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 мікрасхемы застаецца прыкладна такім жа, гэта азначае, што асобныя транзістары з цягам часу стануць меншымі. 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 перадавыя АМ-радыёпрыёмнікі складаліся з некалькіх вакуумных лямпаў, некалькіх вялізных шпулек індуктыўнасці, кандэнсатараў і рэзістараў, дзесяткаў 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 патрэбна не толькі для партатыўнасці: гэта абсалютна неабходна для дасягнення прадукцыйнасці, якой 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: большая колькасць кампанентаў азначае, што вы можаце зрабіць больш апрацоўкі за той жа прамежак часу. Напрыклад, тэарэтычна, аб'ём інфармацыі, апрацаванай 64-бітным працэсарам, у восем разоў большы, чым 8-бітным працэсарам, які працуе на той жа тактавай частаце. Але ён таксама патрабуе ў восем разоў больш кампанентаў: рэгістры, суматары, шыны і г. .Такім чынам, вам патрэбны чып у восем разоў большы або транзістар у восем разоў меншы.
Тое ж самае справядліва і для чыпаў памяці: робячы транзістары меншага памеру, вы атрымаеце 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 высокіх раздзяленняў. Аднак , чым меншы транзістар, тым лепш, і ёсць яшчэ адна важная прычына: іх прадукцыйнасць значна паляпшаецца. Але чаму менавіта?
Кожны раз, калі вы робіце транзістар, ён бясплатна прапануе некаторыя дадатковыя кампаненты. Кожная клема мае паслядоўны рэзістар. Любы аб'ект, пад якім праходзіць ток, таксама мае самаіндуктыўнасць. Нарэшце, існуе ёмістасць паміж двума праваднікамі, звернутымі адзін да аднаго. Усе гэтыя эфекты спажываюць энергію і запавольваюць хуткасць транзістара. Асаблівую праблему выклікаюць паразітарныя ёмістасці: іх неабходна зараджаць і разраджаць кожны раз, калі транзістары 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.
Па меры памяншэння памеру транзістараў змяняецца не толькі ёмістасць: ёсць шмат дзіўных квантава-механічных эфектаў, якія не відавочныя для вялікіх прылад. Аднак, увогуле кажучы, памяншэнне памеру транзістараў зробіць іх больш хуткімі. Але электронныя прадукты больш чым проста транзістары. Калі паменшыць 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. , тым самым эканомячы месца на друкаванай плаце.
Памер рэзістара можна паменшыць, не выклікаючы занадта вялікіх страт. Супраціўленне кавалка матэрыялу вызначаецца па формуле, дзе l — даўжыня, A — плошча папярочнага сячэння, а ρ — удзельнае супраціўленне матэрыялу. проста паменшыце даўжыню і папярочны перасек і атрымаеце фізічна меншы рэзістар, але той жа супраціў. Адзіным недахопам з'яўляецца тое, што пры рассейванні аднолькавай магутнасці фізічна меншыя рэзістары будуць вылучаць больш цяпла, чым большыя рэзістары. Такім чынам, малыя рэзістары можна выкарыстоўваць толькі ў ланцугах малой магутнасці. У гэтай табліцы паказана, як памяншаецца максімальная намінальная магутнасць рэзістараў SMD з памяншэннем іх памеру.
Сёння самы маленькі рэзістар, які вы можаце набыць, - гэта метрыка 03015 (0,3 мм х 0,15 мм). Іх намінальная магутнасць складае ўсяго 20 мВт і выкарыстоўваецца толькі для ланцугоў, якія рассейваюць вельмі мала энергіі і маюць вельмі абмежаваны памер. Меншая метрыка 0201 пакет (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 усюды: большасць робатаў-падборшчыкаў недастаткова дакладныя апрацоўваць іх, таму яны ўсё яшчэ могуць быць нішавымі прадуктамі.
