소식

아마도 옴의 법칙 다음으로 전자공학에서 두 번째로 유명한 법칙은 무어의 법칙일 것입니다. 집적 회로에서 제조할 수 있는 트랜지스터의 수는 약 2년마다 두 배로 늘어납니다. 칩의 물리적 크기는 거의 동일하게 유지되므로 이는 시간이 지남에 따라 개별 트랜지스터가 더 작아진다는 것을 의미합니다. 우리는 더 작은 피처 크기를 가진 차세대 칩이 정상적인 속도로 나타날 것으로 기대하기 시작했습니다. 하지만 더 작게 만드는 것이 무슨 의미가 있습니까? 작을수록 항상 더 좋다는 뜻인가요?
지난 세기 동안 전자 공학은 엄청난 발전을 이루었습니다. 1920년대에 가장 발전된 AM 라디오는 여러 개의 진공관, 여러 개의 거대한 인덕터, 커패시터 및 저항기, 안테나로 사용되는 수십 미터의 전선, 전체 장치에 전력을 공급하는 대규모 배터리 세트로 구성되었습니다. 이제 주머니에 있는 장치에서 12개 이상의 음악 스트리밍 서비스를 듣고 더 많은 작업을 수행할 수 있습니다. 그러나 소형화는 단지 휴대성을 위한 것이 아닙니다. 오늘날 우리가 기대하는 장치의 성능을 달성하려면 반드시 필요합니다.
더 작은 구성 요소의 분명한 이점 중 하나는 동일한 볼륨에 더 많은 기능을 포함할 수 있다는 것입니다. 이는 디지털 회로에 특히 중요합니다. 구성 요소가 많을수록 동일한 시간에 더 많은 처리를 수행할 수 있다는 의미입니다. 예를 들어, 이론적으로 64비트 프로세서가 처리하는 정보의 양은 동일한 클럭 주파수에서 실행되는 8비트 CPU의 8배입니다. 그러나 이는 또한 8배 더 많은 구성 요소를 필요로 합니다. 레지스터, 가산기, 버스 등은 모두 8배 더 큽니다. 따라서 8배 더 큰 칩이 필요하거나 8배 더 작은 트랜지스터가 필요합니다.
메모리 칩의 경우에도 마찬가지입니다. 트랜지스터를 더 작게 만들면 같은 볼륨에 더 많은 저장 공간을 확보할 수 있습니다. 오늘날 대부분의 디스플레이에 사용되는 픽셀은 박막 트랜지스터로 만들어지므로 크기를 줄이고 더 높은 해상도를 달성하는 것이 합리적입니다. 그러나 트랜지스터는 작을수록 좋지만, 또 다른 결정적인 이유는 성능이 크게 향상된다는 점이다. 그런데 정확히 왜요?
트랜지스터를 만들 때마다 몇 가지 추가 구성 요소가 무료로 제공됩니다. 각 터미널에는 저항이 직렬로 연결되어 있습니다. 전류를 전달하는 모든 물체에는 자체 인덕턴스가 있습니다. 마지막으로, 서로 마주보는 두 도체 사이에는 정전용량이 있습니다. 이러한 모든 효과는 전력을 소비하고 트랜지스터의 속도를 저하시킵니다. 기생 용량은 특히 문제가 됩니다. 트랜지스터를 켜거나 끌 때마다 트랜지스터를 충전하고 방전해야 하므로 전원 공급 장치의 시간과 전류가 필요합니다.
두 도체 사이의 정전 용량은 물리적 크기에 따라 달라집니다. 크기가 작을수록 정전 용량도 작아집니다. 그리고 더 작은 커패시터는 더 빠른 속도와 더 낮은 전력을 의미하므로 더 작은 트랜지스터는 더 높은 클록 주파수에서 작동할 수 있으며 이를 통해 더 적은 열을 발산할 수 있습니다.
트랜지스터의 크기를 줄이면 커패시턴스가 변화하는 유일한 효과는 아닙니다. 더 큰 장치에서는 명확하지 않은 이상한 양자 역학적 효과가 많이 있습니다. 그러나 일반적으로 트랜지스터를 작게 만들면 속도가 빨라집니다. 그러나 전자 제품은 단순한 트랜지스터 그 이상입니다. 다른 구성요소를 축소하면 어떤 성능을 발휘하나요?
일반적으로 저항기, 커패시터, 인덕터와 같은 수동 부품은 크기가 작아진다고 좋아지는 것이 아니라 여러 면에서 나빠집니다. 따라서 이러한 부품의 소형화는 주로 부품을 더 작은 부피로 압축하여 PCB 공간을 절약할 수 있도록 하는 것입니다.
