habarlar

Mümkin, Ohm kanunyndan soň, elektronikada iň meşhur ikinji kanun Muryň kanunydyr: Integrirlenen zynjyrda öndürilip bilinjek tranzistorlaryň sany iki ýyldan bir gezek iki esse köpelýär. Çipiň fiziki ululygy takmynan şol bir derejede galýandygy sebäpli, wagtyň geçmegi bilen aýry-aýry tranzistorlaryň kiçeljekdigini aňladýar. Has kiçi göwrümli täze çipleriň adaty tizlikde peýda bolmagyna garaşyp başladyk, ýöne zatlary kiçeltmegiň näme manysy bar? Kiçijik mydama has gowy many berýärmi?
Geçen asyrda elektron in engineeringenerçiligi ägirt uly ösüş gazandy. 1920-nji ýyllarda iň ösen AM radiolary birnäçe vakuum turbalaryndan, birnäçe ullakan induktorlardan, kondensatorlardan we rezistorlardan, antenna hökmünde ulanylýan onlarça metr simlerden we tutuş enjamy güýçlendirmek üçin uly batareýalardan ybaratdy. Bu gün jübiňizdäki enjamda ondan gowrak aýdym-saz akym hyzmatlaryny diňläp bilersiňiz we has köp zat edip bilersiňiz. Miniöne miniatýurizasiýa diňe götermek üçin däl: häzirki wagtda enjamlarymyzdan garaşýan öndürijiligimize ýetmek hökmanydyr.
Kiçijik komponentleriň aç-açan peýdasy, şol bir göwrümde has köp işlemegi üpjün etmegidir. Bu sanly zynjyrlar üçin aýratyn möhümdir: has köp komponent, şol bir wagtyň özünde has köp işlemegi mümkin diýmekdir. Mysal üçin, teoriýa boýunça 64 bitli prosessor bilen işlenýän maglumatlaryň mukdary şol bir sagat ýygylygynda işleýän 8 bitli CPU-dan sekiz esse köpdür. Alsoöne munuň üçin sekiz esse köp komponent gerek: registrler, goşmaçalar, awtobuslar we ş.m. hemmesi sekiz esse uludyr. Şonuň üçin size sekiz esse uly çip gerek, ýa-da sekiz esse kiçi tranzistor gerek.
Memoryat çipleri üçin hem edil şonuň ýaly: Has kiçi tranzistorlary ýasamak bilen, şol bir göwrümde has köp ammar bolýar. Häzirki wagtda displeýleriň köpüsindäki pikseller inçe film tranzistorlaryndan ýasalýar, şonuň üçin olary kiçeltmek we has ýokary kararlara ýetmek manysy bar. Şeýle-de bolsa, tranzistor näçe kiçi bolsa, şonça gowy we başga bir möhüm sebäp bar: olaryň öndürijiligi ep-esli gowulaşýar. Whyöne näme üçin takyk?
Haçan tranzistor ýasasaňyz, käbir goşmaça komponentleri mugt üpjün eder. Her terminalda yzygiderli rezistor bar. Toky göterýän islendik jisimiň hem öz-özüne induksiýasy bar. Netijede, biri-birine seredýän islendik iki geçirijiniň arasynda sygymlylyk bar. Bu täsirleriň hemmesi güýji sarp edýär we tranzistoryň tizligini haýalladýar. Parazit kuwwaty aýratyn kynçylyk döredýär: tranzistorlar her gezek açylanda ýa-da öçürilende zarýad berilmeli we elektrik üpjünçiliginden wagt we tok talap edýär.
Iki geçirijiniň arasyndaky sygymlylyk olaryň fiziki ululygynyň funksiýasydyr: kiçi göwrüm has kiçi göwrümli diýmekdir. Kiçijik kondensatorlar has ýokary tizligi we pes güýji aňladýandygy sebäpli, kiçi tranzistorlar has ýokary sagat ýygylyklarynda işläp bilýärler we şeýle etmek bilen az ýylylygy bölüp bilýärler.
