Neiegkeeten

Vläicht nom Ohms Gesetz ass dat zweet bekanntste Gesetz an der Elektronik dem Moore säi Gesetz: D'Zuel vun den Transistoren déi op engem integréierte Circuit fabrizéiert kënne ginn verduebelt all zwee Joer oder esou. Well déi kierperlech Gréisst vum Chip ongeféier d'selwecht bleift, heescht dat datt eenzel Transistoren mat der Zäit méi kleng ginn. Mir hunn ugefaang ze erwaarden datt eng nei Generatioun vu Chips mat méi klenge Featuregréissten mat enger normaler Geschwindegkeet erschéngen, awer wat ass de Punkt fir Saachen méi kleng ze maachen? Heescht méi kleng ëmmer besser?
Am leschte Joerhonnert huet d'elektronesch Ingenieur enorm Fortschrëtter gemaach. An den 1920er Jore bestoen déi fortgeschratt AM Radios aus e puer Vakuumröhren, e puer rieseg Induktoren, Kondensatoren a Widderstanden, Dosende vu Meter Drot, déi als Antennen benotzt goufen, an e grousse Set vu Batterien fir de ganzen Apparat unzedreiwen. Haut kënnt Dir méi wéi eng Dose Musek Streaming Servicer um Apparat an Ärer Tasche lauschteren, an Dir kënnt méi maachen. Awer Miniaturiséierung ass net nëmme fir Portabilitéit: et ass absolut noutwendeg fir d'Performance z'erreechen déi mir haut vun eisen Apparater erwaarden.
Een offensichtleche Virdeel vu méi klenge Komponenten ass datt se Iech erlaben méi Funktionalitéit am selwechte Volumen ze enthalen. Dëst ass besonnesch wichteg fir digital Circuiten: méi Komponenten bedeit datt Dir méi Veraarbechtung an der selwechter Zäit maache kënnt. Zum Beispill, an der Theorie, ass d'Quantitéit vun Informatioun, déi vun engem 64-Bit Prozessor veraarbecht gëtt, aacht Mol déi vun enger 8-Bit CPU déi mat der selwechter Auerfrequenz leeft. Mee et erfuerdert och aacht Mol esou vill Komponenten: Registere, Adder, Bussen, asw., sinn alleguer aacht Mol méi grouss. Also braucht Dir entweder en Chip deen aacht Mol méi grouss ass, oder Dir braucht en Transistor deen aacht Mol méi kleng ass.
Datselwecht gëllt fir Memory Chips: Andeems Dir méi kleng Transistoren mécht, hutt Dir méi Späicherplatz am selwechte Volumen. D'Pixel an de meeschten Affichage sinn haut aus dënnem Film Transistoren gemaach, sou datt et Sënn mécht se erof ze skaléieren an méi héich Opléisungen z'erreechen. Wéi och ëmmer, wat den Transistor méi kleng ass, desto besser, an et gëtt en anere entscheedende Grond: hir Leeschtung ass staark verbessert. Mee firwat genee?
Wann Dir en Transistor mécht, gëtt et e puer zousätzlech Komponenten gratis. All Terminal huet e Widderstand a Serie. All Objet dee Stroum dréit huet och Selbsinduktioun. Schlussendlech gëtt et eng Kapazitéit tëscht all zwee Dirigenten, déi sech vis-à-vis vuneneen hunn. All dës Effekter verbrauchen Kraaft a verlangsamt d'Geschwindegkeet vum Transistor. Parasitesch Kapazitéiten si besonnesch lästeg: Transistoren mussen all Kéier gelueden an entlooss ginn wann se op oder ausgeschalt ginn, wat Zäit a Stroum vun der Energieversuergung erfuerdert.
D'Kapazitéit tëscht zwee Dirigenten ass eng Funktioun vun hirer kierperlecher Gréisst: eng méi kleng Gréisst bedeit eng méi kleng Kapazitéit. A well méi kleng Kondensatore méi héich Geschwindegkeet a manner Kraaft bedeiten, kënne méi kleng Transistoren mat méi héijer Auerfrequenzen lafen a manner Hëtzt doduerch opléisen.
