اخبار

شاید بعد از قانون اهم، دومین قانون معروف در الکترونیک، قانون مور باشد: تعداد ترانزیستورهایی که می توان در مدار مجتمع تولید کرد هر دو سال یا بیشتر دو برابر می شود. از آنجایی که اندازه فیزیکی تراشه تقریباً یکسان است، این بدان معنی است که ترانزیستورهای جداگانه با گذشت زمان کوچکتر می شوند. ما انتظار داریم نسل جدیدی از تراشه ها با اندازه ویژگی های کوچکتر با سرعت معمولی ظاهر شوند، اما کوچکتر کردن چیزها چه اهمیتی دارد؟ آیا کوچکتر شدن همیشه به معنای بهتر است؟
در قرن گذشته، مهندسی الکترونیک پیشرفت فوق العاده ای داشته است. در دهه 1920، پیشرفته ترین رادیوهای AM شامل چندین لوله خلاء، چندین سلف بزرگ، خازن و مقاومت، ده ها متر سیم مورد استفاده به عنوان آنتن و مجموعه بزرگی از باتری ها بود. برای تغذیه کل دستگاه امروزه، می‌توانید به بیش از ده‌ها سرویس پخش موسیقی در دستگاهی که در جیبتان است گوش دهید، و می‌توانید کارهای بیشتری انجام دهید.اما کوچک‌سازی فقط برای قابلیت حمل نیست: برای دستیابی به عملکردی که امروز از دستگاه‌هایمان انتظار داریم، کاملاً ضروری است.
یکی از مزایای آشکار اجزای کوچکتر این است که به شما امکان می دهند عملکردهای بیشتری را در یک حجم یکسان قرار دهید. این امر به ویژه برای مدارهای دیجیتال مهم است: اجزای بیشتر به این معنی است که می توانید پردازش بیشتری را در مدت زمان مشابه انجام دهید. برای مثال، در تئوری، مقدار اطلاعات پردازش شده توسط یک پردازنده 64 بیتی هشت برابر یک CPU 8 بیتی است که با فرکانس ساعت یکسانی کار می کند. اما همچنین به 8 برابر بیشتر مؤلفه نیاز دارد: ثبات ها، جمع کننده ها، اتوبوس ها و غیره همگی هشت برابر بزرگتر هستند. بنابراین شما یا به تراشه ای نیاز دارید که هشت برابر بزرگتر باشد یا به ترانزیستوری که هشت برابر کوچکتر باشد.
همین امر در مورد تراشه های حافظه نیز صدق می کند: با ساخت ترانزیستورهای کوچکتر، فضای ذخیره سازی بیشتری در همان حجم خواهید داشت. پیکسل ها در اکثر نمایشگرهای امروزی از ترانزیستورهای لایه نازک ساخته شده اند، بنابراین کوچک کردن آنها و دستیابی به وضوح بالاتر منطقی است. ، هر چه ترانزیستور کوچکتر باشد، بهتر است و یک دلیل مهم دیگر وجود دارد: عملکرد آنها بسیار بهبود یافته است. اما دقیقاً چرا؟
هر زمان که یک ترانزیستور بسازید، برخی از اجزای اضافی را به صورت رایگان ارائه می دهد. هر ترمینال دارای یک مقاومت به صورت سری است. هر جسمی که جریان را حمل می کند، القایی خود را نیز دارد. در نهایت، بین هر دو رسانا روبه روی هم یک ظرفیت وجود دارد. همه این اثرات انرژی مصرف می کند و سرعت ترانزیستور را کاهش می دهد. خازن های انگلی به ویژه مشکل ساز هستند: آنها باید هر بار که ترانزیستور روشن یا خاموش می شوند شارژ و دشارژ شوند، که نیاز به زمان و جریان از منبع تغذیه دارد.
ظرفیت بین دو هادی تابعی از اندازه فیزیکی آنهاست: اندازه کوچکتر به معنای ظرفیت کوچکتر است. و از آنجایی که خازن های کوچکتر به معنای سرعت بیشتر و توان کمتر است، ترانزیستورهای کوچکتر می توانند در فرکانس های کلاک بالاتر کار کنند و گرمای کمتری را با این کار دفع کنند.
