خانه › توسط › تاریخچه ایجاد برد مدار مجتمع. سری ریز مدارها کنترل عملکردی آی سی ها و مدارهای تست

تاریخچه ایجاد برد مدار مجتمع. سری ریز مدارها کنترل عملکردی آی سی ها و مدارهای تست

معرفی

از زمان ظهور اولین کامپیوترها، توسعه دهندگان نرم افزار رویای سخت افزاری را در سر می پرورانند که برای حل مشکل خاص آنها طراحی شده است. بنابراین، ایده ایجاد مدارهای مجتمع ویژه ای که می توانند برای اجرای مؤثر یک کار خاص تیز شوند، مدت ها پیش ظاهر شده است. در اینجا دو مسیر توسعه وجود دارد:

استفاده از مدارهای مجتمع سفارشی به اصطلاح تخصصی (ASIC - Application Specific Integrated Circuit). همانطور که از نام آن پیداست، چنین ریز مدارهایی توسط تولید کنندگان ساخته می شوند سخت افزارتحت دستور اجرای موثر برخی از وظایف خاص یا طیف وسیعی از وظایف. آنها مانند ریزمدارهای معمولی جهانی نیستند، اما وظایف محول شده را چندین برابر سریعتر، گاهی اوقات با دستورات بزرگی، حل می کنند.
ایجاد تراشه با معماری قابل تنظیم مجدد. ایده این است که چنین تراشه‌هایی در حالت برنامه‌ریزی نشده به دست توسعه‌دهنده یا کاربر نرم‌افزار می‌آیند و او می‌تواند معماری را که برای او مناسب‌تر است، روی آن‌ها پیاده‌سازی کند. بیایید نگاهی دقیق تر به روند توسعه آنها بیندازیم.

با گذشت زمان، تعداد زیادی ریزمدار مختلف با معماری قابل تنظیم مجدد ظاهر شد (شکل 1).

شکل 1 انواع تراشه ها با معماری قابل تنظیم مجدد

برای مدت طولانی، تنها دستگاه های PLD (دستگاه منطقی قابل برنامه ریزی) در بازار وجود داشت. این کلاس شامل دستگاه هایی است که توابع لازم برای حل وظایف را در قالب یک تفکیک کامل اجرا می کنند فرم معمولی(DNF کامل). اولین موردی که در سال 1970 ظاهر شد، ریز مدارهای PROM بودند که دقیقاً به کلاس دستگاه های PLD تعلق دارند. هر مدار دارای یک آرایه ثابت از توابع منطقی AND بود که به مجموعه ای قابل برنامه ریزی از توابع منطقی OR متصل بودند. برای مثال، یک PROM با 3 ورودی (a، b و c) و 3 خروجی (w، x و y) در نظر بگیرید (شکل 2).

برنج. 2. تراشه PROM

با کمک یک آرایه از پیش تعریف شده AND، تمام پیوندهای ممکن بر روی متغیرهای ورودی پیاده سازی می شوند، که سپس می توانند به طور دلخواه با استفاده از عناصر OR ترکیب شوند. بنابراین، در خروجی، هر تابع از سه متغیر را می توان به عنوان یک DNF کامل پیاده سازی کرد. برای مثال، اگر آن عناصر OR را که در شکل 2 به رنگ قرمز دایره شده اند برنامه ریزی کنید، خروجی ها توابع w=a x=(a&b) خواهند بود. y=(a&b)^c.

در ابتدا، تراشه های PROM برای ذخیره دستورالعمل های برنامه و مقادیر ثابت، یعنی. برای انجام وظایف حافظه کامپیوتر با این حال، توسعه دهندگان همچنین از آنها برای پیاده سازی توابع منطقی ساده استفاده می کنند. در واقع از PROM تراشه می توان برای پیاده سازی هر بلوک منطقی استفاده کرد، البته تا زمانی که تعداد ورودی های آن کم باشد. این شرط از این واقعیت ناشی می شود که ماتریس عناصر AND در ریزمدارهای EPROM کاملاً تعریف شده است - تمام پیوندهای ممکن از ورودی ها در آن تحقق می یابد ، یعنی تعداد عناصر AND برابر با 2 * 2 n است که n عدد است. از ورودی ها واضح است که با افزایش عدد n، اندازه آرایه خیلی سریع رشد می کند.

سپس، در سال 1975، آرایه های منطقی برنامه پذیر (PLM) ظاهر شدند. آنها ادامه ایده ریز مدارهای PROM هستند - PLA نیز از آرایه های AND و OR تشکیل شده است، اما برخلاف PROM، هر دو آرایه قابل برنامه ریزی هستند. این اجازه می دهد تا انعطاف پذیری بیشتری در چنین ریزمدارها وجود داشته باشد، اما آنها هرگز رایج نبوده اند، زیرا سیگنال ها از طریق اتصالات قابل برنامه ریزی بسیار طولانی تر از انتقال از طریق همتایان از پیش تعریف شده خود طول می کشند.

به منظور حل مشکل سرعت ذاتی در PLA ها، کلاس زیر از دستگاه ها در اواخر دهه 1970 ظاهر شد، به نام منطق آرایه برنامه پذیر (PAL - Programmable Array Logic). توسعه بیشتر ایده تراشه های PAL ظهور دستگاه های GAL (Generic Array Logic) بود - انواع پیچیده تر PAL با استفاده از ترانزیستورهای CMOS. در اینجا، ایده ای استفاده می شود که دقیقاً مخالف ایده ریز مدارهای PROM است - یک آرایه قابل برنامه ریزی از عناصر AND به یک آرایه از پیش تعریف شده از عناصر OR متصل می شود (شکل 3).

برنج. 3. دستگاه PAL برنامه ریزی نشده

این محدودیتی را بر عملکرد تحمیل می کند، با این حال، چنین دستگاه هایی به آرایه هایی با اندازه بسیار کوچکتر از ریز مدارهای PROM نیاز دارند.

ادامه منطقی PLD های ساده ظهور PLD های به اصطلاح پیچیده بود که از چندین بلوک PLD ساده (معمولاً دستگاه های PAL به عنوان PLD های ساده استفاده می شوند) تشکیل شده بود که توسط یک ماتریس سوئیچینگ قابل برنامه ریزی متحد شده بودند. علاوه بر خود بلوک های PLD، امکان برنامه ریزی اتصالات بین آنها با استفاده از این ماتریس سوئیچینگ نیز وجود داشت. اولین PLD های پیچیده در اواخر دهه 70 و اوایل دهه 80 قرن بیستم ظاهر شدند، اما توسعه اصلی در این راستا در سال 1984 اتفاق افتاد، زمانی که Altera یک PLD پیچیده را بر اساس ترکیبی از فناوری های CMOS و EPROM معرفی کرد.

ظهور FPGA ها

در اوایل دهه 1980، شکافی بین انواع اصلی دستگاه ها در محیط دیجیتال ASIC وجود داشت. از یک طرف، PLD هایی وجود داشتند که می توانند برای هر کار خاص برنامه ریزی شوند و ساخت آنها بسیار آسان است، اما نمی توان از آنها برای اجرای توابع پیچیده استفاده کرد. از سوی دیگر، ASIC هایی وجود دارند که می توانند عملکردهای بسیار پیچیده ای را پیاده سازی کنند، اما معماری کاملاً ثابتی دارند، در حالی که ساخت آنها طولانی و پرهزینه است. یک پیوند میانی مورد نیاز بود و دستگاه‌های FPGA (آرایه‌های دروازه‌ای برنامه‌پذیر میدانی) به چنین پیوندی تبدیل شدند.

FPGA ها مانند PLD ها دستگاه های قابل برنامه ریزی هستند. تفاوت اساسی اصلی بین FPGA و PLD این است که توابع در FPGA نه با کمک DNF، بلکه با کمک جداول جستجوی قابل برنامه ریزی (LUT-tables) پیاده سازی می شوند. در این جداول، مقادیر تابع با استفاده از جدول صدق مشخص می شود، که نتیجه مورد نیاز با استفاده از یک مالتی پلکسر انتخاب می شود (شکل 4):

برنج. 4. جدول مکاتبات

هر دستگاه FPGA از بلوک های منطقی قابل برنامه ریزی (Configurable Logic Blocks - CLB) تشکیل شده است که توسط اتصالات به هم متصل می شوند و همچنین قابل برنامه ریزی هستند. هر یک از این بلوک ها برای برنامه نویسی برخی از عملکردها یا بخشی از آن در نظر گرفته شده است، اما می توان از آن برای مقاصد دیگر، به عنوان مثال، به عنوان حافظه استفاده کرد.

در اولین دستگاه های FPGA که در اواسط دهه 80 توسعه یافتند، بلوک منطقی بسیار ساده بود و شامل یک جدول LUT 3 ورودی، یک فلیپ فلاپ و تعداد کمی از عناصر کمکی بود. دستگاه‌های FPGA مدرن بسیار پیچیده‌تر هستند: هر بلوک CLB از 1-4 "برش" (برش) تشکیل شده است که هر کدام شامل چندین جدول LUT (معمولاً 6 ورودی)، چندین ماشه و تعداد زیادی عنصر خدماتی است. در اینجا یک نمونه از "برش" مدرن است:

برنج. 5. دستگاه "برش" مدرن

نتیجه

از آنجایی که دستگاه‌های PLD نمی‌توانند توابع پیچیده را پیاده‌سازی کنند، همچنان برای پیاده‌سازی توابع ساده استفاده می‌شوند دستگاه های قابل حملو ارتباطات، در حالی که دستگاه های FPGA از 1000 گیت (اولین FPGA، توسعه یافته در سال 1985) تا این لحظهبیش از 10 میلیون شیر (خانواده Virtex-6). آنها به طور فعال در حال توسعه هستند و در حال حاضر تراشه های ASIC را جایگزین می کنند و به شما امکان می دهند انواع عملکردهای بسیار پیچیده را پیاده سازی کنید، در حالی که امکان برنامه ریزی مجدد را از دست ندهید.

در حال حاضر، حتی کمتر پیشرفته تلفن های همراهبدون ریزپردازنده انجام ندهید، در مورد تبلت، قابل حمل و دسکتاپ چه می توانیم بگوییم کامپیوترهای شخصی. ریزپردازنده چیست و تاریخچه ایجاد آن چگونه شکل گرفت؟ به زبان ساده، ریزپردازنده یک مدار مجتمع پیچیده تر و چند منظوره است.

تاریخچه ریز مدار (مدار مجتمع) آغاز می شود از سال 1958، زمانی که جک کیلبی، کارمند شرکت آمریکایی تگزاس اینسترومنت، نوعی دستگاه نیمه هادی را اختراع کرد که حاوی چندین ترانزیستور است که توسط هادی ها در یک بسته به هم متصل شده اند. اولین ریزمدار - مولد ریزپردازنده - فقط شامل 6 ترانزیستور بود و یک صفحه ژرمانیومی نازک بود که روی آن قطعاتی از طلا اعمال شده بود. برای مقایسه، امروز این صورتحساب به واحدها و حتی ده ها میلیون عنصر نیمه هادی می رسد.

تا سال 1970تولیدکنندگان زیادی در توسعه و ایجاد مدارهای مجتمع با ظرفیت های مختلف و جهت گیری های عملکردی مختلف مشغول بودند. اما امسال را می توان تاریخ تولد اولین ریزپردازنده دانست. در این سال بود که اینتل یک تراشه حافظه با ظرفیت تنها 1 کیلوبیت ایجاد کرد - برای پردازنده های مدرن ناچیز، اما برای آن زمان فوق العاده بزرگ. در آن زمان، این یک دستاورد بزرگ بود - یک تراشه حافظه قادر بود تا 128 بایت اطلاعات را ذخیره کند - بسیار بالاتر از آنالوگ های مشابه. علاوه بر این، تقریباً در همان زمان، سازنده ماشین حساب ژاپنی Busicom همان تراشه های 12 اینتل را با جهت گیری های مختلف سفارش داد. متخصصان اینتل موفق شدند همه 12 ناحیه کاربردی را در یک تراشه پیاده سازی کنند. علاوه بر این ، ریز مدار ایجاد شده چند منظوره بود ، زیرا امکان تغییر برنامه ای عملکردهای آن را بدون تغییر ساختار فیزیکی فراهم کرد. ریز مدار بسته به دستوراتی که به خروجی های کنترل آن داده می شود، عملکردهای خاصی را انجام می دهد.

