вести

Можда после Охмовог закона, други најпознатији закон у електроници је Муров закон: број транзистора који се могу произвести на интегрисаном колу удвостручује се сваке две године. Пошто физичка величина чипа остаје приближно иста, то значи да ће појединачни транзистори временом постати мањи. Почели смо да очекујемо да ће се нова генерација чипова са мањим карактеристикама појавити нормалном брзином, али која је сврха смањивања ствари? Да ли мање увек значи боље?
У прошлом веку, електронски инжењеринг је направио огроман напредак. Током 1920-их, најнапреднији АМ радио уређаји састојали су се од неколико вакуумских цеви, неколико огромних индуктора, кондензатора и отпорника, десетина метара жица које су се користиле као антене и великог сета батерија за напајање читавог уређаја. Данас можете да слушате више десетина сервиса за стримовање музике на уређају у џепу, а можете и више. Али минијатуризација није само за преносивост: она је апсолутно неопходна да бисмо постигли перформансе које очекујемо од наших уређаја данас.
Једна очигледна предност мањих компоненти је та што вам омогућавају да у исту количину укључите више функционалности. Ово је посебно важно за дигитална кола: више компоненти значи да можете обавити више обраде за исто време. На пример, у теорији, количина информација које обрађује 64-битни процесор је осам пута већа од 8-битног ЦПУ-а који ради на истој фреквенцији такта. Али такође захтева осам пута више компоненти: регистри, сабирачи, магистрале, итд. су све осам пута веће. Дакле, или вам је потребан чип који је осам пута већи, или вам је потребан транзистор који је осам пута мањи.
Исто важи и за меморијске чипове: прављењем мањих транзистора, имате више простора за складиштење у истој запремини. Пиксели у већини екрана данашњице су направљени од транзистора танког филма, тако да има смисла смањити их и постићи веће резолуције. Међутим, што је транзистор мањи, то боље, а постоји још један кључни разлог: њихове перформансе су знатно побољшане. Али зашто тачно?
Кад год направите транзистор, он ће бесплатно обезбедити неке додатне компоненте. Сваки терминал има серијски отпорник. Сваки објекат који носи струју такође има самоиндуктивност. Коначно, постоји капацитет између било која два проводника окренута један према другом. Сви ови ефекти троше енергију и успоравају брзину транзистора. Паразитски капацитети су посебно проблематични: транзистори се морају пунити и празнити сваки пут када се укључе или искључе, што захтева време и струју из извора напајања.
Капацитет између два проводника је функција њихове физичке величине: мања величина значи мањи капацитет. А пошто мањи кондензатори значе веће брзине и мању снагу, мањи транзистори могу да раде на вишим фреквенцијама такта и при томе расипају мање топлоте.
Како смањујете величину транзистора, капацитивност није једини ефекат који се мења: постоје многи чудни квантномеханички ефекти који нису очигледни за веће уређаје. Међутим, генерално говорећи, смањење транзистора ће их учинити бржима. Али електронски производи су више од транзистора. Када смањите друге компоненте, како оне раде?
Уопштено говорећи, пасивне компоненте као што су отпорници, кондензатори и индуктори неће постати боље када се смање: на много начина ће се погоршати. Стога је минијатуризација ових компоненти углавном да би се могле компримовати у мањи волумен, чиме се штеди простор на штампаној плочи.
Величина отпорника се може смањити без изазивања превеликих губитака. Отпор комада материјала је дат са, где је л дужина, А је површина попречног пресека, а ρ је отпорност материјала. Можете једноставно смањити дужину и попречни пресек и завршити са физички мањим отпорником, али и даље са истим отпором. Једини недостатак је што ће, када се расипа иста снага, физички мањи отпорници генерисати више топлоте од већих отпорника. Због тога се мали отпорници могу користити само у колима мале снаге. Ова табела показује како се максимална снага СМД отпорника смањује како се њихова величина смањује.
Данас, најмањи отпорник који можете купити је метричка величина 03015 (0,3 мм к 0,15 мм). Њихова називна снага је само 20 мВ и користе се само за кола која расипају врло мало снаге и изузетно су ограничене величине. Мањи метрички 0201 пакет (0,2 мм к 0,1 мм) је пуштен, али још није пуштен у производњу. Али чак и ако се појаве у каталогу произвођача, не очекујте да ће бити свуда: већина робота за бирање и постављање није довољно прецизна да с њима рукује, тако да и даље могу бити ниски производи.
