ziņas

Iespējams, pēc Oma likuma otrs slavenākais likums elektronikā ir Mūra likums: tranzistoru skaits, ko var izgatavot integrālajā shēmā, dubultojas ik pēc diviem gadiem. Tā kā mikroshēmas fiziskais izmērs paliek aptuveni tāds pats, tas nozīmē, ka atsevišķi tranzistori laika gaitā kļūs mazāki. Mēs esam sākuši sagaidīt, ka jaunās paaudzes mikroshēmas ar mazākiem funkciju izmēriem parādīsies normālā ātrumā, taču kāda jēga ir padarīt lietas mazākas? Vai mazāks vienmēr nozīmē labāk?
Pagājušajā gadsimtā elektroniskā inženierija ir panākusi milzīgu progresu. 20. gadsimta 20. gados vismodernākie AM radioaparāti sastāvēja no vairākām vakuumlampām, vairākiem milzīgiem induktoriem, kondensatoriem un rezistoriem, desmitiem metru vadu, ko izmantoja kā antenas, un lielu bateriju komplektu. lai darbinātu visu ierīci. Šodien jūs varat klausīties vairāk nekā duci mūzikas straumēšanas pakalpojumu, izmantojot ierīci, kas atrodas jūsu kabatā, un jūs varat darīt vairāk. Taču miniaturizācija nav paredzēta tikai pārnēsāšanai: tā ir absolūti nepieciešama, lai sasniegtu veiktspēju, ko mēs šodien sagaidām no savām ierīcēm.
Viens no acīmredzamiem mazāku komponentu ieguvumiem ir tas, ka tie ļauj tajā pašā sējumā iekļaut vairāk funkcionalitātes. Tas ir īpaši svarīgi digitālajām shēmām: vairāk komponentu nozīmē, ka tajā pašā laikā varat veikt vairāk apstrādes. Piemēram, teorētiski informācijas apjoms, ko apstrādā 64 bitu procesors, astoņas reizes pārsniedz 8 bitu centrālo procesoru, kas darbojas ar tādu pašu takts frekvenci. Taču tam ir nepieciešams arī astoņas reizes vairāk komponentu: reģistri, papildinātāji, kopnes utt. ir astoņas reizes lielāki. .Tātad jums ir vajadzīga vai nu astoņas reizes lielāka mikroshēma, vai astoņas reizes mazāks tranzistors.
Tas pats attiecas uz atmiņas mikroshēmām: izgatavojot mazākus tranzistorus, tajā pašā apjomā tiek iegūta lielāka krātuves vieta. Mūsdienās vairumā displeju pikseļi ir izgatavoti no plānas plēves tranzistoriem, tāpēc ir lietderīgi tos samazināt un sasniegt augstāku izšķirtspēju. , jo mazāks ir tranzistors, jo labāk, un ir vēl viens būtisks iemesls: to veiktspēja ir ievērojami uzlabojusies. Bet kāpēc tieši?
Ikreiz, kad izgatavojat tranzistoru, tas bez maksas nodrošinās dažas papildu sastāvdaļas.Katram terminālim ir virknē rezistors.Jebkuram objektam, kurā ir strāva, ir arī pašinduktivitāte. Visbeidzot, starp jebkuriem diviem viens pret otru vērstiem vadītājiem ir kapacitāte.Visi šie efekti patērē strāvu un palēnina tranzistora ātrumu.Īpaši apgrūtinošas ir parazitārās kapacitātes: tās ir jāuzlādē un jāizlādē katru reizi, kad tranzistori tiek ieslēgti vai izslēgti, kas prasa laiku un strāvu no barošanas avota.
Divu vadītāju kapacitāte ir atkarīga no to fiziskā izmēra: mazāks izmērs nozīmē mazāku kapacitāti. Un, tā kā mazāki kondensatori nozīmē lielāku ātrumu un mazāku jaudu, mazāki tranzistori var darboties ar augstākām pulksteņa frekvencēm un izkliedēt mazāk siltuma.
