Интегралдық схеманың жасалу тарихы. микросұлбалар қатары. ИК және сынақ сұлбаларын функционалды басқару

Кіріспе

Алғашқы компьютерлер пайда болғаннан бері бағдарламалық жасақтаманы жасаушылар өздерінің нақты мәселесін шешуге арналған аппараттық құралдарды армандады. Сондықтан, белгілі бір тапсырманы тиімді орындау үшін өткірленетін арнайы интегралды схемаларды жасау идеясы бұрыннан пайда болды. Мұнда дамудың екі жолы бар:

• Арнайы тапсырыс бойынша жасалған интегралды схемаларды (ASIC - Application Specific Integrated Circuit) пайдалану. Аты айтып тұрғандай, мұндай микросұлбаларды өндірушілер жасайды аппараттық құралбелгілі бір тапсырманы немесе міндеттер ауқымын тиімді жүзеге асыру үшін тапсырыс бойынша. Олар кәдімгі микросұлбалар сияқты әмбебаптылыққа ие емес, бірақ олар өздеріне жүктелген тапсырмаларды бірнеше есе жылдамырақ, кейде шамалардың ретімен шешеді.
• Қайта конфигурацияланатын архитектурасы бар чиптерді құру. Идея мынада: мұндай чиптер бағдарламалық жасақтаманы әзірлеушіге немесе пайдаланушыға бағдарламаланбаған күйде келеді және ол оларға ең қолайлы архитектураны жүзеге асыра алады. Олардың даму процесін толығырақ қарастырайық.

Уақыт өте келе қайта конфигурацияланатын архитектурасы бар әртүрлі микросұлбалардың үлкен саны пайда болды (1-сурет).

1-сурет Қайта конфигурацияланатын архитектурасы бар чиптердің әртүрлілігі

Ұзақ уақыт бойы нарықта тек PLD (бағдарламаланатын логикалық құрылғы) құрылғылары болды. Бұл сыныпқа мінсіз дизъюнктивтік түрдегі тапсырмаларды шешуге қажетті функцияларды жүзеге асыратын құрылғылар кіреді қалыпты пішін(мінсіз DNF). 1970 жылы бірінші болып PLD құрылғыларының класына жататын PROM микросұлбалары пайда болды. Әрбір схемада НЕМЕСЕ логикалық функциялардың бағдарламаланатын жиынына қосылған ЖӘНЕ логикалық функцияларының бекітілген массиві болды. Мысалы, 3 кірісі (a,b және c) және 3 шығысы (w,x және y) бар PROM-ды қарастырайық (Cурет 2).

Күріш. 2. PROM чипі

Алдын ала анықталған AND массивінің көмегімен барлық мүмкін болатын конъюнкциялар кіріс айнымалыларында жүзеге асырылады, кейін оларды НЕМЕСЕ элементтерін пайдаланып ерікті түрде біріктіруге болады. Осылайша, шығу кезінде үш айнымалының кез келген функциясын тамаша DNF ретінде жүзеге асыруға болады. Мысалы, 2-суретте қызыл түспен шеңберленген НЕМЕСЕ элементтерін бағдарламаласаңыз, онда нәтижелер w=a x=(a&b) функциялары болады; y=(a&b)^c.

Бастапқыда PROM чиптері бағдарлама нұсқаулары мен тұрақты мәндерді сақтауға арналған, яғни. компьютер жадысының функцияларын орындау үшін. Дегенмен, әзірлеушілер оларды қарапайым логикалық функцияларды жүзеге асыру үшін де пайдаланады. Шындығында, микросхеманың PROM-ын кез келген логикалық блокты жүзеге асыру үшін пайдалануға болады, тек оның кіріс саны аз болса. Бұл шарт AND элементтерінің матрицасы EPROM микросұлбаларында қатаң анықталғандығынан туындайды - онда кірістерден барлық мүмкін қосылыстар жүзеге асырылады, яғни AND элементтерінің саны 2 * 2 n-ге тең, мұндағы n - сан кірістер. n саны өскен сайын массивтің өлшемі өте тез өсетіні анық.

Содан кейін, 1975 жылы бағдарламаланатын логикалық массивтер (PLM) пайда болды. Олар PROM микросұлбалары идеясының жалғасы болып табылады - PLA сонымен қатар ЖӘНЕ және НЕМЕСЕ массивтерінен тұрады, алайда, PROM-дан айырмашылығы, екі массив де бағдарламаланады. Бұл мұндай микросұлбаларда үлкен икемділікке мүмкіндік береді, бірақ олар ешқашан кең тараған емес, өйткені сигналдар алдын ала анықталған аналогтары арқылы жүруге қарағанда бағдарламаланатын қосылымдар арқылы жүруге әлдеқайда көп уақыт алады.