Кандэнсатары таксама можна паменшыць, але гэта прывядзе да памяншэння іх ёмістасці. Формула для разліку ёмістасці шунтавага кандэнсатара такая, дзе A - плошча платы, d - адлегласць паміж імі, ε - дыэлектрычная пранікальнасць (уласцівасць прамежкавага матэрыялу).Калі кандэнсатар (у асноўным плоская прылада) мініяцюрызаваны, плошчу трэба паменшыць, тым самым памяншаючы ёмістасць.Калі вы ўсё яшчэ хочаце спакаваць шмат нафары ў невялікі аб'ём, адзіны варыянт заключаецца ў складанні некалькіх 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 даступны сёння кандэнсатар 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 патрабуецца сучаснае абсталяванне для іх апрацоўкі, што абмяжоўвае іх шырокае распаўсюджванне.
Для індуктараў гісторыя крыху складаная. Індуктыўнасць прамой шпулькі вызначаецца як, дзе N - колькасць віткоў, A - плошча папярочнага сячэння шпулькі, l - яе даўжыня, а μ - гэта канстанта матэрыялу (пранікальная здольнасць). Калі ўсе памеры паменшыць удвая, індуктыўнасць таксама зменшыцца ўдвая. Аднак супраціўленне дроту застаецца ранейшым: ​​гэта адбываецца таму, што даўжыня і папярочны перасек провада памяншаюцца да чвэрць ад першапачатковага значэння. Гэта азначае, што ў канчатковым выніку вы атрымаеце аднолькавае супраціўленне ў палову індуктыўнасці, таму вы памяншаеце ўдвая каэфіцыент якасці (Q) шпулькі.
Самая маленькая камерцыйна даступная дыскрэтная шпулька індуктыўнасці мае памер 01005 у цалях (0,4 мм х 0,2 мм). Яна дасягае 56 нГн і мае супраціўленне ў некалькі Ом. Індуктары ў звышмалым метрычным корпусе 0201 былі выпушчаны ў 2014 годзе, але відаць, яны ніколі не былі прадстаўлены на рынку.
Фізічныя абмежаванні шпулек індуктыўнасці былі вырашаны з дапамогай з'явы, званай дынамічнай індуктыўнасцю, якую можна назіраць у шпульках, зробленых з графена. Але нават пры гэтым, калі яе можна вырабіць камерцыйна жыццяздольным спосабам, яна можа павялічыцца на 50%. Нарэшце, шпулька не можа быць добра мініяцюрызавана. Аднак, калі ваша схема працуе на высокіх частотах, гэта не абавязкова з'яўляецца праблемай. 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 радыёперадачы 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 вакол 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.
Змяншэнне даўжынь хваль можа паменшыць антэны, таму што іх памер напрамую залежыць ад частаты, неабходнай для перадачы або прыёму. Сучасным мабільным тэлефонам не патрэбныя доўгія антэны, якія выступаюць наперад, дзякуючы іх спецыялізаванай сувязі на частотах Ггц, для якіх антэна павінна быць толькі каля аднаго сантыметр у даўжыню. 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 хваль даўжынёй у адзін метр.
Што тычыцца ланцугоў, падлучаных да нашых мініяцюрных антэн, калі яны становяцца меншымі, іх становіцца прасцей зрабіць. Гэта адбываецца 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 ланцуга. Пры 2,4 Ггц гэта азначае, што толькі адзін сантыметр провада закрануў вашу ланцуг; калі вы спаяеце асобныя кампаненты разам, гэта галаўны боль, але калі вы выкладзеце схему на некалькі квадратных міліметраў, гэта не праблема.