با کوچک شدن اندازه ترانزیستورها، ظرفیت خازنی تنها اثری نیست که تغییر می‌کند: بسیاری از اثرات مکانیکی کوانتومی عجیبی وجود دارد که برای دستگاه‌های بزرگ‌تر آشکار نیست. با این حال، به طور کلی، کوچک‌تر کردن ترانزیستورها آنها را سریع‌تر می‌کند. اما محصولات الکترونیکی بیشتر هستند. به جای ترانزیستورها. وقتی اجزای دیگر را کوچک می کنید، چگونه کار می کنند؟
به طور کلی، اجزای غیرفعال مانند مقاومت‌ها، خازن‌ها و سلف‌ها با کوچک‌تر شدن بهتر نمی‌شوند: از بسیاری جهات، بدتر می‌شوند. بنابراین، کوچک‌سازی این اجزا عمدتاً به این دلیل است که بتوان آنها را به حجم کمتری فشرده کرد. ، در نتیجه فضای PCB صرفه جویی می شود.
اندازه مقاومت را می توان بدون ایجاد تلفات بیش از حد کاهش داد. مقاومت یک قطعه از مواد به این صورت است که l طول، A سطح مقطع، و ρ مقاومت ماده است. شما می توانید به سادگی طول و مقطع را کاهش دهید، و در نهایت با یک مقاومت فیزیکی کوچکتر مواجه شوید، اما همچنان همان مقاومت را داشته باشید. تنها عیب آن این است که هنگام اتلاف قدرت یکسان، مقاومت های فیزیکی کوچکتر گرمای بیشتری نسبت به مقاومت های بزرگتر تولید می کنند. بنابراین، مقاومت های کوچکتر مقاومت ها را فقط می توان در مدارهای کم مصرف استفاده کرد. این جدول نشان می دهد که چگونه حداکثر توان مقاومت های SMD با کاهش اندازه آنها کاهش می یابد.
امروزه کوچکترین مقاومتی که می توانید بخرید اندازه متریک 03015 (0.3 میلی متر در 0.15 میلی متر) است. توان نامی آنها فقط 20 میلی وات است و فقط برای مدارهایی استفاده می شود که توان بسیار کمی را تلف می کنند و اندازه آنها بسیار محدود است. متریک کوچکتر 0201 بسته (0.2 میلی متر x 0.1 میلی متر) منتشر شده است، اما هنوز به مرحله تولید نرسیده است. اما حتی اگر در کاتالوگ سازنده ظاهر شوند، انتظار نداشته باشید که همه جا باشند: اکثر ربات های انتخاب و مکان به اندازه کافی دقیق نیستند. برای رسیدگی به آنها، بنابراین ممکن است هنوز محصولاتی خاص باشند.
خازن ها را نیز می توان کوچک کرد، اما این باعث کاهش ظرفیت خازن می شود. فرمول محاسبه ظرفیت خازن شنت به این صورت است که A مساحت برد، d فاصله بین آنها و ε ثابت دی الکتریک است. اگر خازن (اصولاً یک دستگاه تخت) کوچک شده است، باید مساحت را کاهش داد و در نتیجه ظرفیت خازن را کاهش داد. اگر هنوز می خواهید مقدار زیادی نافارا در حجم کم بسته بندی کنید، تنها گزینه است. به دلیل پیشرفت در مواد و ساخت، که همچنین لایه های نازک (d کوچک) و دی الکتریک های خاص (با ε بزرگتر) را ممکن ساخته است، اندازه خازن ها در چند دهه گذشته به طور قابل توجهی کوچک شده است.
کوچکترین خازن موجود امروزی در بسته بندی متریک 0201 بسیار کوچک است: فقط 0.25 میلی متر x 0.125 میلی متر. ظرفیت خازن آنها به 100 nF هنوز مفید محدود است و حداکثر ولتاژ کاری 6.3 ولت است. همچنین این پکیج ها بسیار کوچک هستند و برای رسیدگی به آنها به تجهیزات پیشرفته نیاز دارند که پذیرش گسترده آنها را محدود می کند.
