вести

Можеби по законот на Ом, вториот најпознат закон во електрониката е законот на Мур: Бројот на транзистори што можат да се произведат на интегрирано коло се удвојува на секои две години или така. Бидејќи физичката големина на чипот останува приближно иста, тоа значи дека поединечните транзистори ќе станат помали со текот на времето. Почнавме да очекуваме нова генерација на чипови со помали карактеристики да се појави со нормална брзина, но која е поентата да се направат работите помали? Дали помалото секогаш значи подобро?
Во изминатиот век, електронското инженерство постигна огромен напредок. Во 1920-тите, најнапредните AM радија се состоеја од неколку вакуумски цевки, неколку огромни индуктори, кондензатори и отпорници, десетици метри жици користени како антени и голем сет на батерии за напојување на целиот уред. Денес, можете да слушате повеќе од десетина услуги за стриминг музика на уредот во вашиот џеб и можете да направите повеќе. Но, минијатуризацијата не е само за преносливост: апсолутно е неопходно да се постигнат перформансите што ги очекуваме од нашите уреди денес.
Една очигледна придобивка од помалите компоненти е тоа што тие ви дозволуваат да вклучите повеќе функционалност во истиот волумен. Ова е особено важно за дигиталните кола: повеќе компоненти значи дека можете да направите повеќе обработка во исто време. На пример, во теорија, количината на информации обработени од 64-битен процесор е осум пати поголема од онаа на 8-битен процесор кој работи на иста фреквенција на часовникот. Но, исто така бара осум пати повеќе компоненти: регистри, собирачи, автобуси итн. се сите осум пати поголеми. Значи, или ви треба чип што е осум пати поголем, или ви треба транзистор што е осум пати помал.
Истото важи и за мемориските чипови: со правење помали транзистори, имате повеќе простор за складирање во истиот волумен. Пикселите во повеќето дисплеи денес се направени од транзистори со тенок филм, така што има смисла да ги намалите и да постигнете повисоки резолуции. Сепак, колку е помал транзисторот, толку подобро, и има уште една клучна причина: нивните перформанси се значително подобрени. Но, зошто точно?
Секогаш кога ќе направите транзистор, тој ќе обезбеди дополнителни компоненти бесплатно. Секој терминал има отпорник во серија. Секој предмет што носи струја има и самоиндуктивност. Конечно, постои капацитивност помеѓу кои било два проводници свртени еден кон друг. Сите овие ефекти трошат енергија и ја забавуваат брзината на транзисторот. Паразитски капацитети се особено проблематични: транзисторите треба да се полнат и испразнат секогаш кога ќе се вклучат или исклучат, што бара време и струја од напојувањето.
Капацитетот помеѓу два проводници е во функција на нивната физичка големина: помала големина значи помал капацитет. И бидејќи помалите кондензатори значат поголеми брзини и помала моќност, помалите транзистори можат да работат на повисоки фреквенции на часовникот и да трошат помалку топлина при тоа.
Како што ја намалувате големината на транзисторите, капацитетот не е единствениот ефект што се менува: има многу чудни квантни механички ефекти кои не се очигледни за поголеми уреди. Меѓутоа, општо земено, помалите транзистори ќе ги направат побрзи. Но, електронските производи се повеќе од само транзистори. Кога ги намалувате другите компоненти, како тие функционираат?
Општо земено, пасивните компоненти како што се отпорниците, кондензаторите и индукторите нема да се подобрат кога ќе станат помали: на многу начини, тие ќе се влошат. Затоа, минијатуризацијата на овие компоненти е главно за да може да се компресираат во помал волумен, а со тоа да се заштеди простор на ПХБ.
Големината на отпорникот може да се намали без да се предизвика преголема загуба. Отпорот на парче материјал е даден со, каде што l е должината, A е површината на пресекот и ρ е отпорноста на материјалот. Можете едноставно да ја намалите должината и пресекот и да завршите со физички помал отпор, но сепак да го имате истиот отпор. Единствениот недостаток е тоа што кога се троши иста моќност, физички помалите отпорници ќе генерираат повеќе топлина од поголемите отпорници. Затоа, малите отпорници можат да се користат само во кола со мала моќност. Оваа табела покажува како максималната моќност на SMD отпорниците се намалува како што се намалува нивната големина.
Денес, најмалиот отпорник што можете да го купите е метричката големина 03015 (0,3 mm x 0,15 mm). Нивната номинална моќност е само 20 mW и се користат само за кола кои трошат многу мала моќност и се екстремно ограничени по големина. Издадено е помало метричко пакување 0201 (0,2 mm x 0,1 mm), но сè уште не е пуштено во производство. Но, дури и ако тие се појавуваат во каталогот на производителот, не очекувајте да ги има насекаде: повеќето роботи за избирање и поставување не се доволно прецизни за да се справат со нив, така што тие сè уште се ниски производи.