Прадказанне гібелі закона Мура або паказ таго, што гэтыя прагнозы памылковыя зноў і зноў, стала пастаяннай тэмай у навукова-тэхнічнай журналістыцы. Факт застаецца фактам, што Intel, Samsung і TSMC, тры канкурэнты, якія ўсё яшчэ знаходзяцца ў авангардзе гульні, працягваюць сціскаць больш функцый на квадратны мікраметр і плануюць прадставіць некалькі пакаленняў палепшаных чыпаў у будучыні. 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 варыянтаў выкарыстання. Здаецца, для дыскрэтных прылад не існуе закону Мура, але калі ёсць закон Мура, мы хацелі б убачыць, наколькі адзін чалавек можа прасунуць праблему паяння SMD.
Я заўсёды хацеў сфатаграфаваць рэзістар ПТГ, які я выкарыстоўваў у 1970-х гадах, і паставіць на яго рэзістар SMD, гэтак жа, як я цяпер мяняю месцамі. Мая мэта - зрабіць так, каб мае браты і сёстры (ніхто з іх не электронныя прадукты), колькі змянілася, у тым ліку я нават бачу часткі сваёй працы (паколькі мой зрок пагаршаецца, мае рукі пагаршаюцца, дрыжаць).
Мне падабаецца казаць, разам гэта ці не. Я вельмі ненавіджу "паляпшацца, станавіцца лепш". Часам ваш макет працуе добра, але вы больш не можаце атрымаць дэталі. Што гэта, чорт вазьмі?. Добрая канцэпцыя - гэта добрая канцэпцыя, і лепш пакінуць 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 г. у сярэдняй сям'і было толькі некалькі радыёпрыёмнікаў, стэрэапрыёмнікаў і тэлевізараў. Да 1976 г. з'явіліся камп'ютары, калькулятары, лічбавыя гадзіннікі і гадзіннікі, якія былі невялікімі і недарагімі для спажыўцоў.
Некаторая мініяцюрызацыя звязана з дызайнам. Аперацыйныя ўзмацняльнікі дазваляюць выкарыстоўваць гираторы, якія ў некаторых выпадках могуць замяніць вялікія індуктары. Актыўныя фільтры таксама ліквідуюць індуктыўнасці.
Больш буйныя кампаненты сапраўды спрыяюць іншым: мінімізацыя схемы, гэта значыць спроба выкарыстаць найменшую колькасць кампанентаў, каб схема працавала. Сёння нас гэта не хвалюе. Патрэбна нешта, каб звярнуць сігнал? Вазьміце аперацыйны ўзмацняльнік. Вам патрэбна канечная машына? Вазьміце mpu.і г.д. Кампаненты сёння вельмі малыя, але насамрэч унутры шмат кампанентаў. Такім чынам, у асноўным павялічваецца памер вашай схемы і павялічваецца энергаспажыванне. Транзістар, які выкарыстоўваецца для інвертавання сігналу, спажывае менш энергіі для выканаць тую ж працу, што і 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 элемента дасягне прыкладна 0,25u, вы дасягне ўзроўню ГГц, і тады вялікі пакет SOP пачне ствараць найбольшы* эфект. Доўгія злучальныя правады 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 голасу...
Гаворка ідзе не толькі аб зніжэнні выдаткаў на крэмній праз тэхналагічныя вузлы наступнага пакалення. Іншыя рэчы, такія як сумкі. Меншыя пакеты патрабуюць менш матэрыялаў і wcsp або 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 вялікіх кампанентаў з'яўляецца анты-радыяцыйны матэрыял. Малюсенькія транзістары больш успрымальныя да ўздзеяння касмічных прамянёў у гэтай важнай сітуацыі. Напрыклад, у космасе і нават у вышынных абсерваторыях.
Я не бачу сур'ёзнай прычыны для павелічэння хуткасці. Хуткасць сігналу складае прыблізна 8 цаляў у нанасекунду. Такім чынам, проста памяншаючы памер, можна атрымаць больш хуткія мікрасхемы.
Магчыма, вы захочаце праверыць сваю ўласную матэматыку, вылічыўшы розніцу ў затрымцы распаўсюджвання з-за змены ўпакоўкі і скарачэння цыклаў (1/частата). Гэта значыць, каб паменшыць затрымку/перыяд фракцый. Вы ўбачыце, што яна нават не адлюстроўваецца як каэфіцыент акруглення.
Адна рэч, якую я хачу дадаць, заключаецца ў тым, што многія мікрасхемы, асабліва старыя канструкцыі і аналагавыя чыпы, на самай справе не паменшаны, прынамсі ўнутры. Дзякуючы паляпшэнню аўтаматызаванай вытворчасці ўпакоўкі сталі менш, але гэта адбываецца таму, што DIP-пакеты звычайна маюць шмат засталося месца ўнутры, не таму, што транзістары і г.д. сталі менш.
У дадатак да праблемы зрабіць робат дастаткова дакладным, каб сапраўды апрацоўваць малюсенькія кампаненты ў высакахуткасных прыкладаннях падбору і размяшчэння, яшчэ адна праблема заключаецца ў надзейнай зварцы малюсенькіх кампанентаў. Асабліва калі вам усё яшчэ патрэбны большыя кампаненты з-за патрабаванняў да магутнасці/ёмістасці. спецыяльная паяльная паста, шаблоны з паяльнай пасты са спецыяльнымі крокамі (нанясіце невялікую колькасць паяльнай пасты там, дзе гэта неабходна, але па-ранейшаму дастаткова паяльнай пасты для вялікіх кампанентаў) сталі вельмі даражэць. Так што я думаю, што ёсць плато і далейшая мініяцюрызацыя ланцуга Узровень платы - гэта проста дарагі і магчымы спосаб. На дадзены момант вы маглі б зрабіць больш інтэграцыю на ўзроўні крэмніевай пласціны і спрасціць колькасць дыскрэтных кампанентаў да абсалютнага мінімуму.
Вы ўбачыце гэта на сваім тэлефоне. Прыблізна ў 1995 годзе я набыў некалькі першых мабільных тэлефонаў на гаражных распродажах па некалькі долараў кожны. Большасць мікрасхем скразныя. Пазнавальны працэсар і кампандэр NE570, вялікая шматразовая мікрасхема.
Потым я атрымаў некалькі абноўленых партатыўных тэлефонаў. Кампанентаў вельмі мала і амаль нічога не знаёмага. У невялікай колькасці мікрасхем не толькі шчыльнасць вышэй, але таксама прыняты новы дызайн (гл. SDR), які ліквідуе большасць дыскрэтныя кампаненты, 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 наш 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. Пасыпайце яго святлодыёдам, і 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 дадаюць новы ўзровень складанасці ў ітэрацыйны працэс стварэння прататыпаў.
Хуткасць рэгулявання і мадэлявання аналагавых схем нашмат вышэй, чым тое, што вы робіце ў лабараторыі. Па меры павышэння частоты лічбавых схем друкаваная плата становіцца часткай зборкі. Напрыклад, эфекты лініі перадачы, затрымка распаўсюджвання. Стварэнне прататыпаў любой выразкі. крайнюю тэхналогію лепш выдаткаваць на правільнае завяршэнне дызайну, а не на ўнясенне карэкціровак у лабараторыі.
Што тычыцца прадметаў для хобі, ацэнка. 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 ствараць прататыпы ўручную не весела. Адна маленькая памылка: «паралельнае месца» трэба чытаць як «паралельная пласціна».
Не. Пасля таго, як сістэма пераможа, археолагі ўсё яшчэ будуць збянтэжаныя яе высновамі. Хто ведае, магчыма, у 23 стагоддзі Планетарны Альянс прыме новую сістэму...
Я не магу пагадзіцца. Што такое памер 0603? Вядома, захаваць 0603 як імперскі памер і «называць» 0603 метрычны памер 0604 (ці 0602) не так складана, нават калі гэта можа быць тэхнічна няправільна (напрыклад: 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».