haberler

Belki de Ohm kanunundan sonra elektronikteki en ünlü ikinci kanun Moore kanunudur: Bir entegre devrede üretilebilen transistörlerin sayısı yaklaşık her iki yılda bir iki katına çıkar. Çipin fiziksel boyutu kabaca aynı kaldığı için bu şu anlama gelir: bireysel transistörler zamanla küçülecek. Daha küçük özellik boyutlarına sahip yeni nesil çiplerin normal hızda ortaya çıkmasını beklemeye başladık, ancak işleri küçültmenin anlamı nedir? Daha küçük, her zaman daha iyi anlamına mı gelir?
Geçtiğimiz yüzyılda elektronik mühendisliği muazzam ilerleme kaydetti. 1920'lerde, en gelişmiş AM radyoları birkaç vakum tüpünden, birkaç büyük indüktörden, kapasitörlerden ve dirençlerden, anten olarak kullanılan düzinelerce metre telden ve büyük bir pil setinden oluşuyordu. tüm cihaza güç sağlamak için. Bugün cebinizdeki cihazda bir düzineden fazla müzik akışı hizmetini dinleyebilir ve daha fazlasını yapabilirsiniz. Ancak minyatürleştirme yalnızca taşınabilirlik için değildir: bugün cihazlarımızdan beklediğimiz performansı elde etmek için kesinlikle gereklidir.
Daha küçük bileşenlerin bariz yararlarından biri, aynı birime daha fazla işlevsellik dahil etmenize izin vermeleridir. Bu, özellikle dijital devreler için önemlidir: daha fazla bileşen, aynı sürede daha fazla işlem yapabileceğiniz anlamına gelir. Örneğin, teorik olarak, 64 bitlik bir işlemci tarafından işlenen bilgi miktarı, aynı saat frekansında çalışan 8 bitlik bir CPU'nunkinin sekiz katıdır. Ancak aynı zamanda sekiz kat daha fazla bileşen gerektirir: yazmaçlar, toplayıcılar, veri yolları vb. hepsi sekiz kat daha büyüktür .Yani ya sekiz kat daha büyük bir çipe ya da sekiz kat daha küçük bir transistöre ihtiyacınız var.
Aynı durum bellek yongaları için de geçerlidir: Transistörleri küçülterek aynı hacimde daha fazla depolama alanına sahip olursunuz. Günümüzde çoğu ekrandaki pikseller ince film transistörlerden yapılmıştır, bu nedenle onları küçültmek ve daha yüksek çözünürlükler elde etmek mantıklıdır. Ancak Transistör ne kadar küçük olursa o kadar iyidir ve bunun çok önemli bir nedeni daha vardır: performansları büyük ölçüde artar. Peki neden tam olarak?
Ne zaman bir transistör yaparsanız, bazı ek bileşenleri ücretsiz olarak sağlayacaktır. Her terminalin seri bağlı bir direnci vardır. Akım taşıyan herhangi bir nesnenin de kendi kendine indüktansı vardır. Son olarak, birbirine bakan herhangi iki iletken arasında bir kapasitans vardır. Tüm bu etkiler gücü tüketir ve transistörün hızını yavaşlatır. Parazitik kapasitanslar özellikle sorun yaratır: transistörler her açıldığında veya kapatıldığında şarj edilmeleri ve deşarj edilmeleri gerekir; bu da güç kaynağından zaman ve akım gerektirir.
İki iletken arasındaki kapasitans, fiziksel boyutlarının bir fonksiyonudur: Daha küçük boyut, daha küçük kapasitans anlamına gelir. Daha küçük kapasitörler daha yüksek hız ve daha düşük güç anlamına geldiğinden, daha küçük transistörler daha yüksek saat frekanslarında çalışabilir ve bunu yaparken daha az ısı dağıtabilir.
Transistörlerin boyutu küçültüldüğünde değişen tek etki kapasitans değildir: Daha büyük cihazlar için bariz olmayan pek çok tuhaf kuantum mekaniksel etki vardır. Ancak genel olarak konuşursak, transistörleri küçültmek onları daha hızlı hale getirecektir. Ancak elektronik ürünler daha büyük cihazlardır. Sadece transistörlerden daha fazlası. Diğer bileşenlerin ölçeğini küçülttüğünüzde, bunlar nasıl performans gösteriyor?
Genel olarak konuşursak, dirençler, kapasitörler ve indüktörler gibi pasif bileşenler küçüldüklerinde iyileşmeyeceklerdir; birçok yönden daha da kötüleşeceklerdir. Bu nedenle, bu bileşenlerin minyatürleştirilmesi esas olarak onları daha küçük bir hacme sıkıştırabilmek içindir. böylece PCB alanından tasarruf edilir.