Tranzistorlaryň ululygyny kiçeldeniňizde, sygymlylyk üýtgeýän ýeke-täk täsir däl: has uly enjamlar üçin düşnüksiz kwant mehaniki täsirleri köp. Şeýle-de bolsa, umuman aýdanyňda, tranzistorlary kiçeltmek olary has çaltlaşdyrar. Emma elektron önümleri diňe tranzistorlar däl. Beýleki komponentleri ulaldanyňyzda, olar nähili ýerine ýetirýärler?
Umuman aýdanyňda, rezistorlar, kondensatorlar we induktorlar ýaly passiw komponentler kiçelse gowulaşmaz: köp babatda erbetleşer. Şonuň üçin bu komponentleriň miniatýurizasiýasy, esasan, has kiçi göwrümde gysyp bilmek we şeýlelik bilen PCB ýerini tygşytlamakdyr.
Rezistoryň ululygy gaty köp ýitgi çekmezden azaldylyp bilner. Bir materialyň garşylygy, l uzynlygy, A kesiş meýdany, ρ bolsa materialyň garşylygy bilen berilýär. Diňe uzynlygy we kesişini azaldyp, fiziki taýdan has kiçi rezistor bilen gutaryp bilersiňiz, ýöne şonda-da şol bir garşylygy saklaýarsyňyz. Onlyeke-täk ýetmezçiligi, şol bir güýji dargadanda, fiziki taýdan kiçi rezistorlar has uly rezistorlardan has köp ýylylyk öndürer. Şonuň üçin kiçi rezistorlary diňe pes güýçli zynjyrlarda ulanyp bolýar. Bu tablisada SMD rezistorlarynyň iň ýokary güýç derejesiniň kiçelmegi bilen nädip peselýändigi görkezilýär.
Häzirki wagtda satyn alyp boljak iň kiçi rezistor 03015 ölçeg (0,3 mm x 0,15 mm). Olaryň bahalandyrylan güýji bary-ýogy 20 mWt bolup, diňe gaty az güýji ýaýradýan we ululygy gaty çäkli zynjyrlar üçin ulanylýar. Has kiçi ölçeg 0201 bukjasy (0,2 mm x 0,1 mm) çykdy, ýöne entek öndürilmedi. Theöne öndürijiniň katalogynda peýda bolsa-da, olaryň hemme ýerde bolmagyna garaşmaň: robotlary saýlaýan we ýerleşdirýänleriň köpüsi olary dolandyrmak üçin takyk däl, şonuň üçinem olar önüm bolup biler.
Kondensatorlary hem kiçeldip bolar, ýöne bu olaryň kuwwatyny peselder. Awtoulag kondensatorynyň sygymlylygyny hasaplamagyň formulasy, A tagtanyň meýdany, d olaryň arasyndaky aralyk, we ε dielektrik hemişelik (aralyk materialyň emlägi). Kondensator (esasan tekiz enjam) kiçeldilen bolsa, meýdany azaltmaly we şeýlelik bilen sygymlylygy peseltmeli. Entegem az mukdarda köp nafara gaplamak isleseňiz, ýeke-täk wariant birnäçe gatlary birleşdirmekdir. Inçe filmleri (kiçi d) we ýörite dielektrikleri (has uly ε bilen) döreden materiallar we önümçilikdäki ösüşler sebäpli soňky onýyllykda kondensatorlaryň göwrümi ep-esli azaldy.
Häzirki wagtda bar bolan iň kiçi kondensator ultra-kiçi ölçeg 0201 paketinde: bary-ýogy 0,25 mm x 0.125 mm. Olaryň kuwwaty henizem peýdaly 100 nF bilen çäklenýär we iň ýokary iş naprýa .eniýesi 6.3 V. Şeýle hem, bu paketler gaty az we olary giňeltmek üçin çäklendirilen enjamlary talap edýär.