برای سلف‌ها، داستان کمی پیچیده است. اندوکتانس یک سیم پیچ مستقیم به این صورت داده می‌شود که N تعداد چرخش‌ها، A سطح مقطع سیم‌پیچ، l طول آن و μ برابر است. ثابت ماده (نفوذپذیری) یک چهارم مقدار اولیه آن. این بدان معنی است که شما در نهایت با همان مقاومت در نیمی از اندوکتانس مواجه می شوید، بنابراین ضریب کیفیت (Q) سیم پیچ را نصف می کنید.
کوچکترین سلف گسسته موجود در بازار از اندازه اینچ 01005 (0.4 میلی متر در 0.2 میلی متر) استفاده می کند. این سلف ها به اندازه 56 nH هستند و مقاومتی در حد چند اهم دارند. سلف ها در بسته بندی متریک 0201 بسیار کوچک در سال 2014 عرضه شدند، اما ظاهرا آنها هرگز به بازار معرفی نشده اند.
محدودیت های فیزیکی سلف ها با استفاده از پدیده ای به نام اندوکتانس دینامیکی حل شده است که می توان آن را در سیم پیچ های ساخته شده از گرافن مشاهده کرد. سیم پیچ را نمی توان به خوبی کوچک کرد. با این حال، اگر مدار شما در فرکانس های بالا کار می کند، این لزوماً یک مشکل نیست. اگر سیگنال شما در محدوده گیگاهرتز است، معمولاً چند سیم پیچ nH کافی است.
این ما را به چیز دیگری می‌رساند که در قرن گذشته کوچک‌سازی شده است، اما ممکن است بلافاصله متوجه آن نشوید: طول موجی که ما برای ارتباط استفاده می‌کنیم. پخش‌های رادیویی اولیه از فرکانس AM موج متوسط ​​حدود 1 مگاهرتز با طول موج حدود 300 متر استفاده می‌کردند. باند فرکانس FM با محوریت 100 مگاهرتز یا 3 متر در حدود دهه 1960 رایج شد و امروزه ما عمدتاً از ارتباطات 4G در حدود 1 یا 2 گیگاهرتز (حدود 20 سانتی متر) استفاده می کنیم. فرکانس های بالاتر به معنای ظرفیت انتقال اطلاعات بیشتر است. به دلیل کوچک سازی است که ما رادیوهای ارزان، قابل اعتماد و کم مصرفی داریم که روی این فرکانس ها کار می کنند.
کوچک شدن طول موج ها می تواند آنتن ها را کوچک کند زیرا اندازه آنها مستقیماً با فرکانس مورد نیاز برای ارسال یا دریافت ارتباط دارد. تلفن های همراه امروزی به لطف ارتباط اختصاصی خود در فرکانس های گیگاهرتز نیازی به آنتن های بیرون زده طولانی ندارند، که برای آن آنتن فقط باید یک آنتن باشد. سانتی متر طول دارد. به همین دلیل است که اکثر تلفن های همراهی که هنوز دارای گیرنده های FM هستند، از شما می خواهند قبل از استفاده، هدفون را وصل کنید: رادیو باید از سیم گوشی به عنوان آنتن استفاده کند تا قدرت سیگنال کافی را از امواج یک متری دریافت کند.
در مورد مدارهای متصل به آنتن های مینیاتوری ما، وقتی کوچکتر می شوند، ساخت آنها در واقع آسان تر می شود. این نه تنها به این دلیل است که ترانزیستورها سریعتر شده اند، بلکه به این دلیل است که اثرات خط انتقال دیگر مشکلی ندارند. به طور خلاصه، زمانی که طول اگر یک سیم از یک دهم طول موج بیشتر باشد، هنگام طراحی مدار باید تغییر فاز را در طول آن در نظر بگیرید. اگر قطعات گسسته را به هم لحیم کنید سردرد است اما اگر مدار را روی چند میلی متر مربع قرار دهید مشکلی نیست.