PLA-ға тән жылдамдық мәселесін шешу үшін 1970 жылдардың соңында Programmable Array Logic (PAL - Programmable Array Logic) деп аталатын құрылғылардың келесі класы пайда болды. PAL чиптері идеясының одан әрі дамуы GAL (Generic Array Logic) құрылғыларының пайда болуы болды - CMOS транзисторларын қолданатын PAL күрделі сорттары. Мұнда PROM микросұлбалары идеясына мүлдем қарама-қарсы идея қолданылады - ЖӘНЕ элементтерінің бағдарламаланатын массиві НЕМЕСЕ элементтерінің алдын ала анықталған массивіне қосылған (3-сурет).

Күріш. 3. Бағдарламаланбаған PAL құрылғысы

Бұл функционалдылыққа шектеу қояды, дегенмен мұндай құрылғылар PROM микросұлбаларына қарағанда әлдеқайда аз өлшемді массивтерді қажет етеді.

Қарапайым PLD логикалық жалғасы бағдарламаланатын коммутация матрицасымен біріктірілген қарапайым PLD бірнеше блоктарынан (әдетте PAL құрылғылары қарапайым PLD ретінде пайдаланылады) тұратын күрделі PLD деп аталатындардың пайда болуы болды. PLD блоктарының өзінен басқа, осы коммутациялық матрицаны пайдалана отырып, олардың арасындағы байланыстарды бағдарламалау да мүмкін болды. Алғашқы күрделі PLDs 20 ғасырдың 70-ші жылдарының аяғы мен 80-ші жылдарының басында пайда болды, бірақ бұл бағыттағы негізгі даму 1984 жылы, Altera CMOS және EPROM технологияларының комбинациясына негізделген күрделі PLD ұсынған кезде келді.

FPGA-ның пайда болуы

1980 жылдардың басында сандық ASIC ортасында құрылғылардың негізгі түрлері арасында алшақтық болды. Бір жағынан, әрбір нақты тапсырма үшін бағдарламаланатын және өндіруге оңай болатын PLD-лер болды, бірақ оларды күрделі функцияларды орындау үшін пайдалану мүмкін емес. Екінші жағынан, өте күрделі функцияларды жүзеге асыра алатын, бірақ қатаң бекітілген архитектурасы бар ASIC бар, бірақ оларды жасау ұзақ және қымбат. Аралық сілтеме қажет болды және FPGA (Field Programmable Gate Arrays) құрылғылары осындай сілтеме болды.

FPGA, PLD сияқты, бағдарламаланатын құрылғылар болып табылады. FPGA мен PLD арасындағы негізгі принципті айырмашылық - FPGA-дағы функциялар DNF көмегімен емес, бағдарламаланатын іздеу кестелерінің (LUT-кестелері) көмегімен жүзеге асырылады. Бұл кестелерде функция мәндері ақиқат кестесі арқылы көрсетіледі, оның ішінен мультиплексор арқылы қажетті нәтиже таңдалады (4-сурет):

Күріш. 4. Корреспонденциялар кестесі

Әрбір FPGA құрылғысы бағдарламаланатын логикалық блоктардан (Configurable Logic Blocks - CLB) тұрады, олар қосылымдар арқылы өзара байланысқан, сонымен қатар бағдарламаланатын. Әрбір мұндай блок қандай да бір функцияны немесе оның бір бөлігін бағдарламалауға арналған, бірақ оны басқа мақсаттарда, мысалы, жад ретінде пайдалануға болады.

80-жылдардың ортасында жасалған алғашқы FPGA құрылғыларында логикалық блок өте қарапайым болды және оның құрамында бір 3 кірісті LUT кестесі, бір флип-флоп және қосалқы элементтердің аз саны болды. Қазіргі заманғы FPGA құрылғылары әлдеқайда күрделі: әрбір CLB блогы 1-4 «кесектерден» (кесектерден) тұрады, олардың әрқайсысында бірнеше LUT кестелері (әдетте 6 кіріс), бірнеше триггерлер және қызмет көрсету элементтерінің үлкен саны бар. Міне, қазіргі заманғы «кесудің» мысалы:

Күріш. 5. Қазіргі заманғы «кесу» құрылғысы

Қорытынды

PLD құрылғылары күрделі функцияларды орындай алмайтындықтан, олар қарапайым функцияларды іске асыру үшін қолданыла береді портативті құрылғыларжәне байланыс, ал FPGA құрылғылары 1000 қақпадан (1985 жылы жасалған бірінші FPGA) дейін. осы сәт 10 миллион клапаннан асты (Virtex-6 отбасы). Олар белсенді түрде дамып келеді және қазірдің өзінде қайта бағдарламалау мүмкіндігін жоғалтпай, әртүрлі өте күрделі функцияларды жүзеге асыруға мүмкіндік беретін ASIC чиптерін алмастыруда.

Енді, тіпті аз дамыған мобильді телефонмикропроцессорсыз жасамаңыз, планшет, портативті және жұмыс үстелі туралы не айта аламыз дербес компьютерлер. Микропроцессор дегеніміз не және оның жасалу тарихы қалай дамыды? Қарапайым тілмен айтқанда, микропроцессор күрделірек және көп функциялы интегралдық схема болып табылады.