큰 손실을 초래하지 않고 저항의 크기를 줄일 수 있습니다. 재료 조각의 저항은 다음과 같이 지정됩니다. 여기서 l은 길이, A는 단면적, ρ는 재료의 저항률입니다. 간단히 길이와 단면적을 줄이면 물리적으로 더 작은 저항을 갖게 되지만 여전히 동일한 저항을 갖게 됩니다. 유일한 단점은 동일한 전력을 소비할 때 물리적으로 작은 저항이 큰 저항보다 더 많은 열을 발생시킨다는 것입니다. 따라서 작은 저항은 저전력 회로에만 사용할 수 있습니다. 이 표는 크기가 감소함에 따라 SMD 저항기의 최대 정격 전력이 어떻게 감소하는지 보여줍니다.
현재 구입할 수 있는 가장 작은 저항기는 미터법 03015 크기(0.3mm x 0.15mm)입니다. 정격 전력은 20mW에 불과하며 전력 소비가 매우 적고 크기가 극도로 제한된 회로에만 사용됩니다. 더 작은 미터법 0201 패키지(0.2mm x 0.1mm)가 출시되었지만 아직 생산되지는 않았습니다. 그러나 제조업체의 카탈로그에 나타나더라도 모든 곳에 있을 것이라고 기대하지 마십시오. 대부분의 픽 앤 플레이스 로봇은 이를 처리할 만큼 정확하지 않으므로 여전히 틈새 제품일 수 있습니다.
커패시터의 크기를 줄일 수도 있지만 이렇게 하면 정전용량이 감소합니다. 션트 커패시터의 커패시턴스를 계산하는 공식은 다음과 같습니다. 여기서 A는 보드의 면적, d는 보드 사이의 거리, ε는 유전 상수(중간 재료의 특성)입니다. 커패시터(기본적으로 평면소자)를 소형화하려면 면적을 줄여야 하므로 정전용량도 작아져야 한다. 그래도 많은 양의 나파라를 작은 부피로 포장하고 싶다면 여러 겹을 쌓아두는 방법밖에 없습니다. 얇은 필름(작은 d)과 특수 유전체(더 큰 ε)를 가능하게 하는 재료 및 제조의 발전으로 인해 지난 수십 년 동안 커패시터의 크기가 크게 줄어들었습니다.
현재 사용 가능한 가장 작은 커패시터는 0.25mm x 0.125mm에 불과한 초소형 미터법 0201 패키지입니다. 정전 용량은 여전히 ​​유용한 100nF로 제한되며 최대 작동 전압은 6.3V입니다. 또한 이러한 패키지는 매우 작고 이를 처리하려면 고급 장비가 필요하므로 광범위한 채택이 제한됩니다.
인덕터의 경우 이야기가 약간 까다롭습니다. 직선 코일의 인덕턴스는 다음과 같이 주어진다. 여기서 N은 감은 수, A는 코일의 단면적, l은 길이, μ는 재료 상수(투자율)이다. 모든 치수가 절반으로 줄어들면 인덕턴스도 절반으로 줄어듭니다. 그러나 와이어의 저항은 동일하게 유지됩니다. 이는 와이어의 길이와 단면이 원래 값의 1/4로 줄어들기 때문입니다. 이는 인덕턴스의 절반에서 동일한 저항이 발생하므로 코일의 품질(Q) 계수가 절반으로 줄어든다는 의미입니다.
시중에서 판매되는 가장 작은 개별 인덕터는 인치 크기 01005(0.4mm x 0.2mm)를 채택합니다. 이는 56nH만큼 높으며 저항은 몇 옴입니다. 초소형 미터법 0201 패키지의 인덕터는 2014년에 출시되었지만 시장에 출시된 적은 없는 것으로 보입니다.
그래핀으로 만든 코일에서 볼 수 있는 동적 인덕턴스(Dynamic Inductance)라는 현상을 이용해 인덕터의 물리적 한계를 해결했다. 하지만 그렇다고 하더라도 상업적으로 실행 가능한 방식으로 제조할 수 있다면 50% 정도 증가할 수 있습니다. 마지막으로 코일의 소형화가 잘 이루어지지 않습니다. 그러나 회로가 고주파수에서 작동하는 경우 이것이 반드시 문제가 되는 것은 아닙니다. 신호가 GHz 범위에 있는 경우 일반적으로 몇 개의 nH 코일이면 충분합니다.