Induktorlar üçin hekaýa birneme kyn. Göni rulonyň induksiýasy berilýär, bu ýerde N öwrümleriň sany, A rulonyň kesiş meýdany, l uzynlygy we μ material hemişelik (geçirijilik). Allhli ölçegler ýarym azalsa, induksion hem ýarym azaldar. Şeýle-de bolsa, simiň garşylygy öňküligine galýar: munuň sebäbi simiň uzynlygy we kesişmesi asyl bahasynyň dörtden birine çenli azalýar. Diýmek, induksionyň ýarysynda şol bir garşylyk bilen gutarýarsyňyz, şonuň üçin rulonyň hilini (Q) faktoryny iki esse azaldyň.
Söwda taýdan elýeterli iň kiçi diskret induktor, dýuýmyň ululygyny 01005 (0,4 mm x 0,2 mm) kabul edýär. Bular 56 nH-a ýetýär we birnäçe ohm garşylygy bar. Ultra kiçi ölçegli 0201 paketdäki induktorlar 2014-nji ýylda çykaryldy, ýöne görnüşi ýaly bazara hiç haçan girizilmedi.
Induktorlaryň fiziki çäklendirmeleri, grafenadan ýasalan rulonlarda syn edilip bilinýän dinamiki induksion diýilýän hadysany ulanmak arkaly çözüldi. Emma şeýle-de bolsa, täjirçilik taýdan öndürip boljak bolsa, 50% ýokarlanyp biler. Ahyrynda, rulony gowy kiçeldip bolmaz. Şeýle-de bolsa, zynjyryňyz ýokary ýygylyklarda işleýän bolsa, bu hökman problema däl. Signalyňyz GGs diapazonynda bolsa, adatça birnäçe nH rulon ýeterlikdir.
Bu, geçen asyrda miniatýuralaşdyrylan başga bir zady getirýär, ýöne derrew duýman bilersiňiz: aragatnaşyk üçin ulanýan tolkun uzynlygymyz. Irki radio ýaýlymlarynda takmynan 300 metr tolkun uzynlygy 1 MGs bolan orta tolkunly AM ýygylygy ulanyldy. 100 MGs ýa-da 3 metrde jemlenen FM ýygylyk zolagy 1960-njy ýyllarda meşhur boldy we häzirki wagtda esasan 1 ýa-da 2 GGs (takmynan 20 sm) 4G aragatnaşygyny ulanýarys. Higherokary ýygylyklar has köp maglumat geçiriş ukybyny aňladýar. Miniatýurizasiýa sebäpli bu ýygylyklarda işleýän arzan, ygtybarly we energiýa tygşytlaýjy radiolarymyz bar.
Tolkun uzynlyklarynyň kiçelmegi antennalary gysgaldyp biler, sebäbi olaryň göwrümi geçirmek ýa-da almak üçin ýygylygy bilen gönüden-göni baglanyşyklydyr. Häzirki wagtda jübi telefonlaryna GHz ýygylyklarynda aýratyn aragatnaşygy sebäpli uzyn antennalar gerek däl, munuň üçin antenanyň diňe bir santimetr uzynlygy bolmaly. Şonuň üçin henizem FM kabul edijilerini öz içine alýan jübi telefonlarynyň köpüsi, ulanmazdan ozal nauşnikleri dakmagyňyzy talap edýär: şol bir metr uzyn tolkunlardan ýeterlik signal güýji almak üçin radio nauşnik simini antenna hökmünde ulanmalydyr.
Miniatýura antennalarymyza birikdirilen zynjyrlar barada aýdylanda bolsa, has kiçi bolanda, ýasamak has aňsat bolýar. Bu diňe bir tranzistorlaryň has çaltlaşmagy bilen çäklenmän, eýsem elektrik geçiriji liniýalaryň täsiri indi mesele bolmanlygy sebäpli. Gysgaça aýdanyňda, simiň uzynlygy tolkun uzynlygynyň ondan birinden ýokary bolsa, zynjyry düzeniňizde fazanyň üýtgemesini göz öňünde tutmalysyňyz. 2.4 GGs-da, bu diňe bir santimetr simiň zynjyryňyza täsir edendigini aňladýar; aýry-aýry komponentleri lehimleseňiz, bu kelle agyry, ýöne zynjyry birnäçe inedördül millimetrde goýsaňyz, problema bolmaz.
