noticias

Quizais despois da lei de Ohm, a segunda lei máis famosa da electrónica sexa a lei de Moore: o número de transistores que se poden fabricar nun circuíto integrado duplícase aproximadamente cada dous anos. Dado que o tamaño físico do chip segue sendo aproximadamente o mesmo, isto significa que os transistores individuais faranse máis pequenos co paso do tempo. Comezamos a esperar que unha nova xeración de chips con tamaños de funcións máis pequenos apareza a unha velocidade normal, pero para que serve facer as cousas máis pequenas? Menor pequeno sempre significa mellor?
No século pasado, a enxeñería electrónica logrou un enorme progreso. Na década de 1920, as radios AM máis avanzadas consistían en varios tubos de baleiro, varios indutores enormes, capacitores e resistencias, decenas de metros de fíos usados ​​como antenas e un gran conxunto de baterías. para alimentar todo o dispositivo. Hoxe, podes escoitar máis dunha ducia de servizos de transmisión de música no dispositivo do teu peto, e podes facer máis. Pero a miniaturización non é só para a portabilidade: é absolutamente necesario para acadar o rendemento que esperamos dos nosos dispositivos hoxe en día.
Unha vantaxe obvia dos compoñentes máis pequenos é que che permiten incluír máis funcionalidades no mesmo volume. Isto é especialmente importante para os circuítos dixitais: máis compoñentes significa que podes facer máis procesamento no mesmo período de tempo. Por exemplo, en teoría, o A cantidade de información procesada por un procesador de 64 bits é oito veces superior á dunha CPU de 8 bits que funciona coa mesma frecuencia de reloxo. Pero tamén require oito veces máis compoñentes: rexistros, sumadores, buses, etc. son oito veces máis grandes. .Entón necesitas un chip que sexa oito veces máis grande ou un transistor que sexa oito veces máis pequeno.
O mesmo ocorre cos chips de memoria: ao fabricar transistores máis pequenos, tes máis espazo de almacenamento no mesmo volume. Os píxeles da maioría das pantallas hoxe en día están feitos de transistores de película fina, polo que ten sentido reducilos e acadar resolucións máis altas. , canto máis pequeno sexa o transistor, mellor, e hai outra razón crucial: o seu rendemento mellora moito. Pero, por que exactamente?
Sempre que faga un transistor, proporcionará algúns compoñentes adicionais de balde. Cada terminal ten unha resistencia en serie. Calquera obxecto que transporta corrente tamén ten auto-inductancia. Finalmente, hai unha capacitancia entre dous condutores calquera enfrontados. Todos estes efectos consumen enerxía e reducen a velocidade do transistor.As capacidades parasitarias son especialmente problemáticas: deben cargarse e descargarse cada vez que se acenden ou se apagan os transistores, o que require tempo e corrente da fonte de alimentación.
A capacitancia entre dous condutores é unha función do seu tamaño físico: un tamaño máis pequeno significa unha capacidade menor. E debido a que os capacitores máis pequenos significan velocidades máis altas e menor potencia, os transistores máis pequenos poden funcionar a frecuencias de reloxo máis altas e disipar menos calor ao facelo.
A medida que encolle o tamaño dos transistores, a capacitancia non é o único efecto que cambia: hai moitos efectos mecánicos cuánticos estraños que non son obvios para dispositivos máis grandes. Non obstante, en xeral, facer que os transistores sexan máis pequenos faráos máis rápidos. Pero os produtos electrónicos son máis rápidos. que só transistores. Cando reduces outros compoñentes, como funcionan?
En xeral, os compoñentes pasivos como resistencias, capacitores e indutores non mellorarán cando sexan máis pequenos: en moitos aspectos, empeorarán. Polo tanto, a miniaturización destes compoñentes consiste principalmente en poder comprimilos nun volume menor. , aforrando así espazo na PCB.