در حال حاضر یک سال بعد در سال 1971اینتل اولین ریزپردازنده 4 بیتی را با نام رمز 4004 منتشر کرد. در مقایسه با اولین تراشه 6 ترانزیستوری، 2.3 هزار عنصر نیمه هادی داشت و 60 هزار عملیات در ثانیه انجام می داد. در آن زمان، این یک پیشرفت بزرگ در زمینه میکروالکترونیک بود. 4 بیت به این معنی است که 4004 می تواند داده های 4 بیتی را یکباره پردازش کند. دو سال بعد در سال 1973این شرکت یک پردازنده 8 بیتی 8008 تولید می کند که قبلاً با داده های 8 بیتی کار می کرد. شروع از سال 1976، این شرکت شروع به توسعه نسخه 16 بیتی ریزپردازنده 8086 کرد. او بود که شروع به استفاده در اولین رایانه های شخصی IBM کرد و در واقع یکی از آجرها را در آن قرار داد.

میکرو مدارهای آنالوگ و دیجیتال به صورت سری تولید می شوند. سری به گروهی از ریزمدارها گفته می شود که دارای طراحی واحد و طراحی تکنولوژیکی هستند و برای استفاده مشترک در نظر گرفته شده اند. ریز مدارهای همان سری، به عنوان یک قاعده، دارای ولتاژهای یکسانی از منابع تغذیه هستند، از نظر مقاومت ورودی و خروجی، سطوح سیگنال مطابقت دارند.

سپاه

ریز مدارها در دو نسخه سازنده - بسته بندی شده و بدون بسته بندی تولید می شوند.

محفظه ریز مدار یک سیستم حامل و بخشی از سازه است که برای محافظت در برابر تأثیرات خارجی و برای اتصال الکتریکی با مدارهای خارجی توسط سرب طراحی شده است. کیس ها برای ساده سازی تکنولوژی ساخت محصولات نهایی استاندارد شده اند.

ریز مدار بدون قاب یک کریستال نیمه هادی است که برای نصب در یک ریزمدار هیبریدی یا ریز مونتاژ طراحی شده است (نصب مستقیم بر روی برد مدار چاپی امکان پذیر است).

عناوین خاص

اینتل اولین شرکتی بود که تراشه ای را تولید کرد که عملکردهای ریزپردازنده (ریزپردازنده انگلیسی) را انجام می داد - Intel 4004. بر اساس ریزپردازنده های بهبود یافته 8088 و 8086، IBM رایانه های شخصی معروف خود را منتشر کرد.

ریزپردازنده هسته رایانه را تشکیل می دهد ، عملکردهای اضافی مانند ارتباط با محیط اطراف با استفاده از چیپست های طراحی شده ویژه انجام شد. برای اولین کامپیوترها، تعداد ریزمدارها در مجموعه ها به ده ها و صدها محاسبه شد. سیستم های مدرناین مجموعه ای از یک، دو یا سه تراشه است. اخیراً روند انتقال تدریجی عملکردهای چیپست (کنترل کننده حافظه، کنترل کننده اتوبوس PSI Express) به پردازنده وجود داشته است.

ریزپردازنده هایی که دارای RAM و ROM داخلی، حافظه و کنترلرهای I/O و سایر عملکردهای اضافی هستند، میکروکنترلر نامیده می شوند.

محافظت قانونی

قوانین روسیه از توپولوژی های مدارهای مجتمع حمایت قانونی می کند. توپولوژی مدار مجتمعترتیب مکانی و هندسی مجموعه ای از عناصر یک مدار مجتمع و اتصالات بین آنها ثابت شده بر روی یک حامل مواد است (ماده 1448 قانون مدنی فدراسیون روسیه).

حق انحصاری توپولوژی به مدت ده سال اعتبار دارد. دارنده حق می تواند توپولوژی را در سرویس فدرال مالکیت معنوی، اختراعات و علائم تجاری در این مدت ثبت کند.

تاریخچه خلقت

در 7 می 1952، مهندس رادیوی بریتانیایی جفری دامر برای اولین بار ایده ادغام بسیاری از قطعات الکترونیکی استاندارد در یک کریستال نیمه هادی یکپارچه را مطرح کرد و یک سال بعد، هارویک جانسون اولین درخواست ثبت اختراع را برای نمونه اولیه مدار مجتمع (IC) ارائه کرد. ). اجرای این پیشنهادها در آن سالها به دلیل توسعه ناکافی فناوری امکان پذیر نبود.

در پایان سال 1958 و در نیمه اول سال 1959، پیشرفتی در صنعت نیمه هادی رخ داد. سه نفر به نمایندگی از سه شرکت خصوصی آمریکایی سه مشکل اساسی را حل کردند که مانع ایجاد مدارهای مجتمع شد. جک کیلبی از تگزاس اینسترومنتز اصل یکپارچگی را به ثبت رساند، اولین نمونه های اولیه و ناقص آی سی را ایجاد کرد و آنها را به تولید انبوه رساند. Kurt Lehovec از شرکت Sprague Electric روشی را برای جداسازی الکتریکی اجزای تشکیل شده بر روی یک تراشه نیمه هادی منفرد (جداسازی اتصال p-n) ابداع کرد. رابرت نویس از Fairchild Semiconductor روشی برای اتصال الکتریکی اجزای آی سی (آبکاری آلومینیوم) اختراع کرد و نسخه بهبود یافته ای از جداسازی اجزا را بر اساس آخرین فناوری مسطح ژان ارنی پیشنهاد کرد. در 27 سپتامبر 1960، گروه Jay Last اولین قابل اجرا را ایجاد کرد نیمه هادی IP در مورد ایده های Noyce و Ernie. تگزاس اینسترومنتز، که مالک حق امتیاز اختراع کیلبی بود، جنگی را علیه رقبا به راه انداخت که در سال 1966 با توافقنامه تسویه حساب در زمینه مجوزهای متقابل فناوری پایان یافت.

آی سی های منطقی اولیه سری مذکور به معنای واقعی کلمه از آن ساخته شده اند استاندارداجزایی که ابعاد و پیکربندی آنها توسط فرآیند فناوری مشخص شده است. مهندسان مدار که آی سی های منطقی یک خانواده خاص را طراحی کردند با همان دیودها و ترانزیستورهای معمولی کار می کردند. در سال های 1961-1962، الگوی طراحی توسط توسعه دهنده اصلی سیلوانیا، تام لونگو، برای اولین بار با استفاده از یک آی سی شکسته شد. مختلفپیکربندی ترانزیستورها بسته به عملکرد آنها در مدار. در پایان سال 1962، سیلوانیا اولین خانواده منطق ترانزیستور ترانزیستور (TTL) را راه اندازی کرد که توسط Longo توسعه یافت - از نظر تاریخی اولین نوع منطق یکپارچه بود که توانست جای پای ثابتی در بازار به دست آورد. در مدارهای آنالوگ، پیشرفتی در این سطح در سال های 1964-1965 توسط توسعه دهنده تقویت کننده های عملیاتی Fairchild، باب ویدلار، ایجاد شد.

اولین مدار یکپارچه نیمه هادی در اتحاد جماهیر شوروی بر اساس فناوری مسطح توسعه یافته در ابتدای سال 1960 در NII-35 (در آن زمان به موسسه تحقیقاتی Pulsar تغییر نام داد) توسط تیمی که بعداً به NIIME (Mikron) منتقل شد، ایجاد شد. ایجاد اولین مدار مجتمع سیلیکونی داخلی بر روی توسعه و تولید با پذیرش نظامی یک سری مدارهای یکپارچه سیلیکونی TC-100 متمرکز شد (37 عنصر - معادل پیچیدگی مدار یک ماشه، آنالوگ سری IC آمریکایی SN-51 از Texas Instruments). نمونه های اولیه و نمونه های تولید مدارهای مجتمع سیلیکونی برای تولید مثل از ایالات متحده آمریکا به دست آمد. این کار در NII-35 (مدیر تروتکو) و کارخانه نیمه هادی فریازینسکی (مدیر کولموگروف) تحت یک دستور دفاعی برای استفاده در ارتفاع سنج خودکار یک سیستم هدایت موشک بالستیک انجام شد. توسعه شامل شش مدار مسطح سیلیکونی یکپارچه معمولی سری TS-100 بود و با سازماندهی تولید آزمایشی، سه سال در NII-35 (از 1962 تا 1965) به طول انجامید. دو سال دیگر برای تسلط بر تولید کارخانه با پذیرش نظامی در فریازینو (1967) طول کشید.

اولین مدارهای مجتمع

تقدیم به پنجاهمین سالگرد تاریخ رسمی

ب.مالاشویچ

در 12 سپتامبر 1958، جک کیلبی، یکی از کارکنان تگزاس اینسترومنتز (TI) سه وسیله عجیب را به مدیریت نشان داد - دستگاه‌هایی که با موم زنبور عسل روی یک بستر شیشه‌ای از دو تکه سیلیکون به ابعاد 11.1 × 1.6 میلی‌متر چسبانده شده بودند (شکل 1). اینها طرح بندی های سه بعدی بودند - نمونه های اولیه یک مدار مجتمع (IC) ژنراتور که امکان ساخت تمام عناصر مدار را بر اساس یک ماده نیمه هادی واحد اثبات می کند. این تاریخ در تاریخ الکترونیک به عنوان روز تولد مدارهای مجتمع جشن گرفته می شود. اما آیا اینطور است؟

برنج. 1. مدل اولین IS توسط J. Kilby. عکس از http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1958-Miniaturized.html

در پایان دهه 1950، فناوری مونتاژ تجهیزات رادیویی الکترونیکی (REA) از عناصر گسسته، امکانات خود را به پایان رسانده بود. جهان به حادترین بحران REA رسید، اقدامات اساسی لازم بود. در آن زمان، فناوری های یکپارچه برای تولید دستگاه های نیمه هادی و تخته های سرامیکی لایه ضخیم و لایه نازک قبلاً به صورت صنعتی در ایالات متحده و اتحاد جماهیر شوروی تسلط یافته بودند، یعنی پیش نیازهای غلبه بر این بحران با ایجاد چند عنصری فراهم شده بود. محصولات استاندارد - مدارهای مجتمع.

مدارهای مجتمع (میکرو مدارها، آی سی ها) شامل دستگاه های الکترونیکی با پیچیدگی های مختلف است که در آن همه عناصر از یک نوع به طور همزمان در یک چرخه تکنولوژیکی واحد تولید می شوند، به عنوان مثال. توسط فناوری یکپارچه برخلاف تخته های مدار چاپی (که در آن همه هادی های اتصال به طور همزمان در یک سیکل با استفاده از فناوری یکپارچه ساخته می شوند)، مقاومت ها، خازن ها و (در آی سی های نیمه هادی) دیودها و ترانزیستورها به طور مشابه در آی سی ها تشکیل می شوند. علاوه بر این، بسیاری از آی سی ها به طور همزمان تولید می شوند، از ده ها تا هزاران.

آی سی ها توسط صنعت به شکل سری ساخته و تولید می شوند که تعدادی ریزمدار با اهداف کاربردی مختلف را ترکیب می کند و برای استفاده مشترک در تجهیزات الکترونیکی در نظر گرفته شده است. آی سی های سری دارای طراحی استاندارد و یک سیستم یکپارچه از مشخصات الکتریکی و سایر مشخصات هستند. آی سی ها توسط سازنده به عنوان محصولات تجاری مستقل که سیستم خاصی از الزامات استاندارد را برآورده می کنند به مصرف کنندگان مختلف عرضه می کنند. آی سی ها به عنوان محصولات غیر قابل تعمیر طبقه بندی می شوند، در هنگام تعمیر تجهیزات الکترونیکی، آی سی های خراب تعویض می شوند.

دو گروه اصلی مدارهای مجتمع وجود دارد: هیبریدی و نیمه هادی.

در آی سی های هیبریدی (HIC)، تمام رساناها و عناصر غیرفعال بر روی سطح یک بستر ریز مدار (معمولاً از سرامیک) با استفاده از فناوری یکپارچه تشکیل می شوند. عناصر فعال به شکل دیودهای بدون بسته، ترانزیستورها و بلورهای آی سی نیمه هادی به صورت جداگانه، دستی یا خودکار بر روی بستر نصب می شوند.

در آی سی های نیمه هادی، عناصر اتصال، غیرفعال و فعال در یک چرخه تکنولوژیک واحد بر روی سطح یک ماده نیمه هادی (معمولاً سیلیکون) با نفوذ جزئی به حجم آن با روش های انتشار تشکیل می شوند. در عین حال، بسته به پیچیدگی دستگاه و اندازه کریستال و ویفر آن، از چند ده تا چند هزار آی سی بر روی یک ویفر نیمه هادی ساخته می شود. این صنعت آی سی های نیمه هادی را در بسته بندی های استاندارد، به صورت تراشه های جداگانه یا به صورت ویفرهای تقسیم نشده تولید می کند.

