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 или тако нешто. Пошто физичка величина чипа остаје отприлике иста, то значи да појединачни транзистори ће временом постати мањи. Почели смо да очекујемо да ће се нова генерација чипова са мањим карактеристикама појавити при нормалној брзини, али која је сврха умањивања ствари? Да ли мање увек значи боље?
У прошлом веку, електронски инжењеринг је направио огроман напредак. Двадесетих година прошлог века, 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 комплета батерија за напајање целог уређаја. Данас можете да слушате више десетина сервиса за стримовање музике на уређају у свом џепу, и можете да урадите више. Али минијатуризација није само за преносивост: апсолутно је неопходна за постизање перформанси које очекујемо од наших уређаја данас.
Једна очигледна предност мањих компоненти је та што вам омогућавају да укључите више функционалности у исти волумен. Ово је посебно важно за дигитална кола: више компоненти значи да можете обавити више обраде у истом временском периоду. 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, сабирници, магистрале, итд. су осам пута већи .Дакле, треба вам или чип који је осам пута већи или 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 мањи транзистор, 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 отпорник у серији. Сваки објекат који носи струју такође има самоиндуктивност. Коначно, постоји капацитивност између било која два проводника окренута један према другом. Сви ови ефекти троше снагу и успоравају брзину транзистора. Паразитни капацитети су посебно проблематични: потребно их је пунити и испразнити сваки пут када се транзистори укључе или искључују, 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 тактним фреквенцијама 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 него само транзистори. Када смањите друге компоненте, како оне раде?
Уопштено говорећи, пасивне компоненте као што су отпорници, кондензатори и индуктори неће постати боље када постану мање: на много начина, постаће горе. Према томе, минијатуризација ових компоненти је углавном да би се могле компримовати у мању запремину , чиме се штеди простор на штампаној плочи.
Величина отпорника се може смањити без изазивања превеликог губитка. Отпор комада материјала је дат са, где је л дужина, А је површина попречног пресека, а ρ је отпорност материјала. једноставно смањите дужину и попречни пресек и на крају добијете физички мањи отпорник, али и даље има исти отпор. Једини недостатак је што ће, када се расипа иста снага, физички мањи отпорници генерисати више топлоте од већих отпорника. Према томе, мали отпорници Отпорници се 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 која су изузетно ограничена по величини. Мања метрика 0201 паковање (0,2 мм к 0,1 мм) је пуштено у продају, али још није пуштено у производњу. Али чак и ако се појаве у каталогу произвођача, не очекујте да ће бити свуда: већина робота за одабир и постављање није довољно тачна да се њима рукује, тако да они и даље могу бити нишни 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 (особина међуматеријала). Ако је кондензатор (у основи раван уређај) минијатуризован, површина мора бити смањена, чиме се смањује капацитивност. Ако и даље желите да спакујете много нафара у малој запремини, једина опција је слагање 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 пакету: 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 њима, ограничавајући њихово широко усвајање.
За индукторе, прича је мало зезнута. 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 се такође смањити за половину. Међутим, отпор жице остаје исти: то је зато што су дужина и попречни пресек жице сведени на четвртину његове оригиналне вредности. То значи да ћете на крају имати исти отпор у половини индуктивности, тако да преполовујете фактор квалитета (К) завојнице.
Најмањи комерцијално доступан дискретни индуктор има величину инча 01005 (0,4 мм к 0,2 мм). Они су високи чак 56 нХ и имају отпор од неколико ома. Индуктори у ултра малом метричком 0201 пакету су објављени 2014. године, али очигледно никада нису уведени на тржиште.
Физичка ограничења индуктора решена су коришћењем феномена званог динамичка индуктивност, који се може приметити у намотајима направљеним од графена. Али чак и тако, ако се може произвести на комерцијално одржив начин, може се повећати за 50%. Коначно, калем 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 завојница.
