hír

Talán Ohm törvénye után az elektronikában a második leghíresebb törvény Moore törvénye: Az integrált áramkörön gyártható tranzisztorok száma körülbelül kétévente megduplázódik. Mivel a chip fizikai mérete nagyjából változatlan marad, ez azt jelenti, hogy az egyes tranzisztorok idővel kisebbek lesznek. Elkezdtük azt várni, hogy a kisebb méretű lapkák új generációja normális sebességgel jelenjen meg, de mi értelme van a dolgokat kicsinyíteni? A kisebb mindig jobbat jelent?
Az elmúlt évszázadban az elektronika óriási fejlődést ért el. Az 1920-as években a legfejlettebb AM-rádiók több vákuumcsőből, több hatalmas induktorból, kondenzátorból és ellenállásból, több tucat méter antennaként használt vezetékből és nagy számú akkumulátorból álltak. az egész készülék áramellátásához. Ma már több mint egy tucat zenei streaming szolgáltatást hallgathat a zsebében lévő eszközön, és még többet is megtehet. A miniatürizálás azonban nem csak a hordozhatóság miatt van: feltétlenül szükséges ahhoz, hogy elérjük azt a teljesítményt, amelyet ma készülékeinktől elvárunk.
A kisebb komponensek egyik nyilvánvaló előnye, hogy lehetővé teszik, hogy több funkcionalitást helyezzen el ugyanabban a kötetben. Ez különösen fontos a digitális áramkörök esetében: a több komponens azt jelenti, hogy több feldolgozást végezhet el ugyanannyi idő alatt. Például elméletileg a a 64 bites processzor által feldolgozott információ mennyisége nyolcszorosa az azonos órajel-frekvencián futó 8 bites CPU-énak. De ehhez nyolcszor annyi összetevőre van szükség: a regiszterek, az összeadók, a buszok stb. nyolcszor nagyobbak. .Tehát vagy nyolcszor nagyobb chipre vagy nyolcszor kisebb tranzisztorra van szükség.
Ugyanez igaz a memóriachipekre is: kisebb tranzisztorok készítésével több tárhely áll rendelkezésre ugyanazon a köteten. A legtöbb kijelző képpontja manapság vékonyréteg-tranzisztorokból készül, ezért célszerű kicsinyíteni őket, és nagyobb felbontást elérni. , minél kisebb a tranzisztor, annál jobb, és van még egy döntő ok: a teljesítményük jelentősen javult.De miért pontosan?
Ha tranzisztort készít, az ingyenesen biztosít néhány további alkatrészt.Minden terminálnak van sorba kapcsolt ellenállása.Minden áramot szállító tárgynak van öninduktivitása is.Végül, van egy kapacitás a két egymással szemben lévő vezeték között.Mindezek a hatások áramot fogyasztanak és lelassítják a tranzisztor sebességét. A parazita kapacitások különösen zavaróak: a tranzisztorok minden be- és kikapcsolásakor fel kell tölteni és kisütni, ami időt és áramot igényel a tápegységtől.
A két vezető közötti kapacitás a fizikai méretük függvénye: a kisebb méret kisebb kapacitást jelent. És mivel a kisebb kondenzátorok nagyobb sebességet és kisebb teljesítményt jelentenek, a kisebb tranzisztorok magasabb órajel-frekvencián működhetnek, és ezáltal kevesebb hőt oszlatnak el.
A tranzisztorok méretének csökkenésével nem a kapacitás az egyetlen változás, hanem számos furcsa kvantummechanikai hatás van, amelyek nem nyilvánvalóak a nagyobb eszközök esetében. Általánosságban elmondható azonban, hogy a tranzisztorok kicsinyítése gyorsabbá teszi őket. Az elektronikai termékek azonban többet jelentenek. nem csak tranzisztorok.Ha más alkatrészeket lekicsinyít, hogyan teljesítenek?
Általánosságban elmondható, hogy a passzív alkatrészek, mint például az ellenállások, kondenzátorok és induktorok nem javulnak, ha kisebbek lesznek: sok tekintetben romlanak. Ezért ezeknek az alkatrészeknek a miniatürizálása elsősorban az, hogy kisebb térfogatra lehessen őket tömöríteni. , ezáltal helyet takaríthat meg a PCB-n.
