fréttir

Kannski eftir lögmál Ohms er næstfrægasta lögmál rafeindatækninnar lögmál Moores: Fjöldi smára sem hægt er að framleiða á samþættri hringrás tvöfaldast á tveggja ára fresti eða svo. Þar sem líkamleg stærð flíssins er nokkurn veginn sú sama þýðir þetta að einstakir smári verða minni með tímanum. Við erum farin að búast við því að ný kynslóð af flögum með minni eiginleikastærðum birtist á eðlilegum hraða, en hvað er tilgangurinn með því að gera hlutina minni? Þýðir smærri alltaf betra?
Á síðustu öld hefur rafeindaverkfræði tekið miklum framförum. Á 2. áratugnum samanstóðu fullkomnustu AM útvarpstækin af nokkrum lofttæmisrörum, nokkrum risastórum spólum, þéttum og viðnámum, tugum metra af vírum sem notaðir voru sem loftnet og stóru setti af rafhlöðum til að knýja allt tækið. Í dag geturðu hlustað á meira en tugi tónlistarstraumþjónustu í tækinu í vasanum og þú getur gert meira. En smæðing er ekki bara fyrir flytjanleika: hún er algjörlega nauðsynleg til að ná þeim árangri sem við búumst við af tækjum okkar í dag.
Einn augljós ávinningur af smærri íhlutum er að þeir leyfa þér að innihalda meiri virkni í sama magni. Þetta er sérstaklega mikilvægt fyrir stafrænar hringrásir: fleiri íhlutir þýðir að þú getur unnið meiri vinnslu á sama tíma. Til dæmis, fræðilega séð, er magn upplýsinga sem unnið er af 64 bita örgjörva átta sinnum meira en 8 bita örgjörvi sem keyrir á sömu klukkutíðni. En það þarf líka átta sinnum fleiri íhluti: skrár, viðbætir, rútur o.s.frv. eru allir átta sinnum stærri. Svo þú þarft annað hvort flís sem er átta sinnum stærri, eða þú þarft smári sem er átta sinnum minni.
Sama gildir um minniskubba: Með því að búa til smærri smára hefurðu meira geymslupláss í sama magni. Dílarnir í flestum skjáum í dag eru gerðir úr þunnfilmu smára, svo það er skynsamlegt að minnka þá og ná hærri upplausn. Hins vegar, því minni sem smári er, því betra, og það er önnur mikilvæg ástæða: árangur þeirra er verulega bættur. En hvers vegna nákvæmlega?
Alltaf þegar þú býrð til smári, mun hann veita nokkra viðbótaríhluti ókeypis. Hver tengi er með viðnám í röð. Sérhver hlutur sem ber straum hefur einnig sjálfsleiðslu. Að lokum er rýmd milli tveggja leiðara sem snúa að hvor öðrum. Öll þessi áhrif eyða orku og hægja á hraða smárasins. Sníkjurýmdir eru sérstaklega erfiðir: smára þarf að hlaða og tæma í hvert skipti sem kveikt er á þeim eða slökkt á þeim, sem krefst tíma og straums frá aflgjafanum.
Rafmagn milli tveggja leiðara er fall af líkamlegri stærð þeirra: minni stærð þýðir minni rafrýmd. Og vegna þess að smærri þéttar þýða meiri hraða og minna afl, geta smærri smári keyrt á hærri klukkutíðni og dreift minni hita við það.
Þegar þú minnkar stærð smára er rýmd ekki einu áhrifin sem breytist: það eru mörg undarleg skammtafræðileg áhrif sem eru ekki augljós fyrir stærri tæki. Hins vegar, almennt séð, mun það að gera smára minni gera þá hraðari. En rafeindavörur eru meira en bara smári. Þegar þú minnkar aðra íhluti, hvernig virka þeir?
Almennt séð verða óvirkir íhlutir eins og viðnám, þéttar og spólar ekki betri þegar þeir verða minni: á margan hátt munu þeir versna. Þess vegna er smæðing þessara íhluta aðallega til að geta þjappað þeim saman í minna magn og sparar þannig PCB pláss.