Кондензаторите исто така може да се намалат, но тоа ќе ја намали нивната капацитивност. Формулата за пресметување на капацитетот на кондензаторот за шант е, каде што A е плоштината на таблата, d е растојанието меѓу нив, а ε е диелектричната константа (својството на средно материјалот). Ако кондензаторот (во основа рамен уред) е минијатуризиран, површината мора да се намали, а со тоа да се намали капацитетот. Ако сè уште сакате да спакувате многу нафара во мал волумен, единствената опција е да соберете неколку слоеви заедно. Поради напредокот во материјалите и производството, кои исто така овозможија тенки фолии (мали г) и специјални диелектрици (со поголем ε), големината на кондензаторите значително се намали во изминатите неколку децении.
Најмалиот кондензатор достапен денес е во ултра-мал метрички пакет 0201: само 0,25 mm x 0,125 mm. Нивниот капацитет е ограничен на сè уште корисните 100 nF, а максималниот работен напон е 6,3 V. Исто така, овие пакети се многу мали и бараат напредна опрема за ракување со нив, ограничувајќи го нивното широко усвојување.
За индукторите, приказната е малку незгодна. Индуктивноста на права серпентина е дадена со, каде N е бројот на вртења, A е пресечната површина на серпентина, l е нејзината должина и μ е материјалната константа (пропустливост). Ако сите димензии се намалат за половина, индуктивноста исто така ќе се намали за половина. Сепак, отпорот на жицата останува ист: тоа е затоа што должината и пресекот на жицата се намалуваат на една четвртина од нејзината првобитна вредност. Тоа значи дека ќе завршите со истиот отпор на половина од индуктивноста, така што ќе го преполовите факторот на квалитет (Q) на серпентина.
Најмалиот комерцијално достапен дискретен индуктор ја прифаќа големината на инчи 01005 (0,4 mm x 0,2 mm). Овие се високи до 56 nH и имаат отпор од неколку оми. Индукторите во ултра-малиот метрички пакет 0201 беа пуштени во продажба во 2014 година, но очигледно тие никогаш не биле претставени на пазарот.
Физичките ограничувања на индукторите се решени со користење на феномен наречен динамичка индуктивност, што може да се забележи во намотки направени од графен. Но и покрај тоа, ако може да се произведе на комерцијално исплатлив начин, може да се зголеми за 50%. Конечно, серпентина не може добро да се минијатуризира. Меѓутоа, ако вашето коло работи на високи фреквенции, тоа не е нужно проблем. Ако вашиот сигнал е во опсегот на GHz, обично се доволни неколку калеми nH.
Ова нè доведува до друго нешто што беше минијатуризирано во минатиот век, но можеби нема да забележите веднаш: брановата должина што ја користиме за комуникација. Раните радио преноси користеа AM фреквенција со среден бран од околу 1 MHz со бранова должина од околу 300 метри. Фреквенцискиот опсег FM центриран на 100 MHz или 3 метри стана популарен околу 1960-тите, а денес главно користиме 4G комуникации околу 1 или 2 GHz (околу 20 cm). Повисоките фреквенции значат поголем капацитет за пренос на информации. Поради минијатуризацијата имаме евтини, сигурни и штедливи радија кои работат на овие фреквенции.
Смалувањето на брановите должини може да ги намали антените бидејќи нивната големина е директно поврзана со фреквенцијата што треба да ја пренесат или примаат. На денешните мобилни телефони не им се потребни долги испакнати антени, благодарение на нивната посветена комуникација на фреквенции GHz, за кои антената треба да биде долга само околу еден сантиметар. Ова е причината зошто повеќето мобилни телефони кои сè уште содржат FM приемници бараат од вас да ги приклучите слушалките пред употреба: радиото треба да ја користи жицата на слушалката како антена за да добие доволно јачина на сигналот од тие бранови долги еден метар.
Што се однесува до колата поврзани со нашите минијатурни антени, кога тие се помали, всушност стануваат полесни за правење. Ова не е само затоа што транзисторите станаа побрзи, туку и затоа што ефектите на далноводот повеќе не се проблем. Накратко, кога должината на жицата надминува една десетина од брановата должина, треба да го земете предвид фазното поместување долж нејзината должина при дизајнирање на колото. На 2,4 GHz, тоа значи дека само еден сантиметар жица влијае на вашето коло; ако лемете дискретни компоненти, тоа е главоболка, но ако го поставите колото на неколку квадратни милиметри, тоа не е проблем.