Az ellenállás mérete túl nagy veszteség nélkül csökkenthető. Egy darab anyag ellenállását a következő képlet adja meg: ahol l a hossz, A a keresztmetszeti terület, ρ pedig az anyag ellenállása. egyszerűen csökkentsd a hosszt és a keresztmetszetet, és végül egy fizikailag kisebb ellenállást kapsz, de még mindig ugyanaz az ellenállás. Az egyetlen hátránya, hogy ugyanazon teljesítmény disszipálása esetén a fizikailag kisebb ellenállások több hőt termelnek, mint a nagyobb ellenállások.Ezért a kis ellenállások Az ellenállások csak kis teljesítményű áramkörökben használhatók. Ez a táblázat bemutatja, hogyan csökken az SMD ellenállások maximális névleges teljesítménye méretük csökkenésével.
Ma a legkisebb megvásárolható ellenállás a 03015 metrikus méretű (0,3 mm x 0,15 mm). Névleges teljesítményük mindössze 20 mW, és csak olyan áramkörökhöz használják, amelyek nagyon kis teljesítményt vesznek fel, és rendkívül korlátozott méretűek. Kisebb mérőszám: 0201 csomag (0,2 mm x 0,1 mm) megjelent, de még nem került gyártásba. De még ha megjelennek is a gyártó katalógusában, ne számíts arra, hogy mindenhol ott lesznek: a legtöbb pick and place robot nem elég pontos kezelni őket, így továbbra is réstermékek lehetnek.
A kondenzátorokat is le lehet kicsinyíteni, de ez csökkenti a kapacitásukat. A söntkondenzátor kapacitásának kiszámításának képlete: ahol A a tábla területe, d a köztük lévő távolság és ε a dielektromos állandó (a közbenső anyag tulajdonsága).Ha a kondenzátor (alapvetően lapos eszköz) miniatürizált, akkor csökkenteni kell a területet, ezzel csökkentve a kapacitást.Ha mégis sok nafarát szeretne kis térfogatba csomagolni, az egyetlen lehetőség Az anyagok és a gyártás fejlődésének köszönhetően, amelyek lehetővé tették a vékony filmek (kis d) és a speciális dielektrikumok (nagyobb ε) előállítását is, a kondenzátorok mérete jelentősen csökkent az elmúlt évtizedekben.
A ma kapható legkisebb kondenzátor ultra-kis metrikus 0201-es kiszerelésben található: mindössze 0,25 mm x 0,125 mm. Kapacitásuk a még hasznos 100 nF-re korlátozódik, a maximális üzemi feszültség pedig 6,3 V. Ezenkívül ezek a csomagok nagyon kicsik és kezelésükhöz fejlett berendezésekre van szükség, ami korlátozza széleskörű alkalmazásukat.
Az induktorok esetében a történet egy kicsit bonyolult. Az egyenes tekercs induktivitását a következőképpen adja meg: ahol N a menetek száma, A a tekercs keresztmetszete, l a hossza és μ a tekercs anyagállandó (áteresztőképesség). Ha minden méretet felére csökkentünk, az induktivitás is felére csökken. A vezeték ellenállása azonban változatlan marad: ez azért van, mert a vezeték hossza és keresztmetszete egy Az eredeti érték negyede. Ez azt jelenti, hogy az induktivitás felében azonos ellenállást ér el, tehát a tekercs minőségi (Q) tényezőjét felére csökkenti.
A legkisebb kereskedelmi forgalomban kapható diszkrét induktor 01005 hüvelykes méretű (0,4 mm x 0,2 mm). Ezek akár 56 nH-t is elérnek, ellenállásuk pedig néhány ohm. Az ultrakis metrikus 0201-es kiszerelésű tekercseket 2014-ben adták ki, de nyilván soha nem vezették be a piacra.
Az induktorok fizikai korlátait a dinamikus induktivitásnak nevezett jelenség segítségével oldották meg, amely a grafénból készült tekercseknél figyelhető meg. De még így is, ha kereskedelmileg életképes módon előállítható, akkor akár 50%-kal is megnőhet. a tekercset nem lehet jól miniatürizálni.Ha azonban az áramkör magas frekvencián működik, ez nem feltétlenül probléma. Ha a jel a GHz-es tartományban van, akkor néhány nH-s tekercs általában elegendő.