이것은 지난 세기에 소형화되었지만 즉시 알아채지 못할 수도 있는 또 다른 사실, 즉 우리가 통신에 사용하는 파장을 제시합니다. 초기 라디오 방송은 약 1MHz의 중파 AM 주파수와 약 300m의 파장을 사용했습니다. 100MHz, 즉 3m를 중심으로 한 FM 주파수 대역은 1960년대쯤 대중화되었고, 오늘날 우리는 1~2GHz(약 20cm) 정도의 4G 통신을 주로 사용하고 있습니다. 주파수가 높을수록 더 많은 정보 전송 용량을 의미합니다. 이러한 주파수에서 작동하는 저렴하고 안정적이며 에너지 절약형 라디오를 보유하게 된 것은 소형화 때문입니다.
파장이 줄어들면 안테나 크기가 전송 또는 수신에 필요한 주파수와 직접적으로 관련되므로 안테나가 줄어들 수 있습니다. 오늘날의 휴대폰에는 GHz 주파수 전용 통신 덕분에 길게 돌출된 안테나가 필요하지 않습니다. 안테나 길이는 약 1cm이면 됩니다. 이것이 바로 FM 수신기가 포함된 대부분의 휴대폰이 사용하기 전에 이어폰을 연결하도록 요구하는 이유입니다. 라디오는 1미터 장파로부터 충분한 신호 강도를 얻기 위해 이어폰 와이어를 안테나로 사용해야 합니다.
소형 안테나에 연결된 회로는 크기가 작을수록 실제로 만들기가 더 쉬워집니다. 이는 트랜지스터가 더 빨라졌을 뿐만 아니라 전송선 효과가 더 이상 문제가 되지 않기 때문입니다. 즉, 전선의 길이가 파장의 1/10을 초과하는 경우 회로를 설계할 때 길이에 따른 위상 변화를 고려해야 합니다. 2.4GHz에서는 1cm의 전선만이 회로에 영향을 미쳤음을 의미합니다. 개별 부품을 함께 납땜하면 골치가 아프지만 몇 제곱밀리미터 단위로 회로를 배치하면 문제가 되지 않습니다.
무어의 법칙이 소멸될 것을 예측하거나 이러한 예측이 계속해서 틀렸다는 것을 보여주는 것은 과학 및 기술 저널리즘에서 반복되는 주제가 되었습니다. 여전히 게임의 선두에 있는 세 경쟁사인 Intel, Samsung, TSMC는 계속해서 제곱 마이크로미터당 더 많은 기능을 압축하고 있으며 앞으로 여러 세대에 걸쳐 개선된 칩을 선보일 계획이라는 사실은 여전히 ​​남아 있습니다. 비록 각 단계의 발전이 20년 전만큼 크지는 않더라도 트랜지스터의 소형화는 계속되고 있습니다.
그러나 개별 구성 요소의 경우 자연스러운 한계에 도달한 것 같습니다. 더 작게 만들어도 성능이 향상되지 않으며 현재 사용 가능한 가장 작은 구성 요소는 대부분의 사용 사례에서 요구하는 것보다 작습니다. 개별 장치에는 무어의 법칙이 없는 것 같습니다. 그러나 무어의 법칙이 있다면 한 사람이 SMD 납땜 과제를 얼마나 추진할 수 있는지 보고 싶습니다.
저는 항상 1970년대에 사용했던 PTH 저항기의 사진을 찍고 지금 교체하는 것처럼 SMD 저항기를 그 위에 올려놓고 싶었습니다. 내 목표는 내 형제자매들(그들 중 전자제품은 아님)이 얼마나 많은 변화를 느끼게 하는 것인데, 내 작업의 일부도 볼 수 있게 하는 것까지 포함해서, (시력이 나빠질수록 손도 떨린다).
나는 말하고 싶습니다. 함께 있습니까? 나는 "개선하다, 나아지다"를 정말 싫어합니다. 레이아웃이 잘 작동하지만 더 이상 부품을 얻을 수 없는 경우도 있습니다. 그게 대체 뭐야? . 좋은 컨셉은 좋은 컨셉이고, 괜히 개선하기보다는 그대로 유지하는 것이 더 좋습니다. 간트
"인텔, 삼성, TSMC 세 회사가 여전히 이 게임의 선두에서 경쟁하며 평방 마이크로미터당 더 많은 기능을 끊임없이 짜내고 있다는 사실은 여전히 ​​남아 있습니다."