پدیده دنیای آی سی های هیبریدی (GIS) و نیمه هادی ها به روش های مختلفی رخ داده است. GIS محصول توسعه تکاملی میکرو ماژول ها و فناوری تخته سرامیکی است. بنابراین، آنها به طور نامحسوس ظاهر شدند، هیچ تاریخ تولد پذیرفته شده ای از GIS و یک نویسنده به طور کلی شناخته شده وجود ندارد. آی سی های نیمه هادی نتیجه طبیعی و اجتناب ناپذیر توسعه فناوری نیمه هادی بودند، اما این امر مستلزم تولید ایده های جدید و ایجاد فناوری های جدیدی بود که تاریخ تولد و نویسندگان خاص خود را دارند. اولین آی سی های هیبریدی و نیمه هادی تقریباً به طور همزمان و مستقل از یکدیگر در اتحاد جماهیر شوروی و ایالات متحده ظاهر شدند.

اولین آی سی هیبریدی

آی سی های هیبریدی شامل آی سی هایی هستند که تولید آنها ترکیبی از یک فناوری یکپارچه برای ساخت عناصر غیرفعال با یک فناوری جداگانه (دستی یا خودکار) برای نصب و نصب عناصر فعال است.

در اواخر دهه 1940، شرکت Centralab در ایالات متحده اصول اولیه را برای ساخت بردهای مدار چاپی مبتنی بر سرامیک با لایه ضخیم ایجاد کرد که سپس توسط شرکت های دیگر توسعه یافت. این مبتنی بر فناوری های ساخت بردهای مدار چاپی و خازن های سرامیکی بود. از تخته های مدار چاپی، آنها یک فناوری یکپارچه برای شکل گیری توپولوژی هادی های اتصال - چاپ روی صفحه ابریشم را گرفتند. از خازن ها - مواد بستر (سرامیک، اغلب سیتال)، و همچنین مواد خمیری و فناوری حرارتی تثبیت آنها بر روی بستر.

و در اوایل دهه 1950، RCA فناوری لایه نازک را اختراع کرد: با اسپری کردن مواد مختلف در خلاء و قرار دادن آنها از طریق یک ماسک روی بسترهای ویژه، آنها یاد گرفتند که چگونه به طور همزمان تعداد زیادی فیلم مینیاتوری اتصال دهنده هادی، مقاومت ها و خازن ها را روی یک بستر سرامیکی تولید کنند.

در مقایسه با فناوری لایه ضخیم، فناوری لایه نازک امکان ساخت دقیق‌تر عناصر توپولوژی کوچک‌تر را فراهم کرد، اما به تجهیزات پیچیده‌تر و گران‌تری نیاز داشت. دستگاه هایی که بر روی تخته های سرامیکی با استفاده از فناوری لایه ضخیم یا لایه نازک تولید می شوند، مدارهای ترکیبی نامیده می شوند. مدارهای هیبریدی به عنوان اجزای تولید خود تولید می شدند، طراحی، ابعاد و هدف عملکردی آنها برای هر سازنده متفاوت بود، آنها وارد بازار آزاد نشدند و بنابراین کمتر شناخته شده هستند.

مدارهای هیبریدی نیز به میکرو ماژول ها حمله کردند. در ابتدا، آنها از عناصر مینیاتوری منفعل و فعال گسسته، همراه با سیم کشی چاپی سنتی استفاده کردند. فناوری مونتاژ پیچیده بود و سهم زیادی از کار دستی داشت. بنابراین، میکرو ماژول ها بسیار گران بودند، استفاده از آنها محدود به تجهیزات داخل هواپیما بود. سپس از روسری های سرامیکی مینیاتوری با لایه ضخیم استفاده شد. در ادامه، فناوری لایه ضخیم شروع به تولید مقاومت کرد. اما دیودها و ترانزیستورها همچنان به صورت مجزا و بسته بندی جداگانه استفاده می شدند.

میکرو ماژول در لحظه ای که از ترانزیستورها و دیودهای بدون بسته در آن استفاده شد و ساختار در یک محفظه مشترک آب بندی شد، به یک مدار مجتمع ترکیبی تبدیل شد. این امر باعث شد تا فرآیند مونتاژ آنها به طور قابل توجهی خودکار شود ، قیمت ها به شدت کاهش یابد و دامنه کاربرد گسترش یابد. با توجه به روش تشکیل عناصر غیرفعال، GIS لایه ضخیم و لایه نازک متمایز می شوند.

اولین GIS در اتحاد جماهیر شوروی

اولین GIS (ماژول های نوع "Kvant" که بعداً سری IS 116 نامگذاری شد) در اتحاد جماهیر شوروی در سال 1963 در NIIRE (بعدها NPO Leninets، لنینگراد) توسعه یافت و در همان سال کارخانه آزمایشی آن تولید انبوه خود را آغاز کرد. در این GIS، آی سی های نیمه هادی "R12-2" که در سال 1962 توسط کارخانه دستگاه های نیمه هادی ریگا توسعه یافت، به عنوان عناصر فعال استفاده شد. به دلیل تفکیک ناپذیری تاریخچه های ایجاد این آی سی ها و ویژگی های آنها، آنها را با هم در قسمت P12-2 بررسی خواهیم کرد.

بدون شک، ماژول های Kvant اولین در جهان GIS با یکپارچگی دو سطحی بودند - به عنوان عناصر فعال، نه از ترانزیستورهای بدون قاب گسسته، بلکه از آی سی های نیمه هادی استفاده کردند. این احتمال وجود دارد که آنها اولین GIS در جهان باشند - محصولات چند عنصری کامل از نظر ساختاری و عملکردی که به عنوان محصولات تجاری مستقل در اختیار مصرف کننده قرار گرفته اند. اولین محصولات مشابه خارجی که توسط نویسنده شناسایی شده است، ماژول های IBM SLT هستند که در زیر توضیح داده شده است، اما آنها در سال بعد، 1964 معرفی شدند.

اولین GIS در ایالات متحده آمریکا

ظهور GIS با لایه ضخیم به عنوان پایه عنصر اصلی کامپیوتر جدید IBM System /360 برای اولین بار توسط IBM در سال 1964 اعلام شد. به نظر می رسد که این اولین کاربرد GIS در خارج از اتحاد جماهیر شوروی بود، نویسنده نتوانسته نمونه های قبلی را بیابد.

قبلاً در آن زمان در محافل متخصصان شناخته شده بود ، آی سی های نیمه هادی سری "Micrologic" توسط Fairchild و "SN-51" توسط TI (در زیر در مورد آنها صحبت خواهیم کرد) هنوز برای استفاده تجاری بسیار نادر و گران قیمت بودند. ساخت یک کامپیوتر مرکزی بنابراین، شرکت IBM، با در نظر گرفتن طراحی یک میکرو ماژول مسطح، مجموعه‌ای از GIS با لایه ضخیم خود را توسعه داد که تحت نام عمومی (برخلاف "micromodules") - "SLT-modules" (فناوری منطق جامد -) اعلام شد. فناوری منطق جامد معمولاً کلمه "جامد" به روسی به عنوان "جامد" ترجمه می شود که کاملاً غیرمنطقی است. در واقع ، اصطلاح "SLT-modules" توسط IBM به عنوان مخالف با اصطلاح "micromodule" معرفی شده است و باید تفاوت آنها را منعکس کند. اما هر دو ماژول "جامد" هستند، یعنی این ترجمه نیست. کلمه "جامد" معانی دیگری دارد - "جامد"، "کل"، که با موفقیت بر تفاوت بین "SLT-modules" و "micromodules" - SLT-modules تاکید می کند. تقسیم ناپذیر، غیر قابل تعمیر، یعنی "کل" هستند. بنابراین ما از ترجمه غیر استاندارد به روسی استفاده کردیم: فناوری منطق جامد - فناوری منطق جامد).

ماژول SLT یک میکرو صفحه سرامیکی با لایه ضخیم مربعی نیم اینچی با پین های عمودی فشرده بود. هادی ها و مقاومت های اتصال با چاپ سیلک (طبق طرح دستگاه اجرا شده) روی سطح آن اعمال شد و ترانزیستورهای بدون بسته نصب شدند. خازن ها در صورت لزوم در کنار ماژول SLT روی برد دستگاه نصب می شدند. با ماژول های خارجی تقریباً یکسان (میکرو ماژول ها تا حدودی بالاتر هستند، شکل 2.)، ماژول های SLT با تراکم بالاتر عناصر، مصرف انرژی کم، سرعت بالا و قابلیت اطمینان بالا با میکرو ماژول های تخت تفاوت دارند. علاوه بر این، خودکارسازی فناوری SLT نسبتاً آسان بود، بنابراین می‌توان آن‌ها را در مقادیر زیاد با هزینه‌ای کم برای استفاده در تجهیزات تجاری تولید کرد. این دقیقا همان چیزی است که IBM به آن نیاز داشت. این شرکت یک کارخانه خودکار در East Fishkill نزدیک نیویورک برای تولید ماژول‌های SLT ساخت که آنها را در میلیون‌ها نسخه تولید کرد.

برنج. 2. میکرو ماژول اتحاد جماهیر شوروی و ماژول SLT f. IBM. عکس STL از http://infolab.stanford.edu/pub/voy/museum/pictures/display/3-1.htm

پس از IBM، GIS توسط شرکت های دیگری تولید شد که GIS برای آنها یک محصول تجاری شد. طراحی معمولی میکرو ماژول‌های تخت و ماژول‌های SLT از شرکت IBM به یکی از استانداردهای آی‌سی هیبریدی تبدیل شده است.

اولین آی سی های نیمه هادی

در پایان دهه 1950، صنعت برای تولید قطعات الکترونیکی ارزان موقعیت خوبی داشت. اما اگر ترانزیستورها یا دیودها از ژرمانیوم و سیلیکون ساخته می شدند، پس مقاومت ها و خازن ها از مواد دیگر ساخته می شدند. سپس بسیاری بر این باور بودند که هنگام ایجاد مدارهای هیبریدی، هیچ مشکلی در مونتاژ این عناصر، ساخته شده به طور جداگانه، وجود نخواهد داشت. و اگر امکان ساخت تمام عناصر با اندازه و شکل استاندارد وجود داشته باشد و در نتیجه فرآیند مونتاژ را به طور خودکار انجام داد، هزینه تجهیزات به طور قابل توجهی کاهش می یابد. بر اساس چنین استدلالی، حامیان فناوری ترکیبی آن را به عنوان یک جهت کلی در توسعه میکروالکترونیک در نظر گرفتند.

اما همه این نظر را نداشتند. واقعیت این است که ترانزیستورهای mesa، و به ویژه ترانزیستورهای مسطح، که قبلاً در آن دوره ایجاد شده بودند، برای پردازش دسته ای سازگار شدند، که در آن تعدادی از عملیات برای ساخت بسیاری از ترانزیستورها در یک صفحه زیرلایه به طور همزمان انجام شد. به این معنا که بسیاری از ترانزیستورها به طور همزمان روی یک ویفر نیمه هادی ساخته شدند. سپس صفحه را به ترانزیستورهای جداگانه برش دادند که در موارد جداگانه قرار گرفتند. و سپس سازنده سخت افزار ترانزیستورها را روی یکی ترکیب کرد تخته مدار چاپی. افرادی بودند که این رویکرد را مضحک می دانستند - چرا ترانزیستورها را جدا کنید و دوباره آنها را ترکیب کنید. آیا می توان بلافاصله آنها را روی ویفر نیمه هادی ترکیب کرد؟ در عین حال از شر چندین عملیات پیچیده و پرهزینه خلاص شوید! این افراد آی سی های نیمه هادی را اختراع کردند.

ایده بسیار ساده و کاملا واضح است. اما، همانطور که اغلب اتفاق می افتد، تنها پس از اینکه کسی برای اولین بار آن را اعلام کرد و آن را ثابت کرد. ثابت کرد که اغلب مانند این مورد، فقط اعلام کردن کافی نیست. ایده IC در اوایل سال 1952، قبل از ظهور روش های دسته ای برای ساخت دستگاه های نیمه هادی، اعلام شد. بر کنفرانس سالانهجفری دامر در مورد قطعات الکترونیکی که در واشنگتن دی سی برگزار شد، از دفتر رادار سلطنتی بریتانیا در مالورن، گزارشی در مورد قابلیت اطمینان اجزای تجهیزات رادار ارائه کرد. وی در این گزارش سخنی نبوی بیان کرد: با ظهور ترانزیستور و کار در زمینه فناوری نیمه هادی، به طور کلی می توان تجهیزات الکترونیکی را به شکل یک بلوک جامد تصور کرد که حاوی سیم های اتصال نیست. بلوک ممکن است از لایه‌هایی از مواد عایق، رسانا، یکسوکننده و تقویت‌کننده تشکیل شده باشد که در آن قسمت‌های خاصی بریده شده‌اند تا بتوانند مستقیماً عملکردهای الکتریکی را انجام دهند.. اما این پیش بینی مورد توجه کارشناسان قرار نگرفت. آنها آن را تنها پس از ظهور اولین آی سی های نیمه هادی به یاد آوردند، یعنی پس از اثبات عملی یک ایده طولانی مدت اعلام شده. کسی باید اولین کسی باشد که ایده یک آی سی نیمه هادی را دوباره فرموله کرده و اجرا کند.