Ezzel elérkeztünk egy másik dologhoz, amelyet az elmúlt évszázadban kicsinyítettek, de nem biztos, hogy azonnal észreveszi: a kommunikációhoz használt hullámhosszhoz. A korai rádióadások körülbelül 1 MHz-es középhullámú AM frekvenciát használtak, körülbelül 300 méteres hullámhosszal. A 100 MHz-es vagy 3 méteres középpontú FM frekvenciasáv az 1960-as évek táján vált népszerűvé, ma pedig főleg 1 vagy 2 GHz (kb. 20 cm) körüli 4G kommunikációt használunk. A magasabb frekvenciák nagyobb információátviteli kapacitást jelentenek. A miniatürizálás miatt vannak olcsó, megbízható és energiatakarékos rádióink, amelyek ezeken a frekvenciákon működnek.
A zsugorodó hullámhosszok zsugoríthatják az antennákat, mert méretük közvetlenül összefügg az adáshoz vagy vételhez szükséges frekvenciával. A mai mobiltelefonoknak nincs szükségük hosszú kiálló antennákra, köszönhetően a dedikált GHz-es frekvenciájú kommunikációnak, amelyhez az antennának csak kb. Ez az oka annak, hogy a legtöbb FM-vevőt tartalmazó mobiltelefonon használat előtt be kell dugni a fülhallgatót: a rádiónak a fülhallgató vezetékét kell antennaként használnia, hogy elegendő jelerősséget kapjon ezekből az egyméteres hullámokból.
Ami a miniatűr antennáinkhoz csatlakoztatott áramköröket illeti, ha kisebbek, akkor valójában könnyebben elkészíthetők. Ez nem csak azért van így, mert a tranzisztorok gyorsabbak lettek, hanem azért is, mert a távvezeték-effektusok már nem jelentenek problémát. Röviden, amikor a hossz ha egy vezeték meghaladja a hullámhossz egytizedét, az áramkör tervezésekor figyelembe kell venni a fáziseltolódást a hossza mentén. 2,4 GHz-en ez azt jelenti, hogy csak egy centiméter vezeték érintett az áramkörben; ha különálló alkatrészeket forrasztasz össze, az fejfájást okoz, de ha néhány négyzetmilliméterre rakod ki az áramkört, az nem probléma.
A Moore-törvény bukásának előrejelzése, vagy annak bemutatása, hogy ezek az előrejelzések tévesek újra és újra, visszatérő témává vált a tudományos és technológiai újságírásban. Továbbra is tény, hogy az Intel, a Samsung és a TSMC, a három versenytárs, akik még mindig az élvonalban vannak a játékban továbbra is több funkciót tömörítenek négyzetmikrométerenként, és a jövőben több generációs továbbfejlesztett chip bevezetését tervezik. Bár az egyes lépésekben elért előrehaladás nem feltétlenül olyan nagy, mint két évtizeddel ezelőtt, a tranzisztorok miniatürizálása folytatja.
A diszkrét komponensek esetében azonban úgy tűnik, hogy elértük a természetes határt: a kisebbítésük nem javítja a teljesítményüket, és a jelenleg elérhető legkisebb alkatrészek kisebbek, mint a legtöbb felhasználási eset megköveteli. Úgy tűnik, hogy nincs Moore-törvény a diszkrét eszközökre, de ha van Moore-törvény, akkor szívesen látnánk, hogy egy ember mennyire tudja kibírni az SMD forrasztási kihívást.
Mindig is szerettem volna lefotózni egy PTH ellenállást, amit az 1970-es években használtam, és rárakni egy SMD-ellenállást, ahogy most is ki/be cserélem. A célom az, hogy a testvéreimet megcsináljam (egyik sem az). elektronikai termékek) mennyi változás, köztük még a munkám részeit is látom, (ahogy romlik a látásom, egyre rosszabb a kezem Remegés).
Szeretem azt mondani, hogy együtt van-e vagy sem. Nagyon utálom a „javulni, jobbá válni”. Néha jól működik az elrendezés, de már nem tud alkatrészeket beszerezni.Mi a fene ez?.A jó koncepció jó koncepció, és jobb, ha megtartja úgy ahogy van, mintsem ok nélkül javítani.Gantt
"A tény továbbra is az, hogy a három vállalat, az Intel, a Samsung és a TSMC továbbra is versenyez a játék élvonalában, folyamatosan több funkciót kiszorítva négyzetmikrométerenként."