Direncin boyutu çok fazla kayıp yaratmadan azaltılabilir. Bir malzeme parçasının direnci şu şekilde verilir; burada l uzunluk, A kesit alanı ve ρ malzemenin özdirencidir. sadece uzunluğu ve kesiti azaltın ve fiziksel olarak daha küçük bir direnç elde edin, ancak yine de aynı dirence sahip olun. Tek dezavantajı, aynı gücü dağıtırken, fiziksel olarak daha küçük dirençlerin daha büyük dirençlerden daha fazla ısı üretmesidir. Bu nedenle, küçük dirençler dirençler yalnızca düşük güçlü devrelerde kullanılabilir. Bu tablo, boyutları küçüldükçe SMD dirençlerinin maksimum güç değerinin nasıl azaldığını gösterir.
Bugün satın alabileceğiniz en küçük direnç metrik 03015 boyutundadır (0,3 mm x 0,15 mm). Nominal güçleri yalnızca 20 mW'tır ve yalnızca çok az güç harcayan ve boyutları son derece sınırlı olan devreler için kullanılır. Daha küçük bir metrik 0201 paket (0,2 mm x 0,1 mm) piyasaya sürüldü, ancak henüz üretime geçirilmedi. Ancak üreticinin kataloğunda görünseler bile bunların her yerde olmasını beklemeyin: çoğu alma ve yerleştirme robotu yeterince hassas değildir onları idare etmek, böylece hala niş ürünler olabilirler.
Kapasitörlerin ölçeği de küçültülebilir, ancak bu onların kapasitansını azaltacaktır. Bir şönt kapasitörün kapasitansını hesaplamak için formül şöyledir; burada A, kartın alanıdır, d, aralarındaki mesafedir ve ε, dielektrik sabitidir. (ara malzemenin özelliği). Eğer kondansatör (temelde düz bir cihaz) minyatürleştirilmişse, alanın küçültülmesi gerekir, böylece kapasitans azalır. Hala küçük bir hacimde çok fazla nafara paketlemek istiyorsanız, tek seçenek ince filmleri (küçük d) ve özel dielektrikleri (daha büyük ε ile) mümkün kılan malzeme ve üretimdeki ilerlemeler nedeniyle, kapasitörlerin boyutu son birkaç on yılda önemli ölçüde küçüldü.
Günümüzde mevcut olan en küçük kapasitör, ultra küçük metrik 0201 paketindedir: yalnızca 0,25 mm x 0,125 mm. Kapasitansları hala kullanışlı olan 100 nF ile sınırlıdır ve maksimum çalışma voltajı 6,3 V'tur. Ayrıca bu paketler çok küçüktür ve bunları işlemek için gelişmiş ekipman gerektirmesi, bunların yaygın olarak benimsenmesini sınırlamaktadır.
İndüktörler için hikaye biraz yanıltıcıdır. Düz bir bobinin endüktansı şu şekilde verilir; burada N, sarım sayısıdır, A, bobinin kesit alanıdır, l, uzunluğudur ve μ, malzeme sabiti (geçirgenlik). Tüm boyutlar yarı yarıya azaltılırsa, endüktans da yarı yarıya azalacaktır. Ancak telin direnci aynı kalır: bunun nedeni telin uzunluğunun ve kesitinin azalmasıdır. orijinal değerinin dörtte biri. Bu, endüktansın yarısında aynı direnci elde edeceğiniz anlamına gelir, dolayısıyla bobinin kalite (Q) faktörünü yarıya indirirsiniz.
Piyasada bulunan en küçük ayrık indüktör, 01005 inç boyutunu (0,4 mm x 0,2 mm) benimser. Bunlar 56 nH kadar yüksektir ve birkaç ohm dirence sahiptir. Ultra küçük metrik 0201 paketindeki indüktörler 2014 yılında piyasaya sürüldü, ancak görünüşe göre piyasaya hiç tanıtılmamışlar.
Grafenden yapılmış bobinlerde gözlemlenebilen dinamik endüktans adı verilen olay kullanılarak indüktörlerin fiziksel sınırlamaları çözülmüştür. Ancak yine de ticari olarak üretilebilirse %50 oranında artabilir. bobin iyi minyatürleştirilemez. Ancak devreniz yüksek frekanslarda çalışıyorsa bu mutlaka bir sorun değildir. Sinyaliniz GHz aralığındaysa birkaç nH bobini genellikle yeterlidir.