O tamaño da resistencia pódese reducir sen causar demasiadas perdas. A resistencia dunha peza de material vén dada por, onde l é a lonxitude, A é a área da sección transversal e ρ é a resistividade do material. simplemente reduce a lonxitude e a sección transversal e acaba cunha resistencia fisicamente máis pequena, pero aínda tendo a mesma resistencia. A única desvantaxe é que ao disipar a mesma potencia, as resistencias fisicamente máis pequenas xerarán máis calor que as resistencias máis grandes. as resistencias só se poden usar en circuítos de baixa potencia. Esta táboa mostra como a potencia máxima das resistencias SMD diminúe a medida que diminúe o seu tamaño.
Hoxe, a resistencia máis pequena que podes mercar é o tamaño métrico 03015 (0,3 mm x 0,15 mm). A súa potencia nominal é de só 20 mW e só se usa para circuítos que disipan moi pouca potencia e teñen un tamaño extremadamente limitado. Unha métrica máis pequena 0201 lanzouse un paquete (0,2 mm x 0,1 mm), pero aínda non se puxo en produción. Pero aínda que aparezan no catálogo do fabricante, non esperes que estean en todas partes: a maioría dos robots de selección e colocación non son o suficientemente precisos. para manexalos, polo que aínda poden ser produtos de nicho.
Os capacitores tamén se poden reducir, pero isto reducirá a súa capacidade. A fórmula para calcular a capacidade dun condensador de derivación é, onde A é a área da placa, d é a distancia entre eles e ε é a constante dieléctrica. (a propiedade do material intermedio).Se o capacitor (basicamente un dispositivo plano) está miniaturizado, a área debe ser reducida, reducindo así a capacidade.Se aínda quere embalar moito nafara nun pequeno volume, a única opción é apilar varias capas entre si.Debido aos avances nos materiais e na fabricación, que tamén fixeron posibles películas finas (d pequena) e dieléctricos especiais (con ε maior), o tamaño dos capacitores reduciuse significativamente nas últimas décadas.
O capacitor máis pequeno dispoñible hoxe en día está nun paquete métrico 0201 ultra-pequeno: só 0,25 mm x 0,125 mm. A súa capacidade está limitada aos 100 nF aínda útiles e a tensión máxima de funcionamento é de 6,3 V. Ademais, estes paquetes son moi pequenos e requiren equipos avanzados para manexalos, limitando a súa adopción xeneralizada.
Para os indutores, a historia é un pouco complicada. A inductancia dunha bobina recta vén dada por, onde N é o número de voltas, A é a área da sección transversal da bobina, l é a súa lonxitude e μ é o constante do material (permeabilidade).Se todas as dimensións se reducen á metade, a inductancia tamén se reducirá á metade.Non obstante, a resistencia do fío segue sendo a mesma: isto débese a que a lonxitude e a sección transversal do fío redúcense a un cuarto do seu valor orixinal. Isto significa que acabas coa mesma resistencia na metade da inductancia, polo que reduces á metade o factor de calidade (Q) da bobina.
O indutor discreto máis pequeno dispoñible comercialmente adopta o tamaño de polgada 01005 (0,4 mm x 0,2 mm). Estes son tan altos como 56 nH e teñen unha resistencia duns poucos ohmios. Os indutores nun paquete métrico 0201 ultra-pequeno lanzáronse en 2014, pero ao parecer nunca foron introducidos no mercado.
As limitacións físicas dos indutores resolveuse mediante un fenómeno chamado inductancia dinámica, que se pode observar en bobinas feitas de grafeno.Pero aínda así, se se pode fabricar dun xeito comercialmente viable, pode aumentar nun 50%.Finalmente, a bobina non se pode miniaturizar ben. Non obstante, se o teu circuíto funciona a altas frecuencias, isto non é necesariamente un problema. Se o teu sinal está no rango de GHz, adoitan ser suficientes algunhas bobinas nH.