Muruň kanunynyň ýykylmagyny çaklamak ýa-da bu çaklamalaryň ýalňyşdygyny görkezmek, ylym we tehnologiýa ismurnalistikasynda gaýtalanýan mowzuga öwrüldi. Hakykat henizem oýnuň başynda durýan üç bäsdeş Intel, Samsung we TSMC her inedördül mikrometrde has köp aýratynlyklary gysmagy dowam etdirýär we geljekde birnäçe nesil gowulaşan çipleri hödürlemegi meýilleşdirýär. Her ädimde gazanan üstünlikleri iki onýyllykdaky ýaly uly bolmasa-da, tranzistorlaryň miniatýurizasiýasy dowam edýär.
Şeýle-de bolsa, aýry-aýry komponentler üçin tebigy çäklere ýeten ýaly bolýarys: olary kiçeltmek olaryň işleýşini gowulaşdyrmaýar we häzirki bar bolan iň kiçi komponentler köp ulanylýan ýagdaýlardan has kiçi. Aýry-aýry enjamlar üçin Muruň kanuny ýok ýaly, ýöne Muruň kanuny bar bolsa, bir adamyň SMD lehimleme meselesini nädip öňe sürüp biljekdigini görmek isleýäris.
Elmydama 1970-nji ýyllarda ulanan PTH rezistorymyzy surata düşürmek we SMD rezistoryny edil şu wagt çalyşýan / çykarýan ýaly goýmak isledim. Maksadym, doganlarymy (olaryň hiç biri-de elektroniki önüm däl), işimiň böleklerini hem görüp bilýänimi goşmak bilen, näçe üýtgeşiklik etmek (gözümiň erbetleşmegi bilen ellerim titreýär).
Bilemi ýa-da ýok diýesim gelýär. Men “gowulaşmagy, gowulaşmagy” hakykatdanam ýigrenýärin. Käwagt düzülişiňiz gowy işleýär, ýöne bölekleri alyp bilmersiňiz. Bu näme? . Gowy düşünje gowy düşünje, sebäpsiz gowulaşdyrman, bolşy ýaly saklamak has gowudyr. Gant
"Hakykat, Intel, Samsung we TSMC üç kompaniýa henizem bu oýnuň başynda bäsleşýär we her inedördül mikrometrde has köp aýratynlyklary gysýar".
Elektron bölekleri uly we gymmat. 1971-nji ýylda ortaça maşgalada diňe birnäçe radio, stereo we telewizor bardy. 1976-njy ýyla çenli sarp edijiler üçin kiçi we arzan kompýuterler, kalkulýatorlar, sanly sagatlar we sagatlar çykdy.
Käbir miniatýurizasiýa dizaýndan gelýär. Amal güýçlendirijileri, käbir ýagdaýlarda uly induktorlary çalşyp bilýän gyratorlary ulanmaga mümkinçilik berýär. Işjeň süzgüçler induktorlary hem ýok edýär.
Uly komponentler beýleki zatlary öňe sürýär: zynjyryň kiçeldilmegi, ýagny zynjyryň işlemegi üçin iň az komponentleri ulanmaga synanyşmak. Häzirki wagtda kän bir gyzyklanamzok. Signaly tersleşdirmek üçin bir zat gerekmi? Amal güýçlendirijisini alyň. Size döwlet enjamy gerekmi? Mpu alyň. we ş.m. Häzirki wagtda komponentler hakykatdanam kiçi, ýöne içinde köp komponent bar. Şeýlelik bilen, zynjyryň ululygy artýar we güýç sarp edilýär. Signaly tersine öwürmek üçin ulanylýan tranzistor, amaly güýçlendirijiden has az iş ýerine ýetirmek üçin az güýç sarp edýär. Thenöne ýene-de miniatýurizasiýa güýç ulanylyşy barada alada eder. Diňe täzelik başga tarapa gitdi.
Ululygynyň azalmagynyň iň uly peýdalaryny / sebäplerini hakykatdanam sypdyrdyňyz: paket parazitikasynyň azalmagy we güýç ulanylyşynyň ýokarlanmagy (garşylyksyz ýaly görünýär).