همانطور که در مورد ترانزیستور، سازندگان IC نیمه هادی به طور کلی پذیرفته شده اند، پیشینیان کم و بیش موفقی داشتند. تلاشی برای اجرای ایده او در سال 1956 توسط خود دامر انجام شد، اما شکست خورد. در سال 1953، هارویک جانسون از RCA حق امتیاز یک نوسان ساز تک تراشه را دریافت کرد و در سال 1958، همراه با تورکل والمارک، مفهوم "دستگاه یکپارچه نیمه هادی" را اعلام کرد. در سال 1956، راس، کارمند آزمایشگاه بل، با استفاده از یک مدار شمارنده دودویی ساخت اساس n-p-n-pساختارها در یک تک کریستال در سال 1957، یاسورو تارو از شرکت ژاپنی MITI حق اختراع را برای ترکیب ترانزیستورهای مختلف در یک تراشه دریافت کرد. اما همه اینها و سایر پیشرفت های مشابه ماهیت خصوصی داشتند، به تولید نرسیدند و مبنایی برای توسعه الکترونیک یکپارچه نشدند. تنها سه پروژه به توسعه IP در تولید صنعتی کمک کردند.

جک کیلبی از تگزاس اینسترومنتز (TI)، رابرت نویس از فیرچایلد (هر دو از ایالات متحده آمریکا) و یوری والنتینوویچ اوسوکین از دفتر طراحی کارخانه دستگاه های نیمه هادی ریگا (اتحادیه شوروی) خوش شانس بودند. آمریکایی ها مدل های آزمایشی مدارهای مجتمع را ایجاد کردند: J. Kilby - مدلی از IC ژنراتور (1958)، و سپس یک ماشه میان ترانزیستور (1961)، R. Noyce - یک ماشه فناوری مسطح (1961) و Yu. Osokin. - آی سی منطقی "2NOT-OR" در آلمان که بلافاصله وارد تولید سریال شد (1962). این شرکت ها تقریباً به طور همزمان در سال 1962 تولید سریال های آی سی را آغاز کردند.

اولین آی سی های نیمه هادی در ایالات متحده آمریکا

آی پی جک کیلبی. سری IS” SN-51”

در سال 1958، J. Kilby (پیشگام در استفاده از ترانزیستورها در سمعک) به تگزاس اینسترومنتز نقل مکان کرد. کیلبی تازه وارد، به عنوان یک مهندس مدار، "پرتاب شد" تا با ایجاد جایگزینی برای میکرو ماژول ها، پر کردن میکرو ماژول راکت ها را بهبود بخشد. گزینه مونتاژ بلوک ها از قطعات در نظر گرفته شد فرم استاندارد، شبیه به مونتاژ مدل های اسباب بازی از فیگورهای لگو. اما کیلبی مجذوب چیز دیگری بود. اثر "نگاه تازه" نقش تعیین کننده ای داشت: اولاً ، او بلافاصله اظهار داشت که میکرو ماژول ها یک بن بست هستند و ثانیاً با تحسین ساختارهای mesa ، به این نتیجه رسید که مدار باید (و می تواند) از یک ماده اجرا شود. - یک نیمه هادی کیلبی از ایده دامر و عدم اجرای آن در سال 1956 آگاه بود و پس از تجزیه و تحلیل، دلیل شکست را درک کرد و راهی برای غلبه بر آن یافت. " شایستگی من این است که با پذیرش این ایده، آن را به واقعیت تبدیل کردم.جی. کیلبی بعداً در سخنرانی نوبل خود گفت.

او که هنوز حق مرخصی را به دست نیاورده بود، در حالی که همه در حال استراحت بودند، بدون دخالت در آزمایشگاه کار می کرد. در 24 جولای 1958، کیلبی مفهومی را در یک مجله آزمایشگاهی به نام ایده یکپارچه تدوین کرد. ماهیت آن این بود که ". .. عناصر مدار مانند مقاومت ها، خازن ها، خازن های توزیع شده و ترانزیستورها را می توان در یک تراشه ادغام کرد - مشروط بر اینکه از یک ماده ساخته شده باشند ... در طراحی مدار فلیپ فلاپ، تمام عناصر باید از سیلیکون ساخته شوند. و مقاومت ها از مقاومت حجمی سیلیکونی استفاده می کنند و خازن ها - ظرفیت اتصالات p-n” . "ایده یکپارچه" با نگرش تحقیرآمیز کنایه آمیز مدیریت تگزاس اینسترومنتز مواجه شد که خواستار اثبات امکان ساخت ترانزیستورها، مقاومت ها و خازن ها از یک نیمه هادی و عملکرد مدار مونتاژ شده از چنین عناصری شدند.

در سپتامبر 1958، کیلبی ایده خود را تحقق بخشید - او یک ژنراتور از دو قطعه ژرمانیوم به اندازه 11.1 x 1.6 میلی متر ساخت، که با موم زنبور عسل روی یک بستر شیشه ای چسبانده شده بود، حاوی دو نوع ناحیه انتشار (شکل 1). او از این نواحی و کنتاکت های موجود برای ایجاد یک مدار ژنراتور استفاده کرد و المان ها را با سیم های نازک طلایی به قطر 100 میکرون با جوشکاری ترموفشاری به هم وصل کرد. از یک ناحیه، یک مزترانزیستور، از ناحیه دیگر، یک زنجیره RC ایجاد شد. سه ژنراتور مونتاژ شده به مدیریت شرکت نشان داده شد. هنگامی که برق وصل شد، آنها در فرکانس 1.3 مگاهرتز کار می کردند. در 12 سپتامبر 1958 اتفاق افتاد. یک هفته بعد، کیلبی یک تقویت کننده به روش مشابه ساخت. اما اینها هنوز ساختارهای یکپارچه نبودند، آنها طرح های سه بعدی آی سی های نیمه هادی بودند که ایده ساخت همه عناصر مدار از یک ماده - یک نیمه هادی را اثبات می کرد.

برنج. 3. ماشه 502 J. Kilby را تایپ کنید. عکس از http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1958-Miniaturized.html

اولین مدار یکپارچه واقعی کیلبی که در یک تکه ژرمانیوم یکپارچه ساخته شد، آی سی ماشه آزمایشی نوع 502 بود (شکل 3). هم از مقاومت حجیم ژرمانیوم و هم از ظرفیت اتصال p-n استفاده کرد. ارائه آن در مارس 1959 انجام شد. تعداد کمی از این آی سی ها در آزمایشگاه ساخته شده و در دایره ای باریک به قیمت 450 دلار به فروش می رسید. آی سی حاوی شش عنصر بود: چهار ترانزیستور mesa و دو مقاومت که روی یک ویفر سیلیکونی با قطر 1 سانتی متر قرار داده شده بودند. اما آی سی کیلبی یک اشکال جدی داشت - ترانزیستورهای مزا، که به شکل ستون های "فعال" میکروسکوپی، در بالای آن قرار داشتند. بقیه، بخش "منفعل" کریستال. اتصال ستون‌های مسا به یکدیگر در کیلبی IS با جوشاندن سیم‌های طلای نازک انجام شد - "فناوری مویی" که مورد نفرت همه بود. مشخص شد که با چنین اتصالات نمی توان یک ریزمدار با تعداد زیادی عنصر ایجاد کرد - شبکه سیم شکسته یا دوباره بسته می شود. بله، و ژرمانیوم در آن زمان قبلاً به عنوان ماده ای غیر امیدبخش در نظر گرفته می شد. پیشرفت اتفاق نیفتاد.

در این زمان، فناوری سیلیکون مسطح در Fairchild توسعه یافته بود. با توجه به همه اینها، تگزاس اینسترومنتز مجبور بود همه کارهایی را که کیلبی انجام داده بود کنار بگذارد و بدون کیلبی به توسعه یک سری آی سی مبتنی بر فناوری سیلیکون مسطح ادامه دهد. در اکتبر 1961، این شرکت ساخت یک سری آی سی از نوع SN-51 را اعلام کرد و از سال 1962 تولید و عرضه انبوه آنها را به نفع وزارت دفاع ایالات متحده و ناسا آغاز کرد.

آی پی توسط رابرت نویس. سری IS”میکرولوژیک”

در سال 1957، به دلایلی، W. Shockley، مخترع ترانزیستور اتصال، گروهی متشکل از هشت مهندس جوان را ترک کرد که می خواستند ایده های خود را پیاده کنند. "هشت خائن"، همانطور که شاکلی آنها را نامید، به رهبری R. Noyce و G. Moore، Fairchild Semiconductor ("کودک زیبا") را تأسیس کردند. این شرکت توسط رابرت نویس اداره می شد، او در آن زمان 23 سال داشت.

در پایان سال 1958، فیزیکدان D. Horney که در Fairchild Semiconductor کار می کرد، یک فناوری مسطح برای ساخت ترانزیستورها توسعه داد. و فیزیکدان متولد چک، کورت لهووک، که در Sprague Electric کار می کرد، تکنیکی را برای استفاده از اتصال معکوس n - p برای جداسازی الکتریکی اجزا ایجاد کرد. در سال 1959، رابرت نویس که در مورد طرح آی سی کیلبی شنیده بود، تصمیم گرفت تا با ترکیب فرآیندهای پیشنهادی هورنی و لهووک، یک مدار مجتمع بسازد. و به جای "فناوری مودار" اتصالات، Noyce رسوب انتخابی یک لایه نازک از فلز را بر روی ساختارهای نیمه هادی عایق شده با دی اکسید سیلیکون با اتصال به مخاطبین عناصر از طریق سوراخ های باقی مانده در لایه عایق پیشنهاد کرد. این امر امکان "غوطه ور کردن" عناصر فعال در بدنه یک نیمه هادی، عایق کردن آنها با اکسید سیلیکون و سپس اتصال این عناصر با قطعات آلومینیومی یا طلایی پراکنده شده را که با استفاده از فرآیندهای فوتولیتوگرافی، متالیزاسیون و حکاکی در آخرین مرحله ایجاد می شوند، فراهم می کند. تولید محصول بنابراین، یک گزینه واقعا "یکپارچه" برای ترکیب اجزا در یک مدار واحد به دست آمد و فناوری جدید "مسطح" نامیده شد. اما ابتدا باید این ایده آزمایش می شد.

برنج. 4. ماشه آزمایشی R. Noyce. عکس از http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1960-FirstIC.html

برنج. 5. عکس آی سی میکرولوژیک در مجله لایف. عکس از http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1960-FirstIC.html

در آگوست 1959، R. Noyce به Joey Last دستور داد تا یک نوع IC را بر اساس فناوری مسطح کار کند. ابتدا مانند کیلبی روی چندین کریستال سیلیکونی یک طرح ماشه درست کردند که روی آن 4 ترانزیستور و 5 مقاومت ساخته شد. سپس، در 26 می 1960، اولین ماشه تک تراشه ساخته شد. برای جداسازی عناصر موجود در آن با سمت معکوسویفر سیلیکونی با شیارهای عمیق پر از رزین اپوکسی اچ شده بود. در 27 سپتامبر 1960، نسخه سوم ماشه ساخته شد (شکل 4)، که در آن عناصر توسط یک اتصال p - n متصل به عقب جدا شدند.

تا آن زمان، Fairchild Semiconductor فقط با ترانزیستورها سر و کار داشت؛ هیچ مهندس مداری برای ایجاد آی سی های نیمه هادی نداشت. بنابراین، رابرت نورمن از Sperry Gyroscope به عنوان طراح مدارها دعوت شد. نورمن با منطق مقاومت ترانزیستور آشنا بود، که شرکت به پیشنهاد او، آن را به عنوان مبنایی برای سری آی سی Micrologic آینده خود انتخاب کرد، که اولین کاربرد خود را در تجهیزات موشکی Minuteman پیدا کرد. در مارس 1961، فیرچایلد اولین آی سی آزمایشی این سری (یک فلیپ فلاپ F حاوی شش عنصر: چهار ترانزیستور دوقطبی و دو مقاومت روی صفحه 1 سانتی متری) را با انتشار عکس خود (شکل 5) در صفحه اعلام کرد. مجله زندگی(به تاریخ 10 مارس 1961). 5 آی سی دیگر در ماه اکتبر معرفی شد. و از ابتدای سال 1962، Fairchild تولید انبوه آی سی ها و عرضه آنها را نیز در راستای منافع وزارت دفاع ایالات متحده و ناسا راه اندازی کرد.

