warta

Panginten saatos hukum Ohm, hukum anu paling kasohor kadua dina éléktronika nyaéta hukum Moore: Jumlah transistor anu tiasa diproduksi dina sirkuit terpadu dua kali unggal dua taun atanapi langkung. Kusabab ukuran fisik chip tetep kasarna sarua, ieu ngandung harti yén transistor individu bakal jadi leutik kana waktu. Kami parantos ngarepkeun generasi anyar chip kalayan ukuran fitur anu langkung alit bakal muncul dina laju normal, tapi naon gunana pikeun ngajantenkeun hal-hal anu langkung alit? Naha langkung alit hartosna langkung saé?
Dina abad kaliwat, rékayasa éléktronik geus nyieun kamajuan rongkah. Dina taun 1920-an, radio AM anu paling canggih diwangun ku sababaraha tabung vakum, sababaraha induktor ageung, kapasitor sareng résistor, puluhan méter kawat anu dianggo salaku anteneu, sareng sakumpulan batré anu ageung pikeun kakuatan sadaya alat. Ayeuna, anjeun tiasa ngadangukeun langkung ti belasan jasa streaming musik dina alat dina saku anjeun, sareng anjeun tiasa ngalakukeun langkung seueur. Tapi miniaturisasi sanés ngan ukur pikeun portabilitas: éta leres pisan pikeun ngahontal prestasi anu kami ngarepkeun tina alat kami ayeuna.
Hiji kauntungan anu jelas tina komponén anu langkung alit nyaéta ngamungkinkeun anjeun ngalebetkeun langkung seueur fungsionalitas dina volume anu sami. Ieu hususna penting pikeun sirkuit digital: langkung komponén hartosna anjeun tiasa ngalakukeun langkung seueur ngolah dina waktos anu sami. Salaku conto, dina téori, jumlah inpormasi anu diolah ku prosésor 64-bit nyaéta dalapan kali lipat tina CPU 8-bit anu dijalankeun dina frékuénsi jam anu sami. Tapi ogé merlukeun dalapan kali saloba komponén: registers, adders, beus, jsb sadayana dalapan kali leuwih badag. Janten anjeun peryogi chip anu dalapan kali langkung ageung, atanapi anjeun peryogi transistor anu dalapan kali langkung alit.
Sami bener keur chip memori: Ku nyieun transistor leutik, Anjeun gaduh leuwih spasi gudang dina volume sarua. Piksel dina sabagéan ageung tampilan ayeuna didamel tina transistor pilem ipis, janten masuk akal pikeun ngirangan ukuranana sareng ngahontal résolusi anu langkung luhur. Sanajan kitu, nu leuwih leutik transistor, nu hadé, sarta aya alesan krusial sejen: kinerja maranéhanana geus greatly ningkat. Tapi naha persisna?
Iraha waé anjeun ngadamel transistor, éta bakal nyayogikeun sababaraha komponén tambahan gratis. Unggal terminal ngabogaan résistor dina runtuyan. Sakur objék anu mawa arus ogé boga induktansi diri. Tungtungna, aya hiji kapasitansi antara sagala dua konduktor nyanghareup silih. Sadaya épék ieu meakeun kakuatan sareng ngalambatkeun laju transistor. Kapasitansi parasit utamana nyusahkeun: transistor kedah dieusi sareng discharged unggal waktos dihurungkeun atanapi pareum, anu peryogi waktos sareng arus tina catu daya.
Kapasitansi antara dua konduktor mangrupikeun fungsi tina ukuran fisikna: ukuran anu langkung alit hartosna kapasitansi anu langkung alit. Sareng kusabab kapasitor anu langkung alit hartosna kecepatan anu langkung luhur sareng kakuatan anu langkung handap, transistor anu langkung alit tiasa dijalankeun dina frékuénsi jam anu langkung luhur sareng ngaleungitkeun panas anu langkung handap dina ngalakukeunana.