Amaly nukdaýnazardan seredeniňde, aýratynlyk ululygy takmynan 0,25u ýetensoň, GHz derejesine ýetersiňiz, şol wagt uly SOP bukjasy iň uly * effekt öndürip başlar. Uzyn baglanyşyk simleri we şol gurşunlar ahyrsoňy sizi öldürer.
Bu pursatda QFN / BGA paketleri öndürijilik taýdan ep-esli gowulaşdy. Mundan başga-da, bukjany şuňa meňzeş gurnasaňyz, has gowy ýylylyk öndürijiligi we açyk padler bilen * ep-esli * gutararsyňyz.
Mundan başga-da, Intel, Samsung we TSMC elbetde möhüm rol oýnar, ýöne ASML bu sanawda has möhüm bolup biler. Elbetde, bu passiw sese degişli bolup bilmez ...
Diňe indiki nesil proses düwünleri arkaly kremniniň çykdajylaryny azaltmak däl. Torbalar ýaly beýleki zatlar. Ownuk paketler az materiallary we wcsp ýa-da ondanam az talap edýär. Has kiçi paketler, kiçi PCB ýa-da modullar we ş.m.
Men köplenç käbir katalog önümlerini görýärin, bu ýerde ýeke-täk hereketlendiriji faktor çykdajylary azaltmakdyr. MGs / ýadyň ululygy birmeňzeş, SOC funksiýasy we pin tertibi birmeňzeş. Energiýa sarp edilişini azaltmak üçin täze tehnologiýalary ulanyp bileris (köplenç bu mugt däl, şonuň üçin müşderileriň gyzyklanýan käbir bäsdeşlik artykmaçlyklary bolmaly)
Uly komponentleriň artykmaçlyklaryndan biri radiasiýa garşy materialdyr. Kiçijik tranzistorlar, bu möhüm ýagdaýda kosmiki şöhleleriň täsirine has ýykgyn edýärler. Mysal üçin, kosmosda we hatda beýik belentlikdäki obserwatoriýalarda.
Tizligiň ýokarlanmagynyň esasy sebäbini görmedim. Signalyň tizligi bir nanosekuntda takmynan 8 dýuým. Şonuň üçin ululygyny azaltmak bilen has çalt çipler bolýar.
Gaplamanyň üýtgemegi we siklleriň azalmagy (1 / ýygylyk) sebäpli köpeliş gijikdirilişiniň tapawudyny hasaplap, öz matematikany barlap bilersiňiz. Bu toparlaryň gijikdirilmegini / möhletini azaltmak üçin. Hat-da tegelek faktor hökmünde görkezilmejekdigine göz ýetirersiňiz.
Goşmak isleýän bir zadym, köp IC-ler, esasanam köne dizaýnlar we analog çipler, iň bolmanda içerde peselmeýär. Awtomatiki önümçiligiň kämilleşdirilmegi sebäpli paketler kiçeldi, ýöne munuň sebäbi DIP paketleriniň tranzistorlar we ş.m. kiçelmegi sebäpli däl-de, adatça içerde köp boş ýer bar.
Roboty ýokary tizlikli saýlama we ýerleşdirilen programmalarda kiçijik bölekleri dolandyrmak üçin ýeterlik takyk etmek meselesinden başga-da, başga bir mesele kiçijik bölekleri ygtybarly kebşirlemekdir. Esasanam güýç / kuwwat talaplary sebäpli has uly komponentlere mätäç wagtyňyz. Specialörite lehim pastasyny ulanmak bilen, ýörite ädim lehim pastasy şablonlary (zerur ýerlerde az mukdarda lehim pastasyny ulanyň, ýöne uly komponentler üçin ýeterlik lehim pastasy bilen üpjün ediň) gaty gymmat bolup başlady. Şonuň üçin platon bar diýip pikir edýärin we zynjyr tagtasynyň derejesinde hasam miniatýurizasiýa diňe gymmat we mümkin usul. Bu pursatda, kremniniň wafli derejesinde has köp integrasiýa edip, aýry-aýry komponentleriň sanyny iň az derejede aňsatlaşdyryp bilersiňiz.
