{"id":28014,"date":"2022-04-14T07:00:00","date_gmt":"2022-04-14T07:00:00","guid":{"rendered":"https:\/\/knowhow.distrelec.com\/bez-kategorii\/miniaturyzacja-komponentow-elektronicznych-i-czujnikow-przemyslowych\/"},"modified":"2022-04-14T08:51:21","modified_gmt":"2022-04-14T08:51:21","slug":"miniaturyzacja-komponentow-elektronicznych-i-czujnikow-przemyslowych","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/knowhow.distrelec.com\/pl\/produkcja\/miniaturyzacja-komponentow-elektronicznych-i-czujnikow-przemyslowych\/","title":{"rendered":"Miniaturyzacja komponent\u00f3w elektronicznych i czujnik\u00f3w przemys\u0142owych"},"content":{"rendered":"\n

Komponenty elektroniczne staj\u0105 si\u0119 coraz mniejsze. Jest to spowodowane kilkoma wzajemnie powi\u0105zanymi czynnikami. Producenci wyrob\u00f3w ko\u0144cowych usi\u0142uj\u0105 zmniejszy\u0107 rozmiary swoich produkt\u00f3w, zwi\u0119kszaj\u0105c jednocze\u015bnie ich mo\u017cliwo\u015bci i funkcjonalno\u015b\u0107. Aby tego dokona\u0107, musz\u0105 stale wprowadza\u0107 innowacje technologiczne, kt\u00f3re pozwol\u0105 im zmie\u015bci\u0107 te komponenty w coraz mniejszej przestrzeni. Jest to mo\u017cliwe dzi\u0119ki badaniom i rozwojowi technologii. Najlepszym przyk\u0142adem s\u0105 coraz mniejsze p\u00f3\u0142przewodniki, w kt\u00f3rych mieszcz\u0105 si\u0119 miliardy tranzystor\u00f3w. P\u00f3\u0142przewodniki nie s\u0105 jednak jedynym elementem elektronicznym, kt\u00f3ry ulega miniaturyzacji. Wi\u0119kszo\u015b\u0107 wsp\u00f3\u0142czesnych produkt\u00f3w elektronicznych mo\u017ce zawiera\u0107 mniej ni\u017c pi\u0119\u0107 p\u00f3\u0142przewodnik\u00f3w, mimo \u017ce ich mo\u017cliwo\u015bci znacznie si\u0119 zwi\u0119kszy\u0142y. Natomiast r\u00f3wnie istotne elementy pomocnicze, takie jak elementy pasywne (cewki, kondensatory, rezystory) s\u0105 liczone w setkach.<\/p>\n\n\n\n

Wymagania dotycz\u0105ce miniaturyzacji komponent\u00f3w nie ograniczaj\u0105 si\u0119 jednak tylko do element\u00f3w elektronicznych. Powierzchnia hali fabrycznej, na kt\u00f3rej musz\u0105 zmie\u015bci\u0107 si\u0119 wszystkie urz\u0105dzenia produkcyjne, czujniki i si\u0142owniki, jest bardzo ograniczona. W zwi\u0105zku z tym ka\u017cda kolejna generacja urz\u0105dze\u0144 produkcyjnych musi by\u0107 mniejsza i zapewnia\u0107 wi\u0119ksz\u0105 funkcjonalno\u015b\u0107.<\/p>\n\n\n\n

W niniejszym artykule skupiamy si\u0119 na tym, w jaki spos\u00f3b ci\u0105g\u0142a miniaturyzacja komponent\u00f3w, zar\u00f3wno elektronicznych, jak i czujnik\u00f3w przemys\u0142owych, staje si\u0119 coraz wa\u017cniejsza w bran\u017cy przemys\u0142owej.<\/p>\n\n\n\n

Miniaturyzacja komponent\u00f3w idzie naprz\u00f3d<\/strong><\/h2>\n\n\n\n

Przemys\u0142 elektroniczny ci\u0105gle si\u0119 zmienia. Od momentu stworzenia tranzystora pod koniec lat 40. ubieg\u0142ego wieku naukowcy rozpocz\u0119li ewolucyjn\u0105 podr\u00f3\u017c w stron\u0119 miniaturyzacji. Dekad\u0119 p\u00f3\u017aniej Robert Noyce z Fairchild Semiconductor opracowa\u0142 pierwszy uk\u0142ad scalony wyposa\u017cony w cztery tranzystory. Dzisiejsze uk\u0142ady scalone, kt\u00f3re mo\u017cna znale\u017a\u0107 w najnowocze\u015bniejszych procesorach, zawieraj\u0105 dziesi\u0105tki miliard\u00f3w tranzystor\u00f3w. Produkcja p\u00f3\u0142przewodnik\u00f3w na coraz mniejszej powierzchni znacznie si\u0119 rozwin\u0119\u0142a. Jednocze\u015bnie post\u0119py w projektowaniu i produkcji podzespo\u0142\u00f3w przynios\u0142y korzy\u015bci ca\u0142ej bran\u017cy elektronicznej.<\/p>\n\n\n\n

Wp\u0142yw post\u0119pu technologicznego na komponenty elektroniczne<\/strong><\/h2>\n\n\n\n

Pierwszy prototyp tranzystora by\u0142 sporych rozmiar\u00f3w w por\u00f3wnaniu z dzisiejszymi urz\u0105dzeniami. Jednocze\u015bnie by\u0142 znacznie mniejszy od starszych urz\u0105dze\u0144 z tamtej epoki, takich jak lampa elektronowa z termokatod\u0105. Tranzystor by\u0142 nie tylko mniejszy, ale jego uk\u0142ad napi\u0119cia zasilania by\u0142 mniej skomplikowany ni\u017c w lampach. Co wi\u0119cej, bez elementu grzejnego uk\u0142ad funkcjonowa\u0142 w ch\u0142odnych warunkach. We wczesnym stadium prac in\u017cynierowie dostrzegli potencja\u0142 drzemi\u0105cy w integracji tranzystor\u00f3w w uk\u0142adzie scalonym. Tak rozpocz\u0119\u0142a si\u0119 historia zwi\u0119kszania mo\u017cliwo\u015bci uk\u0142ad\u00f3w scalonych przy jednoczesnym zmniejszaniu ich fizycznej powierzchni. Gordon Moore, wsp\u00f3\u0142za\u0142o\u017cyciel firmy Intel, przewidzia\u0142 s\u0142ynne \u201eprawo Moore’a\u201d, zgodnie z kt\u00f3rym \u201eliczba tranzystor\u00f3w wbudowanych w uk\u0142ad scalony b\u0119dzie si\u0119 podwaja\u0107 co dwa lata\u201d.<\/p>\n\n\n\n

Badania i rozw\u00f3j w dziedzinie projektowania i opracowywania p\u00f3\u0142przewodnikowych uk\u0142ad\u00f3w scalonych nadal zajmuj\u0105 czo\u0142owe miejsce w dzisiejszym przemy\u015ble elektronicznym. Redukcja rozmiar\u00f3w element\u00f3w elektronicznych stanowi wyzwanie dla producent\u00f3w zautomatyzowanego sprz\u0119tu produkcyjnego, kt\u00f3rzy musz\u0105 dostosowa\u0107 si\u0119 do mniejszych rozmiar\u00f3w. A s\u0105 one coraz bardziej zdumiewaj\u0105ce. Na przyk\u0142ad, rozmiar w\u0119z\u0142a zaawansowanego procesu p\u00f3\u0142przewodnikowego wynosi obecnie 5 nanometr\u00f3w (nm). Wymiary te nie odnosz\u0105 si\u0119 do rzeczywistej wielko\u015bci tranzystora, ale s\u0105 u\u017cywane przez producent\u00f3w p\u00f3\u0142przewodnik\u00f3w do oznaczania g\u0119sto\u015bci tranzystor\u00f3w. Wiele smartfon\u00f3w wykorzystuje uk\u0142ady scalone bazuj\u0105ce na procesie technologicznym 5 nm, a moc obliczeniowa 30 miliard\u00f3w tranzystor\u00f3w umo\u017cliwia dzia\u0142anie telefonu i wszystkich popularnych aplikacji.<\/p>\n\n\n\n

Tranzystory i p\u00f3\u0142przewodnikowe uk\u0142ady scalone s\u0105 obudowane zgodnie ze standardowymi specyfikacjami dotycz\u0105cymi obud\u00f3w do monta\u017cu powierzchniowego (SMT), zarz\u0105dzanymi przez stowarzyszenie JEDEC Solid State Technology Association. Dotyczy to tak\u017ce montowanych powierzchniowo element\u00f3w pasywnych, takich jak kondensatory, rezystory i cewki. Ze wzgl\u0119du na to, \u017ce p\u00f3\u0142przewodniki staj\u0105 si\u0119 coraz mniejsze, przy jednoczesnym wzro\u015bcie ich mo\u017cliwo\u015bci, potrzeba zmniejszenia rozmiar\u00f3w element\u00f3w pasywnych, kt\u00f3re je obs\u0142uguj\u0105, jest niezwykle istotna. Wystarczy spojrze\u0107 na dowolny projekt systemu wbudowanego, aby przekona\u0107 si\u0119, \u017ce sk\u0142ada si\u0119 on zaledwie z kilku z\u0142o\u017conych uk\u0142ad\u00f3w scalonych. Tymczasem dooko\u0142a uk\u0142ad\u00f3w scalonych umieszczonych jest wiele setek element\u00f3w pasywnych, kt\u00f3re maj\u0105 zasadnicze znaczenie dla ich dzia\u0142ania.<\/p>\n\n\n\n

Przek\u0142adowym formatem obudowy tranzystora<\/a> jest SOT23-3 (ang. S<\/strong>mall O<\/strong>utline T<\/strong>ransistor). Zazwyczaj stosuje si\u0119 j\u0105 w przypadku ma\u0142osygna\u0142owych tranzystor\u00f3w og\u00f3lnego przeznaczenia. Jest wyposa\u017cona w trzy styki, a jej wymiary to 3 \u00d7 1,75 \u00d7 1,3 mm. Niekt\u00f3re uk\u0142ady scalone r\u00f3wnie\u017c korzystaj\u0105 z obudowy SOT-23, liczb\u0119 u\u017cytych styk\u00f3w okre\u015bla dodana do symbolu liczba. Na przyk\u0142ad SOT23-6 oznacza uk\u0142ad scalony z sze\u015bcioma stykami.<\/p>\n\n\n\n

Obudowy uk\u0142ad\u00f3w scalonych s\u0105 dost\u0119pne w wielu r\u00f3\u017cnych konfiguracjach, niekt\u00f3re z wyprowadzeniami, inne bez. Bez wzgl\u0119du na spos\u00f3b wykonania, wszystkie s\u0105 montowane powierzchniowo. Niekt\u00f3re czujniki<\/a>, takie jak systemy mikroelektromechaniczne (MEMS), s\u0105 konstruowane w popularnych obudowach p\u00f3\u0142przewodnikowych. S\u0105 to na przyk\u0142ad:<\/p>\n\n\n\n