Nalika anjeun ngaleutikan ukuran transistor, kapasitansi sanés ngan ukur pangaruh anu robih: aya seueur épék mékanis kuantum aneh anu henteu écés pikeun alat anu langkung ageung. Nanging, sacara umum, ngajantenkeun transistor langkung alit bakal ngajantenkeunana langkung gancang. Tapi produk éléktronik leuwih ti ngan transistor. Lamun anjeun skala handap komponén séjén, kumaha maranéhna ngalakukeun?
Sacara umum, komponén pasip sapertos résistor, kapasitor, sareng induktor moal langkung saé nalika langkung alit: ku sababaraha cara, aranjeunna bakal parah. Ku alatan éta, miniaturization komponén ieu utamana bisa niiskeun kana volume leutik, kukituna nyimpen spasi PCB.
Ukuran résistor bisa ngurangan tanpa ngabalukarkeun teuing leungitna. Résistansi sapotong bahan dirumuskeun ku, dimana l nyaéta panjangna, A nyaéta luas penampang, sareng ρ nyaéta résistansi bahan. Anjeun saukur tiasa ngurangan panjang sarta cross-bagian, sarta mungkas nepi ka résistor fisik leutik, tapi tetep mibanda lalawanan sarua. Hiji-hijina kalemahan nyaéta nalika ngaleungitkeun kakuatan anu sami, résistor anu langkung alit sacara fisik bakal ngahasilkeun langkung panas tibatan résistor anu langkung ageung. Ku alatan éta, résistor leutik ngan bisa dipaké dina sirkuit low-daya. Tabel ieu nunjukkeun kumaha rating kakuatan maksimum résistor SMD turun nalika ukuranana turun.
Kiwari, résistor pangleutikna anu anjeun tiasa mésér nyaéta ukuran métrik 03015 (0,3 mm x 0,15 mm). Daya anu dipeunteunna ngan ukur 20 mW sareng ngan dianggo pikeun sirkuit anu ngabubarkeun kakuatan sakedik pisan sareng ukuranana kawates pisan. A metrik leutik 0201 pakét (0,2 mm x 0,1 mm) geus dileupaskeun, tapi teu acan geus nempatkeun kana produksi. Tapi sanaos aranjeunna muncul dina katalog produsén, ulah ngarep-ngarep aranjeunna aya dimana-mana: seueur robot anu milih sareng nempatkeun henteu cukup akurat pikeun nangananana, janten aranjeunna tetep janten produk khusus.
Kapasitor ogé bisa diskalakeun handap, tapi ieu bakal ngurangan capacitance maranéhanana. Rumus pikeun ngitung kapasitansi kapasitor shunt nyaéta, dimana A nyaéta luas papan, d nyaéta jarak antara aranjeunna, sareng ε nyaéta konstanta diéléktrik (milik bahan panengah). Mun kapasitor (dasarna alat datar) ieu miniaturized, wewengkon kudu ngurangan, kukituna ngurangan capacitance nu. Lamun masih hoyong pak loba nafara dina volume leutik, hijina pilihan pikeun tumpukan sababaraha lapisan babarengan. Alatan kamajuan dina bahan jeung manufaktur, nu ogé geus nyieun film ipis (d leutik) jeung diéléktrik husus (kalawan ε gedé) mungkin, ukuran kapasitor geus shrunk nyata dina sababaraha dekade kaliwat.
Kapasitor pangleutikna sadia kiwari aya dina pakét ultra-leutik métrik 0201: ngan 0,25 mm x 0,125 mm. capacitance maranéhanana diwatesan ka masih mangpaat 100 nF, jeung tegangan operasi maksimum nyaéta 6,3 V. Ogé, bungkusan ieu pisan leutik sarta merlukeun parabot canggih pikeun nanganan aranjeunna, ngawatesan nyoko nyebar maranéhanana.