Предвидувањето на смртта на законот на Мур или покажувањето дека овие предвидувања се погрешни повторно и повторно, стана тема која се повторува во научното и технолошкиот новинарство. Останува фактот дека Intel, Samsung и TSMC, трите конкуренти кои сè уште се во првите редови на играта, продолжуваат да компресираат повеќе функции на квадратен микрометар и планираат да воведат неколку генерации на подобрени чипови во иднина. Иако напредокот што го постигнаа на секој чекор можеби не е толку голем како пред две децении, минијатуризацијата на транзисторите продолжува.
Сепак, за дискретните компоненти, се чини дека достигнавме природна граница: нивното помало намалување не ги подобрува нивните перформанси, а најмалите компоненти што се достапни моментално се помали отколку што бараат повеќето случаи на употреба. Се чини дека не постои Муров закон за дискретни уреди, но ако постои Муров закон, би сакале да видиме колку едно лице може да го притисне предизвикот за лемење SMD.
Отсекогаш сум сакал да фотографирам PTH отпорник што го користев во 1970-тите, и да ставам SMD отпорник на него, исто како што го менувам/изведувам сега. Мојата цел е да им натерам на моите браќа и сестри (ниту еден од нив да не е електронски производ) колку промени, вклучително и јас можам да ги видам дури и деловите од мојата работа, (како што ми се влошува видот, ми треперат рацете).
Сакам да кажам, дали е заедно или не. Навистина мразам „подобри се, биди подобар“. Понекогаш вашиот распоред работи добро, но повеќе не можете да добивате делови. Што е тоа по ѓаволите? . Добриот концепт е добар концепт и подобро е да го задржите како што е, наместо да го подобрувате без причина. Гант
„Останува фактот дека трите компании Интел, Самсунг и TSMC сè уште се натпреваруваат во првите редови на оваа игра, постојано притискајќи повеќе функции на квадратен микрометар.
Електронските компоненти се големи и скапи. Во 1971 година, просечното семејство имаше само неколку радија, стерео и ТВ. До 1976 година излегоа компјутери, калкулатори, дигитални часовници и часовници, кои беа мали и евтини за потрошувачите.
Одредена минијатуризација доаѓа од дизајнот. Оперативните засилувачи дозволуваат употреба на жиратори, кои во некои случаи можат да ги заменат големите индуктори. Активните филтри ги елиминираат и индукторите.
Поголемите компоненти промовираат други работи: минимизирање на колото, односно обид да се искористат најмалку компоненти за да функционира колото. Денес не ни е гајле толку многу. Дали ви треба нешто за да го промените сигналот? Земете оперативен засилувач. Дали ви треба државна машина? Земете mpu. итн. Компонентите денес се навистина мали, но всушност има многу компоненти внатре. Значи, во основа големината на вашето коло се зголемува и потрошувачката на енергија се зголемува. Транзистор што се користи за инвертирање на сигнал користи помалку енергија за да ја изврши истата работа отколку оперативниот засилувач. Но, повторно, минијатуризацијата ќе се погрижи за употребата на моќта. Едноставно, иновациите тргнаа во друга насока.
Навистина пропуштивте некои од најголемите придобивки/причини за намалена големина: намалени паразити на пакетот и зголемено ракување со моќноста (што изгледа контраинтуитивно).
Од практична гледна точка, штом големината на функцијата ќе достигне околу 0,25u, ќе го достигнете нивото на GHz, во кое време големиот SOP пакет почнува да произведува најголем* ефект. Долго поврзување на жици и тие кабли на крајот ќе ве убијат.
Во овој момент, QFN/BGA пакетите се значително подобрени во однос на перформансите. Дополнително, кога вака рамно ќе го монтирате пакувањето, завршувате со *значително* подобри термички перформанси и изложени влошки.
Покрај тоа, Intel, Samsung и TSMC сигурно ќе играат важна улога, но ASML може да биде многу поважен во оваа листа. Се разбира, ова можеби нема да важи за пасивниот глас…
Не се работи само за намалување на трошоците за силикон преку процесните јазли од следната генерација. Други работи, како чанти. Помалите пакувања бараат помалку материјали и wcsp или уште помалку. Помали пакувања, помали ПХБ или модули итн.
Често гледам некои каталошки производи, каде што единствениот двигател е намалувањето на трошоците. Големината на MHz/меморијата е иста, функцијата SOC и распоредот на пиновите се исти. Може да користиме нови технологии за да ја намалиме потрошувачката на енергија (обично ова не е бесплатно, така што мора да има некои конкурентни предности за кои се грижат клиентите)
Една од предностите на големите компоненти е материјалот против зрачење. Малите транзистори се поподложни на ефектите на космичките зраци, во оваа важна ситуација. На пример, во вселената, па дури и опсерватории на голема надморска височина.