Samazinoties tranzistoru izmēram, kapacitāte nav vienīgais efekts, kas mainās: pastāv daudzi dīvaini kvantu mehāniskie efekti, kas nav acīmredzami lielākām ierīcēm. Tomēr, vispārīgi runājot, tranzistoru samazināšana padarīs tos ātrākus. Taču elektroniskie izstrādājumi ir vairāk nekā tikai tranzistori.Kad samazina citu komponentu mērogu, kā tie darbojas?
Vispārīgi runājot, pasīvie komponenti, piemēram, rezistori, kondensatori un induktori, nekļūs labāki, kad tie kļūs mazāki: daudzos veidos tie pasliktināsies. Tāpēc šo komponentu miniaturizācija galvenokārt ir paredzēta, lai tās varētu saspiest mazākā tilpumā. , tādējādi ietaupot PCB vietu.
Rezistora izmēru var samazināt, neradot pārāk lielus zudumus. Materiāla gabala pretestību nosaka, kur l ir garums, A ir šķērsgriezuma laukums un ρ ir materiāla pretestība. Jūs varat vienkārši samaziniet garumu un šķērsgriezumu un iegūstiet fiziski mazāku rezistoru, bet ar tādu pašu pretestību. Vienīgais trūkums ir tāds, ka, izkliedējot to pašu jaudu, fiziski mazāki rezistori ģenerēs vairāk siltuma nekā lielāki rezistori. Tāpēc mazie rezistori rezistorus var izmantot tikai mazjaudas ķēdēs.Šajā tabulā parādīts, kā SMD rezistoru maksimālā jauda samazinās, samazinoties to izmēram.
Mūsdienās mazākais rezistors, ko varat iegādāties, ir metriskais 03015 izmērs (0,3 mm x 0,15 mm). To nominālā jauda ir tikai 20 mW, un tos izmanto tikai ķēdēm, kas izkliedē ļoti mazu jaudu un kuru izmērs ir ļoti ierobežots. Mazāks metrika 0201 iepakojums (0,2 mm x 0,1 mm) ir izlaists, bet vēl nav nodots ražošanā. Bet pat tad, ja tie parādās ražotāja katalogā, negaidiet, ka tie būs visur: lielākā daļa atlases un novietošanas robotu nav pietiekami precīzi. lai tos apstrādātu, tāpēc tie joprojām var būt nišas produkti.
Kondensatorus var arī samazināt, taču tas samazinās to kapacitāti. Šunta kondensatora kapacitātes aprēķināšanas formula ir šāda: kur A ir plāksnes laukums, d ir attālums starp tiem un ε ir dielektriskā konstante (starpmateriāla īpašība).Ja kondensators (pamatā plakana ierīce) ir miniaturizēts, laukums ir jāsamazina, tādējādi samazinot kapacitāti.Ja tomēr vēlaties iepakot daudz nafaras nelielā tilpumā, vienīgā iespēja ir sakraut vairākus slāņus. Pateicoties materiālu un ražošanas progresam, kas ir ļāvis izveidot arī plānas plēves (mazs d) un īpašus dielektriķus (ar lielāku ε), pēdējo desmitgažu laikā kondensatoru izmēri ir ievērojami samazinājušies.
Mazākais šodien pieejamais kondensators ir īpaši mazā metriskā 0201 iepakojumā: tikai 0,25 mm x 0,125 mm. To kapacitāte ir ierobežota līdz joprojām noderīgajam 100 nF, un maksimālais darba spriegums ir 6,3 V. Turklāt šīs paketes ir ļoti mazas un to apstrādei ir nepieciešams uzlabots aprīkojums, ierobežojot to plašo ieviešanu.