Pikeun induktor, caritana rada rumit. Induktansi tina coil lempeng dirumuskeun ku, dimana N nyaéta jumlah péngkolan, A nyaéta aréa cross-sectional coil, l nyaéta panjangna, sarta μ nyaéta konstanta bahan (perméabilitas). Lamun sakabeh dimensi diréduksi ku satengah, induktansi ogé bakal ngurangan ku satengah. Sanajan kitu, résistansi kawat tetep sarua: ieu kusabab panjang sarta cross-bagian kawat diréduksi jadi saparapat tina nilai aslina. Ieu ngandung harti yén anjeun mungkas nepi ka lalawanan sarua dina satengah tina induktansi nu, jadi Anjeun ngurangan kualitas (Q) faktor coil nu.
The induktor diskrit pangleutikna sadia komersil adopts ukuran inci 01005 (0,4 mm x 0,2 mm). Ieu saluhur 56 nH sarta boga lalawanan sababaraha ohm. Induktor dina pakét métrik ultra-leutik 0201 dileupaskeun dina 2014, tapi katingalina aranjeunna henteu pernah diwanohkeun ka pasar.
Watesan fisik induktor geus direngsekeun ku ngagunakeun fenomena disebut induktansi dinamis, nu bisa dititénan dina coils dijieunna tina graphene. Tapi sanajan kitu, lamun bisa dijieun ku cara komersil giat, éta bisa ngaronjat ku 50%. Tungtungna, coil teu bisa miniaturized ogé. Nanging, upami sirkuit anjeun beroperasi dina frékuénsi luhur, ieu sanés janten masalah. Lamun sinyal anjeun dina rentang GHz, sababaraha coils nH biasana cukup.
Ieu mawa urang kana hal séjén anu geus miniaturized dina abad kaliwat tapi anjeun bisa jadi teu langsung perhatikeun: panjang gelombang kami nganggo pikeun komunikasi. Siaran radio awal ngagunakeun frékuénsi AM gelombang sedeng kira-kira 1 MHz kalayan panjang gelombang kira-kira 300 méter. Pita frékuénsi FM anu dipuseurkeun dina 100 MHz atanapi 3 méter janten populer sakitar taun 1960-an, sareng ayeuna urang utamina ngagunakeun komunikasi 4G sakitar 1 atanapi 2 GHz (sakitar 20 cm). Frékuénsi anu langkung luhur hartosna langkung seueur kapasitas pangiriman inpormasi. Kusabab miniaturisasi urang gaduh radio anu murah, dipercaya sareng hemat energi anu tiasa dianggo dina frekuensi ieu.
Ngaleutikan panjang gelombang tiasa ngaleutikan anteneu sabab ukuranana langsung aya hubunganana sareng frékuénsi anu diperyogikeun pikeun ngirimkeun atanapi nampi. Telepon sélulér ayeuna henteu peryogi anteneu protruding anu panjang, hatur nuhun kana komunikasi khususna dina frekuensi GHz, anu anteneu ngan ukur kedah panjangna sakitar hiji séntiméter. Ieu sababna kalolobaan telepon sélulér anu masih ngandung panarima FM meryogikeun anjeun nyolokkeun earphone sateuacan dianggo: radio kedah nganggo kawat earphone salaku anteneu supados nampi kakuatan sinyal anu cekap tina gelombang panjang saméter.
Sedengkeun pikeun sirkuit disambungkeun ka anteneu miniatur urang, nalika aranjeunna leutik, maranéhna sabenerna jadi gampang nyieun. Ieu sanés ngan ukur kusabab transistor parantos langkung gancang, tapi ogé kusabab épék jalur transmisi henteu janten masalah. Pondokna, nalika panjang kawat ngaleuwihan hiji-kasapuluh tina panjang gelombang, Anjeun kudu mertimbangkeun shift fase sapanjang panjang na nalika ngarancang sirkuit. Dina 2,4 GHz, ieu ngandung harti yén ngan hiji séntiméter kawat geus mangaruhan sirkuit anjeun; mun anjeun solder komponén diskrit babarengan, éta nyeri sirah, tapi lamun iklas kaluar sirkuit dina sababaraha milimeter pasagi, teu masalah.