Az elektronikai alkatrészek nagyok és drágák. 1971-ben az átlagos családnak csak néhány rádiója, sztereója és TV-je volt. 1976-ra megjelentek a számítógépek, számológépek, digitális órák és órák, amelyek kicsik és olcsók voltak a fogyasztók számára.
Némi miniatürizálás a tervezésből adódik. Az operatív erősítők lehetővé teszik a gyrátorok használatát, amelyek bizonyos esetekben helyettesíthetik a nagy induktorokat. Az aktív szűrők az induktorokat is kiküszöbölik.
A nagyobb komponensek más dolgokat is elősegítenek: az áramkör minimalizálását, vagyis a lehető legkevesebb komponens felhasználását, hogy az áramkör működjön. Ma már annyira nem törődünk vele. Kell valami a jel megfordításához? Vegyünk egy műveleti erősítőt. Szüksége van egy állapotgépre? Vegyünk egy mpu-t stb. Az alkatrészek ma nagyon kicsik, de valójában sok alkatrész van benne. Tehát alapvetően az áramkör mérete és az energiafogyasztás nő. A jel invertálására használt tranzisztor kevesebb energiát használ fel ugyanazt a feladatot végzi el, mint egy műveleti erősítő. De a miniatürizálás gondoskodik az energiafelhasználásról. Csak az innováció más irányba ment.
Valóban lemaradtál a csökkentett méret legnagyobb előnyeiről/okairól: a csomagok kevesebb parazitája és a megnövekedett teljesítménykezelés (ami ellentmondásosnak tűnik).
Gyakorlati szempontból, ha a funkció mérete eléri a körülbelül 0,25 u-t, akkor eléri a GHz-es szintet, ekkor a nagy SOP-csomag a legnagyobb* hatást kezdi kifejteni. A hosszú kötőhuzalok és ezek a vezetékek végül megölnek.
Ezen a ponton a QFN/BGA csomagok teljesítménye jelentősen javult. Ezen túlmenően, ha így laposan szereli fel a csomagot, akkor *lényegesen* jobb hőteljesítményt és szabadon látható párnákat ér el.
Emellett az Intel, a Samsung és a TSMC minden bizonnyal fontos szerepet fog játszani, de az ASML sokkal fontosabb lehet ebben a listában. Természetesen ez nem vonatkozik a passzív hangra…
Nem csak a szilíciumköltségek csökkentéséről van szó a következő generációs folyamatcsomópontokon keresztül.Egyéb dolgok, például táskák. Kisebb csomagokhoz kevesebb anyagra és wcsp-re van szükség, vagy még kevesebbre. Kisebb csomagokhoz, kisebb PCB-khez vagy modulokhoz stb.
Gyakran látok néhány katalógusterméket, ahol az egyetlen mozgatórugó a költségcsökkentés. A MHz/memória mérete megegyezik, az SOC funkció és a pin-elrendezés ugyanaz. Új technológiákat alkalmazhatunk az energiafogyasztás csökkentésére (általában ez nem ingyenes, így bizonyos versenyelőnyöknek kell lenniük, amelyek az ügyfelek számára fontosak)
A nagyméretű alkatrészek egyik előnye a sugárzásgátló anyag. Az apró tranzisztorok érzékenyebbek a kozmikus sugarak hatására, ebben a fontos helyzetben. Például az űrben, sőt a magaslati obszervatóriumokban is.
Nem láttam komoly okot a sebességnövekedésre. A jel sebessége körülbelül 8 hüvelyk nanoszekundumban. Tehát pusztán a méret csökkentésével gyorsabb chipek érhetők el.
Ellenőrizheti saját matematikáját a csomagolási változtatások és a csökkentett ciklusok miatti terjedési késleltetés különbségének kiszámításával (1/gyakoriság). Ez azt jelenti, hogy csökkenti a frakciók késleltetését/periódusát. Azt fogja tapasztalni, hogy ez nem is jelenik meg kerekítési tényező.
Egy dolgot szeretnék hozzátenni, hogy sok IC-t, különösen a régebbi kialakításúakat és az analóg chipeket, valójában nem csökkentik, legalábbis belsőleg. Az automatizált gyártás fejlődésének köszönhetően a csomagok kisebbek lettek, de ez azért van így, mert a DIP-csomagok általában sok bent maradt hely, nem azért mert kisebbek lettek a tranzisztorok stb.
Amellett, hogy a robot kellően pontos legyen ahhoz, hogy ténylegesen meg tudja kezelni az apró alkatrészeket a nagysebességű pick-and-place alkalmazásokban, egy másik probléma az apró alkatrészek megbízható hegesztése. Különösen akkor, ha a teljesítmény-/kapacitásigények miatt még mindig nagyobb alkatrészekre van szüksége. A speciális forrasztópaszta, a speciális lépcsős forrasztópaszta sablonok (kenj fel kis mennyiségű forrasztópasztát, ahol szükséges, de még mindig biztosítsunk elegendő forrasztópasztát a nagy alkatrészekhez) nagyon drágulni kezdtek. Szóval szerintem van egy fennsík, és az áramkör további miniatürizálása A táblaszint csak egy költséges és megvalósítható módszer. Ezen a ponton akár több integrációt is végezhet a szilíciumlapka szintjén, és a különálló alkatrészek számát az abszolút minimumra egyszerűsítheti.
Ezt látni fogja a telefonján. 1995 körül vásároltam néhány korai mobiltelefont a garázsban, darabonként néhány dollárért. A legtöbb IC átmenő nyílású. Felismerhető CPU és NE570 kompander, nagy, újrafelhasználható IC.
Aztán végül néhány frissített kézi telefonhoz jutottam. Nagyon kevés alkatrész van, és szinte semmi sem ismerős. Kis számú IC-ben nem csak a sűrűség nagyobb, hanem egy új dizájnt is alkalmaznak (lásd SDR), amely kiküszöböli a legtöbb a diszkrét alkatrészek, amelyek korábban nélkülözhetetlenek voltak.
> (Vigyen fel kis mennyiségű forrasztópasztát, ahol szükséges, de továbbra is biztosítson elegendő forrasztópasztát a nagy alkatrészekhez)
Hé, elképzeltem a „3D/Wave” sablont a probléma megoldására: vékonyabb ott, ahol a legkisebb alkatrészek vannak, és vastagabb ott, ahol az áramkör van.
Manapság az SMT komponensek nagyon kicsik, valódi diszkrét komponensek (nem 74xx és egyéb szemét) segítségével megtervezheti a saját CPU-ját és kinyomtathatja a NYÁK-ra. Szórja meg LED-del, valós időben láthatja, hogy működik.
Az évek során minden bizonnyal nagyra értékelem az összetett és kisméretű alkatrészek gyors fejlődését. Hatalmas előrelépést jelentenek, ugyanakkor új komplexitást adnak a prototípusgyártás iteratív folyamatához.
Az analóg áramkörök beállítási és szimulációs sebessége sokkal gyorsabb, mint amit a laboratóriumban csinálunk.A digitális áramkörök frekvenciájának növekedésével a PCB az összeállítás részévé válik.Például átviteli vonal hatások, terjedési késleltetés.Bármilyen vágás prototípusa, Az éltechnológiát a legjobb a tervezés helyes elkészítésére fordítani, nem pedig a laboratóriumi beállítások elvégzésére.
Ami a hobbi cikkeket illeti, értékelés. Az áramköri lapok és modulok megoldást jelentenek a zsugorodó alkatrészekre és a modulok előzetes tesztelésére.
Emiatt a dolgok elveszíthetik a „szórakozást”, de úgy gondolom, hogy a projekt első alkalommal történő működésbe hozása a munka vagy a hobbi miatt értelmesebb lehet.
Egyes terveket átmenőlyukról SMD-re alakítottam át. Készítsen olcsóbb termékeket, de nem szórakoztató a prototípusokat kézzel építeni. Egy apró hiba: a „párhuzamos helyet” „párhuzamos lemezként” kell értelmezni.
Nem. A rendszer győzelme után a régészeket továbbra is összezavarják a leletek. Ki tudja, lehet, hogy a 23. században a Bolygószövetség új rendszert fogad el…
Nem tudtam jobban egyetérteni.Mekkora a 0603 mérete? Természetesen a 0603-as birodalmi méretként való megtartása és a 0603-as metrikus 0604-es (vagy 0602-es) „meghívása” nem olyan nehéz, még akkor sem, ha technikailag hibás (pl.: ténylegesen megfelelő méret – nem úgy) egyébként. Szigorú), de legalább mindenki tudja, hogy milyen technológiáról van szó (metrikus/imperial)!
"Általánosságban elmondható, hogy a passzív alkatrészek, mint például az ellenállások, kondenzátorok és induktorok nem javulnak, ha kisebbre csökkentik őket."