Attiecībā uz induktoriem stāsts ir nedaudz sarežģīts. Taisnas spoles induktivitāte ir norādīta ar, kur N ir apgriezienu skaits, A ir spoles šķērsgriezuma laukums, l ir tās garums un μ ir materiāla konstante (caurlaidība). Ja visus izmērus samazina uz pusi, arī induktivitāte tiks samazināta uz pusi.Tomēr stieples pretestība paliek nemainīga: tas ir tāpēc, ka stieples garums un šķērsgriezums tiek samazināts līdz ceturtdaļa no sākotnējās vērtības. Tas nozīmē, ka jūs iegūstat tādu pašu pretestību pusē no induktivitātes, tādējādi uz pusi samazinat spoles kvalitātes (Q) koeficientu.
Mazākā komerciāli pieejamā diskrētā induktora izmērs ir 01005 collas (0,4 mm x 0,2 mm). Tie ir 56 nH, un to pretestība ir daži omi. Induktori īpaši mazā metriskā 0201 iepakojumā tika izlaisti 2014. gadā, taču acīmredzot tie nekad nav laisti tirgū.
Induktoru fiziskie ierobežojumi ir atrisināti, izmantojot fenomenu, ko sauc par dinamisko induktivitāti, ko var novērot no grafēna izgatavotām spolēm. Bet pat tad, ja to var ražot komerciāli izdevīgā veidā, tas var palielināties par 50%. Visbeidzot, spoli nevar labi miniaturizēt. Tomēr, ja jūsu ķēde darbojas augstās frekvencēs, tā ne vienmēr ir problēma. Ja jūsu signāls ir GHz diapazonā, parasti pietiek ar dažām nH spolēm.
Tādējādi mēs nonākam pie citas lietas, kas pagājušajā gadsimtā ir bijusi miniaturizēta, taču, iespējams, nepamanīsit uzreiz: viļņa garums, ko izmantojam saziņai. Agrīnās radio pārraidēs tika izmantota vidēja viļņa AM frekvence aptuveni 1 MHz ar viļņa garumu aptuveni 300 metri. FM frekvenču josla, kuras centrā ir 100 MHz vai 3 metri, kļuva populāra ap 1960. gadiem, un mūsdienās mēs galvenokārt izmantojam 4G sakarus aptuveni 1 vai 2 GHz (apmēram 20 cm). Augstākas frekvences nozīmē lielāku informācijas pārraides jaudu. Miniaturizācijas dēļ mums ir lēti, uzticami un enerģiju taupoši radioaparāti, kas darbojas šajās frekvencēs.
Samazinoties viļņu garumam, antenas var sarukt, jo to izmērs ir tieši saistīts ar frekvenci, kas nepieciešama pārraidīšanai vai uztveršanai. Mūsdienu mobilajiem tālruņiem nav vajadzīgas garas izvirzītas antenas, pateicoties to īpašajai saziņai GHz frekvencēs, kurām antenai jābūt tikai aptuveni vienai centimetru garš. Tāpēc lielākajai daļai mobilo tālruņu, kuros joprojām ir FM uztvērēji, pirms lietošanas ir jāpievieno austiņas: radio ir jāizmanto austiņu vads kā antena, lai iegūtu pietiekamu signāla stiprumu no šiem vienu metru garajiem viļņiem.
Kas attiecas uz ķēdēm, kas savienotas ar mūsu miniatūrajām antenām, tad, kad tās ir mazākas, tās kļūst vieglāk izgatavot.Tas ir ne tikai tāpēc, ka tranzistori ir kļuvuši ātrāki, bet arī tāpēc, ka pārvades līnijas efekti vairs nav problēma. Īsāk sakot, kad garums vads pārsniedz vienu desmito daļu no viļņa garuma, veidojot ķēdi, jāņem vērā fāzes nobīde visā tā garumā. Pie 2,4 GHz tas nozīmē, ka tikai viens stieples centimetrs ir ietekmējis jūsu ķēdi; ja lodēt kopā atsevišķas detaļas, tad sāp galva, bet, ja ķēdi izliek uz dažiem kvadrātmilimetriem, tā nav problēma.