Ngaramal pupusna Hukum Moore, atanapi nunjukkeun yén prediksi ieu salah deui sareng deui, parantos janten téma anu ngulang dina jurnalisme sains sareng téknologi. Kanyataan tetep yén Intel, Samsung, sarta TSMC, tilu pesaing anu masih di forefront game, terus niiskeun leuwih fitur per mikrométer pasagi, sarta rencanana pikeun ngawanohkeun sababaraha generasi chip ningkat dina mangsa nu bakal datang. Sanaos kamajuan anu aranjeunna dilakukeun dina unggal léngkah tiasa henteu langkung ageung sapertos dua dekade ka pengker, miniaturisasi transistor diteruskeun.
Nanging, pikeun komponén diskrit, sigana urang parantos ngahontal wates anu alami: ngajantenkeun aranjeunna langkung alit henteu ningkatkeun kinerjana, sareng komponén pangleutikna anu ayeuna sayogi langkung alit tibatan anu dibutuhkeun pikeun kalolobaan kasus. Sigana mah teu aya Hukum Moore pikeun alat diskrit, tapi upami aya Hukum Moore, urang bakal resep ningali sabaraha hiji jalma tiasa nyorong tantangan soldering SMD.
Kuring geus salawasna hayang nyandak gambar hiji résistor PTH I dipaké dina 1970s, sarta nempatkeun hiji résistor SMD dinya, kawas Kuring keur swapping / kaluar ayeuna. Tujuanana mah sangkan dulur-dulur (euweuh sahiji produk éléktronik) sabaraha robah, kaasup kuring malah bisa ningali bagian tina karya kuring, (sakumaha panon kuring beuki parah, leungeun kuring beuki ngageter).
Kuring resep ngomong, éta babarengan atawa henteu. Hate pisan "ningkatkeun, janten langkung saé." Kadang-kadang perenah anjeun tiasa dianggo saé, tapi anjeun henteu tiasa deui kéngingkeun bagian. Naon sih éta? . Hiji konsép alus mangrupakeun konsép alus, tur éta hadé pikeun tetep sakumaha anu kasebut, tinimbang ningkatkeun eta tanpa alesan. Gantt
"Kanyataan tetep yén tilu pausahaan Intel, Samsung sarta TSMC masih bersaing di forefront kaulinan ieu, terus squeezing kaluar leuwih fitur per mikrométer pasagi,"
Komponén éléktronik ageung sareng mahal. Dina 1971, kulawarga rata-rata ngan ukur sababaraha radio, stereo sareng TV. Taun 1976, komputer, kalkulator, jam digital sareng arloji parantos kaluar, anu alit sareng murah pikeun konsumén.
Sababaraha miniaturisasi asalna tina desain. amplifier operasional ngamungkinkeun pamakéan gyrators, nu bisa ngaganti induktor badag dina sababaraha kasus. Saringan aktip ogé ngaleungitkeun induktor.
Komponén anu langkung ageung ngamajukeun hal-hal sanés: ngaminimalkeun sirkuit, nyaéta, nyobian nganggo komponén pangsaeutikna pikeun ngajantenkeun sirkuit. Kiwari, urang teu paduli pisan. Butuh hal pikeun ngabalikeun sinyal? Candak amplifier operasional. Naha anjeun peryogi mesin kaayaan? Candak mpu. jsb komponén kiwari téh bener leutik, tapi aya sabenerna loba komponén di jero. Janten dasarna ukuran sirkuit anjeun ningkat sareng konsumsi kakuatan ningkat. Transistor anu dipaké pikeun ngabalikeun sinyal ngagunakeun kakuatan anu kirang pikeun ngalaksanakeun padamelan anu sami tibatan panguat operasional. Tapi lajeng deui, miniaturization bakal ngurus pamakéan kakuatan. Ngan yén inovasi parantos ka arah anu béda.