전자 부품은 크고 비싸다. 1971년에는 일반 가정에 라디오, 스테레오, TV가 몇 대밖에 없었습니다. 1976년에는 소비자에게 작고 저렴한 컴퓨터, 계산기, 디지털 시계 및 손목시계가 출시되었습니다.
일부 소형화는 디자인에서 비롯됩니다. 연산 증폭기를 사용하면 경우에 따라 대형 인덕터를 대체할 수 있는 자이레이터를 사용할 수 있습니다. 능동 필터는 인덕터도 제거합니다.
더 큰 구성 요소는 다른 것, 즉 회로 최소화, 즉 회로 작동을 위해 가장 적은 구성 요소를 사용하려고 시도하는 것을 촉진합니다. 오늘날 우리는 그다지 신경쓰지 않습니다. 신호를 반전시킬 무언가가 필요합니까? 연산 증폭기를 사용하십시오. 상태 머신이 필요합니까? MPU를 가져가세요. 오늘날의 구성 요소는 정말 작지만 내부에는 실제로 많은 구성 요소가 있습니다. 따라서 기본적으로 회로 크기가 증가하고 전력 소비가 증가합니다. 신호를 반전시키는 데 사용되는 트랜지스터는 연산 증폭기보다 동일한 작업을 수행하는 데 더 적은 전력을 사용합니다. 그러나 다시 소형화로 인해 전력 사용이 해결될 것입니다. 단지 혁신이 다른 방향으로 진행되었을 뿐입니다.
크기 감소의 가장 큰 이점/이유 중 일부인 패키지 기생 감소 및 전력 처리 증가(직관적이지 않은 것처럼 보임)를 실제로 놓쳤습니다.
실용적인 관점에서 볼 때 피처 크기가 약 0.25u에 도달하면 GHz 수준에 도달하게 되며 이때 대형 SOP 패키지가 가장 큰* 효과를 생성하기 시작합니다. 긴 본딩 와이어와 그 리드는 결국 당신을 죽일 것입니다.
현시점에서 QFN/BGA 패키지는 성능면에서 크게 향상되었습니다. 또한 패키지를 이와 같이 평평하게 장착하면 *현저히* 더 나은 열 성능과 노출된 패드를 얻을 수 있습니다.
또한 Intel, Samsung 및 TSMC가 확실히 중요한 역할을 하겠지만 이 목록에서는 ASML이 훨씬 더 중요할 수 있습니다. 물론 이것은 수동태에는 적용되지 않을 수도 있습니다…
차세대 프로세스 노드를 통해 실리콘 비용을 줄이는 것만이 아닙니다. 가방 등 기타 물건. 더 작은 패키지에는 더 적은 양의 재료와 wcsp가 필요합니다. 더 작은 패키지, 더 작은 PCB 또는 모듈 등
유일한 원동력이 비용 절감인 일부 카탈로그 제품을 자주 봅니다. MHz/메모리 크기는 동일하며, SOC 기능 및 핀 배열도 동일합니다. 우리는 전력 소비를 줄이기 위해 새로운 기술을 사용할 수 있습니다. (보통 이것은 무료가 아니므로 고객이 관심을 갖는 경쟁 우위가 있어야 합니다.)
대형 부품의 장점 중 하나는 방사선 차단 소재입니다. 이 중요한 상황에서 작은 트랜지스터는 우주선의 영향에 더 취약합니다. 예를 들어 우주와 심지어 고도가 높은 관측소에서도 마찬가지입니다.
속도가 증가하는 주요 이유는 보이지 않았습니다. 신호 속도는 나노초당 약 8인치입니다. 그래서 크기를 줄이는 것만으로도 더 빠른 칩이 가능합니다.
패키징 변경 및 감소된 주기(1/주파수)로 인한 전파 지연의 차이를 계산하여 자신의 수학을 확인할 수 있습니다. 팩션의 지연/기간을 줄이기 위함입니다. 반올림 요소로 표시되지도 않는다는 것을 알게 될 것입니다.
한 가지 추가하고 싶은 점은 많은 IC, 특히 구형 디자인과 아날로그 칩이 적어도 내부적으로는 실제로 소형화되지 않는다는 것입니다. 제조 자동화 기술의 발전으로 패키지가 작아졌는데, 이는 트랜지스터 등이 작아진 것이 아니라 DIP 패키지 내부에 남는 공간이 많기 때문이다.