Bu bizi geçtiğimiz yüzyılda küçültülmüş olan ancak hemen fark edemeyeceğiniz başka bir şeye getiriyor: iletişim için kullandığımız dalga boyu. İlk radyo yayınları, yaklaşık 300 metre dalga boyuna sahip, yaklaşık 1 MHz'lik orta dalga AM frekansını kullanıyordu. 100 MHz veya 3 metre merkezli FM frekans bandı 1960'larda popüler hale geldi ve bugün esas olarak 1 veya 2 GHz (yaklaşık 20 cm) civarında 4G iletişimleri kullanıyoruz. Daha yüksek frekanslar, daha fazla bilgi iletim kapasitesi anlamına gelir. Minyatürleşme sayesinde bu frekanslarda çalışan ucuz, güvenilir ve enerji tasarruflu radyolara sahibiz.
Dalga boylarının küçülmesi antenleri küçültebilir çünkü boyutları doğrudan gönderme veya alma ihtiyacı duydukları frekansla ilişkilidir. Günümüzün cep telefonları, antenin yalnızca yaklaşık bir tane olması gereken GHz frekanslarındaki özel iletişimleri sayesinde uzun çıkıntılı antenlere ihtiyaç duymazlar. santimetre uzunluğundadır. Bu nedenle FM alıcısı bulunan çoğu cep telefonu, kullanmadan önce kulaklıkları takmanızı gerektirir: radyonun, bir metre uzunluğundaki dalgalardan yeterli sinyal gücünü alabilmesi için kulaklığın kablosunu anten olarak kullanması gerekir.
Minyatür antenlerimize bağlanan devrelere gelince, bunlar küçüldükçe yapımı daha da kolaylaşıyor. Bunun nedeni sadece transistörlerin daha hızlı hale gelmesi değil, aynı zamanda iletim hattı etkilerinin artık sorun olmaması. Bir telin dalga boyu onda birini aşıyorsa, devreyi tasarlarken uzunluğu boyunca faz kaymasını dikkate almanız gerekir. 2,4 GHz'de bu, devrenizi yalnızca bir santimetre telin etkilediği anlamına gelir; ayrı bileşenleri birbirine lehimlerseniz baş ağrısı olur, ancak devreyi birkaç milimetre kareye yerleştirirseniz sorun olmaz.
Moore Yasasının sona ereceğini tahmin etmek veya bu tahminlerin yanlış olduğunu tekrar tekrar göstermek, bilim ve teknoloji gazeteciliğinde yinelenen bir konu haline geldi. Gerçek şu ki Intel, Samsung ve TSMC gibi üç rakip hala ön sıralarda yer alıyor. Oyunun ilerlemesi, mikrometre kare başına daha fazla özellik sıkıştırmaya devam ediyor ve gelecekte birkaç nesil gelişmiş çip sunmayı planlıyor. Her adımda kaydettikleri ilerleme yirmi yıl önceki kadar büyük olmasa da, transistörlerin minyatürleştirilmesi devam ediyor.
Ancak ayrık bileşenler için doğal bir sınıra ulaşmış gibiyiz: Bunları küçültmek performanslarını artırmıyor ve şu anda mevcut olan en küçük bileşenler çoğu kullanım durumunun gerektirdiğinden daha küçük. Öyle görünüyor ki ayrık cihazlar için Moore Yasası yok, ancak Moore Yasası varsa, bir kişinin SMD lehimleme zorluğunu ne kadar zorlayabileceğini görmek isteriz.
Her zaman 1970'lerde kullandığım bir PTH direncinin fotoğrafını çekip üzerine bir SMD direnci takmak istemiştim, tıpkı şu anda değiştirip değiştirdiğim gibi. elektronik ürünler) ne kadar değişiyor, hatta işimin bazı kısımlarını bile görebiliyorum (görme yeteneğim kötüleştikçe, ellerim de kötüleşiyor titriyor).
Birlikte mi değil mi demeyi seviyorum. "Geliş, daha iyi ol"dan gerçekten nefret ediyorum. Bazen düzeniniz iyi çalışıyor ama artık parça alamıyorsunuz.O da ne böyle?.İyi bir konsept iyi bir konsepttir ve onu sebepsiz yere geliştirmek yerine olduğu gibi tutmak daha iyidir.Gantt
"Gerçek şu ki Intel, Samsung ve TSMC adlı üç şirket hâlâ bu oyunda ön sıralarda rekabet ediyor ve sürekli olarak mikrometre kare başına daha fazla özellik sıkıştırıyor."