پیش‌بینی نابودی قانون مور، یا نشان دادن اینکه این پیش‌بینی‌ها بارها و بارها اشتباه هستند، به موضوعی تکراری در روزنامه‌نگاری علم و فناوری تبدیل شده است. واقعیت این است که اینتل، سامسونگ و TSMC، سه رقیب که هنوز در خط مقدم هستند. از بازی، به فشرده سازی ویژگی های بیشتر در هر میکرومتر مربع ادامه دهید و قصد دارید چندین نسل از تراشه های بهبود یافته را در آینده معرفی کنید. اگرچه پیشرفت آنها در هر مرحله ممکن است به اندازه دو دهه قبل نباشد، کوچک سازی ترانزیستورها ادامه دارد.
با این حال، به نظر می‌رسد که برای اجزای گسسته به یک حد طبیعی رسیده‌ایم: کوچک‌تر کردن آن‌ها عملکرد آنها را بهبود نمی‌بخشد و کوچک‌ترین اجزای موجود در حال حاضر کوچک‌تر از نیاز بیشتر موارد استفاده هستند. به نظر می‌رسد که قانون مور برای دستگاه‌های گسسته وجود ندارد. اما اگر قانون مور وجود داشته باشد، ما دوست داریم ببینیم که یک نفر چقدر می تواند چالش لحیم کاری SMD را تحت فشار قرار دهد.
من همیشه می خواستم از یک مقاومت PTH که در دهه 1970 استفاده می کردم عکسی بگیرم و یک مقاومت SMD روی آن بگذارم، درست مثل اینکه الان دارم داخل/خارج می کنم. هدف من این است که برادران و خواهرانم را بسازم (هیچکدام از آنها اینطور نیستند. محصولات الکترونیکی) چقدر تغییر می کند، از جمله من حتی می توانم قسمت های کارم را ببینم، (از آنجایی که بینایی من بدتر می شود، دستانم بدتر می شوند لرزش).
دوست دارم بگویم با هم هستیم یا نه. واقعاً از "بهبود، بهتر شدن" متنفرم. گاهی اوقات چیدمان شما به خوبی کار می کند، اما دیگر نمی توانید قطعات را دریافت کنید. این چه چیزی است؟
واقعیت این است که سه شرکت اینتل، سامسونگ و TSMC همچنان در خط مقدم این بازی رقابت می کنند و دائماً ویژگی های بیشتری را در هر میکرومتر مربع فشرده می کنند.
قطعات الکترونیکی بزرگ و گران هستند. در سال 1971، یک خانواده معمولی فقط چند رادیو، یک استریو و یک تلویزیون داشت. تا سال 1976، کامپیوترها، ماشین‌حساب‌ها، ساعت‌های دیجیتال و ساعت‌ها به بازار آمدند که برای مصرف‌کنندگان کوچک و ارزان بودند.
برخی کوچک‌سازی‌ها از طراحی ناشی می‌شوند. تقویت‌کننده‌های عملیاتی امکان استفاده از ژیراتورها را می‌دهند، که می‌توانند در برخی موارد جایگزین سلف‌های بزرگ شوند. فیلترهای فعال نیز سلف‌ها را حذف می‌کنند.
قطعات بزرگتر چیزهای دیگری را ترویج می کنند: به حداقل رساندن مدار، یعنی تلاش برای استفاده از کمترین اجزا برای کارکرد مدار. امروز، ما چندان اهمیتی نمی دهیم. به چیزی برای معکوس کردن سیگنال نیاز دارید؟ یک تقویت کننده عملیاتی بگیرید. آیا به یک ماشین حالت نیاز دارید؟ یک mpu.etc بگیرید. اجزای امروزی واقعاً کوچک هستند، اما در واقع اجزای زیادی در داخل آن وجود دارد. بنابراین اساساً اندازه مدار شما افزایش می‌یابد و مصرف برق افزایش می‌یابد. ترانزیستوری که برای معکوس کردن سیگنال استفاده می‌شود، انرژی کمتری مصرف می‌کند. کار مشابهی را نسبت به تقویت‌کننده عملیاتی انجام دهید. اما باز هم، کوچک‌سازی استفاده از قدرت را مورد توجه قرار می‌دهد. فقط نوآوری به سمت دیگری رفته است.
شما واقعاً برخی از بزرگترین مزایا/دلایل کاهش سایز را از دست دادید: کاهش انگل‌های بسته‌بندی و افزایش قدرت کنترل (که غیرقابل تصور به نظر می‌رسد).