کیلبی و نویس مجبور بودند به انتقادات زیادی در مورد نوآوری های خود گوش دهند. اعتقاد بر این بود که بازده عملی مدارهای مجتمع مناسب بسیار کم خواهد بود. واضح است که باید کمتر از ترانزیستورها باشد (زیرا حاوی چندین ترانزیستور است) که در آن زمان بیشتر از 15٪ نبود. ثانیا، بسیاری بر این باور بودند که مدارهای مجتمع از مواد نامناسب استفاده می کنند، زیرا در آن زمان مقاومت ها و خازن ها از نیمه هادی ها ساخته نمی شدند. ثالثاً، بسیاری نمی توانند ایده غیر قابل تعمیر IP را بپذیرند. به نظر آنها کفرآمیز به نظر می رسید که محصولی را دور بریزند که تنها یکی از عناصر متعدد در آن شکست خورده باشد. زمانی که مدارهای مجتمع با موفقیت در برنامه های نظامی و فضایی ایالات متحده مورد استفاده قرار گرفتند، همه تردیدها به تدریج کنار گذاشته شد.

یکی از بنیانگذاران Fairchild Semiconductor، G. Moore، قانون اساسی توسعه میکروالکترونیک سیلیکونی را تدوین کرد که بر اساس آن تعداد ترانزیستورها در یک تراشه مدار مجتمع هر سال دو برابر می شد. این قانون که "قانون مور" نامیده می شود، در 15 سال اول (شروع در سال 1959) نسبتاً خوب عمل کرد و سپس این دو برابر شدن در حدود یک سال و نیم اتفاق افتاد.

علاوه بر این، صنعت IP در ایالات متحده شروع به توسعه با سرعتی سریع کرد. در ایالات متحده، یک روند بهمن مانند ظهور شرکت هایی که منحصراً "زیر سطح" بودند آغاز شد و گاهی اوقات به حدی می رسید که هفته ای دوازده شرکت ثبت می شد. در تعقیب کهنه سربازان (شرکت های W. Shockley و R. Noyce)، و همچنین به لطف مشوق های مالیاتی و خدمات ارائه شده توسط دانشگاه استنفورد، "تازه واردان" عمدتاً در دره سانتا کلارا (کالیفرنیا) جمع شدند. بنابراین، جای تعجب نیست که در سال 1971، با دست سبک روزنامه نگاری که نوآوری های فنی را رواج می دهد، دان هوفلر، تصویر عاشقانه-تکنولوژیکی «سیلیکون ولی» وارد چرخه شد که برای همیشه مترادف با مکه فناوری نیمه هادی شد. انقلاب به هر حال، در آن منطقه واقعاً دره ای وجود دارد که قبلاً به خاطر باغ های متعدد زردآلو، گیلاس و آلوچه اش معروف بود، که قبل از ظهور شاکلی در آن نامی متفاوت و دلپذیرتر داشت - دره دلخوشی، اکنون، متأسفانه، تقریباً فراموش شده.

در سال 1962، تولید انبوه مدارهای مجتمع در ایالات متحده آغاز شد، اگرچه حجم تحویل آنها به مشتریان تنها چند هزار نفر بود. قوی ترین محرک برای توسعه ابزارسازی و صنایع الکترونیک بر اساس جدید، موشک و فناوری فضایی بود. ایالات متحده در آن زمان موشک‌های بالستیک قاره‌پیما قدرتمند مشابه موشک‌های شوروی را نداشت و برای افزایش بار، مجبور شد از طریق معرفی سامانه‌های کنترلی، به سمت حداکثر کاهش جرم حامل، از جمله سامانه‌های کنترلی برود. آخرین پیشرفت های فناوری الکترونیک شرکت‌های Texas Instrument و Fairchild Semiconductor قراردادهای بزرگی را برای توسعه و ساخت مدارهای مجتمع با وزارت دفاع ایالات متحده و ناسا امضا کرده‌اند.

اولین آی سی های نیمه هادی در اتحاد جماهیر شوروی

در پایان دهه 1950، صنعت شوروی به دیودها و ترانزیستورهای نیمه هادی به قدری نیاز داشت که اقدامات جدی لازم بود. در سال 1959، کارخانه های تولید دستگاه های نیمه هادی در الکساندروف، بریانسک، ورونژ، ریگا و غیره تأسیس شد. در ژانویه 1961، کمیته مرکزی CPSU و شورای وزیران اتحاد جماهیر شوروی، فرمان دیگری را "در مورد توسعه صنعت نیمه هادی" تصویب کردند. که زمینه ساخت کارخانه ها و موسسات تحقیقاتی را در کیف، مینسک، ایروان، نالچیک و سایر شهرها فراهم کرد.

ما به یکی از کارخانه های جدید علاقه مند خواهیم شد - کارخانه نیمه هادی ریگا فوق الذکر (RZPP، نام خود را چندین بار تغییر داد، برای سادگی، ما از معروف ترین، عامل و اکنون استفاده می کنیم). به عنوان سکوی پرتاب کارخانه جدید ساختمان آموزشکده فنی تعاونی در حال ساخت به مساحت 5300 متر مربع در اختیار کارخانه جدید قرار گرفت و همزمان ساخت ساختمان ویژه آغاز شد. تا فوریه 1960، 32 سرویس، 11 آزمایشگاه و تولید آزمایشی در کارخانه ایجاد شده بود، که در آوریل برای آماده سازی برای تولید اولین ابزار آغاز شد. این کارخانه قبلاً 350 نفر را استخدام می کرد که 260 نفر از آنها برای تحصیل در مؤسسه تحقیقاتی مسکو-35 (بعدها مؤسسه تحقیقاتی پالسار) و کارخانه لنینگراد سوتلانا در طول سال فرستاده شدند. و در پایان سال 1960 تعداد کارکنان به 1900 نفر رسید. در ابتدا خطوط فناورانه در سالن ورزشی بازسازی شده ساختمان آموزشکده فنی تعاونی و آزمایشگاه های دفتر طراحی آزمایشی در کلاس های درس سابق مستقر شدند. اولین دستگاه ها (ترانزیستورهای آلیاژی انتشار و تبدیل ژرمانیوم P-401، P-403، P-601 و P-602 توسعه یافته توسط NII-35) 9 ماه پس از امضای سفارش ایجاد آن توسط کارخانه تولید شد. مارس 1960. و تا پایان جولای اولین هزار ترانزیستور P-401 را تولید کرد. سپس به بسیاری از ترانزیستورها و دیودهای دیگر در تولید تسلط یافت. در ژوئن 1961، ساخت یک ساختمان ویژه به پایان رسید که در آن تولید انبوه دستگاه های نیمه هادی آغاز شد.

از سال 1961، کارخانه کار مستقل فنی و توسعه، از جمله مکانیزاسیون و اتوماسیون تولید ترانزیستور بر اساس فوتولیتوگرافی را آغاز کرد. برای این، اولین تکرار کننده عکس داخلی (فتومهر) توسعه یافت - نصبی برای چاپ عکس ترکیبی و تماسی (توسعه یافته توسط A.S. Gotman). شرکت های وزارت صنایع رادیویی، از جمله KB-1 (بعدها NPO Almaz، مسکو) و NIIRE، کمک بزرگی در تأمین مالی و ساخت تجهیزات منحصر به فرد ارائه کردند. سپس فعال ترین توسعه دهندگان تجهیزات رادیویی با اندازه کوچک، بدون داشتن پایه نیمه هادی تکنولوژیکی خود، به دنبال راه هایی برای تعامل خلاقانه با کارخانه های نیمه هادی تازه ایجاد شده بودند.

در RZPP، کار فعالی برای خودکارسازی تولید ترانزیستورهای ژرمانیوم از انواع P401 و P403 بر اساس خط تولید Ausma ایجاد شده توسط کارخانه انجام شد. طراح ارشد آن (GK) A.S. گاتمن پیشنهاد کرد که مسیرهای حامل جریان بر روی سطح ژرمانیوم از الکترودهای ترانزیستور تا حاشیه کریستال ایجاد شود تا بتوان سرنخ های ترانزیستور را به راحتی جوش داد. اما مهمتر از همه، این آهنگ‌ها می‌توانند به عنوان پایانه‌های خارجی ترانزیستور زمانی که بدون بسته‌بندی روی تخته‌ها مونتاژ می‌شوند (حاوی عناصر اتصال و غیرفعال) استفاده می‌شوند و آنها را مستقیماً به لنت‌های مربوطه لحیم می‌کنند (در واقع، فناوری ایجاد آی‌سی هیبریدی پیشنهاد شده بود). . روش پیشنهادی، که در آن مسیرهای حامل جریان کریستال، همانطور که بود، پدهای تماس تخته را می بوسید، نام اصلی - "فناوری بوسیدن" را دریافت کرد. اما به دلیل تعدادی از مشکلات تکنولوژیکی که در آن زمان غیر قابل حل بودند، که عمدتاً مربوط به مشکلات دقت به دست آوردن تماس ها بر روی برد مدار چاپی بود، امکان اجرای عملی "تکنولوژی بوسیدن" وجود نداشت. چند سال بعد، ایده مشابهی در ایالات متحده آمریکا و اتحاد جماهیر شوروی به اجرا درآمد و کاربرد گسترده ای در به اصطلاح "سرنخ های توپ" و در فناوری "تراشه روی برد" یافت.

با این وجود، شرکت‌های سخت‌افزاری که با RZPP همکاری می‌کنند، از جمله NIIRE، به «فناوری بوسیدن» امیدوار بودند و برای استفاده از آن برنامه‌ریزی کردند. در بهار سال 1962، زمانی که مشخص شد اجرای آن برای مدت نامعلومی به تعویق افتاده است، مهندس ارشد NIIRE V.I. اسمیرنوف از مدیر RZPP S.A. برگمن برای یافتن راه دیگری برای پیاده سازی مدار چند عنصری از نوع 2NOT-OR، جهانی برای ساخت دستگاه های دیجیتال.

برنج. 7. مدار معادل IS R12-2 (1LB021). برگرفته از دفترچه IP از سال 1965

اولین IS و GIS توسط یوری اوسوکین. مدار جامد R12-2(سری آی سی 102 و 116 )

مدیر RZPP این کار را به مهندس جوانی به نام یوری والنتینوویچ اوسوکین سپرد. ما یک بخش متشکل از یک آزمایشگاه فناوری، یک آزمایشگاه برای توسعه و ساخت ماسک های عکس، یک آزمایشگاه اندازه گیری و یک خط تولید آزمایشی تشکیل دادیم. در آن زمان، فناوری ساخت دیودها و ترانزیستورهای ژرمانیوم به RZPP تحویل داده شد و به عنوان پایه ای برای توسعه جدید در نظر گرفته شد. و قبلاً در پاییز سال 1962 ، اولین نمونه های اولیه مدار جامد ژرمانیوم 2NE-OR به دست آمد (از آنجایی که اصطلاح IP در آن زمان وجود نداشت ، به احترام امور آن روزها ، نام "مدار جامد" را حفظ خواهیم کرد. - TS)، که نام کارخانه "P12-2" را دریافت کرد. یک کتابچه تبلیغاتی از سال 1965 در P12-2 حفظ شده است (شکل 6)، اطلاعات و تصاویری که از آنها استفاده خواهیم کرد. TS R12-2 حاوی دو ترانزیستور p - n - p ژرمانیوم (ترانزیستورهای اصلاح شده از انواع P401 و P403) با بار کلی به شکل یک مقاومت ژرمانیومی نوع p توزیع شده بود (شکل 7).

برنج. 8. ساختار IS R12-2. برگرفته از دفترچه IP از سال 1965

برنج. 9. ترسیم ابعادی وسیله نقلیه R12-2. برگرفته از دفترچه IP از سال 1965

سرنخ های بیرونی با جوشکاری ترمو فشرده بین نواحی ژرمانیوم ساختار TC و طلای سیم های سربی تشکیل می شوند. این امر عملکرد پایدار مدارها را تحت تأثیرات خارجی در شرایط مناطق استوایی و مه دریا تضمین می کند، که به ویژه برای کار در مبادلات تلفن خودکار شبه الکترونیکی دریایی تولید شده توسط کارخانه VEF ریگا، که همچنین به این توسعه علاقه مند است، مهم است.

از نظر ساختاری، TS R12-2 (و R12-5 بعدی) به شکل یک "قرص" (شکل 9) از یک فنجان فلزی گرد با قطر 3 میلی متر و ارتفاع 0.8 میلی متر ساخته شد. یک کریستال TS در آن قرار داده شد و با یک ترکیب پلیمری پر شد، که از آن انتهای کوتاه بیرونی سرب های ساخته شده از سیم طلای نرم با قطر 50 میکرومتر که به کریستال جوش داده شده بود، خارج شد. وزن P12-2 از 25 میلی گرم تجاوز نکرد. در این طرح، RH ها در برابر رطوبت نسبی 80 درصد در دمای محیط 40 درجه سانتی گراد و در برابر چرخه دما از 60- تا 60 درجه سانتی گراد مقاوم بودند.