Isto lévanos a outra cousa que foi miniaturizada no século pasado, pero pode que non te decates inmediatamente: a lonxitude de onda que usamos para a comunicación. As primeiras emisións de radio usaban unha frecuencia AM de onda media de aproximadamente 1 MHz cunha lonxitude de onda duns 300 metros. A banda de frecuencias FM centrada en 100 MHz ou 3 metros fíxose popular ao redor da década de 1960, e hoxe utilizamos principalmente comunicacións 4G ao redor de 1 ou 2 GHz (uns 20 cm). As frecuencias máis altas significan máis capacidade de transmisión de información. É debido á miniaturización que temos radios baratas, fiables e de aforro enerxético que funcionan nestas frecuencias.
As lonxitudes de onda reducidas poden reducir as antenas porque o seu tamaño está directamente relacionado coa frecuencia que necesitan para transmitir ou recibir. Os teléfonos móbiles actuais non necesitan antenas longas que sobresaen, grazas á súa comunicación dedicada a frecuencias de GHz, para o que a antena só necesita ser aproximadamente unha. centímetro de lonxitude. É por iso que a maioría dos teléfonos móbiles que aínda conteñen receptores de FM requiren que enchufes os auriculares antes de utilizalos: a radio necesita usar o fío dos auriculares como antena para obter a forza de sinal suficiente desas ondas dun metro de lonxitude.
En canto aos circuítos conectados ás nosas antenas en miniatura, cando son máis pequenos, son realmente máis fáciles de fabricar. Isto non é só porque os transistores se fixeron máis rápidos, senón tamén porque os efectos da liña de transmisión xa non son un problema. En resumo, cando a lonxitude dun fío supera a décima parte da lonxitude de onda, debes ter en conta o cambio de fase ao longo da súa lonxitude ao deseñar o circuíto.A 2,4 GHz, isto significa que só un centímetro de fío afectou o teu circuíto; se soldas compoñentes discretos entre si, é unha dor de cabeza, pero se dispón o circuíto nuns milímetros cadrados, non é un problema.
Predicir a desaparición da Lei de Moore, ou demostrar que estas predicións están equivocadas unha e outra vez, converteuse nun tema recorrente no xornalismo científico e tecnolóxico. O certo é que Intel, Samsung e TSMC, os tres competidores que aínda están á vangarda. do xogo, continúan comprimindo máis funcións por micrómetro cadrado e planean introducir varias xeracións de chips mellorados no futuro. Aínda que o progreso que lograron en cada paso pode non ser tan grande como hai dúas décadas, a miniaturización dos transistores continúa.
Non obstante, para os compoñentes discretos, parece que chegamos a un límite natural: facelos máis pequenos non mellora o seu rendemento, e os compoñentes máis pequenos dispoñibles actualmente son máis pequenos do que requiren a maioría dos casos de uso. Parece que non existe a Lei de Moore para os dispositivos discretos. pero se existe a Lei de Moore, encantaríanos ver canto pode unha persoa impulsar o desafío da soldadura SMD.
Sempre quixen facer unha foto dunha resistencia PTH que usei nos anos 70 e poñerlle unha resistencia SMD, tal e como estou cambiando/saíndo agora. O meu obxectivo é facer que os meus irmáns e irmás (ningún deles é produtos electrónicos) cantos cambios, incluso podo ver as partes do meu traballo, (a medida que a miña vista empeora, as miñas mans empeoran Tremor).
Gústame dicir, están xuntos ou non? Realmente odio "mellorar, mellorar". Ás veces, o teu deseño funciona ben, pero xa non podes conseguir pezas. Que diaños é iso?. Un bo concepto é un bo concepto, e é mellor mantelo como está, en lugar de melloralo sen motivo. Gantt
"O feito é que as tres compañías Intel, Samsung e TSMC seguen competindo na vangarda deste xogo, eliminando constantemente máis funcións por micrómetro cadrado".