Кондензатори се такође могу смањити, али то ће смањити њихов капацитет. Формула за израчунавање капацитивности шант кондензатора је, где је А површина плоче, д је растојање између њих, а ε је диелектрична константа (својство међуматеријала). Ако је кондензатор (у основи раван уређај) минијатуризован, површина се мора смањити, чиме се смањује капацитивност. Ако и даље желите да спакујете много нафаре у малој запремини, једина опција је да сложите неколико слојева заједно. Због напретка у материјалима и производњи, који су такође омогућили танке филмове (мали д) и специјалне диелектрике (са већим ε), величина кондензатора се значајно смањила у последњих неколико деценија.
Најмањи кондензатор који је данас доступан је у ултра малом метричком 0201 паковању: само 0,25 мм к 0,125 мм. Њихов капацитет је ограничен на још увек корисних 100 нФ, а максимални радни напон је 6,3 В. Такође, ови пакети су веома мали и захтевају напредну опрему за руковање, што ограничава њихову широку употребу.
За индукторе, прича је мало незгодна. Индуктивност правог намотаја је дата са, где је Н број завоја, А је површина попречног пресека завојнице, л је његова дужина, а μ је константа материјала (пропусност). Ако се све димензије смање за половину, индуктивност ће такође бити смањена за половину. Међутим, отпор жице остаје исти: то је зато што су дужина и попречни пресек жице смањени на четвртину њене првобитне вредности. То значи да ћете на крају имати исти отпор у половини индуктивности, тако да преполовите фактор квалитета (К) завојнице.
Најмањи комерцијално доступан дискретни индуктор има величину инча 01005 (0,4 мм к 0,2 мм). Они су чак 56 нХ и имају отпор од неколико ома. Индуктори у ултра малом метричком пакету 0201 објављени су 2014. године, али очигледно никада нису представљени на тржишту.
Физичка ограничења индуктора решена су коришћењем феномена званог динамичка индуктивност, који се може посматрати у калемовима направљеним од графена. Али чак и тако, ако се може произвести на комерцијално одржив начин, може се повећати за 50%. Коначно, завојница се не може добро минијатурисати. Међутим, ако ваше коло ради на високим фреквенцијама, то није нужно проблем. Ако је ваш сигнал у опсегу ГХз, обично је довољно неколико нХ намотаја.
Ово нас доводи до још једне ствари која је била минијатуризована у прошлом веку, али можда нећете одмах приметити: таласну дужину коју користимо за комуникацију. Ране радио емисије су користиле АМ фреквенцију средњег таласа од око 1 МХз са таласном дужином од око 300 метара. ФМ фреквенцијски опсег са центром на 100 МХз или 3 метра постао је популаран око 1960-их, а данас углавном користимо 4Г комуникације око 1 или 2 ГХз (око 20 цм). Више фреквенције значе већи капацитет преноса информација. Управо због минијатуризације имамо јефтине, поуздане и штедљиве радио станице које раде на овим фреквенцијама.
Смањење таласних дужина може смањити антене јер је њихова величина директно повезана са фреквенцијом коју треба да емитују или примају. Данашњим мобилним телефонима нису потребне дугачке избочене антене, захваљујући њиховој наменској комуникацији на ГХз фреквенцијама, за које антена треба да буде дуга само један центиметар. Због тога већина мобилних телефона који још увек садрже ФМ пријемнике захтевају да прикључите слушалице пре употребе: радио треба да користи жицу слушалица као антену да би добио довољну јачину сигнала из тих таласа дужине једног метра.
Што се тиче кола повезаних са нашим минијатурним антенама, када су мање, постају лакше за прављење. Ово није само зато што су транзистори постали бржи, већ и зато што ефекти далековода више нису проблем. Укратко, када дужина жице прелази једну десетину таласне дужине, морате узети у обзир фазни помак дуж њене дужине када дизајнирате коло. На 2,4 ГХз, то значи да је само један центиметар жице утицао на ваше коло; ако спојите дискретне компоненте заједно, то је главобоља, али ако поставите коло на неколико квадратних милиметара, то није проблем.