Hægt er að minnka stærð viðnámsins án þess að valda of miklu tapi. Viðnám efnis er gefið af, þar sem l er lengd, A er þversniðsflatarmál og ρ er viðnám efnisins. Þú getur einfaldlega minnkað lengdina og þversniðið og endað með líkamlega minni viðnám, en hefur samt sömu viðnám. Eini ókosturinn er sá að þegar sama krafti er dreift munu líkamlega smærri viðnám mynda meiri hita en stærri viðnám. Þess vegna er aðeins hægt að nota litla viðnám í rafrásum með litla afl. Þessi tafla sýnir hvernig hámarksafl SMD viðnám minnkar eftir því sem stærð þeirra minnkar.
Í dag er minnsti viðnám sem þú getur keypt metraska stærðin 03015 (0,3 mm x 0,15 mm). Mál afl þeirra er aðeins 20 mW og er aðeins notað fyrir rafrásir sem dreifa mjög litlu afli og eru mjög takmarkaðar að stærð. Minni metrísk 0201 pakki (0,2 mm x 0,1 mm) hefur verið gefinn út, en hefur ekki enn verið tekinn í framleiðslu. En jafnvel þótt þau komi fram í vörulista framleiðandans skaltu ekki búast við að þau séu alls staðar: Flest plokkunar- og staðsetningarvélmenni eru ekki nógu nákvæm til að höndla þau, svo þau gætu samt verið sessvörur.
Einnig er hægt að minnka þétta, en það mun minnka rýmd þeirra. Formúlan til að reikna út rýmd shuntþétta er þar sem A er flatarmál borðsins, d er fjarlægðin á milli þeirra og ε er rafstuðullinn (eiginleiki milliefnisins). Ef þétturinn (í grundvallaratriðum flatur tæki) er smækkaður verður að minnka svæðið og minnka þannig rýmið. Ef þú vilt samt pakka miklu af nafara í litlu magni er eini kosturinn að stafla nokkrum lögum saman. Vegna framfara í efnum og framleiðslu, sem hafa einnig gert þunnar filmur (lítið d) og sérstakar rafstraumar (með stærra ε) mögulegar, hefur stærð þétta minnkað verulega á undanförnum áratugum.
Minnsti þétturinn sem völ er á í dag er í ofurlitlum metra 0201 pakka: aðeins 0,25 mm x 0,125 mm. Rafmagn þeirra er takmörkuð við 100 nF sem enn eru gagnlegar og hámarksrekstrarspenna er 6,3 V. Þessar pakkar eru líka mjög litlar og þurfa háþróaðan búnað til að höndla þær, sem takmarkar útbreiðslu þeirra.
Fyrir inductors er sagan svolítið erfiður. Inductance beinnar spólu er gefinn af, þar sem N er fjöldi snúninga, A er þversniðsflatarmál spólunnar, l er lengd hennar og μ er efnisfasti (gegndræpi). Ef allar stærðir eru minnkaðar um helming minnkar inductance líka um helming. Hins vegar er viðnám vírsins óbreytt: þetta er vegna þess að lengd og þversnið vírsins minnkar í fjórðung af upprunalegu gildi hans. Þetta þýðir að þú endar með sömu viðnám í helmingi inductance, þannig að þú helmingar gæða (Q) stuðul spólunnar.
Minnsti stakur inductor sem er fáanlegur á markaði notar tommu stærðina 01005 (0,4 mm x 0,2 mm). Þetta eru allt að 56 nH og hafa viðnám upp á nokkur ohm. Inductors í ofurlitlum metra 0201 pakka voru gefnir út árið 2014, en greinilega hafa þeir aldrei verið kynntir á markaðnum.
Eðlisfræðilegar takmarkanir spóla hafa verið leystar með því að nota fyrirbæri sem kallast dynamic inductance, sem hægt er að sjá í spólum úr grafeni. En þrátt fyrir það, ef hægt er að framleiða það á viðskiptalega hagkvæman hátt, gæti það hækkað um 50%. Að lokum er ekki hægt að smækka spóluna vel. Hins vegar, ef hringrásin þín starfar á háum tíðnum, er þetta ekki endilega vandamál. Ef merkið þitt er á GHz sviðinu duga venjulega nokkrar nH spólur.