고속 픽 앤 플레이스 응용 분야에서 작은 부품을 실제로 처리할 수 있을 만큼 로봇을 정확하게 만드는 문제 외에도 또 다른 문제는 작은 부품을 안정적으로 용접하는 것입니다. 특히 전력/용량 요구 사항으로 인해 더 큰 구성 요소가 필요한 경우에는 더욱 그렇습니다. 특수 솔더 페이스트를 사용하면 특수 단계 솔더 페이스트 템플릿(필요한 곳에 소량의 솔더 페이스트를 적용하지만 여전히 대형 부품에 충분한 솔더 페이스트를 제공)이 매우 비싸지기 시작했습니다. 따라서 저는 정체기가 있다고 생각하며, 회로 기판 수준에서 더욱 소형화하는 것은 비용이 많이 들고 실행 가능한 방법일 뿐입니다. 이 시점에서는 실리콘 웨이퍼 수준에서 더 많은 통합을 수행하고 개별 구성 요소 수를 최소한으로 단순화하는 것이 좋습니다.
휴대전화에서 이 내용을 볼 수 있습니다. 1995년경, 나는 차고 세일에서 개당 몇 달러에 초기 휴대폰 몇 대를 구입했습니다. 대부분의 IC는 스루홀입니다. 인식 가능한 CPU 및 NE570 컴팬더, 재사용 가능한 대형 IC.
그러다가 결국 업데이트된 휴대폰을 갖게 되었습니다. 구성 요소가 거의 없으며 친숙한 것도 거의 없습니다. 소수의 IC에서는 밀도가 더 높을 뿐만 아니라 이전에 없어서는 안 될 개별 부품을 대부분 제거하는 새로운 설계(SDR 참조)가 채택되었습니다.
> (필요한 경우 소량의 솔더 페이스트를 도포하되, 대형 부품에는 충분한 솔더 페이스트를 제공하십시오)
안녕하세요, 저는 이 문제를 해결하기 위해 "3D/Wave" 템플릿을 상상했습니다. 가장 작은 부품이 있는 곳은 더 얇고, 전원 회로가 있는 곳은 더 두껍습니다.
요즘 SMT 구성 요소는 매우 작습니다. 실제 개별 구성 요소(74xx 및 기타 쓰레기가 아님)를 사용하여 자체 CPU를 설계하고 PCB에 인쇄할 수 있습니다. LED를 뿌리면 실시간으로 작동하는 모습을 볼 수 있습니다.
수년에 걸쳐 복잡하고 작은 구성 요소의 급속한 개발에 확실히 감사드립니다. 이는 엄청난 발전을 제공하지만 동시에 프로토타이핑의 반복 프로세스에 새로운 수준의 복잡성을 추가합니다.
아날로그 회로의 조정 및 시뮬레이션 속도는 실험실에서 수행하는 것보다 훨씬 빠릅니다. 디지털 회로의 주파수가 높아짐에 따라 PCB는 어셈블리의 일부가 됩니다. 예를 들어 전송선 효과, 전파 지연 등이 있습니다. 최첨단 기술의 프로토타입 제작은 실험실에서 조정하는 것보다 디자인을 올바르게 완성하는 데 가장 적합합니다.
취미 아이템은 평가. 회로 기판 및 모듈은 부품 축소 및 모듈 사전 테스트를 위한 솔루션입니다.
이로 인해 '재미'가 떨어질 수도 있지만, 처음으로 프로젝트를 시작하는 것은 일이나 취미 때문에 더 의미가 있을 수도 있다고 생각합니다.
일부 설계를 스루홀에서 SMD로 변환해 왔습니다. 제품을 더 저렴하게 만들 수 있지만 시제품을 손으로 만드는 것은 재미가 없습니다. 한 가지 작은 실수: "평행 위치"는 "평행 판"으로 읽어야 합니다.
아니요. 시스템이 승리한 후에도 고고학자들은 그 발견으로 인해 여전히 혼란스러워할 것입니다. 어쩌면 23세기에 행성동맹이 새로운 시스템을 채택하게 될지 누가 알겠는가…
나는 더 이상 동의할 수 없었다. 0603의 크기는 얼마입니까? 물론, 0603을 영국식 크기로 유지하고 0603 미터법 크기를 0604(또는 0602)로 "호명"하는 것은 기술적으로 올바르지 않더라도(예: 실제 일치 크기는 그렇지 않음) 그렇게 어렵지 않습니다. 엄격함), 그러나 적어도 모든 사람은 귀하가 말하는 기술(미터법/영국식)이 무엇인지 알 것입니다!
"일반적으로 말해서, 저항기, 커패시터, 인덕터와 같은 수동 부품은 더 작게 만든다고 해서 더 좋아질 수는 없습니다."