Mūra likuma bojāejas prognozēšana vai parādīšana, ka šīs prognozes ir kļūdainas atkal un atkal, ir kļuvusi par tēmu, kas atkārtojas zinātnes un tehnoloģiju žurnālistikā. Fakts paliek fakts, ka Intel, Samsung un TSMC, trīs konkurenti, kuri joprojām ir priekšgalā. no spēles, turpina saspiest vairāk funkciju uz kvadrātmikrometru un plāno nākotnē ieviest vairākas uzlabotas mikroshēmu paaudzes. Lai gan katrā solī panāktais progress var nebūt tik liels kā pirms divām desmitgadēm, tranzistoru miniaturizācija turpinās.
Tomēr šķiet, ka attiecībā uz diskrētiem komponentiem esam sasnieguši dabisku robežu: to samazināšana neuzlabo to veiktspēju, un mazākie pašlaik pieejamie komponenti ir mazāki, nekā to pieprasa vairums lietošanas gadījumu. Šķiet, ka nav Mūra likuma attiecībā uz atsevišķām ierīcēm, bet, ja ir Mūra likums, mēs labprāt redzētu, cik daudz viens cilvēks var virzīt SMD lodēšanas izaicinājumu.
Es vienmēr esmu vēlējies nofotografēt PTH rezistoru, ko izmantoju 1970. gados, un uzlikt tam SMD rezistoru, tāpat kā tagad mainu/izslēdzu. Mans mērķis ir padarīt savus brāļus un māsas (neviens no viņiem nav elektroniskie izstrādājumi), cik daudz izmaiņu, tajā skaitā es pat redzu sava darba daļas, (redzei pasliktinoties, manas rokas pasliktinās Trīce).
Man patīk teikt, vai tas ir kopā vai nē. Es ļoti ienīstu "pilnveidojies, kļūsti labāks". Dažreiz jūsu izkārtojums darbojas labi, bet vairs nevarat iegūt daļas.Kas tas ir?.Laba koncepcija ir laba koncepcija, un labāk to saglabāt tādu, kāda tā ir, nevis uzlabot to bez iemesla.Gants
"Fakts paliek fakts, ka trīs uzņēmumi Intel, Samsung un TSMC joprojām konkurē šīs spēles priekšgalā, pastāvīgi izspiežot vairāk funkciju uz kvadrātmikrometru."
Elektroniskās sastāvdaļas ir lielas un dārgas. 1971. gadā vidusmēra ģimenē bija tikai daži radioaparāti, stereo iekārta un televizors. Līdz 1976. gadam iznāca datori, kalkulatori, digitālie pulksteņi un pulksteņi, kas bija mazi un patērētājiem lēti.
Daļa miniaturizācijas izriet no dizaina.Operācijas pastiprinātāji ļauj izmantot žiratorus, kas dažos gadījumos var aizstāt lielus induktorus.Aktīvie filtri arī likvidē induktorus.
Lielāki komponenti veicina citas lietas: ķēdes samazināšanu, tas ir, cenšoties izmantot mazāko komponentu skaitu, lai ķēde darbotos.Šodien mums ir vienalga.Vai nepieciešams kaut kas, lai apgrieztu signālu?Paņemiet darbības pastiprinātāju. Vai jums ir nepieciešama stāvokļa iekārta? Paņemiet mpu. utt. Komponenti mūsdienās ir patiešām mazi, bet patiesībā tajā ir daudz komponentu. Tātad būtībā jūsu ķēdes izmērs palielinās un enerģijas patēriņš palielinās. Tranzistors, ko izmanto, lai apgrieztu signālu, patērē mazāk enerģijas, lai veikt to pašu darbu nekā darbības pastiprinātājs.Bet tad atkal miniaturizācija parūpēsies par jaudas izmantošanu.Tas ir tas, ka inovācija ir gājusi citā virzienā.