Muny telefonyňyzda görersiňiz. 1995-nji ýyllarda garaage satuwynda irki jübi telefonlaryny hersine birnäçe dollara satyn aldym. IC-leriň köpüsi deşikden geçýär. Tanaýan CPU we NE570 kompander, uly gaýtadan ulanylýan IC.
Soň bolsa täzelenen el telefonlary bilen gutardym. Komponentler gaty az we tanyş zat ýok diýen ýaly. Az mukdarda IC-lerde diňe dykyzlyk has ýokary bolman, eýsem öňküsi bilen aýrylmaz bolan aýry-aýry komponentleriň köpüsini ýok edýän täze dizaýn (SDR seret) kabul edilýär.
> (Gerek ýerinde az mukdarda lehim pastasyny çalyň, ýöne uly komponentler üçin ýeterlik lehim pastasy bilen üpjün ediň)
Heý, bu meseläni çözmek üçin “3D / Tolkun” şablony göz öňüme getirdim: iň kiçi komponentleriň ýerleşýän ýeri has inçe we tok zynjyrynyň ýerleşýän ýerinde has galyň.
Häzirki wagtda SMT komponentleri gaty az, öz CPU-ny dizaýn etmek we PCB-de çap etmek üçin hakyky diskret komponentleri (74xx we beýleki zibil däl) ulanyp bilersiňiz. Ony LED bilen sepiň, hakyky wagtda işleýändigini görüp bilersiňiz.
Yllaryň dowamynda çylşyrymly we kiçi komponentleriň çalt ösmegine ýokary baha berýärin. Uly ösüş berýär, ýöne şol bir wagtyň özünde prototipiň gaýtalanma prosesine täze çylşyrymlylyk derejesini goşýar.
Analog zynjyrlaryň sazlanylyşy we simulýasiýa tizligi, laboratoriýada edişiňizden has çalt. Sanly zynjyrlaryň ýygylygy ýokarlanansoň, PCB ýygnagyň bir bölegine öwrülýär. Mysal üçin, geçiriji liniýanyň täsirleri, köpelmegi gijikdirilýär. Islendik öňdebaryjy tehnologiýanyň prototipi, laboratoriýada düzediş girizmek däl-de, dizaýny dogry ýerine ýetirmek üçin has gowy sarp edilýär.
Hobbi zatlaryna gelsek, baha bermek. Zynjyr tagtalary we modullar kiçelýän komponentleriň we synagdan öňki modullaryň çözgüdi.
Bu zatlaryň “gyzykly” ýitmegine sebäp bolup biler, ýöne meniň pikirimçe, taslamaňyzyň ilkinji gezek işlemegi iş ýa-da güýmenje sebäpli has manyly bolup biler.
Käbir dizaýnlary deşikden SMD-e öwürdim. Has arzan önüm öndüriň, ýöne el bilen prototipleri gurmak gyzykly däl. Bir kiçijik ýalňyşlyk: “parallel ýer” “parallel plastinka” hökmünde okalmalydyr.
No.ok. Ulgam ýeňenden soň, arheologlar henizem tapylan netijeler bilen bulaşarlar. Kim bilýär, belki 23-nji asyrda Planetalar bileleşigi täze ulgam kabul eder…
Men has köp ylalaşyp bilmedim. 0603 ululygy näçe? Elbetde, 0603-ni imperiýanyň ululygy hökmünde saklamak we 0603 ölçeg ölçegini 0604 (ýa-da 0602) “jaň etmek” tehniki taýdan nädogry bolsa-da (ýagny: hakyky gabat gelýän ululyk beýle däl). Gaty), ýöne iň bolmanda her kim haýsy tehnologiýa hakda gürleşýändigiňizi biler (metrik / imperiýa)!
"Umuman aýdanyňda, rezistorlar, kondensatorlar we induktorlar ýaly passiw komponentler kiçeldilse gowulaşmaz."