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. Рани радио емитовања су користили средње таласну АМ фреквенцију од око 1 МХз са таласном дужином од око 300 метара. ФМ фреквенцијски опсег са центром од 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.
Смањене таласне дужине могу смањити антене јер је њихова величина директно повезана са фреквенцијом коју треба да емитују или примају. Данашњим мобилним телефонима нису потребне дугачке истурене антене, захваљујући њиховој наменској комуникацији на фреквенцијама ГХз, за ​​које антена треба да буде само око 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 дугих један метар.
Што се тиче кола повезаних на наше минијатурне антене, када су мања, постају лакша за израду. То 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 су Интел, Самсунг и ТСМЦ, три конкурента који су и даље у првом плану игре, настављају да компресују више функција по квадратном микрометру и планирају да у будућности уведу неколико генерација побољшаних чипова. Иако напредак који су постигли на сваком кораку можда није тако велики као пре две деценије, минијатуризација транзистора наставља.
Међутим, за дискретне компоненте, изгледа 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 изазове СМД лемљење.
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 направим своју браћу и сестре (ниједна од њих није електронски производи) колико промена, укључујући чак и могу да видим делове свог рада, (како ми се вид погоршава, моје руке све горе Дрхте).
Волим да кажем, да ли је заједно или не. Заиста мрзим „побољшај се, 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 какав јесте, уместо да га побољшавате без разлога. Гант
„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 изашли су компјутери, калкулатори, дигитални сатови и сатови, који су били мали и јефтини за потрошаче.
Нека минијатуризација долази од дизајна. Оперативна појачала дозвољавају употребу гиратора, који у неким случајевима могу заменити велике индукторе. Активни филтери такође елиминишу индукторе.
Веће компоненте промовишу друге ствари: минимизирање кола, то јест, покушај да се користи најмање компоненти да би коло функционисало. Данас нам није толико стало. Треба ли нешто да преокрене сигнал? Узмите операцијско појачало. Да ли вам је потребна државна машина? Узмите мпу.етц. Компоненте су данас заиста мале, али у ствари има много компоненти унутра. Дакле, у основи се повећава величина вашег кола и повећава потрошња енергије. Транзистор који се користи за инвертовање сигнала користи мање енергије за Остварују исти посао као оперативни појачавач. Али опет, минијатуризација ће се побринути за коришћење снаге. 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, у то време 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. Остале 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. МХз/величина 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 дејству космичких зрака, у овој важној ситуацији. На пример, у свемиру, па чак и у опсерваторијама на великим висинама.
Нисам видео главни 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 ширења услед промена паковања и смањених циклуса (1/фреквенција). То је да смањите 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 преостали простор унутра, не зато што су транзистори итд. постали мањи.
Поред проблема да робот буде довољно прецизан да заиста рукује сићушним компонентама у апликацијама за брзо постављање, друго питање је поуздано заваривање сићушних компоненти. Посебно када су вам и даље потребне веће компоненте због захтева за напајањем/капацитетом. специјална паста 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) су почели да постају веома скупи. Тако да мислим да постоји плато, и даља минијатуризација на кругу ниво плоче је само скуп и изводљив начин. У овом тренутку, можете и више да интегришете 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 по комаду. Већина ИЦ-ова је пропусна. 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 усвојен и нови дизајн (види СДР), који елиминише већину дискретне компоненте 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 остало ђубре) да дизајнирате сопствени ЦПУ и одштампате га на ПЦБ-у. Поспите га ЛЕД-ом, можете видети како ради у реалном времену.
Током година, свакако ценим брз развој сложених и малих компоненти. Оне пружају огроман напредак, али истовремено 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. ивичну технологију је најбоље 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.
Конвертовао сам неке дизајне са отвора на 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, задржати 0603 као империјалну величину и „назвати“ 0603 метричку величину 0604 (или 0602) није тако тешко, чак и ако је можда технички нетачно (тј: стварна одговарајућа величина - у сваком случају 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.