Elektronik bileşenler büyük ve pahalıdır. 1971'de ortalama bir ailede yalnızca birkaç radyo, stereo ve TV vardı. 1976'ya gelindiğinde tüketiciler için küçük ve ucuz olan bilgisayarlar, hesap makineleri, dijital saatler ve saatler ortaya çıktı.
Bazı minyatürleştirmeler tasarımdan kaynaklanmaktadır. Operasyonel amplifikatörler, bazı durumlarda büyük indüktörlerin yerini alabilecek jiratörlerin kullanımına izin verir. Aktif filtreler ayrıca indüktörleri de ortadan kaldırır.
Daha büyük bileşenler başka şeyleri teşvik eder: Devrenin en aza indirilmesi, yani devrenin çalışması için en az sayıda bileşenin kullanılması. Bugün bunu pek umursamıyoruz. Sinyali tersine çevirecek bir şeye mi ihtiyacınız var? Bir işlemsel yükselteç alın. Bir durum makinesine mi ihtiyacınız var? Bir mpu vb. alın. Günümüzde bileşenler gerçekten küçüktür, ancak aslında içinde birçok bileşen vardır. Yani temel olarak devre boyutunuz artar ve güç tüketimi artar. Bir sinyali tersine çevirmek için kullanılan bir transistör, daha az güç kullanır. İşlemsel yükselteçlerle aynı işi başarır. Ancak yine de minyatürleştirme, güç kullanımını halledecektir. Sadece yenilik farklı bir yöne gitti.
Boyutun küçültülmesinin en büyük faydalarından/nedenlerinden bazılarını gerçekten kaçırdınız: paket parazitlerinin azalması ve güç kullanımının artması (ki bu mantığa aykırı görünüyor).
Pratik açıdan bakıldığında, özellik boyutu yaklaşık 0,25u'ya ulaştığında GHz seviyesine ulaşacaksınız ve bu sırada büyük SOP paketi en büyük* etkiyi üretmeye başlayacak. Uzun bağlantı kabloları ve bu kablolar eninde sonunda sizi öldürecektir.
Bu noktada QFN/BGA paketleri performans açısından oldukça gelişti. Ek olarak, paketi bu şekilde düz bir şekilde monte ettiğinizde, *önemli ölçüde* daha iyi termal performansa ve açıkta kalan pedlere sahip olursunuz.
Ayrıca Intel, Samsung ve TSMC'nin de önemli rol oynayacağı kesin ama ASML bu listede çok daha önemli olabilir. Tabii bu pasif ses için geçerli olmayabilir…
Bu sadece yeni nesil proses düğümleri aracılığıyla silikon maliyetlerini azaltmakla ilgili değil. Torbalar gibi diğer şeyler. Daha küçük paketler daha az malzeme ve wcsp veya hatta daha az gerektirir. Daha küçük paketler, daha küçük PCB'ler veya modüller vb.
Tek itici faktörün maliyet düşürme olduğu bazı katalog ürünlerini sık sık görüyorum. MHz/bellek boyutu aynı, SOC işlevi ve pin düzeni aynı. Güç tüketimini azaltmak için yeni teknolojiler kullanabiliriz (genellikle bu ücretsiz değildir, dolayısıyla Müşterilerin önemsediği bazı rekabet avantajları olmalıdır)
Büyük bileşenlerin avantajlarından biri de anti-radyasyon malzemesidir. Minik transistörler, bu önemli durumda, kozmik ışınların etkilerine karşı daha hassastır. Örneğin, uzayda ve hatta yüksek rakımlı gözlemevlerinde.
Hızın artmasında önemli bir neden göremedim. Sinyal hızı nanosaniyede yaklaşık 8 inç. Yani sadece boyutu küçülterek daha hızlı çipler mümkün oluyor.
Paketleme değişiklikleri ve azaltılmış döngüler (1/frekans) nedeniyle yayılma gecikmesindeki farkı hesaplayarak kendi matematiğinizi kontrol etmek isteyebilirsiniz. Bu, hiziplerin gecikmesini/periyodunu azaltmak içindir. yuvarlama faktörü.
Eklemek istediğim bir şey de, pek çok IC'nin, özellikle de eski tasarımların ve analog çiplerin, en azından dahili olarak aslında küçültülmediğidir. Otomatik üretimdeki gelişmeler nedeniyle paketler küçüldü, ancak bunun nedeni, DIP paketlerinin genellikle çok fazla bileşene sahip olmasıdır. içeride kalan alan, transistörler vs. küçüldüğü için değil.