Wéi Dir d'Gréisst vun den Transistoren schrumpft, ass d'Kapazitéit net deen eenzegen Effekt deen ännert: et gi vill komesch Quantemechanesch Effekter déi net offensichtlech fir méi grouss Apparater sinn. Wéi och ëmmer, allgemeng gesinn, Transistoren méi kleng maachen wäert se méi séier maachen. Awer elektronesch Produkter si méi wéi nëmmen Transistoren. Wann Dir aner Komponenten erofskaléiert, wéi funktionéiere se?
Am Allgemengen, passiv Komponente wéi Widderstänn, Kondensatoren an Induktoren ginn net besser wa se méi kleng ginn: op ville Weeër gi se verschlechtert. Dofir ass d'Miniaturiséierung vun dëse Komponenten haaptsächlech fir se an e méi klengt Volumen ze kompriméieren, an doduerch PCB Plaz spueren.
D'Gréisst vum Widderstand kann reduzéiert ginn ouni ze vill Verloscht ze verursaachen. D'Resistenz vun engem Stéck Material gëtt uginn, wou l d'Längt ass, A ass de Querschnittgebitt, a ρ d'Resistivitéit vum Material ass. Dir kënnt einfach d'Längt an de Querschnitt reduzéieren, a mat enger kierperlecher méi klenger Widderstand ophalen, awer nach ëmmer déiselwecht Resistenz. Deen eenzegen Nodeel ass datt wann Dir déiselwecht Kraaft opléist, kierperlech méi kleng Widderstänn méi Hëtzt generéieren wéi méi grouss Widderstänn. Dofir kënne kleng Widderstänn nëmmen a Low-Power Circuits benotzt ginn. Dës Tabell weist wéi d'maximal Kraaftbewäertung vu SMD Widderstanden erofgeet wéi hir Gréisst erofgeet.
Haut ass de klengste Widderstand deen Dir kaaft kaafen déi metresch 03015 Gréisst (0,3 mm x 0,15 mm). Hir bewäert Kraaft ass nëmmen 20 mW a ginn nëmme fir Circuiten benotzt déi ganz wéineg Kraaft dissipéieren an extrem limitéiert sinn. E méi klenge metresche 0201 Package (0,2 mm x 0,1 mm) gouf verëffentlecht, awer nach net a Produktioun gesat. Awer och wa se am Katalog vum Hiersteller optrieden, erwaart net datt se iwwerall sinn: déi meescht Pick-and-Place Roboter sinn net korrekt genuch fir se ze handhaben, sou datt se nach ëmmer Nischprodukter sinn.
Kondensatoren kënnen och reduzéiert ginn, awer dëst wäert hir Kapazitéit reduzéieren. D'Formel fir d'Kapazitéit vun engem Shuntkondensator ze berechnen ass, wou A d'Gebitt vum Bord ass, d d'Distanz tëscht hinnen ass, an ε ass d'Dielektresch Konstant (d'Eegeschafte vum Zwëschmaterial). Wann de Kondensator (am Prinzip e flaach Apparat) miniaturiséiert ass, muss d'Gebitt reduzéiert ginn, doduerch d'Kapazitéit reduzéiert. Wann Dir nach ëmmer vill Nafara an engem klenge Volume packe wëllt, ass déi eenzeg Optioun e puer Schichten zesummen ze stacken. Duerch Fortschrëtter a Materialien an der Fabrikatioun, déi och dënn Filmer (kleng d) a speziell Dielektrik (mat gréisseren ε) méiglech gemaach hunn, ass d'Gréisst vun de Kondensatoren an de leschte Joerzéngte wesentlech erofgaangen.
De klengste Kondensator, deen haut verfügbar ass, ass an engem ultra-klengen metresche 0201 Package: nëmmen 0,25 mm x 0,125 mm. Hir Kapazitéit ass limitéiert op déi nach ëmmer nëtzlech 100 nF, an déi maximal Betribsspannung ass 6,3 V. Och dës Packagen si ganz kleng a erfuerderen fortgeschratt Ausrüstung fir se ze handhaben, wat hir verbreet Adoptioun limitéiert.
Fir Induktoren ass d'Geschicht e bësse komplizéiert. D'Induktioun vun enger riichter Spule gëtt uginn, wou N d'Zuel vun de Wendungen ass, A ass d'Querschnittsfläch vun der Spule, l ass seng Längt, an μ ass d'Materialkonstant (Permeabilitéit). Wann all Dimensiounen ëm d'Halschent reduzéiert ginn, gëtt d'Induktioun och ëm d'Halschent reduzéiert. Allerdéngs bleift d'Resistenz vum Drot d'selwecht: dëst ass well d'Längt an d'Querschnitt vum Drot op e Véierel vu sengem urspréngleche Wäert reduzéiert ginn. Dëst bedeit datt Dir mat der selwechter Resistenz an der Halschent vun der Induktioun ophalen, sou datt Dir d'Qualitéit (Q) Faktor vun der Spule halbéiert.
De klengste kommerziell verfügbaren diskreten Induktor adoptéiert d'Zollgréisst 01005 (0,4 mm x 0,2 mm). Dës si sou héich wéi 56 nH an hunn eng Resistenz vun e puer Ohm. Induktoren an engem ultra-klengen metresche 0201 Package goufen 2014 verëffentlecht, awer anscheinend sinn se ni um Maart agefouert ginn.
Déi physesch Aschränkunge vun Induktoren goufen geléist andeems Dir e Phänomen benotzt, deen dynamesch Induktioun genannt gëtt, wat a Spielen aus Graphen observéiert ka ginn. Awer trotzdem, wann et op eng kommerziell viabel Manéier hiergestallt ka ginn, kann se ëm 50% eropgoen. Schlussendlech kann d'Spule net gutt miniaturiséiert ginn. Wéi och ëmmer, wann Äre Circuit mat héijer Frequenzen funktionnéiert, ass dëst net onbedéngt e Problem. Wann Äert Signal am GHz Beräich ass, sinn e puer nH coils normalerweis genuch.
Dëst bréngt eis op eng aner Saach, déi am leschte Joerhonnert miniaturiséiert gouf, awer Dir mierkt net direkt: d'Wellelängt déi mir fir Kommunikatioun benotzen. Fréier Radiosendungen hunn eng mëttelwelle AM ​​Frequenz vun ongeféier 1 MHz mat enger Wellelängt vun ongeféier 300 Meter benotzt. D'FM Frequenzband zentréiert op 100 MHz oder 3 Meter gouf populär ronderëm d'1960er Joren, an haut benotze mir haaptsächlech 4G Kommunikatiounen ronderëm 1 oder 2 GHz (ongeféier 20 cm). Méi héich Frequenzen bedeit méi Informatiounsiwwerdroungskapazitéit. Et ass wéinst der Miniaturiséierung datt mir bëlleg, zouverlässeg an energiespuerend Radios hunn déi op dës Frequenzen funktionnéieren.
Schrumpende Wellelängte kënnen d'Antennen schrumpfen, well hir Gréisst direkt mat der Frequenz verbonnen ass, déi se brauchen ze vermëttelen oder ze kréien. D'Handyen vun haut brauche keng laang ausstehnend Antennen, duerch hir engagéiert Kommunikatioun op GHz Frequenzen, fir déi d'Antenne nëmmen ongeféier een Zentimeter laang muss sinn. Dofir erfuerderen déi meescht Handyen, déi nach ëmmer FM Empfänger enthalen, datt Dir den Kopfhörer virum Gebrauch ustoppt: de Radio muss den Drot vum Kopfhörer als Antenne benotzen fir genuch Signalstäerkt vun deenen ee Meter laange Wellen ze kréien.
Wéi fir d'Circuitë verbonne mat eise Miniaturantennen, wa se méi kleng sinn, gi se tatsächlech méi einfach ze maachen. Dëst ass net nëmme well Transistoren méi séier ginn, awer och well d'Transmissiounslinn Effekter net méi en Thema sinn. Kuerz gesot, wann d'Längt vun engem Drot en Zéngtel vun der Wellelängt iwwerschreift, musst Dir d'Phaseverschiebung laanscht seng Längt berücksichtegen wann Dir de Circuit designt. Bei 2,4 GHz heescht dat, datt nëmmen een Zentimeter Drot Äre Circuit beaflosst huet; wann Dir diskret Komponenten zesummen soldert, ass et e Kappwéi, awer wann Dir de Circuit op e puer Quadratmillimeter leet, ass et kee Problem.
Den Ënnergang vum Moore säi Gesetz virauszesoen, oder ze weisen datt dës Prognosen ëmmer erëm falsch sinn, ass e widderhuelend Thema am Wëssenschafts- an Technologiejournalismus ginn. D'Tatsaach bleift datt Intel, Samsung an TSMC, déi dräi Konkurrenten, déi nach ëmmer un der Spëtzt vum Spill sinn, weiderhin méi Features pro Quadratmikrometer kompriméieren, a plangen e puer Generatioune vu verbesserte Chips an Zukunft aféieren. Och wann de Fortschrëtt, deen se bei all Schrëtt gemaach hunn, vläicht net sou grouss ass wéi virun zwee Joerzéngte, geet d'Miniaturiséierung vun den Transistoren weider.
Wéi och ëmmer, fir diskret Komponente schénge mir eng natierlech Limit erreecht ze hunn: se méi kleng maachen verbessert hir Leeschtung net, an déi klengste Komponenten déi aktuell verfügbar sinn si méi kleng wéi déi meescht Benotzungsfäll erfuerderen. Et schéngt datt et kee Moore säi Gesetz fir diskret Geräter gëtt, awer wann et dem Moore säi Gesetz gëtt, géife mir gär gesinn wéi vill eng Persoun d'SMD Soldererausfuerderung drécke kann.
Ech wollt ëmmer eng Foto vun engem PTH Widderstand maachen, deen ech an den 1970er Joren benotzt hunn, an en SMD Widderstand drop setzen, sou wéi ech elo an / eraus tauschen. Mäin Zil ass meng Bridder a Schwësteren ze maachen (keen vun hinnen sinn elektronesch Produiten) wéi vill änneren, dorënner kann ech souguer d'Deeler vu menger Aarbecht gesinn, (wéi meng Aen ëmmer méi schlëmm, meng Hänn ginn verschlechtert Zidderen).
Ech soen gären, ass et zesummen oder net. Ech haassen wierklech "verbesseren, besser ginn." Heiansdo funktionnéiert Äre Layout gutt, awer Dir kënnt net méi Deeler kréien. Wat ass dat? . E gutt Konzept ass e gutt Konzept, an et ass besser et ze halen wéi et ass, anstatt et ouni Grond ze verbesseren. Gantt
"De Fakt bleift datt déi dräi Firmen Intel, Samsung an TSMC nach ëmmer un der Spëtzt vun dësem Spill konkurréiere, dauernd méi Features pro Quadratmikrometer ausdrécken."
Elektronesch Komponente si grouss an deier. 1971 hat déi duerchschnëttlech Famill nëmmen e puer Radioen, eng Stereo an en Fernseh. Bis 1976 sinn Computeren, Rechner, digital Aueren an Aueren erauskomm, déi kleng a preiswert fir d'Konsumenten waren.
E puer Miniaturiséierung kënnt vum Design. Operatiounsverstärker erlaben d'Benotzung vu Gyratoren, déi an e puer Fäll grouss Induktoren ersetzen. Aktiv Filtere eliminéieren och Induktoren.
Méi grouss Komponenten förderen aner Saachen: d'Minimaliséierung vum Circuit, dat heescht, probéiert déi mannste Komponenten ze benotzen fir de Circuit ze schaffen. Haut geet et eis net sou vill ëm. Braucht Dir eppes fir d'Signal ëmzegoen? Huelt en operationelle Verstärker. Braucht Dir e Staat Maschinn? Huelt eng mpu. asw D'Komponenten haut sinn wierklech kleng, mä et sinn eigentlech vill Komponente bannen. Also am Fong geet Är Circuitgréisst erop a Kraaftverbrauch erhéicht. En Transistor dee benotzt gëtt fir e Signal z'invertéieren benotzt manner Kraaft fir déiselwecht Aarbecht ze erreechen wéi en Operatiounsverstärker. Awer dann erëm, Miniaturiséierung këmmert sech ëm d'Benotzung vun der Muecht. Et ass just datt d'Innovatioun an eng aner Richtung gaang ass.
Dir hutt wierklech e puer vun de gréisste Virdeeler / Grënn vun reduzéierter Gréisst verpasst: reduzéiert Package Parasit a verstäerkte Kraafthandhabung (wat kontraintuitiv schéngt).
Aus enger praktescher Siicht, wann d'Featuregréisst ongeféier 0.25u erreecht, wäert Dir de GHz Niveau erreechen, zu där Zäit de grousse SOP Package ufänkt de gréissten * Effekt ze produzéieren. Laang Bindungsdrähten an déi Leads wäerten Iech schlussendlech ëmbréngen.
Zu dësem Zäitpunkt hunn QFN / BGA Packagen immens verbessert wat d'Performance ugeet. Zousätzlech, wann Dir de Package esou flaach montéiert, kënnt Dir mat * bedeitend * besser thermesch Leeschtung an ausgesat Pads.
Zousätzlech wäerten Intel, Samsung an TSMC sécherlech eng wichteg Roll spillen, awer ASML ka vill méi wichteg an dëser Lëscht sinn. Natierlech gëlt dëst vläicht net fir déi passiv Stëmm ...
Et geet net nëmmen ëm d'Reduktioun vun de Siliziumkäschte duerch d'nächst Generatioun Prozessknäppchen. Aner Saachen, wéi Poschen. Méi kleng Packagen erfuerderen manner Materialien a wcsp oder souguer manner. Méi kleng Packagen, méi kleng PCBs oder Moduler, etc.
Ech gesinn dacks e puer Katalogprodukter, wou deen eenzege Faktor d'Käschtereduktioun ass. MHz / Erënnerung Gréisst ass déi selwecht, SOC Funktioun an Pin Arrangement sinn déi selwecht. Mir kënnen nei Technologien benotze fir de Stroumverbrauch ze reduzéieren (normalerweis ass dëst net gratis, also muss et e puer kompetitiv Virdeeler sinn, déi d'Clientë këmmeren)
Ee vun de Virdeeler vu grousse Komponenten ass d'Anti-Stralungsmaterial. Kleng Transistoren si méi ufälleg fir d'Auswierkunge vu kosmesche Strahlen, an dëser wichteger Situatioun. Zum Beispill, am Weltraum a souguer héich-Héicht Observatoire.
Ech hu kee grousse Grond fir Geschwindegkeetserhéijung gesinn. D'Signalgeschwindegkeet ass ongeféier 8 Zoll pro Nanosecond. Also just duerch d'Reduktioun vun der Gréisst, si méi séier Chips méiglech.
Dir wëllt vläicht Är eege Mathematik kontrolléieren andeems Dir den Ënnerscheed am Ausbreedungsverzögerung berechent wéinst Verpackungsännerungen a reduzéierter Zyklen (1 / Frequenz). Dat ass fir d'Verspéidung/Period vun de Fraktiounen ze reduzéieren. Dir fannt datt et net emol als Roundfaktor erschéngt.
Eng Saach déi ech derbäi wëll ass datt vill ICs, besonnesch eeler Designen an Analog Chips, net tatsächlech verklengert sinn, op d'mannst intern. Wéinst Verbesserungen an der automatiséierter Fabrikatioun sinn Packagen méi kleng ginn, awer dat ass well DIP Packagen normalerweis vill Rescht Plaz bannen hunn, net well Transistoren etc.
Zousätzlech zum Problem fir de Roboter korrekt genuch ze maachen fir tatsächlech kleng Komponenten an High-Speed ​​Pick-and-Place Uwendungen ze handhaben, ass en anert Thema zouverlässeg kleng Komponenten ze schweizen. Besonnesch wann Dir nach ëmmer méi grouss Komponenten braucht wéinst Kraaft / Kapazitéitsufuerderungen. Benotzen speziell solder Paste, speziell Schrëtt solder Paste Schablounen (applizéiert eng kleng Quantitéit vun solder Paste wou néideg, awer nach genuch solder Paste fir grouss Komponente ginn) ugefaang ganz deier ze ginn. Also ech mengen et gëtt e Plateau, a weider Miniaturiséierung um Circuitboardniveau ass just eng deier a machbar Manéier. Zu dësem Zäitpunkt kënnt Dir och méi Integratioun um Siliziumwaferniveau maachen an d'Zuel vun diskrete Komponenten op en absolute Minimum vereinfachen.
Dir wäert dat op Ärem Handy gesinn. ronderëm 1995 kaaft ech e puer fréi Handyen an Garagen Ofsaz fir e puer Dollar all. Déi meescht ICs sinn duerch-Lach. erkennbar CPU an NE570 compander, grouss reusable IC.
Dunn hunn ech mat e puer aktualiséiert Handheld Handyen opgehalen. Et gi ganz wéineg Komponenten a bal näischt vertraut. An enger klenger Unzuel vun ICs ass net nëmmen d'Dicht méi héich, awer och en neien Design (kuckt SDR) gëtt ugeholl, wat de gréissten Deel vun den diskreten Komponenten eliminéiert, déi virdru onverzichtbar waren.
> (Fëllt eng kleng Quantitéit Lötpaste op wou néideg, awer liwwert nach ëmmer genuch Lötpaste fir grouss Komponenten)
Hey, ech hunn d'Schabloun "3D / Wave" virgestallt fir dëse Problem ze léisen: méi dënn wou déi klengste Komponenten sinn, a méi décker wou de Stroumkrees ass.
Hautdesdaags sinn SMT Komponenten ganz kleng, Dir kënnt richteg diskret Komponenten benotzen (net 74xx an aner Gerempels) fir Är eege CPU ze designen an op der PCB ze drécken. Sprinkle et mat LED, Dir kënnt gesinn datt et an Echtzäit funktionnéiert.
Iwwer d'Joren schätzen ech sécherlech déi séier Entwécklung vu komplexen a klenge Komponenten. Si bidden en enorme Fortschrëtt, awer gläichzäiteg fügen se en neien Niveau vun der Komplexitéit un den iterative Prozess vu Prototyping.
D'Upassung an d'Simulatiounsgeschwindegkeet vun analoge Circuiten ass vill méi séier wéi dat wat Dir am Labo maacht. Wéi d'Frequenz vun digitale Circuiten eropgeet, gëtt de PCB Deel vun der Assemblée. Zum Beispill, Transmissioun Linn Effekter, Ausbreedung Verspéidung. Prototyping vun all modernste Technologie ass am beschten fir den Design richteg ofzeschléissen, anstatt Upassungen am Laboratoire ze maachen.
Wat Hobbyartikelen ugeet, Evaluatioun. Circuit Boards a Moduler sinn eng Léisung fir d'Schrumpfung vun Komponenten a Pre-Test Moduler.
Dëst kann d'Saache "Spaass" verléieren, awer ech mengen datt Äre Projet fir d'éischte Kéier funktionnéiert ka méi sënnvoll sinn wéinst der Aarbecht oder Hobbien.
Ech hunn e puer Motiver vun duerch-Lach zu SMD ëmgerechent. Maacht méi bëlleg Produkter, awer et ass net lëschteg Prototypen mat der Hand ze bauen. E klenge Feeler: "Parallelplaz" soll als "Parallellplack" gelies ginn.
Nee No engem System gewënnt , Archeologen wäert nach duerch seng Conclusiounen duercherneen ginn. Wien weess, vläicht am 23. Joerhonnert wäert d'Planetary Alliance en neie System adoptéieren ...
Ech kéint net méi averstanen. Wat ass d'Gréisst vum 0603? Natierlech, 0603 als keeserlech Gréisst ze halen an déi 0603 metresch Gréisst 0604 (oder 0602) ze "ruffen" ass net sou schwéier, och wann et technesch falsch ka sinn (dh: tatsächlech passende Gréisst - net esou) souwisou. Streng), awer op d'mannst wäert jiddereen wëssen iwwer wéi eng Technologie Dir schwätzt (metresch / keeserlech)!
"Allgemeng gesinn, passiv Komponente wéi Widderstänn, Kondensatoren an Induktoren ginn net besser wann Dir se méi kleng mécht."