Предвиђање нестанка Муровог закона, или показивање да су ова предвиђања изнова и изнова погрешна, постала је тема која се понавља у научном и технолошком новинарству. Остаје чињеница да Интел, Самсунг и ТСМЦ, три конкурента који су још увек на челу игре, настављају да компресују више функција по квадратном микрометру и планирају да уведу неколико генерација побољшаних чипова у будућности. Иако напредак који су постигли на сваком кораку можда није тако велики као пре две деценије, минијатуризација транзистора се наставља.
Међутим, за дискретне компоненте, чини се да смо достигли природну границу: њихово смањење не побољшава њихове перформансе, а најмање компоненте које су тренутно доступне су мање него што захтева већина случајева употребе. Чини се да не постоји Муров закон за дискретне уређаје, али ако постоји Муров закон, волели бисмо да видимо колико једна особа може да подстакне изазов СМД лемљења.
Одувек сам желео да сликам ПТХ отпорник који сам користио 1970-их и да ставим СМД отпорник на њега, баш као што сада мењам/избацујем. Мој циљ је да променим своју браћу и сестре (ниједно од њих није електронски производ), укључујући и да видим делове свог рада (како ми се вид погоршава, руке ми се погоршавају. Дрхте).
Волим да кажем, да ли заједно или не. Заиста мрзим „побољшај, постани бољи“. Понекад ваш распоред добро функционише, али више не можете да добијете делове. Шта је то дођавола? . Добар концепт је добар концепт, и боље га је задржати онаквим какав јесте, него га побољшавати без разлога. Гантт
„Чињеница остаје да се три компаније Интел, Самсунг и ТСМЦ још увек такмиче на челу ове игре, константно истискујући више функција по квадратном микрометру,“
Електронске компоненте су велике и скупе. Године 1971. просечна породица је имала само неколико радија, стерео и ТВ. До 1976. године појавили су се компјутери, калкулатори, дигитални сатови и сатови, који су били мали и јефтини за потрошаче.
Нека минијатуризација долази од дизајна. Оперативни појачавачи дозвољавају употребу жиратора, који у неким случајевима могу заменити велике индукторе. Активни филтери такође елиминишу индукторе.
Веће компоненте промовишу друге ствари: минимизирање кола, односно покушај да се користи најмање компоненти да би коло функционисало. Данас нас није толико брига. Треба вам нешто да преокренете сигнал? Узми оперативно појачало. Да ли вам треба државна машина? Узми мпу. итд. Компоненте су данас заиста мале, али у ствари има много компоненти унутра. Дакле, у основи се повећава величина вашег кола и повећава се потрошња енергије. Транзистор који се користи за инвертовање сигнала користи мање енергије за обављање истог посла него операциони појачавач. Али опет, минијатуризација ће се побринути за употребу моћи. Само што је иновација отишла у другом правцу.
Заиста сте пропустили неке од највећих предности/разлога смањене величине: смањени паразити у пакету и повећано руковање снагом (што се чини контраинтуитивним).
Са практичне тачке гледишта, када величина функције достигне око 0,25у, достићи ћете ниво ГХз, када велики СОП пакет почиње да производи највећи* ефекат. Дуге жице за повезивање и ти водови ће вас на крају убити.
У овом тренутку, КФН/БГА пакети су значајно побољшани у погледу перформанси. Поред тога, када овако монтирате пакет равно, на крају ћете имати *значајно* боље термалне перформансе и изложене јастучиће.
Поред тога, Интел, Самсунг и ТСМЦ ће сигурно играти важну улогу, али АСМЛ може бити много важнији на овој листи. Наравно, ово се можда не односи на пасивни глас...
Не ради се само о смањењу трошкова силикона кроз процесне чворове следеће генерације. Друге ствари, као што су торбе. Мањи пакети захтевају мање материјала и вцсп-а или чак мање. Мањи пакети, мањи ПЦБ или модули, итд.
Често видим неке производе из каталога, где је једини покретачки фактор смањење трошкова. Величина МХз/меморије је иста, СОЦ функција и распоред пинова су исти. Можемо користити нове технологије да смањимо потрошњу енергије (обично ово није бесплатно, тако да морају постојати неке конкурентске предности до којих је клијентима стало)
Једна од предности великих компоненти је материјал против зрачења. Сићушни транзистори су подложнији утицају космичких зрака, у овој важној ситуацији. На пример, у свемиру, па чак и опсерваторијама на великим висинама.