Þetta leiðir okkur að öðru sem hefur verið smækkað á síðustu öld en þú tekur kannski ekki eftir því strax: bylgjulengdina sem við notum til samskipta. Snemma útvarpsútsendingar notuðu meðalbylgju AM tíðni um 1 MHz með bylgjulengd um 300 metra. FM tíðnisviðið með miðju á 100 MHz eða 3 metrum varð vinsælt í kringum 1960 og í dag notum við aðallega 4G fjarskipti um 1 eða 2 GHz (um 20 cm). Hærri tíðni þýðir meiri upplýsingaflutningsgetu. Það er vegna smæðingar sem við erum með ódýr, áreiðanleg og orkusparandi talstöðvar sem vinna á þessum tíðnum.
Minnkandi bylgjulengdir geta minnkað loftnet vegna þess að stærð þeirra er í beinu sambandi við tíðnina sem þau þurfa til að senda eða taka á móti. Farsímar nútímans þurfa ekki löng útstæð loftnet, þökk sé sérstökum samskiptum þeirra á GHz tíðnum, þar sem loftnetið þarf aðeins að vera um einn sentímetra langt. Þetta er ástæðan fyrir því að flestir farsímar sem enn innihalda FM-móttakara krefjast þess að þú stingir heyrnartólunum í samband fyrir notkun: útvarpið þarf að nota vír heyrnartólsins sem loftnet til að fá nægan merkistyrk frá þessum eins metra löngum bylgjum.
Hvað varðar rafrásirnar sem eru tengdar litlu loftnetunum okkar, þegar þau eru minni, verða þau í raun auðveldari í gerð. Þetta er ekki aðeins vegna þess að smári hafa orðið hraðari, heldur einnig vegna þess að flutningslínuáhrif eru ekki lengur vandamál. Í stuttu máli, þegar lengd vír fer yfir einn tíunda af bylgjulengdinni, þá þarftu að huga að fasaskiptingu eftir lengd hans þegar þú hannar hringrásina. Við 2,4 GHz þýðir þetta að aðeins einn sentimetri af vír hefur haft áhrif á hringrásina þína; ef þú lóðar staka íhluti saman er það höfuðverkur, en ef þú setur hringrásina út á nokkra fermillímetra er það ekki vandamál.
Að spá fyrir um fall lögmáls Moores, eða sýna fram á að þessar spár séu rangar aftur og aftur, er orðið endurtekið þema í vísinda- og tækniblaðamennsku. Staðreyndin er enn sú að Intel, Samsung og TSMC, keppinautarnir þrír sem eru enn í fararbroddi leiksins, halda áfram að þjappa fleiri eiginleikum á fermetra og ætla að kynna nokkrar kynslóðir af endurbættum flísum í framtíðinni. Jafnvel þó að framfarirnar sem þeir hafa náð í hverju skrefi séu kannski ekki eins miklar og fyrir tveimur áratugum, heldur smæðing smára áfram.
Hins vegar, fyrir staka íhluti, virðumst við hafa náð náttúrulegum takmörkum: að gera þá smærri bætir ekki afköst þeirra og minnstu íhlutir sem til eru nú eru minni en flest notkunartilvik krefjast. Svo virðist sem það sé ekkert lögmál Moores fyrir staktæk tæki, en ef lögmál Moores er til, viljum við gjarnan sjá hversu mikið einn einstaklingur getur ýtt undir SMD lóðaáskorunina.
Mig hefur alltaf langað til að taka mynd af PTH viðnám sem ég notaði á áttunda áratugnum og setja SMD viðnám á hann, alveg eins og ég er að skipta inn/út núna. Markmið mitt er að gera bræðrum mínum og systrum (engin þeirra eru rafeindavörur) hversu miklar breytingar, þar á meðal ég get jafnvel séð hluta vinnu minnar, (þar sem sjónin versnar versnar hendurnar á mér Skjálfandi).
Mér finnst gaman að segja hvort þetta sé saman eða ekki. Ég hata virkilega „bæta, batna“. Stundum virkar skipulag þitt vel, en þú getur ekki lengur fengið hluta. Hvað í fjandanum er það? . Gott hugtak er gott hugtak og það er betra að halda því eins og það er, frekar en að bæta það að ástæðulausu. Gantt
„Staðreyndin er enn sú að fyrirtækin þrjú Intel, Samsung og TSMC eru enn að keppa í fremstu röð í þessum leik og kreista stöðugt út fleiri eiginleika á hvern fermetra.
