a hkrati dodajajo novo raven kompleksnosti iterativnemu procesu izdelave prototipov.
Hitrost prilagajanja in simulacije analognih vezij je veliko hitrejša od tistega, kar počnete v laboratoriju. Ko frekvenca digitalnih vezij narašča, PCB postane del sklopa. Na primer učinki prenosnega voda, zakasnitev širjenja. Izdelavo prototipov katere koli vrhunske tehnologije je najbolje porabiti za pravilno dokončanje zasnove, namesto za prilagajanje v laboratoriju.
Kar zadeva predmete za hobije, ocena. Vezja in moduli so rešitev za krčenje komponent in modulov pred testiranjem.
Zaradi tega lahko stvari izgubijo "zabavo", vendar menim, da je morda bolj smiselno, da vaš projekt prvič deluje, zaradi službe ali hobijev.
Pretvarjal sem nekaj modelov iz skoznje luknje v SMD. Izdelujte cenejše izdelke, vendar ni zabavno ročno izdelovati prototipov. Ena majhna napaka: "vzporedno mesto" je treba brati kot "vzporedna plošča".
Ne. Ko bo sistem zmagal, bodo arheologi še vedno zmedeni zaradi njegovih ugotovitev. Kdo ve, morda bo v 23. stoletju Planetarna zveza sprejela nov sistem ...
Ne morem se bolj strinjati. Kakšna je velikost 0603? Seveda ohraniti 0603 kot imperialno velikost in "poklicati" metrično velikost 0603 0604 (ali 0602) ni tako težko, tudi če je morda tehnično nepravilno (tj. dejanska ujemajoča se velikost - ne na ta način). Strogo), a vsaj vsi bodo vedeli, o kateri tehnologiji govorite (metrična/imperialna)!
"Na splošno pasivne komponente, kot so upori, kondenzatorji in induktorji, ne bodo boljše, če jih naredite manjše."