Jūs patiešām palaidāt garām dažas no lielākajām samazināta izmēra priekšrocībām/iemesliem: samazināts iepakojuma parazītisms un palielināta jaudas apstrāde (kas šķiet pretrunā).
No praktiskā viedokļa, tiklīdz objekta izmērs sasniegs aptuveni 0,25 u, jūs sasniegsit GHz līmeni, un šajā laikā lielais SOP pakete sāk radīt vislielāko* efektu. Garie savienojošie vadi un šie vadi galu galā jūs nogalinās.
Šobrīd QFN/BGA pakotnes ir ievērojami uzlabojušās veiktspējas ziņā. Turklāt, šādi uzstādot iepakojumu plakaniski, jūs iegūstat *ievērojami* labāku siltuma veiktspēju un atklātus paliktņus.
Turklāt Intel, Samsung un TSMC noteikti spēlēs svarīgu lomu, taču ASML var būt daudz svarīgāks šajā sarakstā. Protams, tas var neattiekties uz pasīvo balsi…
Runa nav tikai par silīcija izmaksu samazināšanu, izmantojot nākamās paaudzes procesa mezglus.Citas lietas, piemēram, maisiņi.Mazākiem iepakojumiem ir nepieciešams mazāk materiālu un wcsp vai pat mazāk.Mazākas paketes, mazākas PCB vai moduļi utt.
Es bieži redzu dažus kataloga produktus, kur vienīgais virzošais faktors ir izmaksu samazināšana.MHz/atmiņas lielums ir vienāds, SOC funkcija un tapu izvietojums ir vienāds. Mēs varam izmantot jaunas tehnoloģijas, lai samazinātu enerģijas patēriņu (parasti tas nav bezmaksas, tāpēc ir jābūt dažām konkurences priekšrocībām, kas rūp klientiem)
Viena no lielo komponentu priekšrocībām ir pretstarojuma materiāls.Mazie tranzistori šajā svarīgajā situācijā ir jutīgāki pret kosmisko staru iedarbību.Piemēram, kosmosā un pat augstkalnu observatorijās.
Es neredzēju lielu iemeslu ātruma palielināšanai. Signāla ātrums ir aptuveni 8 collas nanosekundē. Tātad, tikai samazinot izmēru, ir iespējamas ātrākas mikroshēmas.
Iespējams, vēlēsities pārbaudīt savu matemātiku, aprēķinot izplatīšanās aizkaves starpību iepakojuma izmaiņu un samazinātu ciklu dēļ (1/biežums). Tas nozīmē, lai samazinātu frakciju aizkavi/periodu. Jūs atklāsiet, ka tas pat neparādās kā noapaļošanas koeficients.
Viena lieta, ko es vēlos piebilst, ir tāda, ka daudzas IC, īpaši vecākas konstrukcijas un analogās mikroshēmas, faktiski netiek samazinātas, vismaz iekšēji. Pateicoties automatizētās ražošanas uzlabojumiem, paketes ir kļuvušas mazākas, taču tas ir tāpēc, ka DIP pakotnēs parasti ir daudz atlikušo vietu iekšā, nevis tāpēc, ka tranzistori utt ir kļuvuši mazāki.
Papildus problēmai, kas rodas, lai robots būtu pietiekami precīzs, lai ātrgaitas savākšanas un novietošanas lietojumprogrammās varētu strādāt ar sīkiem komponentiem, vēl viena problēma ir sīku komponentu uzticama metināšana. Īpaši, ja jums joprojām ir nepieciešami lielāki komponenti jaudas/jaudas prasību dēļ. speciālās lodēšanas pastas, īpašas solilodēšanas pastas veidnes (uzklājiet nelielu daudzumu lodēšanas pastas, kur nepieciešams, bet joprojām nodrošina pietiekami daudz lodēšanas pastas lieliem komponentiem) sāka kļūt ļoti dārga.Tāpēc es domāju, ka pastāv plato un tālāka miniaturizācija ķēdē. plates līmenis ir tikai dārgs un īstenojams veids. Šajā brīdī jūs varētu arī veikt lielāku integrāciju silīcija vafeles līmenī un vienkāršot diskrēto komponentu skaitu līdz absolūtam minimumam.