تا پایان سال 1962، تولید آزمایشی RZPP حدود 5 هزار وسیله نقلیه R12-2 تولید کرد و در سال 1963 چندین ده هزار دستگاه از آنها ساخته شد. بنابراین، سال 1962 سال تولد صنعت میکروالکترونیک در ایالات متحده آمریکا و اتحاد جماهیر شوروی بود.

برنج. 10. گروه های TC R12-2

برنج. 11. مشخصات الکتریکی اصلی R12-2

فناوری نیمه هادی در آن زمان در مراحل اولیه خود بود و هنوز تکرارپذیری دقیق پارامترها را تضمین نمی کرد. بنابراین، دستگاه‌های قابل اجرا در گروه‌هایی از پارامترها طبقه‌بندی شدند (این اغلب در زمان ما انجام می‌شود). ساکنان ریگا نیز همین کار را کردند و 8 نوع TS R12-2 را نصب کردند (شکل 10). تمام مشخصات الکتریکی و سایر مشخصات برای همه درجه بندی ها یکسان است (شکل 11).

تولید TS R12-2 همزمان با تحقیق و توسعه "سختی" آغاز شد که در سال 1964 به پایان رسید (GK Yu.V. Osokin). در چارچوب این کار، یک فناوری گروهی بهبود یافته برای تولید سریال TC های ژرمانیوم بر اساس فوتولیتوگرافی و رسوب گالوانیکی آلیاژها از طریق یک ماسک نوری توسعه داده شد. راه حل های فنی اصلی آن به عنوان اختراع Osokin Yu.V ثبت شده است. و میخالوویچ دی.ال. (A.S. شماره 36845). چندین مقاله توسط Yu.V. Osokina با همکاری متخصصان KB-1 I.V. هیچی، G.G. اسمولکو و یو.ای. Naumov با شرحی از طراحی و ویژگی های وسیله نقلیه R12-2 (و وسیله نقلیه بعدی R12-5).

طراحی P12-2 برای همه خوب بود، به جز یک چیز - مصرف کنندگان نمی دانستند چگونه از چنین محصولات کوچکی با نازک ترین نتایج استفاده کنند. شرکت های سخت افزار، به عنوان یک قاعده، نه فناوری و نه تجهیزات لازم برای این کار را داشتند. در تمام مدت انتشار R12-2 و R12-5، استفاده از آنها توسط NIIRE، کارخانه رادیویی Zhiguli وزارت صنعت رادیو، VEF، NIIP (از سال 1978 NPO Radiopribor) و چند شرکت دیگر تسلط یافت. با درک این مشکل، توسعه دهندگان TS به همراه NIIRE بلافاصله به سطح دوم طراحی فکر کردند که در همان زمان تراکم چیدمان تجهیزات را افزایش داد.

برنج. 12. ماژول 4 وسیله نقلیه R12-2

در سال 1963، در چارچوب R&D "Kvant" (GK A.N. Pelipenko، با مشارکت E.M. Lyakhovich)، طراحی ماژول در NIIRE توسعه یافت که در آن چهار TS R12-2 با هم ترکیب شدند (شکل 12). از دو تا چهار R12-2 TS (در یک مورد) روی یک میکروبرد ساخته شده از فایبرگلاس نازک قرار داده شد که با هم یک مقدار مشخص را اجرا می کنند. گره عملکردی. تا 17 لید روی برد فشار داده شد (تعداد برای یک ماژول خاص متفاوت است) به طول 4 میلی متر. میکروپلیت در یک فنجان فلزی مهر شده به اندازه 21.6 × 10 قرار داده شد. 6.6 میلی متر و عمق 3.1 میلی متر و با یک ترکیب پلیمری پر شده است. نتیجه یک مدار مجتمع ترکیبی (GIS) با المان‌های مهر و موم شده دوگانه است. و همانطور که گفتیم اولین GIS در جهان با یکپارچگی دو سطحی و شاید اولین GIS به طور کلی بود. هشت نوع ماژول با نام رایج "کوانتوم" توسعه یافتند که عملکردهای منطقی مختلفی را انجام می دادند. به عنوان بخشی از چنین ماژول هایی، وسایل نقلیه R12-2 تحت تأثیر شتاب های ثابت تا 150 گرم و بارهای ارتعاشی در محدوده فرکانس 5-2000 هرتز با شتاب تا 15 گرم باقی ماندند.

ماژول های Kvant ابتدا با تولید آزمایشی NIIRE تولید شدند و سپس به کارخانه رادیویی Zhiguli در وزارت صنعت رادیو اتحاد جماهیر شوروی منتقل شدند که آنها را برای مصرف کنندگان مختلف از جمله کارخانه VEF عرضه می کرد.

ماژول های TS R12-2 و Kvant بر اساس آنها به خوبی خود را ثابت کرده اند و به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفته اند. در سال 1968 استانداردی منتشر شد که یک سیستم واحد از نامگذاری مدارهای مجتمع را در کشور ایجاد کرد و در سال 1969 - مشخصات عمومی برای آی سی های نیمه هادی (NP0.073.004TU) و هیبریدی (NP0.073.003TU) با سیستم یکپارچهالزامات. مطابق با این الزامات، دفتر مرکزی برای کاربرد مدارهای مجتمع (TsBPIMS، بعداً دفتر طراحی مرکزی دیتون، Zelenograd) در 6 فوریه 1969 شرایط فنی جدید را برای TS ShT3.369.001-1TU تصویب کرد. در همان زمان، عبارت "مدار مجتمع" سری 102 برای اولین بار در نام محصول ظاهر شد. در واقع یک آی سی بود که بر اساس ولتاژ خروجی و ظرفیت بار به چهار گروه طبقه بندی شده بود.

برنج. 13. آی سی سری 116 و 117

و در 19 سپتامبر 1970، مشخصات فنی AB0.308.014TU برای ماژول های Kvant که نام IS از سری 116 را دریافت کردند، در TsBPIMS تایید شد (شکل 13). این سری شامل نه آی سی بود: 1KhL161، 1KhL162 و 1KhL163 - مدارهای دیجیتال چند منظوره. 1LE161 و 1LE162 - دو و چهار عنصر منطقی 2NOT-OR. 1TP161 و 1TP1162 - یک و دو ماشه. 1UP161 - تقویت کننده قدرت، و همچنین 1LP161 - عنصر منطقی"ممنوعیت" برای 4 ورودی و 4 خروجی. هر یک از این آی‌سی‌ها از چهار تا هفت نسخه داشتند که از نظر ولتاژ سیگنال خروجی و ظرفیت بار متفاوت بودند، در مجموع 58 رتبه بندی آی سی وجود داشت. اعدام ها با یک حرف بعد از قسمت دیجیتالی نام IS، به عنوان مثال، 1ХЛ161Ж مشخص می شدند. در آینده، دامنه ماژول ها گسترش یافت. آی سی های سری 116 در واقع ترکیبی بودند، اما به درخواست RZPP آنها را به عنوان نیمه هادی برچسب گذاری کردند ( رقم اول در نام "1" است، هیبریدها باید "2" داشته باشند).

در سال 1972، با تصمیم مشترک وزارت صنایع الکترونیک و وزارت صنایع رادیویی، تولید ماژول ها از کارخانه رادیو Zhiguli به RZPP منتقل شد. این امر نیاز به انتقال آی سی های سری 102 در مسافت های طولانی را از بین برد، بنابراین نیازی به کپسوله کردن قالب هر آی سی وجود نداشت. در نتیجه، طراحی آی سی های هر دو سری 102 و 116 ساده شد: نیازی به بسته بندی آی سی های سری 102 در یک فنجان فلزی پر از ترکیب نبود. آی سی های بسته بندی نشده سری 102 در یک کانتینر تکنولوژیک برای مونتاژ آی سی های سری 116 به فروشگاه همسایه تحویل داده شد، مستقیماً روی میکروبرد آنها نصب شد و در جعبه ماژول مهر و موم شد.

در اواسط دهه 1970، استاندارد جدیدی برای سیستم نمادگذاری IP منتشر شد. پس از آن، برای مثال، IS 1LB021V نام 102LB1V را دریافت کرد.

دومین IS و GIS یوری اوسوکین. مدار جامد R12-5(سری آی سی 103 و 117 )

در آغاز سال 1963، در نتیجه کار جدی روی توسعه ترانزیستورهای فرکانس بالا n - p - n، تیم Yu.V. Osokina تجربه زیادی با لایه‌های p در ویفر n-germanium اصلی انباشته است. این و در دسترس بودن تمام اجزای تکنولوژیکی لازم به اوسوکین در سال 1963 اجازه داد تا شروع به توسعه فناوری و طراحی جدید برای نسخه سریعتر TS کند. در سال 1964، به دستور NIIRE، توسعه R12-5 TS و ماژول های مبتنی بر آن به پایان رسید. طبق نتایج آن، در سال 1965، تحقیق و توسعه پالانگا افتتاح شد (GK Yu.V. Osokin، معاون او - D.L. Mikhalovich، در سال 1966 تکمیل شد). ماژول های مبتنی بر P12-5 در چارچوب همان R&D "Kvant" به عنوان ماژول های مبتنی بر P12-2 توسعه یافتند. همزمان با مشخصات فنی سری 102 و 116، مشخصات فنی ShT3.369.002-2TU برای آی سی های سری 103 (P12-5) و AV0.308.016TU برای آی سی های سری 117 (ماژول های مبتنی بر آی سی های سری 103) بود. تایید شده. نامگذاری انواع و درجه بندی استاندارد TS R12-2، ماژول های روی آنها و سری IS 102 و 116 به ترتیب با نامگذاری TS R12-5 و سری IS 103 و 117 یکسان بود. آنها فقط در سرعت و فناوری ساخت تراشه آی سی تفاوت داشتند. زمان تاخیر انتشار معمولی سری 117 55 ns در مقابل 200 ns برای سری 116 بود.

از نظر ساختاری، R12-5 TS یک ساختار نیمه هادی چهار لایه بود (شکل 14)، که در آن بسترهای نوع n و ساطع کننده های نوع p + به یک گذرگاه زمین مشترک متصل شدند. راه حل های فنی اصلی برای ساخت R12-5 TS به عنوان اختراع Osokin Yu.V.، Mikhalovich D.L. Kaidalova Zh.A. و Akmensa Ya.P. (A.S. شماره 248847). در ساخت ساختار چهار لایه TS R12-5، یک دانش مهم، تشکیل یک لایه p نوع n در صفحه ژرمانیوم اصلی بود. این امر با انتشار روی در یک آمپول کوارتز مهر و موم شده به دست آمد، جایی که صفحات در دمای حدود 900 درجه سانتیگراد قرار دارند و روی در انتهای دیگر آمپول در دمای حدود 500 درجه سانتیگراد قرار دارد. تشکیل ساختار TS در لایه p ایجاد شده مشابه TS R12-2 است. فناوری جدید امکان دور شدن از شکل پیچیده کریستال TC را فراهم کرد. ویفرهای با P12-5 نیز از پشت به ضخامت حدود 150 میکرومتر با حفظ بخشی از ویفر اصلی آسیاب شدند، سپس آنها را به تراشه‌های IC مستطیلی جداگانه خط خطی کردند.

برنج. 14. ساختار کریستالی TS P12-5 از شماره AS 248847. 1 و 2 - زمین، 3 و 4 - ورودی، 5 - خروجی، 6 - قدرت

بعد از اولین نتایج مثبتتولید خودروهای آزمایشی R12-5، به سفارش KB-1، Mezon-2 R & D افتتاح شد که هدف آن ایجاد وسایل نقلیه با چهار R12-5 بود. در سال 1965، نمونه های عملیاتی در یک محفظه مسطح سرامیکی-فلزی به دست آمد. اما تولید P12-5 مشکل بود، عمدتاً به دلیل دشواری تشکیل یک لایه p دوپ شده با روی روی ویفر اصلی n-Ge. معلوم شد که ساخت این کریستال کار فشرده ای دارد، درصد بازدهی پایین است و هزینه TS بالا است. به همین دلایل، R12-5 TS در حجم های کوچک تولید شد و نمی توانست R12-2 کندتر، اما از نظر تکنولوژیکی پیشرفته تر را جابجا کند. و R&D "Mezon-2" به هیچ وجه ادامه نداد، از جمله به دلیل مشکلات اتصال.

در آن زمان، مؤسسه تحقیقاتی Pulsar و NIIME در حال کار بر روی یک جبهه گسترده برای توسعه فناوری سیلیکون مسطح بودند که دارای تعدادی مزیت نسبت به ژرمانیوم است، که اصلی‌ترین آنها محدوده دمای عملیاتی بالاتر (+150 درجه سانتیگراد برای سیلیکون و +) است. 70 درجه سانتی گراد برای سیلیکون).ژرمانیوم) و سیلیکون طبیعی است فیلم محافظ SiO2. و تخصص RZPP به ایجاد آی سی های آنالوگ تغییر جهت داد. بنابراین متخصصان RZPP توسعه فناوری ژرمانیوم برای تولید آی سی را نامناسب دانستند. با این حال، در تولید ترانزیستورها و دیودها، ژرمانیوم برای مدتی از موقعیت خود دست نکشید. در بخش Yu.V. Osokin، پس از سال 1966، RZPP ترانزیستورهای مایکروویو کم سر و صدای مسطح ژرمانیومی GT329، GT341، GT 383 و غیره را توسعه و تولید کرد. ساخت آنها جایزه دولتی اتحاد جماهیر شوروی لتونی را دریافت کرد.