Os compoñentes electrónicos son grandes e caros.En 1971, a familia media tiña só unhas poucas radios, un equipo de música e un televisor.En 1976 xa saíran ordenadores, calculadoras, reloxos dixitais e reloxos, que eran pequenos e económicos para os consumidores.
Algunha miniaturización provén do deseño.Os amplificadores operacionais permiten o uso de xiradores, que poden substituír nalgúns casos a indutores grandes.Os filtros activos tamén eliminan os indutores.
Os compoñentes máis grandes promoven outras cousas: a minimización do circuíto, é dicir, tentar utilizar o menor número de compoñentes para que o circuíto funcione. Hoxe non nos importa tanto. Necesitas algo para reverter o sinal? Toma un amplificador operacional. Necesitas unha máquina de estado?Colle un mpu.etc.Os compoñentes hoxe son moi pequenos, pero en realidade hai moitos compoñentes dentro. Polo tanto, basicamente, o tamaño do teu circuíto aumenta e o consumo de enerxía aumenta. Un transistor usado para inverter un sinal usa menos enerxía para realizar o mesmo traballo que un amplificador operacional. Pero, de novo, a miniaturización encargarase do uso da enerxía. É só que a innovación foi nunha dirección diferente.
Realmente perdeches algúns dos maiores beneficios/razóns do tamaño reducido: reducións de parasitos do paquete e maior manexo de potencia (o que parece contraintuitivo).
Desde un punto de vista práctico, unha vez que o tamaño da función alcance uns 0,25 u, alcanzarás o nivel de GHz, momento no que o gran paquete SOP comeza a producir o maior efecto*. Os cables de conexión longos e eses cables acabarán por matarte.
Neste punto, os paquetes QFN/BGA melloraron moito en termos de rendemento. Ademais, cando montas o paquete plano así, acabas cun rendemento térmico *significativamente* mellor e almofadas expostas.
Ademais, Intel, Samsung e TSMC seguramente desempeñarán un papel importante, pero ASML pode ser moito máis importante nesta lista. Por suposto, isto pode non aplicarse á voz pasiva...
Non se trata só de reducir os custos de silicio mediante nodos de proceso de próxima xeración.Outras cousas, como bolsas.Os paquetes máis pequenos requiren menos materiais e wcsp ou incluso menos.Paquetes máis pequenos, PCB ou módulos máis pequenos, etc.
Moitas veces vexo algúns produtos do catálogo, onde o único factor impulsor é a redución de custos. O tamaño da memoria/MHz é o mesmo, a función SOC e a disposición dos pins son iguais. Podemos utilizar novas tecnoloxías para reducir o consumo de enerxía (normalmente non é gratuíto, polo que debe haber algunhas vantaxes competitivas que lles importen aos clientes)
Unha das vantaxes dos compoñentes grandes é o material antiradiación.Os transistores pequenos son máis susceptibles aos efectos dos raios cósmicos, nesta situación importante.Por exemplo, no espazo e mesmo nos observatorios de gran altitude.
Non vin unha razón importante para o aumento da velocidade. A velocidade do sinal é de aproximadamente 8 polgadas por nanosegundo. Polo tanto, con só reducir o tamaño, son posibles chips máis rápidos.
Quizais queiras comprobar as túas propias matemáticas calculando a diferenza no atraso de propagación debido a cambios de empaquetado e ciclos reducidos (1/frecuencia). É dicir, para reducir o atraso/período das faccións. Descubrirás que nin sequera aparece como un factor de redondeo.
Unha cousa que quero engadir é que moitos IC, especialmente os deseños máis antigos e os chips analóxicos, non están realmente reducidos, polo menos internamente. espazo restante no interior, non porque os transistores, etc., fosen máis pequenos.