Rafeindaíhlutir eru stórir og dýrir. Árið 1971 átti meðalfjölskyldan aðeins fá útvarp, hljómtæki og sjónvarp. Árið 1976 voru komnar út tölvur, reiknivélar, stafrænar klukkur og úr, sem voru lítil og ódýr fyrir neytendur.
Sum smæðing kemur frá hönnun. Rekstrarmagnarar leyfa notkun gyrators, sem geta komið í stað stórra inductors í sumum tilfellum. Virkar síur útiloka einnig inductors.
Stærri íhlutir stuðla að öðru: að lágmarka hringrásina, það er að reyna að nota sem fæsta íhluti til að láta hringrásina virka. Í dag er okkur alveg sama. Þarftu eitthvað til að snúa merkinu við? Taktu rekstrarmagnara. Þarftu ríkisvél? Taktu mpu. o.fl. Íhlutirnir í dag eru mjög litlir, en það eru í raun margir íhlutir inni. Svo í grundvallaratriðum eykst hringrásarstærð þín og orkunotkun eykst. Smári sem notaður er til að snúa við merki notar minna afl til að framkvæma sama starf en rekstrarmagnari. En aftur á móti mun smæðing sjá um notkun valdsins. Það er bara að nýsköpun hefur farið í aðra átt.
Þú misstir virkilega af nokkrum af stærstu kostunum/ástæðunum fyrir minni stærð: minni pakkningasníkjudýr og aukin aflmeðferð (sem virðist vera gagnsæ).
Frá hagnýtu sjónarhorni, þegar eiginleikastærðin nær um það bil 0,25u, muntu ná GHz-stigi, en þá byrjar stóri SOP-pakkinn að framleiða mestu* áhrifin. Langir tengivírar og þessir leiðar munu að lokum drepa þig.
Á þessum tímapunkti hafa QFN/BGA pakkar batnað mikið hvað varðar frammistöðu. Að auki, þegar þú festir pakkann flatan svona, endarðu með *verulega* betri hitauppstreymi og óvarinn púða.
Að auki munu Intel, Samsung og TSMC vissulega gegna mikilvægu hlutverki, en ASML gæti verið miklu mikilvægara á þessum lista. Auðvitað á þetta ekki við um óvirku röddina...
Þetta snýst ekki bara um að draga úr kísilkostnaði með næstu kynslóðar ferlihnútum. Annað eins og töskur. Minni pakkar þurfa minna efni og wcsp eða jafnvel minna. Minni pakkar, minni PCB eða einingar osfrv.
Ég sé oft nokkrar vörulistavörur, þar sem eini drifþátturinn er lækkun kostnaðar. MHz / minnisstærð er sú sama, SOC virkni og pinnafyrirkomulag eru þau sömu. Við gætum notað nýja tækni til að draga úr orkunotkun (venjulega er þetta ekki ókeypis, svo það hljóta að vera einhverjir samkeppnislegir kostir sem viðskiptavinum þykir vænt um)
Einn af kostum stórra íhluta er geislavarnarefnið. Örsmáir smári eru næmari fyrir áhrifum geimgeisla í þessum mikilvægu aðstæðum. Til dæmis í geimnum og jafnvel stjörnustöðvum í mikilli hæð.
Ég sá ekki mikla ástæðu fyrir hraðaaukningu. Merkishraði er um það bil 8 tommur á nanósekúndu. Svo bara með því að minnka stærðina eru hraðari flögur mögulegar.
Þú gætir viljað athuga þína eigin stærðfræði með því að reikna út mismuninn á útbreiðslu seinkun vegna umbúðabreytinga og minni lotu (1/tíðni). Það er að draga úr seinkun/tímabili flokka. Þú munt komast að því að það kemur ekki einu sinni fram sem námundunarstuðull.
Eitt sem ég vil bæta við er að margir IC, sérstaklega eldri hönnun og hliðræn flís, eru í raun ekki minnkaðar, að minnsta kosti innbyrðis. Vegna endurbóta í sjálfvirkri framleiðslu hafa pakkarnir orðið minni, en það er vegna þess að DIP pakkar hafa yfirleitt mikið pláss sem eftir er inni, ekki vegna þess að smári osfrv.