از نقطه نظر عملی، هنگامی که اندازه ویژگی به حدود 0.25u رسید، به سطح گیگاهرتز خواهید رسید، در این زمان بسته بزرگ SOP شروع به تولید بزرگترین اثر* می کند. سیم های اتصال طولانی و آن لیدها در نهایت شما را خواهند کشت.
در این مرحله، بسته‌های QFN/BGA از نظر عملکرد بسیار بهبود یافته‌اند. علاوه بر این، هنگامی که بسته را به صورت صاف نصب می کنید، در نهایت عملکرد حرارتی *به طور قابل توجهی* و پدهای در معرض دید بهتری خواهید داشت.
علاوه بر این، اینتل، سامسونگ و TSMC قطعا نقش مهمی ایفا خواهند کرد، اما ASML ممکن است در این لیست بسیار مهمتر باشد. البته، این ممکن است در مورد صدای غیرفعال صدق نکند…
این فقط در مورد کاهش هزینه های سیلیکون از طریق گره های فرآیند نسل بعدی نیست. چیزهای دیگر، مانند کیسه ها. بسته های کوچکتر به مواد و wcsp کمتر یا حتی کمتر نیاز دارند. بسته های کوچکتر، PCB ها یا ماژول های کوچکتر و غیره.
من اغلب برخی از محصولات کاتالوگ را می بینم که تنها عامل محرک کاهش هزینه است. اندازه مگاهرتز/حافظه یکسان است، عملکرد SOC و ترتیب پین یکسان است. ممکن است از فناوری های جدید برای کاهش مصرف برق استفاده کنیم (معمولاً این رایگان نیست، بنابراین باید مزیت های رقابتی وجود داشته باشد که مشتریان به آن اهمیت می دهند)
یکی از مزایای اجزای بزرگ مواد ضد تشعشع است. ترانزیستورهای کوچک در این شرایط مهم بیشتر در معرض تأثیرات پرتوهای کیهانی هستند. مثلاً در فضا و حتی رصدخانه های ارتفاع بالا.
من دلیل عمده ای برای افزایش سرعت ندیدم. سرعت سیگنال تقریباً 8 اینچ در هر نانو ثانیه است. بنابراین فقط با کاهش اندازه، تراشه های سریعتر امکان پذیر است.
ممکن است بخواهید ریاضیات خود را با محاسبه تفاوت تاخیر انتشار به دلیل تغییرات بسته بندی و کاهش چرخه (1/فرکانس) بررسی کنید. یعنی کاهش تاخیر/دوره جناح بندی ها. خواهید دید که حتی به عنوان نشان داده نمی شود. یک عامل گرد
نکته ای که می خواهم اضافه کنم این است که بسیاری از آی سی ها، به خصوص طرح های قدیمی تر و تراشه های آنالوگ، در واقع کوچک نمی شوند، حداقل در داخل. به دلیل پیشرفت در تولید خودکار، بسته ها کوچکتر شده اند، اما به این دلیل است که بسته های DIP معمولاً دارای مقدار زیادی هستند. فضای باقی مانده در داخل، نه به این دلیل که ترانزیستورها و غیره کوچکتر شده اند.
علاوه بر مشکل دقیق ساختن ربات به اندازه کافی برای رسیدگی به اجزای کوچک در برنامه‌های انتخاب و جابجایی با سرعت بالا، مشکل دیگر جوشکاری مطمئن اجزای کوچک است. به خصوص زمانی که به دلیل نیاز به توان/ظرفیت هنوز به قطعات بزرگ‌تر نیاز دارید. استفاده از خمیر لحیم کاری ویژه، الگوهای خمیر لحیم کاری پله ای ویژه (مقدار کمی از خمیر لحیم کاری را در جایی که لازم است اعمال کنید، اما همچنان خمیر لحیم کاری کافی برای قطعات بزرگ فراهم می کند) شروع به گران شدن کردند. بنابراین من فکر می کنم یک فلات وجود دارد، و کوچک سازی بیشتر در مدار وجود دارد. سطح برد فقط یک راه پرهزینه و امکان پذیر است. در این مرحله، ممکن است یکپارچه سازی بیشتری در سطح ویفر سیلیکونی انجام دهید و تعداد اجزای مجزا را به حداقل مطلق ساده کنید.