Не видов голема причина за зголемување на брзината. Брзината на сигналот е приближно 8 инчи во наносекунда. Така, само со намалување на големината, можни се побрзи чипови.
Можеби ќе сакате да ја проверите вашата сопствена математика со пресметување на разликата во доцнењето на ширењето поради промените на пакувањето и намалените циклуси (1/фреквенција). Тоа е да се намали доцнењето/периодот на фракции. Ќе откриете дека тоа дури и не се појавува како фактор за заокружување.
Едно нешто што сакам да додадам е дека многу ИЦ, особено постари дизајни и аналогни чипови, всушност не се намалени, барем внатрешно. Поради подобрувањата во автоматското производство, пакетите станаа помали, но тоа е затоа што DIP пакетите обично имаат многу преостанат простор внатре, а не затоа што транзисторите итн. станаа помали.
Покрај проблемот со правење на роботот доволно прецизен за всушност да ракува со ситни компоненти во апликациите за собирање и сместување со голема брзина, друг проблем е сигурното заварување на ситни компоненти. Особено кога ви требаат поголеми компоненти поради барањата за моќност/капацитет. Користејќи специјална паста за лемење, специјалните шаблони за паста за лемење за лемење (нанесете мала количина паста за лемење каде што е потребно, но сепак обезбедете доволно паста за лемење за големи компоненти) почнаа да стануваат многу скапи. Така, мислам дека има плато, а понатамошната минијатуризација на ниво на колото е само скап и изводлив начин. Во овој момент, може да направите повеќе интеграција на ниво на силиконски нафора и да го поедноставите бројот на дискретни компоненти на апсолутен минимум.
Ова ќе го видите на вашиот телефон. Околу 1995 година, купив некои рани мобилни телефони во гаражни продажби за по неколку долари. Повеќето IC-и се преку дупка. Препознатлив процесор и компандер NE570, голем IC за повеќекратна употреба.
Потоа завршив со некои ажурирани рачни телефони. Има многу малку компоненти и речиси ништо познато. Во мал број ИЦ, не само што густината е поголема, туку е усвоен и нов дизајн (види SDR), кој ги елиминира повеќето дискретни компоненти кои претходно беа незаменливи.
> (Нанесете мала количина паста за лемење каде што е потребно, но сепак обезбедете доволно паста за лемење за големи компоненти)
Еј, го замислив шаблонот „3D/Wave“ да го реши овој проблем: потенок каде што се најмалите компоненти и подебел каде е струјното коло.
Денес, SMT компонентите се многу мали, можете да користите вистински дискретни компоненти (не 74xx и друго ѓубре) за да дизајнирате сопствен процесор и да го испечатите на ПХБ. Посипете го со LED, можете да видите како работи во реално време.
Со текот на годините, секако го ценам брзиот развој на сложени и мали компоненти. Тие обезбедуваат огромен напредок, но во исто време додаваат ново ниво на сложеност на итеративниот процес на прототипирање.
Брзината на прилагодување и симулација на аналогните кола е многу поголема од она што го правите во лабораторија. Како што се зголемува фреквенцијата на дигиталните кола, ПХБ станува дел од склопот. На пример, ефекти на далноводот, доцнење на ширење. Прототипот на која било најсовремена технологија најдобро се троши за правилно комплетирање на дизајнот, наместо за прилагодување во лабораторија.
Што се однесува до предметите за хоби, евалуација. Таблите и модулите се решение за смалување на компонентите и модулите за пред-тестирање.
Ова може да направи нештата да ја изгубат „забавноста“, но мислам дека тоа што вашиот проект работи за прв пат може да биде позначајно поради работата или хобиите.
Конвертирав некои дизајни од пропустливи во SMD. Направете поевтини производи, но не е забавно да се градат прототипови рачно. Една мала грешка: „паралелно место“ треба да се чита како „паралелна плоча“.
Не. Откако системот ќе победи, археолозите сè уште ќе бидат збунети од неговите наоди. Кој знае, можеби во 23 век, Планетарната алијанса ќе усвои нов систем…
Не можев да се согласам повеќе. Која е големината на 0603? Се разбира, задржувањето на 0603 како империјална големина и „повикувањето“ на метричката големина 0603 0604 (или 0602) не е толку тешко, дури и ако е технички неточно (т.е.: вистинската големина што одговара - не на тој начин) во секој случај. Строго), но барем сите ќе знаат за каква технологија зборувате (метричка/империјална)!
„Општо земено, пасивните компоненти како што се отпорниците, кондензаторите и индукторите нема да се подобрат ако ги направите помали.