Anjeun bener sono sababaraha kauntungan pangbadagna / alesan ukuran ngurangan: ngurangan pakét parasitics jeung ngaronjat penanganan kakuatan (nu sigana counterintuitive).
Tina sudut pandang praktis, nalika ukuran fitur ngahontal kira-kira 0.25u, anjeun bakal ngahontal tingkat GHz, dina waktos éta paket SOP ageung mimiti ngahasilkeun pangaruh * panggedéna. Kawat beungkeutan anu panjang sareng anu ngawujud antukna bakal maéhan anjeun.
Dina titik ieu, bungkusan QFN/BGA geus greatly ningkat dina hal kinerja. Salaku tambahan, nalika anjeun pasang pakét datar sapertos kieu, anjeun bakal nampi * nyata * kinerja termal anu langkung saé sareng bantalan anu kakeunaan.
Salaku tambahan, Intel, Samsung, sareng TSMC pasti bakal maénkeun peran anu penting, tapi ASML tiasa langkung penting dina daptar ieu. Tangtosna, ieu panginten henteu dilarapkeun kana sora pasip…
Éta sanés ngan ukur ngirangan biaya silikon ngalangkungan titik prosés generasi salajengna. Hal-hal sanés, sapertos kantong. Bungkusan anu langkung alit meryogikeun kirang bahan sareng wcsp atanapi malah kirang. Bungkusan anu langkung alit, PCB atanapi modul anu langkung alit, jsb.
Kuring sering ningali sababaraha produk katalog, dimana hiji-hijina faktor nyetir nyaéta pangurangan biaya. MHz / ukuran memori sarua, fungsi SOC jeung susunan pin sarua. Urang tiasa nganggo téknologi anyar pikeun ngirangan pamakean listrik (biasana ieu sanés gratis, janten kedah aya sababaraha kaunggulan kalapa anu dipasihkeun ku konsumén)
Salah sahiji kaunggulan komponén badag nyaéta bahan anti radiasi. Transistor leutik leuwih rentan ka efek sinar kosmik, dina kaayaan penting ieu. Contona, dina spasi malah observatorium luhur-luhurna.
Kuring teu ningali alesan utama pikeun kanaékan speed. Laju sinyal kira-kira 8 inci per nanodetik. Ku kituna ngan ku ngurangan ukuranana, chip leuwih gancang mungkin.
Anjeun meureun hoyong pariksa matematik anjeun sorangan ku ngitung bédana dina rambatan reureuh alatan parobahan bungkusan jeung ngurangan siklus (1/frékuénsi). Maksudna pikeun ngurangan reureuh/periode fraksi. Anjeun bakal manggihan yén éta malah teu némbongkeun up salaku faktor rounding.
Hiji hal Abdi hoyong tambahkeun éta loba ICs, utamana desain heubeul jeung chip analog, teu sabenerna downsized, sahenteuna internal. Alatan perbaikan dina manufaktur otomatis, bungkusan geus jadi leutik, tapi éta alatan pakét DIP biasana mibanda loba spasi sésana di jero, teu sabab transistor jsb geus jadi leutik.
Salian masalah nyieun robot cukup akurat pikeun sabenerna nanganan komponén leutik dina-speed tinggi pick-na-tempat aplikasi, masalah sejen reliably las komponén leutik. Utamana nalika anjeun masih peryogi komponén anu langkung ageung kusabab syarat kakuatan / kapasitas. Ngagunakeun némpelkeun solder husus, témplat témpél hambalan solder husus (larapkeun jumlah leutik némpelkeun solder mana diperlukeun, tapi masih nyadiakeun némpelkeun solder cukup pikeun komponén badag) mimiti jadi pisan mahal. Janten kuring pikir aya dataran, sareng miniaturisasi salajengna dina tingkat papan sirkuit ngan ukur cara anu mahal sareng tiasa. Dina titik ieu, anjeun ogé tiasa ngalakukeun langkung integrasi dina tingkat wafer silikon sareng nyederhanakeun jumlah komponén diskrit ka minimum mutlak.