شما این را در تلفن خود خواهید دید. در حدود سال 1995، من تعدادی تلفن همراه اولیه را در گاراژ به قیمت هر کدام چند دلار خریدم. اکثر آی سی ها از طریق سوراخ هستند. CPU و NE570 قابل تشخیص، IC قابل استفاده مجدد بزرگ.
سپس من به چند گوشی دستی به روز رسیدم. قطعات بسیار کمی وجود دارد و تقریباً هیچ چیز آشنا نیست. در تعداد کمی از آی سی ها، نه تنها تراکم بالاتر است، بلکه یک طراحی جدید (به SDR مراجعه کنید) اتخاذ شده است که بسیاری از موارد را حذف می کند. اجزای مجزا که قبلاً ضروری بودند.
> (مقدار کمی از خمیر لحیم کاری را در جایی که لازم است بمالید، اما همچنان خمیر لحیم کاری کافی برای قطعات بزرگ فراهم کنید)
هی، من الگوی "3D/Wave" را برای حل این مشکل تصور کردم: در جایی که کوچکترین اجزا هستند نازک تر و در جایی که مدار برق ضخیم تر است.
امروزه، اجزای SMT بسیار کوچک هستند، شما می توانید از اجزای گسسته واقعی (نه 74xx و دیگر زباله ها) برای طراحی CPU خود و چاپ آن بر روی PCB استفاده کنید. آن را با LED بپاشید، می توانید آن را در زمان واقعی مشاهده کنید.
در طول سال‌ها، مطمئناً از توسعه سریع اجزای پیچیده و کوچک قدردانی می‌کنم. آنها پیشرفت فوق‌العاده‌ای را ارائه می‌کنند، اما در عین حال سطح جدیدی از پیچیدگی را به فرآیند تکراری نمونه‌سازی اضافه می‌کنند.
سرعت تنظیم و شبیه‌سازی مدارهای آنالوگ بسیار سریع‌تر از آنچه در آزمایشگاه انجام می‌دهید است. با افزایش فرکانس مدارهای دیجیتال، PCB بخشی از مجموعه می‌شود. برای مثال، اثرات خط انتقال، تأخیر انتشار. نمونه‌سازی اولیه هر برش فن آوری لبه به جای انجام تنظیمات در آزمایشگاه، بهتر است صرف تکمیل طراحی به درستی شود.
در مورد موارد سرگرمی، ارزیابی. بردهای مدار و ماژول ها راه حلی برای کوچک شدن اجزا و ماژول های قبل از آزمایش هستند.
این ممکن است باعث شود همه چیز "سرگرم کننده" از بین برود، اما من فکر می کنم که اجرای پروژه شما برای اولین بار ممکن است به دلیل کار یا سرگرمی ها معنی دارتر باشد.
من برخی از طرح‌ها را از سوراخ به SMD تبدیل کرده‌ام. محصولات ارزان‌تری بسازید، اما ساختن نمونه‌های اولیه با دست جالب نیست. یک اشتباه کوچک: "مکان موازی" باید به عنوان "صفحه موازی" خوانده شود.
نه. پس از پیروزی یک سیستم، باستان شناسان همچنان با یافته های آن سردرگم خواهند شد. چه کسی می داند، شاید در قرن بیست و سوم، اتحاد سیاره ای سیستم جدیدی را اتخاذ کند…
من نمی توانم بیشتر موافق باشم. اندازه 0603 چیست؟ البته، نگه داشتن 0603 به عنوان اندازه امپریال و "صدا کردن" اندازه متریک 0603 0604 (یا 0602) چندان دشوار نیست، حتی اگر ممکن است از نظر فنی نادرست باشد (یعنی: اندازه واقعی تطبیق - نه به آن صورت) به هر حال. سختگیرانه)، اما حداقل همه می دانند که شما در مورد چه فناوری صحبت می کنید (متریک/امپریال)!
"به طور کلی، اجزای غیرفعال مانند مقاومت ها، خازن ها و سلف ها اگر آنها را کوچکتر کنید بهتر نمی شوند."