Нисам видео већи разлог за повећање брзине. Брзина сигнала је приближно 8 инча по наносекунди. Дакле, само смањењем величине, бржи чипови су могући.
Можда ћете желети да проверите сопствену математику тако што ћете израчунати разлику у кашњењу пропагације због промена паковања и смањених циклуса (1/фреквенција). То је да се смањи кашњење/период фракција. Видећете да се чак ни не појављује као фактор заокруживања.
Једна ствар коју желим да додам је да многи ИЦ-ови, посебно старији дизајни и аналогни чипови, нису заправо смањени, барем интерно. Због побољшања у аутоматизованој производњи, пакети су постали мањи, али то је зато што ДИП пакети обично имају много преосталог простора унутра, а не зато што су транзистори итд. постали мањи.
Поред проблема да робот буде довољно прецизан да заиста рукује сићушним компонентама у апликацијама велике брзине за подизање и постављање, још један проблем је поуздано заваривање сићушних компоненти. Нарочито када су вам и даље потребне веће компоненте због захтева за снагом/капацитетом. Користећи специјалну пасту за лемљење, специјални шаблони пасте за лемљење (нанесите малу количину пасте за лемљење где је потребно, али и даље обезбедите довољно пасте за лемљење за велике компоненте) почели су да постају веома скупи. Тако да мислим да постоји плато, а даља минијатуризација на нивоу штампане плоче је само скуп и изводљив начин. У овом тренутку, такође бисте могли да урадите више интеграције на нивоу силицијумске плочице и да поједноставите број дискретних компоненти на апсолутни минимум.
Видећете ово на свом телефону. Отприлике 1995. купио сам неке ране мобилне телефоне на гаражним распродајама за неколико долара сваки. Већина ИЦ-а је пролазна. Препознатљиви ЦПУ и НЕ570 компандер, велики ИЦ за вишекратну употребу.
Онда сам завршио са неким ажурираним ручним телефонима. Има врло мало компоненти и скоро ништа познато. У малом броју ИЦ-а, не само да је густина већа, већ је и усвојен нови дизајн (види СДР), који елиминише већину дискретних компоненти које су раније биле неопходне.
> (Нанесите малу количину пасте за лемљење тамо где је потребно, али ипак обезбедите довољно пасте за лемљење за велике компоненте)
Хеј, замислио сам шаблон „3Д/Ваве“ да решим овај проблем: тањи тамо где су најмање компоненте, а дебљи тамо где је струјни круг.
Данас су СМТ компоненте веома мале, можете користити праве дискретне компоненте (не 74кк и друго смеће) да дизајнирате сопствени ЦПУ и одштампате га на ПЦБ. Поспите га ЛЕД-ом, можете видети како ради у реалном времену.
Током година, свакако ценим брзи развој сложених и малих компоненти. Они пружају огроман напредак, али у исто време додају нови ниво сложености итеративном процесу израде прототипова.
Брзина подешавања и симулације аналогних кола је много бржа од онога што радите у лабораторији. Како фреквенција дигиталних кола расте, ПЦБ постаје део склопа. На пример, ефекти далековода, кашњење у ширењу. Прототипирање било које најсавременије технологије најбоље је потрошити на исправан завршетак дизајна, а не на прилагођавање у лабораторији.
Што се тиче хоби предмета, евалуација. Плоче и модули су решење за компоненте које се скупљају и модуле за претходно тестирање.
Ово може довести до тога да ствари изгубе „забаву“, али мислим да би покретање вашег пројекта по први пут могло бити значајније због посла или хобија.
Претварао сам неке дизајне из отвора у СМД. Направите јефтиније производе, али није забавно правити прототипове ручно. Једна мала грешка: „паралелно место“ треба читати као „паралелна плоча“.
Не. Након што систем победи, археолози ће и даље бити збуњени његовим налазима. Ко зна, можда ће у 23. веку Планетарна алијанса усвојити нови систем...
Не бих се могао више сложити. Која је величина 0603? Наравно, задржавање 0603 као империјалне величине и „називање“ метричке величине 0603 0604 (или 0602) није тако тешко, чак и ако је можда технички нетачно (тј.: стварна величина подударања - не на тај начин). Строго), али ће бар сви знати о којој технологији говорите (метричка/империјална)!
„Уопштено говорећи, пасивне компоненте као што су отпорници, кондензатори и индуктори неће постати бољи ако их смањите.