Ademais do problema de facer que o robot sexa o suficientemente preciso como para manexar compoñentes pequenos en aplicacións de selección e colocación de alta velocidade, outro problema é soldar de forma fiable compoñentes pequenos. Especialmente cando aínda necesitas compoñentes máis grandes debido aos requisitos de potencia/capacidade. pasta de soldadura especial, os modelos de pasta de soldadura en pasos especiais (aplique unha pequena cantidade de pasta de soldadura onde sexa necesario, pero aínda proporciona pasta de soldadura suficiente para compoñentes grandes) comezaron a ser moi caros. Entón creo que hai unha meseta e unha miniaturización adicional no circuíto. O nivel da placa é só un xeito custoso e factible. Neste punto, tamén podes facer máis integración a nivel de obleas de silicio e simplificar o número de compoñentes discretos ao mínimo absoluto.
Verás isto no teu teléfono. Ao redor de 1995, merquei algúns primeiros teléfonos móbiles en venda de garaxe por uns dólares cada un. A maioría dos IC son a través de orificios. CPU recoñecible e compander NE570, IC reutilizable grande.
Despois acabei con algúns teléfonos portátiles actualizados. Hai moi poucos compoñentes e case nada familiar. Nun pequeno número de IC, non só a densidade é maior, senón que tamén se adopta un novo deseño (ver SDR), que elimina a maioría dos os compoñentes discretos que antes eran indispensables.
> (Aplicar unha pequena cantidade de pasta de soldadura onde sexa necesario, pero aínda así proporcione suficiente pasta de soldadura para compoñentes grandes)
Ola, imaxinei o modelo "3D/Wave" para resolver este problema: máis delgado onde están os compoñentes máis pequenos e máis groso onde está o circuíto de enerxía.
Hoxe en día, os compoñentes SMT son moi pequenos, podes usar compoñentes discretos reais (non 74xx e outro lixo) para deseñar a túa propia CPU e imprimilo no PCB. Espolvorea con LED, podes velo funcionando en tempo real.
Co paso dos anos, certamente aprecio o rápido desenvolvemento de compoñentes complexos e pequenos. Proporcionan un enorme progreso, pero ao mesmo tempo engaden un novo nivel de complexidade ao proceso iterativo de prototipado.
O axuste e a velocidade de simulación dos circuítos analóxicos é moito máis rápido que o que se fai no laboratorio. A medida que aumenta a frecuencia dos circuítos dixitais, o PCB pasa a formar parte do conxunto. Por exemplo, os efectos da liña de transmisión, o retardo de propagación. Prototipado de calquera corte. A tecnoloxía de punta é mellor gastar en completar o deseño correctamente, en lugar de facer axustes no laboratorio.
En canto aos artigos de pasatempo, a avaliación. As placas de circuitos e os módulos son unha solución para os compoñentes de encollemento e os módulos de proba previa.
Isto pode facer que as cousas perdan "diversión", pero creo que conseguir que o teu proxecto funcione por primeira vez pode ser máis significativo por mor do traballo ou das afeccións.
Estiven convertendo algúns deseños de orificios pasantes a SMD. Facer produtos máis baratos, pero non é divertido construír prototipos a man. Un pequeno erro: "lugar paralelo" debe lerse como "placa paralela".
Non. Despois de que gañe un sistema, os arqueólogos aínda estarán confundidos cos seus descubrimentos. Quen sabe, quizais no século XXIII, a Alianza Planetaria adoptará un novo sistema...
Non podería estar máis de acordo. Cal é o tamaño de 0603? Por suposto, manter 0603 como tamaño imperial e "chamar" ao tamaño métrico 0603 0604 (ou 0602) non é tan difícil, aínda que poida ser tecnicamente incorrecto (é dicir: tamaño real coincidente, non así) de todos os xeitos. Estricto), pero polo menos todo o mundo saberá de que tecnoloxía estás a falar (métrica/imperial)!
"En xeral, os compoñentes pasivos como resistencias, capacitores e indutores non mellorarán se os fai máis pequenos".