کاربرد

برنج. 15. واحد حسابی روی ماژول های مدار جامد. عکس از جزوه TS مورخ 1965

برنج. 16. ابعاد مقایسه ای دستگاه کنترل خودکار مبادله تلفن ساخته شده بر روی رله و وسیله نقلیه. عکس از جزوه TS مورخ 1965

مشتریان و اولین مصرف کنندگان R12-2 TS و ماژول ها سازندگان سیستم های خاصی بودند: کامپیوتر Gnom (شکل 15) برای سیستم هواپیمای داخلی Kupol (NIIRE, GK Lyakhovich E.M.) و مبادلات تلفن اتوماتیک دریایی و غیرنظامی (کارخانه). VEF، GK Misulovin L.Ya.). فعالانه در تمام مراحل ایجاد خودروهای R12-2، R12-5 و ماژول های روی آنها و KB-1 شرکت کرد، متولی اصلی این همکاری از KB-1 N.A. بارکانوف. آنها در تامین مالی، ساخت تجهیزات، تحقیقات TS و ماژول ها در حالت ها و شرایط عملیاتی مختلف کمک کردند.

TS R12-2 و ماژول های "کوانتوم" بر اساس آن اولین ریز مدارهای موجود در کشور بودند. بله، و در جهان آنها جزو اولین ها بودند - فقط در ایالات متحده آمریکا آنها شروع به تولید اولین آی سی های نیمه هادی خود از Texas Instruments و Fairchild Semiconductor کردند و در سال 1964 IBM شروع به تولید IC های هیبریدی با لایه ضخیم برای رایانه های خود کرد. در کشورهای دیگر هنوز به IP فکر نشده است. بنابراین، مدارهای مجتمع یک کنجکاوی برای عموم بود، اثربخشی کاربرد آنها تأثیر قابل توجهی ایجاد کرد و در تبلیغات بازی کرد. در کتابچه باقی مانده در مورد وسیله نقلیه R12-2 از سال 1965 (بر اساس برنامه های کاربردی واقعی) آمده است: استفاده از مدارهای جامد R12-2 در دستگاه‌های محاسباتی روی برد، کاهش وزن و ابعاد این دستگاه‌ها را به میزان 10 تا 20، کاهش مصرف برق و افزایش قابلیت اطمینان عملیاتی ممکن می‌سازد. ... استفاده از مدارهای جامد R12-2 در سیستم های کنترل و سوئیچینگ مسیرهای انتقال اطلاعات مبادلات تلفنی اتوماتیک این امکان را فراهم می کند که حجم دستگاه های کنترلی را تا حدود 300 برابر کاهش داده و همچنین مصرف برق را به میزان قابل توجهی کاهش دهد (30- 50 بار)». این عبارات با عکس‌هایی از دستگاه حسابی کامپیوتر Gnom (شکل 15) و مقایسه رک ATS ساخته شده در آن زمان توسط کارخانه VEF بر اساس یک رله با یک بلوک کوچک در کف دست دختر نشان داده شده است (شکل 16). ). کاربردهای متعدد دیگری از اولین آی سی های ریگا وجود داشت.

تولید

اکنون بازیابی تصویر کاملی از حجم تولید آی سی های سری 102 و 103 در طول سال ها دشوار است (امروزه RZPP از یک کارخانه بزرگ به یک تولید کوچک تبدیل شده است و بسیاری از آرشیوها از بین رفته اند). اما با توجه به خاطرات Yu.V. Osokin، در نیمه دوم دهه 1960، تولید به صدها هزار در سال، در دهه 1970 - میلیون ها رسید. طبق سوابق شخصی وی، در سال 1985 آی سی های سری 102 - 4100000 قطعه، ماژول های سری 116 - 1025000 قطعه، آی سی های سری 103 - 700000 قطعه، ماژول های سری 117، 175 عدد صادر شد.

در پایان سال 1989 Yu.V. اوسوکین که در آن زمان مدیر کل نرم افزار آلفا بود، با درخواست حذف سری های 102، 103، 116 و 117 به دلیل منسوخ بودن، به رهبری کمیسیون نظامی-صنعتی زیر نظر شورای وزیران اتحاد جماهیر شوروی (VPK) روی آورد. و شدت کار بالا (برای 25 سال، میکروالکترونیک به دور از پیشرفت است)، اما یک امتناع قاطع دریافت کرد. نایب رئیس مجتمع صنعتی نظامی V.L. کوبلو به او گفت که هواپیماها به طور قابل اعتماد پرواز می کنند و جایگزینی برای آن وجود ندارد. پس از فروپاشی اتحاد جماهیر شوروی، آی سی های سری 102، 103، 116 و 117 حتی قبل از اواسط دهه 1990، یعنی بیش از 30 سال، تولید شدند. کامپیوترهای "گنوم" هنوز در کابین ناوبری "ایل-76" و برخی هواپیماهای دیگر هستند. "این یک ابر رایانه است"، خلبانان ما وقتی همکاران خارجی آنها از علاقه مندی به واحدی که قبلاً هرگز دیده نشده بود شگفت زده نمی شوند.

در مورد اولویت ها

علیرغم این واقعیت که جی کیلبی و آر.

R. Kilby و J. Noyce از طریق شرکت های خود برای اختراع مدار مجتمع درخواست ثبت اختراع کردند. تگزاس اینسترومنتز زودتر در فوریه 1959 برای ثبت اختراع اقدام کرد، در حالی که فیرچایلد فقط در جولای همان سال این کار را کرد. اما پتنت شماره 2981877 در آوریل 1961 برای R. Noyce صادر شد. J. Kilby شکایت کرد و فقط در ژوئن 1964 ثبت اختراع خود را به شماره 3138743 دریافت کرد. سپس یک جنگ ده ساله در اولویت ها رخ داد که در نتیجه آن (نادر) "دوستی پیروز شد". در نهایت، دادگاه استیناف ادعای R. Noyce مبنی بر برتری در فناوری را تایید کرد، اما حکم داد که J. Kilby خالق اولین ریزتراشه فعال است. و Texas Instruments و Fairchild Semiconductor یک قرارداد مجوز متقابل فناوری امضا کردند.

در اتحاد جماهیر شوروی ، ثبت اختراعات برای نویسندگان چیزی جز دردسر ، پرداخت یکباره ناچیز و رضایت اخلاقی به همراه نداشت ، بنابراین بسیاری از اختراعات به هیچ وجه رسمیت نداشتند. و اوسوکین هم عجله ای نداشت. اما برای شرکت ها، تعداد اختراعات یکی از شاخص ها بود، بنابراین هنوز باید ثبت می شد. بنابراین، یو اسوکینا و دی میخالوویچ گواهینامه نویسنده اتحاد جماهیر شوروی شماره 36845 را برای اختراع TS R12-2 تنها در 28 ژوئن 1966 دریافت کردند.

و J. Kilby در سال 2000 یکی از برندگان جایزه نوبل برای اختراع IP شد. R. Noyce منتظر شناخت جهانی نماند، او در سال 1990 درگذشت و با توجه به شرایط، جایزه نوبل پس از مرگ اهدا نمی شود. که در این مورد کاملاً منصفانه نیست، زیرا همه میکروالکترونیک ها مسیری را که R. Noyce آغاز کرده بود دنبال کردند. اقتدار نویس در میان متخصصان به قدری بالا بود که او حتی لقب «شهردار سیلیکون ولی» را دریافت کرد، زیرا در آن زمان او محبوب‌ترین دانشمندانی بود که در آن بخش از کالیفرنیا کار می‌کردند که نام غیررسمی سیلیکون ولی را دریافت کرد (W. Shockley به نام "موسی دره سیلیکون"). و مسیر J. Kilby (ژرمانیوم "مودار") به بن بست تبدیل شد و حتی در شرکت او اجرا نشد. اما زندگی همیشه عادلانه نیست.

جایزه نوبل به سه دانشمند اعطا شد. نیمی از آن توسط جک کیلبی 77 ساله دریافت شد و نیمی دیگر بین آکادمی آکادمی علوم روسیه ژورس آلفروف و پروفسور دانشگاه کالیفرنیا در سانتا باربارا، آمریکایی آلمانی الاصل هربرت کرمر تقسیم شد. توسعه هتروساختارهای نیمه هادی مورد استفاده در اپتوالکترونیک پرسرعت.

کارشناسان در ارزیابی این آثار خاطرنشان کردند: «البته مدارهای مجتمع کشف قرن هستند که تأثیر شدیدی بر جامعه و اقتصاد جهان داشتند». برای جی کیلبی فراموش شده، جایزه نوبل یک شگفتی بود. در مصاحبه با یک مجله اخبار یوروفیزیکاو اعتراف کرد: در آن زمان من فقط به این فکر می کردم که چه چیزی برای توسعه الکترونیک از نظر اقتصادی مهم است. اما من در آن زمان متوجه نشدم که کاهش قیمت محصولات الکترونیکی باعث رشد بهمنی فناوری های الکترونیکی می شود..

و کار یو اسوکین نه تنها توسط کمیته نوبل ارزیابی نشد. در کشور ما هم فراموش شده اند، اولویت کشور در ایجاد میکروالکترونیک محفوظ نیست. و او قطعاً چنین بود.

در دهه 1950، اساس مادی برای تشکیل محصولات چند عنصری - مدارهای مجتمع - در یک کریستال یکپارچه یا روی یک بستر سرامیکی ایجاد شد. بنابراین، جای تعجب نیست که تقریباً به طور همزمان ایده IP به طور مستقل در ذهن بسیاری از متخصصان پدیدار شد. و سرعت معرفی یک ایده جدید به توانایی های فناورانه نویسنده و علاقه سازنده، یعنی به حضور اولین مصرف کننده بستگی دارد. از این نظر یو اسوکین در موقعیت بهتری نسبت به همکاران آمریکایی خود قرار داشت. کیلبی با TI تازه کار بود، او حتی باید با ایجاد طرح بندی آن، امکان اساسی اجرای یک مدار یکپارچه را به مدیریت شرکت ثابت می کرد. در واقع، نقش جی. کیلبی در ایجاد داعش به آموزش مجدد رهبری TI و تحریک آر. اختراع کیلبی وارد تولید سریال نشد. R. Noyce، در شرکت جوان و هنوز قوی خود، به سمت ایجاد یک فناوری جدید مسطح رفت، که واقعاً اساس میکروالکترونیک بعدی شد، اما نویسنده بلافاصله تسلیم نشد. در رابطه با موارد فوق، هر دوی آنها و شرکت هایشان باید تلاش و زمان زیادی را برای اجرای عملی ایده های خود برای ساخت IC های با قابلیت سریال صرف می کردند. اولین نمونه‌های آن‌ها آزمایشی باقی ماندند و ریزمدارهای دیگر که حتی توسط آن‌ها ساخته نشده بودند، به تولید انبوه رفتند. برخلاف Kilby و Noyce که از تولید دور بودند، کارگر کارخانه Yu. Osokin به فناوری های نیمه هادی توسعه یافته صنعتی RZPP متکی بود و مصرف کنندگان اولین TS را در قالب آغازگر توسعه NIIRE و VEF در نزدیکی آن تضمین کرده بود. گیاه، که در این کار کمک کرد. به همین دلایل، اولین نسخه از وسیله نقلیه او بلافاصله وارد مرحله آزمایشی شد، به آرامی به تولید انبوه منتقل شد، که به طور مداوم برای بیش از 30 سال ادامه یافت. بنابراین، شروع توسعه TS دیرتر از Kilby و Noyce، Yu. Osokin (بی اطلاع از این رقابت) به سرعت با آنها گرفتار شد. علاوه بر این، کار یو اسوکین به هیچ وجه با کار آمریکایی ها مرتبط نیست، گواه این امر عدم شباهت مطلق TS او و راه حل های پیاده سازی شده در آن برای ریزمدارهای Kilby و Noyce است. Texas Instruments (نه اختراع Kilby)، Fairchild و RZPP تقریباً به طور همزمان در سال 1962 تولید IC های خود را آغاز کردند. این حق کامل را به Yu. Osokin به عنوان یکی از مخترعان مدار یکپارچه همتراز با R. Noyce و بیشتر از J. Kilby می دهد و عادلانه است که بخشی از جایزه نوبل J. Kilby را با آنها به اشتراک بگذاریم. یو اسوکین. در مورد اختراع اولین GIS با ادغام دو سطحی (و احتمالاً GIS به طور کلی)، در اینجا اولویت A است. Pelipenko از NIIRE کاملا غیرقابل انکار است.