Yüksek hızlı alma ve yerleştirme uygulamalarında robotun küçük bileşenleri gerçekten işleyebilecek kadar hassas hale getirilmesi sorununun yanı sıra, başka bir sorun da küçük bileşenlerin güvenilir bir şekilde kaynaklanmasıdır. Özellikle güç/kapasite gereksinimleri nedeniyle hala daha büyük bileşenlere ihtiyaç duyduğunuzda. özel lehim pastası, özel adım lehim pastası şablonları (gerektiğinde az miktarda lehim pastası uygulayın, ancak yine de büyük bileşenler için yeterli lehim pastası sağlayın) çok pahalı olmaya başladı. Bu yüzden devrede bir plato ve daha fazla minyatürleşme olduğunu düşünüyorum. kart seviyesi sadece maliyetli ve uygulanabilir bir yoldur. Bu noktada, silikon levha seviyesinde daha fazla entegrasyon yapabilir ve ayrık bileşenlerin sayısını mutlak minimuma indirgeyebilirsiniz.
Bunu telefonunuzda göreceksiniz. 1995 yılı civarında, garaj satışlarından tanesi birkaç dolar karşılığında ilk cep telefonlarını satın aldım. Çoğu IC açık deliklidir. Tanınabilir CPU ve NE570 sıkıştırıcı, büyük yeniden kullanılabilir IC.
Daha sonra bazı güncellenmiş el telefonları buldum. Çok az bileşen var ve neredeyse tanıdık hiçbir şey yok. Az sayıda IC'de, yalnızca yoğunluk daha yüksek değil, aynı zamanda çoğu şeyi ortadan kaldıran yeni bir tasarım (SDR'ye bakın) benimsendi. daha önce vazgeçilmez olan ayrı bileşenler.
> (Gerektiğinde az miktarda lehim pastası uygulayın, ancak yine de büyük bileşenler için yeterli miktarda lehim pastası sağlayın)
Hey, bu sorunu çözmek için "3D/Wave" şablonunu hayal ettim: en küçük bileşenlerin olduğu yerde daha ince, güç devresinin olduğu yerde ise daha kalın.
Günümüzde, SMT bileşenleri çok küçüktür, kendi CPU'nuzu tasarlamak ve PCB'ye yazdırmak için gerçek ayrık bileşenleri (74xx ve diğer çöp değil) kullanabilirsiniz. Üzerine LED serpin, gerçek zamanlı çalıştığını görebilirsiniz.
Yıllar geçtikçe, karmaşık ve küçük bileşenlerin hızlı gelişimini kesinlikle takdir ediyorum. Bunlar muazzam ilerleme sağlıyor, ancak aynı zamanda yinelenen prototip oluşturma sürecine yeni bir karmaşıklık düzeyi ekliyorlar.
Analog devrelerin ayar ve simülasyon hızı laboratuvarda yaptığınızdan çok daha hızlıdır. Dijital devrelerin frekansı arttıkça PCB düzeneğin bir parçası haline gelir. Örneğin iletim hattı etkileri, yayılma gecikmesi. Herhangi bir kesimin prototiplenmesi- Edge teknolojisinin laboratuvarda ayarlamalar yapmak yerine tasarımı doğru şekilde tamamlamaya harcanması en iyisidir.
Hobi ürünlerine gelince, değerlendirme. Devre kartları ve modüller, bileşenlerin küçültülmesine ve modüllerin ön test edilmesine yönelik bir çözümdür.
Bu durum işlerin “eğlencesini” kaybetmesine neden olabilir ama projenizi ilk kez hayata geçirmenin iş ya da hobiler nedeniyle daha anlamlı olabileceğini düşünüyorum.
Bazı tasarımları açık delikten SMD'ye dönüştürüyorum. Daha ucuz ürünler yapın, ancak prototipleri elle oluşturmak eğlenceli değil. Küçük bir hata: "paralel yer", "paralel plaka" olarak okunmalıdır.
Hayır. Bir sistem kazandıktan sonra da arkeologların bulguları karşısında kafaları karışacaktır. Kim bilir, belki 23. yüzyılda Gezegen İttifakı yeni bir sistemi benimser…
0603'ün boyutu nedir? Tabii ki, 0603'ü İngiliz ölçü birimi olarak tutmak ve 0603 metrik boyutunu 0604 (veya 0602) "çağırmak", teknik olarak yanlış olsa bile o kadar da zor değil (ör.: gerçek eşleşen boyut - o şekilde değil) zaten. Katı), ama en azından herkes hangi teknolojiden bahsettiğinizi bilecek (metrik/emperyal)!
"Genel olarak konuşursak, dirençler, kapasitörler ve indüktörler gibi pasif bileşenler, onları küçülttüğünüzde daha iyi hale gelmeyecektir."