Anjeun bakal ningali ieu dina telepon anjeun. Kira-kira taun 1995, kuring ngagaleuh sababaraha telepon sélulér mimiti dina penjualan garasi pikeun sababaraha dolar masing-masing. Paling ICs ngaliwatan-liang. Recognizable CPU jeung NE570 compander, IC reusable badag.
Saterusna kuring réngsé nepi ka sababaraha telepon handheld diropéa. Aya saeutik pisan komponén tur ampir euweuh akrab. Dina sajumlah leutik ICs, teu ukur dénsitas luhur, tapi ogé desain anyar (tingali SDR) diadopsi, nu eliminates lolobana komponén diskrit nu saméméhna indispensable.
> (Larapkeun jumlah leutik némpelkeun solder dimana diperlukeun, tapi masih nyadiakeun cukup némpelkeun solder pikeun komponén badag)
Hei, Kuring imagined "3D / Gelombang" template pikeun ngajawab masalah ieu: thinner mana komponén pangleutikna, sarta kandel mana sirkuit kakuatan.
Ayeuna, komponén SMT leutik pisan, anjeun tiasa nganggo komponén diskrit nyata (teu 74xx sareng sampah sanésna) pikeun ngarancang CPU anjeun nyalira sareng nyitak dina PCB. Sprinkle eta kalawan LED, anjeun tiasa ningali eta jalan sacara real waktos.
Leuwih taun, kuring pasti ngahargaan ngembangkeun gancang komponén kompléks jeung leutik. Aranjeunna nyadiakeun kamajuan tremendous, tapi dina waktos anu sareng aranjeunna nambahkeun tingkat anyar pajeulitna kana prosés iterative of prototyping.
Laju adjustment sareng simulasi sirkuit analog langkung gancang tibatan anu anjeun lakukeun di laboratorium. Nalika frékuénsi sirkuit digital naék, PCB janten bagian tina rakitan. Contona, épék jalur transmisi, rambatan reureuh. Prototyping tina sagala téknologi canggih téh pangalusna spent dina ngalengkepan desain bener, tinimbang nyieun pangaluyuan di laboratorium.
Sedengkeun pikeun barang hobi, evaluasi. Papan sirkuit sareng modul mangrupikeun solusi pikeun ngaleutikan komponén sareng modul pre-testing.
Ieu tiasa ngajantenkeun hal-hal "kasenangan", tapi kuring nyangka yén proyék anjeun tiasa dianggo pikeun pertama kalina tiasa langkung bermakna kusabab padamelan atanapi hobi.
Kuring geus ngarobah sababaraha desain ti ngaliwatan-liang mun SMD. Jieun produk anu langkung mirah, tapi henteu pikaresepeun pikeun ngawangun prototipe ku leungeun. Hiji kasalahan leutik: "tempat paralel" kudu dibaca salaku "pelat paralel".
No. Saatos sistem meunang, arkeolog masih bakal bingung ku papanggihan na. Saha anu terang, panginten dina abad ka-23, Planetary Alliance bakal ngadopsi sistem énggal…
Kuring teu bisa satuju deui. Naon ukuran 0603? Tangtosna, ngajaga 0603 salaku ukuran kaisar sareng "nelepon" ukuran métrik 0603 0604 (atanapi 0602) henteu sesah, sanaos sacara téknisna lepat (nyaéta: ukuran anu cocog-saleresna henteu sapertos kitu). Ketat), tapi sahenteuna sadayana bakal terang naon téknologi anu anjeun nyarioskeun (métrik / imperial)!
"Sacara umum, komponén pasip sapertos résistor, kapasitor, sareng induktor moal langkung saé upami anjeun ngajantenkeunana langkung alit."