навіны

Магчыма, пасля закона Ома другім найбольш вядомым законам у электроніцы з'яўляецца закон Мура: колькасць транзістараў, якія можна вырабіць на інтэгральнай схеме, падвойваецца прыкладна кожныя два гады. Паколькі фізічны памер чыпа застаецца прыкладна такім жа, гэта азначае, што асобныя транзістары з часам стануць менш. Мы пачалі чакаць, што новае пакаленне чыпаў з меншымі памерамі функцый з'явіцца з нармальнай хуткасцю, але які сэнс рабіць рэчы меншымі? Ці заўсёды меншае азначае лепшае?
У мінулым стагоддзі электронная тэхніка дасягнула велізарнага прагрэсу. У 1920-я гады самыя дасканалыя радыёпрыёмнікі AM складаліся з некалькіх вакуумных трубак, некалькіх вялізных шпулек індуктыўнасці, кандэнсатараў і рэзістараў, дзясяткаў метраў правадоў, якія выкарыстоўваліся ў якасці антэн, і вялікага набору батарэй для харчавання ўсёй прылады. Сёння вы можаце слухаць больш за дзясятак сэрвісаў струменевай перадачы музыкі на прыладзе ў сваёй кішэні, і вы можаце рабіць больш. Але мініяцюрызацыя прызначана не толькі для мабільнасці: гэта абсалютна неабходна для дасягнення прадукцыйнасці, якую мы чакаем ад нашых сучасных прылад.
Відавочнай перавагай меншых кампанентаў з'яўляецца тое, што яны дазваляюць уключыць больш функцыянальных магчымасцей у той жа аб'ём. Гэта асабліва важна для лічбавых схем: больш кампанентаў азначае, што вы можаце зрабіць больш апрацоўкі за той жа прамежак часу. Напрыклад, тэарэтычна аб'ём інфармацыі, апрацаваны 64-разрадным працэсарам, у восем разоў перавышае аб'ём інфармацыі, які апрацоўвае 8-разрадны працэсар, які працуе на той жа тактавай частаце. Але гэта таксама патрабуе ў восем разоў больш кампанентаў: рэгістры, суматары, аўтобусы і г.д. усе ў восем разоў большыя. Такім чынам, вам патрэбен альбо чып у восем разоў большы, альбо транзістар у восем разоў меншы.
Тое ж самае справядліва і для чыпаў памяці: робячы транзістары меншага памеру, у вас будзе больш месца для захоўвання пры тым жа аб'ёме. Пікселі ў большасці сучасных дысплеяў зроблены з тонкаплёнкавых транзістараў, таму мае сэнс паменшыць іх маштаб і дасягнуць больш высокай разрознасці. Аднак чым менш транзістар, тым лепш, і ёсць яшчэ адна важная прычына: іх прадукцыйнасць значна паляпшаецца. Але чаму менавіта?
Кожны раз, калі вы робіце транзістар, ён дасць некаторыя дадатковыя кампаненты бясплатна. Кожная клема мае паслядоўны рэзістар. Любы аб'ект, які нясе ток, таксама мае самаіндукцыю. Нарэшце, паміж любымі двума праваднікамі, звернутымі адзін да аднаго, існуе ёмістасць. Усе гэтыя эфекты спажываюць энергію і запавольваюць хуткасць транзістара. Паразітарныя ёмістасці дастаўляюць асаблівую праблему: транзістары трэба зараджаць і разраджаць кожны раз, калі яны ўключаюцца або выключаюцца, што патрабуе часу і току ад крыніцы харчавання.
Ёмістасць паміж двума праваднікамі з'яўляецца функцыяй іх фізічнага памеру: меншы памер азначае меншую ёмістасць. А паколькі меншыя кандэнсатары азначаюць больш высокія хуткасці і меншую магутнасць, меншыя транзістары могуць працаваць на больш высокіх тактавых частотах і пры гэтым рассейваць менш цяпла.