Til viðbótar við vandamálið við að gera vélmennið nógu nákvæmt til að geta raunverulega meðhöndlað örsmáa íhluti í háhraða val-og-stað forritum, er annað mál að áreiðanlega suðu pínulitla íhluti. Sérstaklega þegar þú þarft enn stærri íhluti vegna krafna um afl/getu. Með því að nota sérstakt lóðmálma líma, sérstakt skref lóðmálm líma sniðmát (notaðu lítið magn af lóðmálmi líma þar sem þörf krefur, en samt gefðu nóg lóðmálmur líma fyrir stóra hluti) byrjaði að verða mjög dýrt. Svo ég held að það sé háslétta og frekari smæðun á hringrásarborðinu er bara kostnaðarsöm og framkvæmanleg leið. Á þessum tímapunkti gætirðu allt eins gert meiri samþættingu á kísilskífustigi og einfalda fjölda stakra íhluta í algjört lágmark.
Þú munt sjá þetta á símanum þínum. Í kringum 1995 keypti ég snemma farsíma í bílskúrssölu fyrir nokkra dollara hvern. Flestir IC eru í gegnum holu. Þekjanlegur örgjörvi og NE570 compander, stór endurnýtanlegur IC.
Svo endaði ég með uppfærða lófasíma. Það eru mjög fáir íhlutir og nánast ekkert kunnuglegt. Í fáum IC er ekki aðeins þéttleikinn meiri, heldur er ný hönnun (sjá SDR) tekin upp, sem útilokar flesta staka íhluti sem áður voru ómissandi.
> (Settu lítið magn af lóðmálmi þar sem þörf krefur, en láttu samt nægilega mikið af lóðmálmi fyrir stóra íhluti)
Hey, ég ímyndaði mér „3D/Wave“ sniðmátið til að leysa þetta vandamál: þynnra þar sem minnstu íhlutirnir eru og þykkari þar sem rafrásin er.
Nú á dögum eru SMT íhlutir mjög litlir, þú getur notað raunverulega staka íhluti (ekki 74xx og annað sorp) til að hanna þinn eigin CPU og prenta það á PCB. Stráið því með LED, þú getur séð það virka í rauntíma.
Í gegnum árin kann ég vissulega að meta hraðri þróun flókinna og lítilla íhluta. Þeir veita gríðarlegar framfarir, en á sama tíma bæta þeir nýju flóknustigi við endurtekið ferli frumgerða.
Aðlögun og uppgerð hraði hliðrænna hringrása er miklu hraðari en það sem þú gerir á rannsóknarstofunni. Þegar tíðni stafrænna hringrása hækkar verður PCB hluti af samsetningunni. Til dæmis, áhrif flutningslínu, útbreiðslu seinkun. Frumgerð allra fremstu tækni er best varið í að klára hönnunina á réttan hátt, frekar en að gera breytingar á rannsóknarstofunni.
Eins og fyrir áhugamál atriði, mat. Hringrásartöflur og einingar eru lausn til að minnka íhluti og forprófa einingar.
Þetta gæti orðið til þess að hlutirnir missi „skemmtilegt“ en ég held að það gæti verið þýðingarmeira að fá verkefnið þitt í gang í fyrsta skipti vegna vinnu eða áhugamála.
Ég hef verið að breyta sumum hönnunum úr gegnumholu í SMD. Gerðu ódýrari vörur en það er ekki gaman að smíða frumgerðir í höndunum. Ein lítil mistök: „samhliða staður“ ætti að lesa sem „samhliða plata“.
Nei. Eftir að kerfi vinnur verða fornleifafræðingar enn ruglaðir með niðurstöður þess. Hver veit, kannski á 23. öldinni mun Planetary Alliance taka upp nýtt kerfi...
Ég gæti ekki verið meira sammála. Hver er stærð 0603? Að sjálfsögðu er ekki svo erfitt að halda 0603 sem keisarastærðinni og „kalla“ 0603 mælistærðina 0604 (eða 0602), jafnvel þótt það gæti verið tæknilega rangt (þ.e. raunveruleg samsvarandi stærð - ekki þannig) samt. Strangt), en að minnsta kosti munu allir vita hvaða tækni þú ert að tala um (metrísk/imperial)!
„Almennt séð verða óvirkir íhlutir eins og viðnám, þéttar og inductors ekki betri ef þú gerir þá minni.