متأسفانه امکان یافتن نمونه‌های TS و دستگاه‌های مورد نیاز موزه‌ها بر اساس آنها وجود نداشت. نویسنده برای چنین نمونه ها یا عکس های آنها بسیار سپاسگزار خواهد بود.

مدار مجتمع (میکرو) (IC، آی سی، متر بر ثانیه، مدار مجتمع انگلیسی، آی سی، ریز مدار)، تراشه، ریزتراشه (ریزتراشه انگلیسی، تراشه سیلیکون، تراشه - یک صفحه نازک - این اصطلاح در ابتدا به صفحه کریستالی میکرو مدار اطلاق می شود) - دستگاه میکروالکترونیک - مدار الکترونیکیبا پیچیدگی دلخواه (کریستال)، ساخته شده بر روی یک بستر نیمه هادی (صفحه یا فیلم) و در یک محفظه غیرقابل جدا شدن، یا بدون آن، اگر در ریز مونتاژ گنجانده شود.

میکروالکترونیک مهم ترین و همانطور که بسیاری معتقدند مهمترین دستاورد علمی و فناوری زمان ما است. می توان آن را با نقاط عطفی در تاریخ فناوری مانند اختراع چاپ در قرن شانزدهم، ایجاد ماشین بخار در قرن 18 و توسعه مهندسی برق در قرن 19 مقایسه کرد. و وقتی امروز نوبت به انقلاب علمی و تکنولوژیکی می رسد، در درجه اول میکروالکترونیک منظور است. مانند هیچ دستاورد فنی دیگری در روزگار ما، در تمام حوزه های زندگی نفوذ می کند و چیزی را به واقعیت تبدیل می کند که دیروز تصورش غیرممکن بود. برای متقاعد شدن در این مورد، کافی است به ماشین‌حساب‌های جیبی، رادیوهای مینیاتوری، کنترل‌های الکترونیکی در لوازم خانگی، ساعت‌ها، رایانه‌ها و رایانه‌های قابل برنامه‌ریزی فکر کنیم. و این تنها بخش کوچکی از دامنه آن است!

میکروالکترونیک منشأ و وجود خود را مدیون ایجاد یک عنصر الکترونیکی زیرمینیاتوری جدید - یک میکرو مدار یکپارچه است. ظاهر این مدارها در واقع نوعی اختراع اساساً جدید نبود - مستقیماً از منطق توسعه دستگاه های نیمه هادی پیروی می کرد. در ابتدا، زمانی که عناصر نیمه هادی به تازگی وارد زندگی می شدند، هر ترانزیستور، مقاومت یا دیود به طور جداگانه مورد استفاده قرار می گرفت، یعنی در مورد خاص خود محصور می شد و با استفاده از تماس های فردی خود در مدار قرار می گرفت. این حتی در مواردی که لازم بود بسیاری از مدارهای مشابه از همان عناصر جمع آوری شود، انجام شد.

به تدریج درک شد که منطقی تر است که چنین دستگاه هایی را از عناصر جداگانه جمع آوری نکنیم، بلکه بلافاصله آنها را روی یک تراشه مشترک تولید کنیم، به خصوص که الکترونیک نیمه هادی همه پیش نیازها را برای این کار ایجاد می کند. در واقع، تمام عناصر نیمه هادی از نظر ساختار بسیار شبیه به یکدیگر هستند، اصل عملکرد یکسانی دارند و تنها در آرایش متقابل مناطق p-n با هم تفاوت دارند.

اینها مناطق p-nهمانطور که به یاد داریم، با وارد کردن همان نوع ناخالصی ها به لایه سطحی یک کریستال نیمه هادی ایجاد می شوند. علاوه بر این، قابل اعتماد و از همه نظر، عملکرد رضایت بخش اکثریت قریب به اتفاق عناصر نیمه هادی با ضخامت لایه کار سطحی هزارم میلی متر ارائه می شود. کوچکترین ترانزیستورها معمولاً فقط از لایه بالایی یک کریستال نیمه هادی استفاده می کنند که تنها 1٪ ضخامت آن است. 99٪ باقیمانده به عنوان یک حامل یا بستر عمل می کند، زیرا بدون زیرلایه، ترانزیستور می تواند به سادگی با کوچکترین تماس فرو بریزد. بنابراین، با استفاده از فناوری مورد استفاده برای ساخت قطعات الکترونیکی منفرد، می توان بلافاصله یک مدار کامل از چندین ده، صدها و حتی هزاران قطعه از این قبیل بر روی یک تراشه ایجاد کرد.

سود حاصل از این امر بسیار زیاد خواهد بود. اولاً، هزینه ها بلافاصله کاهش می یابد (هزینه یک ریز مدار معمولاً صدها برابر کمتر از هزینه کل تمام عناصر الکترونیکی اجزای آن است). ثانیاً ، چنین دستگاهی بسیار قابل اعتمادتر خواهد بود (همانطور که تجربه نشان می دهد هزاران و ده ها هزار بار) و این از اهمیت فوق العاده ای برخوردار است ، زیرا عیب یابی در مدار ده ها یا صدها هزار قطعه الکترونیکی به یک مشکل بسیار دشوار تبدیل می شود. . ثالثاً، با توجه به این واقعیت که تمام عناصر الکترونیکی یک مدار مجتمع صدها و هزاران برابر کوچکتر از همتایان خود در یک مدار ترکیبی معمولی هستند، مصرف برق آنها بسیار کمتر و سرعت آنها بسیار بیشتر است.

رویداد کلیدی که خبر از ورود یکپارچه سازی در الکترونیک داد، پیشنهاد مهندس آمریکایی J. Kilby از Texas Instruments برای به دست آوردن عناصر معادل برای کل مدار، مانند رجیسترها، خازن ها، ترانزیستورها و دیودها در یک قطعه یکپارچه از سیلیکون خالص بود. کیلبی اولین مدار نیمه هادی یکپارچه را در تابستان 1958 ایجاد کرد. و قبلاً در سال 1961، شرکت Fairchild Semiconductor اولین ریزمدارهای سریالی را برای رایانه ها تولید کرد: یک مدار تصادفی، یک ثبات نیمه شیفت و یک فلیپ فلاپ. در همان سال، تولید نیمه هادی یکپارچه مدارهای منطقیمتعلق به تگزاس

سال بعد، مدارهای مجتمع از شرکت های دیگر ظاهر شد. که در مدت کوتاهیدر طراحی یکپارچه ایجاد شد انواع مختلفتقویت کننده ها در سال 1962، RCA مدارهای مجتمع آرایه حافظه را برای دستگاه های ذخیره سازی رایانه توسعه داد. به تدریج تولید ریز مدارها در همه کشورها ایجاد شد - عصر میکروالکترونیک آغاز شد.

ماده اولیه برای یک مدار مجتمع معمولا یک ویفر سیلیکونی خام است. اندازه نسبتاً بزرگی دارد، زیرا چندین صد ریز مدار به طور همزمان روی آن ساخته می شود. اولین عملیات این است که تحت تاثیر اکسیژن در دمای 1000 درجه، لایه ای از دی اکسید سیلیکون روی سطح این صفحه تشکیل می شود. اکسید سیلیکون با مقاومت شیمیایی و مکانیکی بالا مشخص می شود و دارای خواص یک دی الکتریک عالی است و عایق قابل اعتمادی را برای سیلیکون واقع در زیر آن فراهم می کند.

مرحله بعدی معرفی ناخالصی ها برای ایجاد p یا n ناحیه هدایت است. برای انجام این کار، فیلم اکسید از آن مکان های روی صفحه که مربوط به اجزای الکترونیکی فردی است حذف می شود. انتخاب مناطق مورد نظر با استفاده از فرآیندی به نام فوتولیتوگرافی انجام می شود. ابتدا کل لایه اکسید با یک ترکیب حساس به نور (فتوریست) پوشیده شده است که نقش یک فیلم عکاسی را بازی می کند - می توان آن را روشن و توسعه داد. پس از آن، از طریق یک ماسک نوری ویژه حاوی یک الگوی سطحی از یک کریستال نیمه هادی، صفحه با اشعه ماوراء بنفش روشن می شود.

تحت تأثیر نور، یک الگوی صاف روی لایه اکسید تشکیل می شود که مناطق غیر روشن روشن باقی می مانند و بقیه - تاریک می شوند. در محلی که مقاومت نوری در معرض نور قرار گرفته است، نواحی نامحلول از فیلم تشکیل می شود که در برابر اسید مقاوم هستند. سپس ویفر با یک حلال درمان می شود که مقاومت نوری را از مناطق در معرض دید حذف می کند. از مکان های باز (و فقط از آنها)، لایه اکسید سیلیکون با اسید حک می شود.

در نتیجه، اکسید سیلیکون در مکان های مناسب حل می شود و "پنجره های" سیلیکون خالص باز می شود، آماده برای معرفی ناخالصی ها (بسته شدن). برای انجام این کار، سطح زیرلایه در دمای 900-1200 درجه در معرض ناخالصی مورد نظر مثلاً فسفر یا آرسنیک قرار می گیرد تا رسانایی نوع n بدست آید. اتم های ناخالصی به اعماق سیلیکون خالص نفوذ می کنند، اما توسط اکسید آن دفع می شوند. پس از پردازش صفحه با یک نوع ناخالصی، برای بستن با نوع دیگری آماده می شود - سطح صفحه دوباره با یک لایه اکسید پوشیده شده است، یک فوتولیتوگرافی و حکاکی جدید انجام می شود که در نتیجه "پنجره" های جدید انجام می شود. از سیلیکون باز

به دنبال آن یک بستن جدید، به عنوان مثال با بور، برای به دست آوردن رسانایی نوع p انجام می شود. بنابراین، مناطق p و n در مکان های مناسب در کل سطح کریستال تشکیل می شوند. عایق بین عناصر منفرد را می توان به روش های مختلفی ایجاد کرد: لایه ای از اکسید سیلیکون می تواند به عنوان عایق عمل کند یا اتصالات p-n مسدود کننده نیز می تواند در مکان های مناسب ایجاد شود.

مرحله بعدی پردازش با استفاده از اتصالات رسانا (خطوط رسانا) بین عناصر مدار مجتمع و همچنین بین این عناصر و کنتاکت ها برای اتصال مدارهای خارجی همراه است. برای انجام این کار، یک لایه نازک از آلومینیوم بر روی بستر قرار می گیرد که به صورت یک لایه بسیار نازک رسوب می کند. تحت پردازش و حکاکی فوتولیتوگرافی، مشابه آنچه در بالا توضیح داده شد، قرار می گیرد. در نتیجه از کل لایه فلزی فقط خطوط رسانا و پدهای نازک باقی می ماند.

در نهایت، کل سطح کریستال نیمه هادی با یک لایه محافظ (اغلب، شیشه سیلیکات) پوشیده شده است که سپس از لنت ها جدا می شود. همه ریز مدارهای تولید شده تحت شدیدترین بررسی ها در پایه کنترل و تست قرار می گیرند. مدارهای معیوب با یک نقطه قرمز مشخص شده اند. در نهایت، کریستال به صفحات ریز مدار جداگانه بریده می شود، که هر یک از آنها در یک محفظه محکم با سرب برای اتصال به مدارهای خارجی محصور شده است.

پیچیدگی یک مدار مجتمع با نشانگری به نام درجه یکپارچگی مشخص می شود. مدارهای مجتمع با بیش از 100 عنصر، ریزمدارهای با درجه یکپارچگی پایین نامیده می شوند. مدارهای حاوی حداکثر 1000 عنصر - مدارهای مجتمع با درجه یکپارچگی متوسط. مدارهای حاوی ده ها هزار عنصر - مدارهای مجتمع بزرگ. مدارهای حاوی بیش از یک میلیون عنصر در حال حاضر ساخته شده اند (به آنها فوق بزرگ می گویند). افزایش تدریجی ادغام منجر به این واقعیت شده است که هر سال مدارها بیشتر و کوچکتر می شوند و بر این اساس پیچیده تر و بیشتر می شوند.

مقدار عالی لوازم برقیکه قبلا ابعاد بزرگی داشت، اکنون روی یک ویفر سیلیکونی کوچک قرار می گیرد. یک رویداد بسیار مهم در این مسیر، ایجاد یک مدار مجتمع واحد برای انجام عملیات حسابی و منطقی - ریزپردازنده - توسط شرکت آمریکایی اینتل در سال 1971 بود. این امر منجر به پیشرفت بزرگ میکروالکترونیک در زمینه فناوری رایانه شد.

خواندن و نوشتنمفید

پرطرفدار در دسته بندی: