nuus

Miskien na Ohm se wet, is die tweede bekendste wet in elektronika Moore se wet: Die aantal transistors wat op 'n geïntegreerde stroombaan vervaardig kan word, verdubbel elke twee jaar of so. Aangesien die fisiese grootte van die skyfie min of meer dieselfde bly, beteken dit dat individuele transistors mettertyd kleiner sal word. Ons het begin verwag dat 'n nuwe generasie skyfies met kleiner kenmerkgroottes teen 'n normale spoed sal verskyn, maar wat is die punt daarvan om dinge kleiner te maak? Beteken kleiner altyd beter?
In die afgelope eeu het elektroniese ingenieurswese geweldige vordering gemaak. In die 1920's het die mees gevorderde AM-radio's bestaan ​​uit verskeie vakuumbuise, verskeie groot induktors, kapasitors en resistors, tientalle meters drade wat as antennas gebruik is, en 'n groot stel batterye om die hele toestel aan te dryf. Vandag kan jy na meer as 'n dosyn musiekstroomdienste op die toestel in jou sak luister, en jy kan meer doen. Maar miniaturisering is nie net vir oordraagbaarheid nie: dit is absoluut noodsaaklik om die werkverrigting te behaal wat ons vandag van ons toestelle verwag.
Een ooglopende voordeel van kleiner komponente is dat dit jou toelaat om meer funksionaliteit in dieselfde volume in te sluit. Dit is veral belangrik vir digitale stroombane: meer komponente beteken dat jy meer verwerking in dieselfde hoeveelheid tyd kan doen. Byvoorbeeld, in teorie is die hoeveelheid inligting wat deur 'n 64-bis verwerker verwerk word, agt keer dié van 'n 8-bis SVE wat teen dieselfde klokfrekwensie werk. Maar dit verg ook agt keer soveel komponente: registers, optellers, busse, ens. is almal agt keer groter. So jy het óf 'n skyfie nodig wat agt keer groter is, óf jy het 'n transistor nodig wat agt keer kleiner is.
Dieselfde geld vir geheueskyfies: Deur kleiner transistors te maak, het jy meer stoorspasie in dieselfde volume. Die pixels in die meeste skerms vandag is gemaak van dun film transistors, so dit maak sin om hulle af te skaal en hoër resolusies te bereik. Hoe kleiner die transistor egter, hoe beter, en daar is nog 'n belangrike rede: hul werkverrigting is aansienlik verbeter. Maar hoekom presies?
Wanneer jy 'n transistor maak, sal dit 'n paar bykomende komponente gratis verskaf. Elke terminaal het 'n resistor in serie. Enige voorwerp wat stroom dra, het ook selfinduktansie. Laastens is daar 'n kapasitansie tussen enige twee geleiers wat na mekaar kyk. Al hierdie effekte verbruik krag en vertraag die spoed van die transistor. Parasitiese kapasitansies is veral lastig: transistors moet gelaai en ontlaai word elke keer as hulle aan- of afgeskakel word, wat tyd en stroom van die kragtoevoer vereis.
Die kapasitansie tussen twee geleiers is 'n funksie van hul fisiese grootte: 'n kleiner grootte beteken 'n kleiner kapasitansie. En omdat kleiner kapasitors hoër snelhede en laer drywing beteken, kan kleiner transistors teen hoër klokfrekwensies werk en minder hitte verdryf deur dit te doen.
Soos jy die grootte van transistors krimp, is kapasitansie nie die enigste effek wat verander nie: daar is baie vreemde kwantummeganiese effekte wat nie duidelik is vir groter toestelle nie. Oor die algemeen sal dit egter vinniger maak om transistors kleiner te maak. Maar elektroniese produkte is meer as net transistors. Wanneer jy ander komponente afskaal, hoe werk hulle?
Oor die algemeen sal passiewe komponente soos resistors, kapasitors en induktors nie beter word wanneer hulle kleiner word nie: in baie opsigte sal hulle erger word. Daarom is die miniaturisering van hierdie komponente hoofsaaklik om hulle in 'n kleiner volume te kan saamdruk en sodoende PCB-spasie te bespaar.