Калі вы памяншаеце памер транзістараў, ёмістасць - не адзіны эфект, які змяняецца: ёсць шмат дзіўных квантава-механічных эфектаў, якія не відавочныя для вялікіх прылад. Аднак, увогуле кажучы, меншы памер транзістараў зробіць іх больш хуткімі. Але электронныя прадукты - гэта больш, чым проста транзістары. Калі вы памяншаеце іншыя кампаненты, як яны працуюць?
Наогул кажучы, пасіўныя кампаненты, такія як рэзістары, кандэнсатары і шпулькі індуктыўнасці, не стануць лепшымі, калі стануць меншымі: шмат у чым яны стануць горшымі. Такім чынам, мініяцюрызацыя гэтых кампанентаў у асноўным заключаецца ў магчымасці сціснуць іх у меншы аб'ём, эканомячы тым самым месца на друкаванай плаце.
Памер рэзістара можна паменшыць, не выклікаючы занадта вялікіх страт. Супраціўленне кавалка матэрыялу вызначаецца як, дзе l - даўжыня, A - плошча папярочнага сячэння, а ρ - удзельнае супраціўленне матэрыялу. Вы можаце проста паменшыць даўжыню і папярочны перасек і атрымаць фізічна меншы рэзістар, але пры гэтым той жа супраціў. Адзіны недахоп заключаецца ў тым, што пры рассейванні аднолькавай магутнасці фізічна меншыя рэзістары будуць вылучаць больш цяпла, чым большыя рэзістары. Таму невялікія рэзістары можна выкарыстоўваць толькі ў маламагутных ланцугах. У гэтай табліцы паказана, як памяншаецца максімальная намінальная магутнасць рэзістараў SMD з памяншэннем іх памеру.
Сёння самы маленькі рэзістар, які вы можаце набыць, - гэта метрычны памер 03015 (0,3 мм х 0,15 мм). Іх намінальная магутнасць складае ўсяго 20 мВт і выкарыстоўваюцца толькі для ланцугоў, якія рассейваюць вельмі мала энергіі і маюць вельмі абмежаваны памер. Меншы метрычны пакет 0201 (0,2 мм х 0,1 мм) быў выпушчаны, але яшчэ не запушчаны ў вытворчасць. Але нават калі яны з'явяцца ў каталогу вытворцы, не чакайце, што яны будуць паўсюль: большасць робатаў для выбару і размяшчэння недастаткова дакладныя, каб з імі справіцца, таму яны ўсё яшчэ могуць быць нішавымі прадуктамі.
Кандэнсатары таксама можна паменшыць, але гэта паменшыць іх ёмістасць. Формула для разліку ёмістасці шунтового кандэнсатара такая, дзе A - плошча платы, d - адлегласць паміж імі, ε - дыэлектрычная пранікальнасць (ўласцівасць прамежкавага матэрыялу). Калі кандэнсатар (у асноўным плоская прылада) мініяцюрны, плошчу неабходна паменшыць, тым самым памяншаючы ёмістасць. Калі вы ўсё ж хочаце спакаваць шмат нафары ў невялікі аб'ём, адзіны варыянт - гэта скласці некалькі слаёў разам. Дзякуючы прагрэсу ў галіне матэрыялаў і вытворчасці, якія таксама зрабілі магчымымі тонкія плёнкі (з малым d) і спецыяльныя дыэлектрыкі (з большым ε), памер кандэнсатараў значна скараціўся за апошнія некалькі дзесяцігоддзяў.
Самы маленькі кандэнсатар, даступны сёння, знаходзіцца ў звышмалым метрычным корпусе 0201: усяго 0,25 мм х 0,125 мм. Іх ёмістасць абмежавана ўсё яшчэ карыснымі 100 нФ, а максімальнае працоўнае напружанне складае 6,3 В. Акрамя таго, гэтыя пакеты вельмі малыя і патрабуюць сучаснага абсталявання для іх працы, што абмяжоўвае іх шырокае распаўсюджванне.
Для індуктараў гісторыя крыху складаная. Індуктыўнасць прамой шпулькі вызначаецца як, дзе N - колькасць віткоў, A - плошча папярочнага перасеку шпулькі, l - яе даўжыня, μ - канстанта матэрыялу (пранікальнасць). Калі ўсе памеры зменшаны ўдвая, індуктыўнасць таксама зменшыцца ўдвая. Аднак супраціўленне дроту застаецца ранейшым: ​​гэта адбываецца таму, што даўжыня і папярочны перасек дроту памяншаюцца да чвэрці ад першапачатковага значэння. Гэта азначае, што ў канчатковым выніку вы атрымаеце аднолькавае супраціўленне ў палове індуктыўнасці, таму вы ўдвая памяншаеце каэфіцыент якасці (Q) шпулькі.
Самая маленькая камерцыйна даступная дыскрэтная шпулька індуктыўнасці мае памер 01005 у цалях (0,4 мм x 0,2 мм). Яны дасягаюць 56 нГн і маюць супраціўленне ў некалькі Ом. Індуктары ў звышмалым метрычным корпусе 0201 былі выпушчаныя ў 2014 годзе, але, відаць, яны так і не былі прадстаўлены на рынку.
Фізічныя абмежаванні шпулек індуктыўнасці былі вырашаны з дапамогай з'явы, званай дынамічнай індуктыўнасцю, якую можна назіраць у шпульках з графена. Але нават пры гэтым, калі яго можна вырабіць камерцыйна жыццяздольным спосабам, ён можа павялічыцца на 50%. Нарэшце, катушку нельга мініяцюрызаваць добра. Аднак, калі ваша схема працуе на высокіх частотах, гэта не абавязкова праблема. Калі ваш сігнал знаходзіцца ў дыяпазоне ГГц, звычайна дастаткова некалькіх шпулек nH.
Гэта падводзіць нас да іншай рэчы, якая была мініяцюрызавана ў мінулым стагоддзі, але вы можаце не заўважыць адразу: даўжыня хвалі, якую мы выкарыстоўваем для сувязі. Раннія радыёвяшчанні выкарыстоўвалі сярэднехвалевую AM частату каля 1 МГц з даўжынёй хвалі каля 300 метраў. Паласа частот FM з цэнтрам у 100 МГц або 3 метры стала папулярнай прыкладна ў 1960-х гадах, і сёння мы ў асноўным выкарыстоўваем сувязь 4G каля 1 або 2 ГГц (каля 20 см). Больш высокія частоты азначаюць большую ёмістасць перадачы інфармацыі. Менавіта дзякуючы мініяцюрызацыі мы маем танныя, надзейныя і энергазберагальныя радыёпрыёмнікі, якія працуюць на гэтых частотах.
Памяншэнне даўжынь хваль можа паменшыць антэны, таму што іх памер напрамую залежыць ад частаты, неабходнай для перадачы або прыёму. Сучасныя мабільныя тэлефоны не маюць патрэбы ў доўгіх антэнах, якія тырчаць наперад, дзякуючы іх спецыяльнай сувязі на частотах ГГц, для чаго антэна павінна мець даўжыню каля аднаго сантыметра. Вось чаму большасць мабільных тэлефонаў, якія ўсё яшчэ ўтрымліваюць FM-прыёмнікі, патрабуюць, каб вы падключылі навушнікі перад выкарыстаннем: радыё павінна выкарыстоўваць дрот навушнікаў у якасці антэны, каб атрымаць дастатковую сілу сігналу ад гэтых хваляў даўжынёй у адзін метр.
Што тычыцца ланцугоў, падлучаных да нашых мініяцюрных антэн, калі яны становяцца меншымі, іх становіцца прасцей зрабіць. Гэта не толькі таму, што транзістары сталі больш хуткімі, але і таму, што эфекты лініі перадачы больш не з'яўляюцца праблемай. Карацей кажучы, калі даўжыня провада перавышае адну дзесятую даўжыні хвалі, вам трэба ўлічваць зрух фазы па яго даўжыні пры распрацоўцы схемы. Пры частаце 2,4 Ггц гэта азначае, што толькі адзін сантыметр дроту закрануў вашу схему; калі вы спаяеце асобныя кампаненты разам, гэта галаўны боль, але калі вы выкладзеце схему на некалькі квадратных міліметраў, гэта не праблема.
Прагназаванне гібелі закона Мура або паказ таго, што гэтыя прагнозы памылковыя зноў і зноў, стала пастаяннай тэмай у навукова-тэхнічнай журналістыцы. Факт застаецца фактам: Intel, Samsung і TSMC, тры канкурэнты, якія ўсё яшчэ знаходзяцца ў авангардзе гульні, працягваюць сціскаць больш функцый на квадратны мікраметр і плануюць у будучыні прадставіць некалькі пакаленняў палепшаных чыпаў. Нягледзячы на ​​тое, што прагрэс, дасягнуты імі на кожным этапе, можа быць не такім вялікім, як два дзесяцігоддзі таму, мініяцюрызацыя транзістараў працягваецца.
Аднак для дыскрэтных кампанентаў мы, здаецца, дасягнулі натуральнай мяжы: памяншэнне іх памеру не паляпшае іх прадукцыйнасць, і самыя маленькія кампаненты, даступныя ў цяперашні час, меншыя, чым патрабуецца ў большасці выпадкаў выкарыстання. Здаецца, што не існуе закона Мура для дыскрэтных прылад, але калі ёсць закон Мура, мы хацелі б убачыць, наколькі адзін чалавек можа прасунуць праблему паяння SMD.
Я заўсёды хацеў сфатаграфаваць рэзістар ПТН, які я выкарыстоўваў у 1970-х гадах, і паставіць на яго рэзістар SMD, гэтак жа, як я цяпер замяняю яго. Мая мэта складаецца ў тым, каб зрабіць так, каб мае браты і сёстры (ніхто з іх не з'яўляецца электронным прадуктам) наколькі змяніліся, у тым ліку я мог нават бачыць часткі сваёй працы (паколькі мой зрок пагаршаецца, мае рукі становяцца ўсё горш, дрыжаць).
Я люблю казаць, разам ці не. Я сапраўды ненавіджу "палепшыць, стаць лепш". Часам ваш макет працуе добра, але вы больш не можаце атрымаць дэталі. Што гэта, чорт вазьмі? . Добрая канцэпцыя - гэта добрая канцэпцыя, і лепш захаваць яе такой, якая ёсць, чым паляпшаць без прычыны. Гант
«Факт застаецца фактам, што тры кампаніі Intel, Samsung і TSMC па-ранейшаму канкуруюць на пярэднім краі гэтай гульні, пастаянна выціскаючы больш функцый на квадратны мікраметр»,
Электронныя кампаненты вялікія і дарагія. У 1971 годзе ў сярэдняй сям'і было ўсяго некалькі радыёпрыёмнікаў, стэрэамагнітола і тэлевізар. Да 1976 г. з'явіліся кампутары, калькулятары, лічбавыя гадзіннікі, якія былі невялікімі і недарагімі для спажыўцоў.
Пэўная мініяцюрызацыя зыходзіць з дызайну. Аперацыйныя ўзмацняльнікі дазваляюць выкарыстоўваць гираторы, якія ў некаторых выпадках могуць замяніць вялікія шпулькі індуктыўнасці. Актыўныя фільтры таксама ліквідуюць шпулькі індуктыўнасці.
Больш буйныя кампаненты спрыяюць іншым рэчам: мінімізацыі схемы, гэта значыць спробе выкарыстоўваць найменшую колькасць кампанентаў, каб прымусіць схему працаваць. Сёння нам усё роўна. Трэба нешта, каб змяніць сігнал? Вазьміце аперацыйны ўзмацняльнік. Вам патрэбна дзяржаўная машына? Вазьміце mpu. і г. д. Кампаненты сёння сапраўды невялікія, але насамрэч іх унутры шмат. Такім чынам, у асноўным ваша схема павялічваецца, а энергаспажыванне павялічваецца. Транзістар, які выкарыстоўваецца для інвертавання сігналу, выкарыстоўвае менш энергіі для выканання той жа працы, чым аперацыйны ўзмацняльнік. Але зноў жа мініяцюрызацыя будзе клапаціцца аб выкарыстанні магутнасці. Проста інавацыі пайшлі ў іншым кірунку.
Вы сапраўды прапусцілі некаторыя з самых вялікіх пераваг/прычын памяншэння памеру: паменшанае паразітаванне пакетаў і павелічэнне магутнасці (што здаецца неразумным).
З практычнага пункту гледжання, як толькі памер функцыі дасягне прыкладна 0,25u, вы дасягнеце ўзроўню ГГц, у гэты час вялікі пакет SOP пачынае вырабляць найбольшы* эфект. Доўгія злучальныя драты і гэтыя провады ў канчатковым выніку заб'юць вас.
На дадзены момант прадукцыйнасць пакетаў QFN/BGA значна палепшылася. Акрамя таго, калі вы ўсталёўваеце ўпакоўку роўна, як гэта, вы атрымліваеце *значна* лепшыя цеплавыя характарыстыкі і адкрытыя пляцоўкі.
Акрамя таго, Intel, Samsung і TSMC, безумоўна, будуць гуляць важную ролю, але ASML можа быць значна больш важным у гэтым спісе. Вядома, гэта можа не адносіцца да пасіўнага стану...
Гаворка ідзе не толькі аб зніжэнні выдаткаў на крэмній праз тэхналагічныя вузлы наступнага пакалення. Іншыя рэчы, напрыклад сумкі. Меншыя пакеты патрабуюць менш матэрыялаў і wcsp ці нават менш. Меншыя пакеты, меншыя друкаваныя платы або модулі і г.д.
Я часта бачу некаторыя прадукты ў каталогу, дзе адзіным рухаючым фактарам з'яўляецца зніжэнне кошту. МГц/памер памяці аднолькавы, функцыя SOC і размяшчэнне кантактаў аднолькавыя. Мы можам выкарыстоўваць новыя тэхналогіі для зніжэння энергаспажывання (звычайна гэта не бясплатна, таму павінны быць некаторыя канкурэнтныя перавагі, якія цікавяць кліентаў)
Адной з пераваг буйных кампанентаў з'яўляецца антырадыяцыйны матэрыял. У гэтай важнай сітуацыі маленькія транзістары больш успрымальныя да ўздзеяння касмічных прамянёў. Напрыклад, у касмічных і нават вышынных абсерваторыях.
Я не бачу сур'ёзнай прычыны для павелічэння хуткасці. Хуткасць сігналу складае прыкладна 8 цаляў у нанасекунду. Такім чынам, проста паменшыўшы памер, можна атрымаць больш хуткія чыпы.
Магчыма, вы захочаце праверыць сваю ўласную матэматыку, вылічыўшы розніцу ў затрымцы распаўсюджвання з-за змены ўпакоўкі і скарачэння цыклаў (1/частата). Гэта значыць паменшыць затрымку/перыяд фракцый. Вы ўбачыце, што гэта нават не з'яўляецца фактарам акруглення.
Адна рэч, якую я хачу дадаць, заключаецца ў тым, што многія мікрасхемы, асабліва старыя канструкцыі і аналагавыя мікрасхемы, на самай справе не паменшаныя, прынамсі ўнутры. З-за ўдасканалення аўтаматызаванай вытворчасці ўпакоўкі сталі меншымі, але гэта адбываецца таму, што ў DIP-пакетах звычайна застаецца шмат месца ўнутры, а не таму, што транзістары і г.д. сталі меншымі.
У дадатак да праблемы зрабіць робата дастаткова дакладным, каб фактычна апрацоўваць малюсенькія кампаненты ў высакахуткасных прыкладаннях падбору і размяшчэння, яшчэ адна праблема - гэта надзейная зварка дробных кампанентаў. Асабліва, калі вам усё яшчэ патрэбны большыя кампаненты з-за патрабаванняў да магутнасці/ёмістасці. Выкарыстанне спецыяльнай паяльнай пасты, спецыяльныя крокавыя шаблоны з паяльнай пасты (нанясіце невялікую колькасць паяльнай пасты, дзе гэта неабходна, але па-ранейшаму дастаткова паяльнай пасты для вялікіх кампанентаў) пачалі станавіцца вельмі дарагімі. Такім чынам, я думаю, што ёсць плато, і далейшая мініяцюрызацыя на ўзроўні друкаванай платы - проста дарагі і магчымы спосаб. На дадзены момант вы маглі б зрабіць больш інтэграцыю на ўзроўні крамянёвай пласціны і спрасціць колькасць асобных кампанентаў да абсалютнага мінімуму.
Вы ўбачыце гэта на сваім тэлефоне. Прыкладна ў 1995 годзе я набыў на гаражных распродажах некалькі першых мабільных тэлефонаў па некалькі долараў кожны. Большасць мікрасхем скразныя. Пазнавальны працэсар і кампандер NE570, вялікая мікрасхема шматразовага выкарыстання.
Потым я атрымаў некалькі абноўленых партатыўных тэлефонаў. Кампанентаў вельмі мала і амаль нічога звыклага. У невялікай колькасці мікрасхем не толькі шчыльнасць вышэй, але таксама прыняты новы дызайн (гл. SDR), які ліквідуе большасць дыскрэтных кампанентаў, якія раней былі незаменнымі.
> (Вырабіце невялікую колькасць паяльнай пасты, дзе гэта неабходна, але па-ранейшаму дайце дастаткова паяльнай пасты для вялікіх кампанентаў)
Гэй, я ўявіў сабе шаблон «3D/Wave», каб вырашыць гэтую праблему: танчэй там, дзе найменшыя кампаненты, і таўсцей там, дзе ланцуг харчавання.
У цяперашні час кампаненты SMT вельмі малыя, вы можаце выкарыстоўваць сапраўдныя дыскрэтныя кампаненты (а не 74xx і іншае смецце), каб распрацаваць свой уласны працэсар і надрукаваць яго на друкаванай плаце. Пасыпце яго святлодыёдам, вы ўбачыце, як ён працуе ў рэжыме рэальнага часу.
На працягу многіх гадоў я, безумоўна, цаню хуткае развіццё складаных і невялікіх кампанентаў. Яны забяспечваюць велізарны прагрэс, але ў той жа час яны дадаюць новы ўзровень складанасці ітэрацыйнага працэсу стварэння прататыпаў.
Хуткасць рэгулявання і мадэлявання аналагавых схем значна вышэйшая за тое, што вы робіце ў лабараторыі. Калі частата лічбавых схем расце, друкаваная плата становіцца часткай вузла. Напрыклад, эфекты лініі перадачы, затрымка распаўсюджвання. Стварэнне прататыпа любой перадавой тэхналогіі лепш выдаткаваць на правільнае завяршэнне дызайну, а не на ўнясенне карэкціровак у лабараторыі.
Што тычыцца прадметаў хобі, ацэнка. Печатныя платы і модулі - гэта рашэнне для ўсаджвання кампанентаў і модуляў перад тэставаннем.
Гэта можа прывесці да таго, што рэчы страцяць «забаву», але я думаю, што прымусіць ваш праект працаваць у першы раз можа быць больш значным з-за працы або хобі.
Я пераўтвараў некаторыя канструкцыі са скразнымі адтулінамі ў SMD. Рабіце больш танныя прадукты, але гэта не весела ствараць прататыпы ўручную. Адна маленькая памылка: «паралельнае месца» трэба чытаць як «паралельная пліта».
Не. Пасля перамогі сістэмы археолагі ўсё роўна будуць збянтэжаныя яе высновамі. Хто ведае, магчыма, у 23-м стагоддзі Планетарны Альянс прыме новую сістэму…
Я не магу пагадзіцца. Які памер 0603? Вядома, захаванне 0603 у якасці імперскага памеру і «выклік» 0603 метрычнага памеру 0604 (або 0602) не так ужо і складана, нават калі гэта можа быць тэхнічна няправільным (г.зн.: фактычны адпаведны памер - не так) у любым выпадку. Строга), але прынамсі ўсе будуць ведаць, пра якую тэхналогію ідзе гаворка (метрычная/імперская)!
«Наогул кажучы, пасіўныя кампаненты, такія як рэзістары, кандэнсатары і індуктары, не стануць лепшымі, калі вы зробіце іх меншымі».