Jūs to redzēsiet savā tālrunī.Ap 1995. gadu es nopirku dažus agrīnos mobilos tālruņus garāžā par dažiem dolāriem. Lielākā daļa IC ir caurumi.Atpazīstams CPU un NE570 kompanders, liela atkārtoti lietojama IC.
Tad es beidzu ar dažiem atjauninātiem rokas tālruņiem. Ir ļoti maz komponentu un gandrīz nekas nav pazīstams. Nelielam skaitam IC ir ne tikai lielāks blīvums, bet arī tiek pieņemts jauns dizains (sk. SDR), kas novērš lielāko daļu diskrētās sastāvdaļas, kas iepriekš bija neaizstājamas.
> (Nepieciešamības gadījumā uzklājiet nelielu daudzumu lodēšanas pastas, taču joprojām nodrošiniet pietiekami daudz lodēšanas pastas lieliem komponentiem)
Sveiki, es iztēlojos veidni “3D/Wave”, lai atrisinātu šo problēmu: plānāku, ja ir mazākās sastāvdaļas, un biezāku, ja ir strāvas ķēde.
Mūsdienās SMT komponenti ir ļoti mazi, jūs varat izmantot reālus diskrētus komponentus (nevis 74xx un citus atkritumus), lai izveidotu savu CPU un izdrukātu to uz PCB. Apkaisiet to ar LED, jūs varat redzēt, kā tas darbojas reāllaikā.
Gadu gaitā es noteikti novērtēju sarežģītu un mazu komponentu straujo attīstību. Tie nodrošina milzīgu progresu, bet tajā pašā laikā tie pievieno jaunu sarežģītības līmeni iteratīvajam prototipu veidošanas procesam.
Analogo ķēžu pielāgošanas un simulācijas ātrums ir daudz ātrāks nekā tas, ko jūs darāt laboratorijā. Palielinoties digitālo ķēžu frekvencei, PCB kļūst par daļu no montāžas. Piemēram, pārvades līnijas efekti, izplatīšanās aizkave. Jebkuras griešanas prototipēšana- malu tehnoloģiju vislabāk izmantot, lai pareizi pabeigtu dizainu, nevis veiktu korekcijas laboratorijā.
Kas attiecas uz hobija priekšmetiem, novērtējums. Shēmas plates un moduļi ir risinājums saraušanās komponentiem un moduļu iepriekšējai pārbaudei.
Tas var padarīt lietas zaudēt "jautri", bet es domāju, ka jūsu projekta īstenošana pirmo reizi var būt nozīmīgāka darba vai vaļasprieku dēļ.
Esmu pārveidojis dažus dizainus no caururbuma uz SMD. Izgatavojiet lētākus produktus, taču nav patīkami būvēt prototipus ar rokām. Viena neliela kļūda: “paralēlā vieta” ir jālasa kā “paralēla plāksne”.
Nē. Pēc tam, kad sistēma uzvarēs, arheologi joprojām būs neizpratnē par tās atradumiem. Kas zina, varbūt 23. gadsimtā Planētu alianse pieņems jaunu sistēmu…
Es nevaru vairāk piekrist. Kāds ir 0603 izmērs? Protams, saglabāt 0603 kā imperatora izmēru un “izsaukt” 0603 metrikas izmēru 0604 (vai 0602) nav tik grūti, pat ja tas var būt tehniski nepareizs (ti: faktiski atbilstošs izmērs — ne tādā veidā) jebkurā gadījumā. Stingri), bet vismaz visi zinās, par kādu tehnoloģiju jūs runājat (metrisko/impērijas)!
"Vispārīgi runājot, pasīvie komponenti, piemēram, rezistori, kondensatori un induktori, nekļūs labāki, ja tos padarīsit mazākus."