Die grootte van die weerstand kan verminder word sonder om te veel verlies te veroorsaak. Die weerstand van 'n stuk materiaal word gegee deur, waar l die lengte is, A die deursnee-area is, en ρ die weerstand van die materiaal is. Jy kan eenvoudig die lengte en deursnee verminder, en eindig met 'n fisies kleiner weerstand, maar steeds dieselfde weerstand het. Die enigste nadeel is dat wanneer dieselfde krag afgelei word, fisies kleiner resistors meer hitte as groter resistors sal genereer. Daarom kan klein weerstande slegs in lae-krag stroombane gebruik word. Hierdie tabel toon hoe die maksimum kragaanslag van SMD-weerstande afneem namate hul grootte afneem.
Vandag is die kleinste weerstand wat jy kan koop die metrieke 03015-grootte (0,3 mm x 0,15 mm). Hulle gegradeerde drywing is slegs 20 mW en word slegs gebruik vir stroombane wat baie min krag versprei en uiters beperk in grootte is. ’n Kleiner metrieke 0201-pakket (0,2 mm x 0,1 mm) is vrygestel, maar is nog nie in produksie gestel nie. Maar selfs al verskyn hulle wel in die vervaardiger se katalogus, moenie verwag dat hulle oral sal wees nie: die meeste kies-en-plaas-robotte is nie akkuraat genoeg om hulle te hanteer nie, so hulle kan steeds nisprodukte wees.
Kapasitors kan ook afgeskaal word, maar dit sal hul kapasitansie verminder. Die formule vir die berekening van die kapasitansie van 'n shunt-kapasitor is, waar A die oppervlakte van die bord is, d is die afstand tussen hulle, en ε is die diëlektriese konstante (die eienskap van die tussenmateriaal). As die kapasitor (basies 'n plat toestel) geminiaturiseer is, moet die area verminder word en sodoende die kapasitansie verminder. As jy nog baie nafara in 'n klein volume wil pak, is die enigste opsie om verskeie lae saam te stapel. As gevolg van vooruitgang in materiale en vervaardiging, wat ook dun films (klein d) en spesiale diëlektrika (met groter ε) moontlik gemaak het, het die grootte van kapasitors die afgelope paar dekades aansienlik gekrimp.
Die kleinste kapasitor wat vandag beskikbaar is, is in 'n ultraklein metrieke 0201-pakket: slegs 0,25 mm x 0,125 mm. Hul kapasitansie is beperk tot die steeds bruikbare 100 nF, en die maksimum bedryfspanning is 6,3 V. Hierdie pakkette is ook baie klein en benodig gevorderde toerusting om dit te hanteer, wat hul wydverspreide aanvaarding beperk.
Vir induktors is die storie 'n bietjie lastig. Die induktansie van 'n reguit spoel word gegee deur, waar N die aantal windings is, A is die deursnee-area van die spoel, l is sy lengte, en μ is die materiaalkonstante (permeabiliteit). As alle afmetings met die helfte verminder word, sal die induktansie ook met die helfte verminder word. Die weerstand van die draad bly egter dieselfde: dit is omdat die lengte en deursnee van die draad tot 'n kwart van sy oorspronklike waarde verminder word. Dit beteken dat jy met dieselfde weerstand in die helfte van die induktansie eindig, dus halveer jy die kwaliteit (Q) faktor van die spoel.
Die kleinste kommersieel beskikbare diskrete induktor neem die duimgrootte 01005 (0.4 mm x 0.2 mm) aan. Dit is so hoog as 56 nH en het 'n weerstand van 'n paar ohm. Induktors in 'n ultra-klein metrieke 0201-pakket is in 2014 vrygestel, maar blykbaar is hulle nog nooit aan die mark bekendgestel nie.
Die fisiese beperkings van induktors is opgelos deur 'n verskynsel genaamd dinamiese induktansie te gebruik, wat waargeneem kan word in spoele wat van grafeen gemaak is. Maar tog, as dit op 'n kommersieel lewensvatbare manier vervaardig kan word, kan dit met 50% styg. Laastens kan die spoel nie goed geminiaturiseer word nie. As jou stroombaan egter teen hoë frekwensies werk, is dit nie noodwendig 'n probleem nie. As jou sein in die GHz-reeks is, is 'n paar nH-spoele gewoonlik voldoende.
Dit bring ons by 'n ander ding wat in die afgelope eeu geminiaturiseer is, maar jy sal dalk nie dadelik agterkom nie: die golflengte wat ons vir kommunikasie gebruik. Vroeë radio-uitsendings het 'n mediumgolf AM-frekwensie van ongeveer 1 MHz met 'n golflengte van ongeveer 300 meter gebruik. Die FM-frekwensieband wat op 100 MHz of 3 meter gesentreer is, het rondom die 1960's gewild geword, en vandag gebruik ons ​​hoofsaaklik 4G-kommunikasie rondom 1 of 2 GHz (ongeveer 20 cm). Hoër frekwensies beteken meer inligtingsoordragkapasiteit. Dit is as gevolg van miniaturisering dat ons goedkoop, betroubare en energiebesparende radio's het wat op hierdie frekwensies werk.
Krimpende golflengtes kan antennas krimp omdat hul grootte direk verband hou met die frekwensie wat hulle nodig het om te stuur of te ontvang. Vandag se selfone het nie lang uitstaande antennas nodig nie, danksy hul toegewyde kommunikasie by GHz-frekwensies, waarvoor die antenna net sowat een sentimeter lank hoef te wees. Dit is hoekom die meeste selfone wat nog FM-ontvangers bevat vereis dat jy die oorfone inprop voor gebruik: die radio moet die oorfoon se draad as 'n antenna gebruik om genoeg seinsterkte van daardie een meter lange golwe te kry.
Wat die stroombane aan ons miniatuurantennas betref, wanneer hulle kleiner is, word dit eintlik makliker om te maak. Dit is nie net omdat transistors vinniger geword het nie, maar ook omdat transmissielyneffekte nie meer 'n probleem is nie. Kortom, wanneer die lengte van 'n draad een tiende van die golflengte oorskry, moet jy die faseverskuiwing langs sy lengte oorweeg wanneer jy die stroombaan ontwerp. By 2,4 GHz beteken dit dat slegs een sentimeter draad jou stroombaan beïnvloed het; as jy diskrete komponente aanmekaar soldeer, is dit 'n hoofpyn, maar as jy die stroombaan op 'n paar vierkante millimeter uitlê, is dit nie 'n probleem nie.
Om die ondergang van Moore se wet te voorspel, of om te wys dat hierdie voorspellings keer op keer verkeerd is, het 'n herhalende tema in die wetenskap- en tegnologiejoernalistiek geword. Die feit bly staan ​​dat Intel, Samsung en TSMC, die drie mededingers wat steeds aan die voorpunt van die spel is, voortgaan om meer kenmerke per vierkante mikrometer saam te pers, en beplan om verskeie generasies van verbeterde skyfies in die toekoms bekend te stel. Al is die vordering wat hulle by elke stap gemaak het dalk nie so groot soos twee dekades gelede nie, gaan die miniaturisering van transistors voort.
Vir diskrete komponente blyk dit egter dat ons 'n natuurlike limiet bereik het: om hulle kleiner te maak, verbeter nie hul werkverrigting nie, en die kleinste komponente wat tans beskikbaar is, is kleiner as wat die meeste gebruiksgevalle vereis. Dit blyk dat daar geen Moore's Law vir diskrete toestelle is nie, maar as daar Moore's Law is, sal ons graag wil sien hoeveel een persoon die SMD-soldeeruitdaging kan stoot.
Ek wou nog altyd 'n foto neem van 'n PTH-weerstand wat ek in die 1970's gebruik het, en 'n SMD-weerstand daarop sit, net soos ek nou in/uitruil. My doel is om my broers en susters (nie een van hulle is elektroniese produkte) hoeveel verandering te maak nie, insluitend ek kan selfs die dele van my werk sien, (soos my sig versleg, word my hande erger Bewend).
Ek hou daarvan om te sê, is dit saam of nie. Ek haat regtig "verbeter, word beter." Soms werk jou uitleg goed, maar jy kan nie meer onderdele kry nie. Wat de hel is dit? . 'n Goeie konsep is 'n goeie konsep, en dit is beter om dit te hou soos dit is, eerder as om dit sonder rede te verbeter. Gantt
"Die feit bly staan ​​dat die drie maatskappye Intel, Samsung en TSMC steeds aan die voorpunt van hierdie speletjie meeding, en voortdurend meer kenmerke per vierkante mikrometer uitdruk,"
Elektroniese komponente is groot en duur. In 1971 het die gemiddelde gesin net 'n paar radio's, 'n stereo en 'n TV gehad. Teen 1976 het rekenaars, sakrekenaars, digitale horlosies en horlosies uitgekom, wat klein en goedkoop vir verbruikers was.
Sommige miniaturisering kom van ontwerp. Operasionele versterkers laat die gebruik van gyrators toe, wat in sommige gevalle groot induktors kan vervang. Aktiewe filters skakel ook induktors uit.
Groter komponente bevorder wel ander dinge: die minimalisering van die stroombaan, dit wil sê om die minste komponente te probeer gebruik om die stroombaan te laat werk. Vandag gee ons nie so baie om nie. Het jy iets nodig om die sein om te keer? Neem 'n operasionele versterker. Het jy 'n staatsmasjien nodig? Neem 'n mpu. ens. Die komponente vandag is baie klein, maar daar is eintlik baie komponente binne. So basies neem jou kringgrootte toe en kragverbruik neem toe. 'n Transistor wat gebruik word om 'n sein om te keer, gebruik minder krag om dieselfde werk te verrig as 'n operasionele versterker. Maar dan weer, miniaturisering sal sorg vir die gebruik van krag. Dit is net dat innovasie in 'n ander rigting gegaan het.
Jy het regtig sommige van die grootste voordele/redes van verminderde grootte gemis: verminderde pakketparasitiese en verhoogde kraghantering (wat teenintuïtief lyk).
Uit 'n praktiese oogpunt, sodra die kenmerkgrootte ongeveer 0.25u bereik, sal jy die GHz-vlak bereik, op watter tydstip die groot SOP-pakket die grootste* effek begin produseer. Lang binddrade en daardie drade sal jou uiteindelik doodmaak.
Op hierdie stadium het QFN/BGA-pakkette aansienlik verbeter in terme van werkverrigting. Daarbenewens, wanneer jy die pakket so plat monteer, eindig jy met *aansienlik* beter termiese werkverrigting en blootgestelde pads.
Daarbenewens sal Intel, Samsung en TSMC beslis 'n belangrike rol speel, maar ASML kan baie belangriker wees in hierdie lys. Natuurlik is dit dalk nie van toepassing op die passiewe stem nie ...
Dit gaan nie net oor die vermindering van silikonkoste deur die volgende generasie proses nodusse nie. Ander dinge, soos sakke. Kleiner pakkette benodig minder materiaal en wcsp of selfs minder. Kleiner pakkette, kleiner PCB's of modules, ens.
Ek sien dikwels sommige katalogusprodukte, waar die enigste dryfveer kostevermindering is. MHz/geheue grootte is dieselfde, SOC funksie en pen rangskikking is dieselfde. Ons kan nuwe tegnologieë gebruik om kragverbruik te verminder (gewoonlik is dit nie gratis nie, so daar moet 'n paar mededingende voordele wees waarvoor kliënte omgee)
Een van die voordele van groot komponente is die anti-bestraling materiaal. Klein transistors is meer vatbaar vir die effekte van kosmiese strale, in hierdie belangrike situasie. Byvoorbeeld, in die ruimte en selfs sterrewagte op hoë hoogte.
Ek het nie 'n groot rede vir spoedverhoging gesien nie. Die seinspoed is ongeveer 8 duim per nanosekonde. So net deur die grootte te verminder, is vinniger skyfies moontlik.
Jy sal dalk jou eie wiskunde wil kontroleer deur die verskil in voortplantingsvertraging as gevolg van verpakkingsveranderinge en verminderde siklusse (1/frekwensie) te bereken. Dit is om die vertraging/tydperk van faksies te verminder. Jy sal vind dat dit nie eers as 'n afrondingsfaktor verskyn nie.
Een ding wat ek wil byvoeg, is dat baie IC's, veral ouer ontwerpe en analoogskyfies, nie eintlik verklein word nie, ten minste intern. As gevolg van verbeterings in outomatiese vervaardiging, het pakkette kleiner geword, maar dit is omdat DIP-pakkette gewoonlik baie oorblywende spasie binne het, nie omdat transistors ens kleiner geword het nie.
Benewens die probleem om die robot akkuraat genoeg te maak om werklik klein komponente in hoëspoed-kies-en-plaas-toepassings te hanteer, is 'n ander probleem die betroubare sweis van klein komponente. Veral wanneer jy nog groter komponente benodig weens krag/kapasiteitvereistes. Deur spesiale soldeerpasta te gebruik, het spesiale stapsoldeerpasta-sjablone (pas 'n klein hoeveelheid soldeerpasta toe waar nodig, maar verskaf steeds genoeg soldeerpasta vir groot komponente) baie duur begin word. So ek dink daar is 'n plato, en verdere miniaturisering op die stroombaanvlak is net 'n duur en haalbare manier. Op hierdie stadium kan jy net sowel meer integrasie op die silikonwafelvlak doen en die aantal diskrete komponente tot 'n absolute minimum vereenvoudig.
Jy sal dit op jou foon sien. Omstreeks 1995 het ek 'n paar vroeë selfone in motorhuisverkope vir 'n paar dollar elk gekoop. Die meeste IC's is deur-gat. Herkenbare SVE en NE570 compander, groot herbruikbare IC.
Toe eindig ek met 'n paar opgedateerde handfone. Daar is baie min komponente en amper niks bekend nie. In 'n klein aantal IC's is nie net die digtheid hoër nie, maar ook 'n nuwe ontwerp (sien SDR) word aangeneem, wat die meeste van die diskrete komponente wat voorheen onontbeerlik was, uitskakel.
> (Smeer 'n klein hoeveelheid soldeerpasta toe waar nodig, maar verskaf steeds genoeg soldeerpasta vir groot komponente)
Haai, ek het die "3D/Wave"-sjabloon voorgestel om hierdie probleem op te los: dunner waar die kleinste komponente is, en dikker waar die kragkring is.
Deesdae is SBS-komponente baie klein, jy kan regte diskrete komponente (nie 74xx en ander vullis nie) gebruik om jou eie SVE te ontwerp en dit op die PCB te druk. Besprinkel dit met LED, jy kan sien dat dit intyds werk.
Oor die jare heen waardeer ek beslis die vinnige ontwikkeling van komplekse en klein komponente. Hulle bied geweldige vordering, maar voeg terselfdertyd 'n nuwe vlak van kompleksiteit by tot die iteratiewe proses van prototipering.
Die aanpassing en simulasiespoed van analoog stroombane is baie vinniger as wat jy in die laboratorium doen. Soos die frekwensie van digitale stroombane styg, word die PCB deel van die samestelling. Byvoorbeeld, transmissielyn-effekte, voortplantingsvertraging. Prototipering van enige voorpunt-tegnologie word die beste bestee om die ontwerp korrek te voltooi, eerder as om aanpassings in die laboratorium te maak.
Wat stokperdjie-items betref, evaluering. Kringborde en modules is 'n oplossing om komponente te krimp en modules vooraf te toets.
Dit kan dinge "pret" laat verloor, maar ek dink om jou projek vir die eerste keer te laat werk, kan meer sinvol wees as gevolg van werk of stokperdjies.
Ek het 'n paar ontwerpe van deurgat na SMD omgeskakel. Maak goedkoper produkte, maar dis nie lekker om prototipes met die hand te bou nie. Een klein foutjie: "parallelle plek" moet gelees word as "parallelle plaat".
Nee. Nadat 'n stelsel gewen het, sal argeoloë steeds verward wees deur sy bevindings. Wie weet, miskien sal die Planetêre Alliansie in die 23ste eeu 'n nuwe stelsel aanneem ...
Ek kon nie meer saamstem nie. Wat is die grootte van 0603? Om 0603 as die imperiale grootte te hou en die 0603 metrieke grootte 0604 (of 0602) te "roep" is natuurlik nie so moeilik nie, selfs al is dit in elk geval tegnies verkeerd (dws: werklike ooreenstemmende grootte - nie so nie). Streng), maar ten minste sal almal weet van watter tegnologie jy praat (metries/imperiaal)!
"Oor die algemeen sal passiewe komponente soos weerstande, kapasitors en induktors nie beter word as jy hulle kleiner maak nie."