Микросұлбаның (интегралдық схеманың) тарихы басталады 1958 жылдан бастап, американдық Texas Instruments компаниясының қызметкері Джек Килби бір орамдағы өткізгіштермен қосылған бірнеше транзистордан тұратын жартылай өткізгіш құрылғының түрін ойлап тапқан кезде. Бірінші микросхема – микропроцессордың бастаушысы – бар болғаны 6 транзисторды қамтыды және оған алтыннан жасалған жолдар жағылған жұқа германий пластина болды.Осының барлығы шыны астарда орналасқан. Салыстыру үшін, бүгінгі күні шот бірліктерге, тіпті ондаған миллион жартылай өткізгіш элементтерге барады.

1970 жылға қарайКөптеген өндірушілер әртүрлі қуаттағы және әртүрлі функционалдық бағдардағы интегралды схемаларды жасаумен және жасаумен айналысты. Бірақ биылғы жылды бірінші микропроцессордың туған күні деп санауға болады. Дәл осы жылы Intel сыйымдылығы небәрі 1 Кбит болатын жад микросхемасын жасады - заманауи процессорлар үшін елеусіз, бірақ сол уақыт үшін керемет үлкен. Ол кезде бұл үлкен жетістік болды - жад микросхемасы 128 байтқа дейін ақпаратты сақтай алды - ұқсас аналогтардан әлдеқайда жоғары. Сонымен қатар, шамамен бір уақытта жапондық калькулятор өндірушісі Busicom әртүрлі функционалдық бағдарлардың бірдей Intel 12 чиптеріне тапсырыс берді. Intel мамандары бір чипте барлық 12 функционалды аймақты жүзеге асыра алды. Сонымен қатар, жасалған микросұлба көп функциялы болып шықты, өйткені ол физикалық құрылымды өзгертпестен оның функцияларын бағдарламалық түрде өзгертуге мүмкіндік берді. Микросұлба оның басқару шығыстарына берілген командаларға байланысты белгілі бір функцияларды орындады.

Бір жылдан кейін 1971 жылы Intel 4004 кодтық атымен бірінші 4 разрядты микропроцессорды шығарды. Бірінші 6 транзисторлы чиппен салыстырғанда оның құрамында 2,3 мың жартылай өткізгіш элементтер болды және секундына 60 мың операция орындалды. Ол кезде бұл микроэлектроника саласындағы үлкен серпіліс болды. 4-биттік 4004 бір уақытта 4-биттік деректерді өңдей алатынын білдірді. Тағы екі жылдан кейін 1973 жылыкомпания 8-биттік деректермен жұмыс істеген 8008 8-биттік процессорын шығарады. Басталуы 1976 жылдан бастап, компания 8086 микропроцессорының 16 разрядты нұсқасын жасай бастайды.Дәл ол бірінші IBM дербес компьютерлерінде қолданыла бастады және, шын мәнінде, кірпіштердің бірін қалаған.

Аналогтық және цифрлық микросұлбалар сериялы түрде шығарылады. Серия – біртұтас конструкциясы мен технологиялық конструкциясы бар және бірлесіп пайдалануға арналған микросұлбалар тобы. Бір қатардағы микросұлбалар, әдетте, қоректендіру көздерінің кернеулері бірдей, кіріс және шығыс кедергілері, сигнал деңгейлері бойынша сәйкестендіріледі.

1. Корпусы

Микросұлбалар екі конструктивті нұсқада шығарылады - оралған және қапталмаған.

Микросұлба корпусы сыртқы әсерлерден қорғауға және сымдар арқылы сыртқы тізбектермен электрлік қосылуға арналған тасымалдаушы жүйе және құрылымның бөлігі болып табылады. Дайын өнімді өндіру технологиясын жеңілдету үшін жағдайлар стандартталған.

Рамасыз микросхема – гибридті микросұлбаға немесе микрожинақта орнатуға арналған жартылай өткізгішті кристал (баспа платасына тікелей орнату мүмкін).

1. Арнайы атаулар

Intel бірінші болып микропроцессордың (ағылшын микропроцессоры) функцияларын орындайтын чипті шығарды - Intel 4004. Жетілдірілген 8088 және 8086 микропроцессорларының негізінде IBM өзінің белгілі дербес компьютерлерін шығарды)

Микропроцессор компьютердің өзегін құрайды, перифериямен байланыс сияқты қосымша функциялар арнайы жасалған чипсеттердің көмегімен орындалды. Алғашқы компьютерлер үшін жинақтардағы микросұлбалар саны ондық және жүздікпен есептелді. заманауи жүйелербұл бір, екі немесе үш чиптің жиынтығы. Соңғы уақытта процессорға чипсет функцияларын (жад контроллері, PSI Express шина контроллері) біртіндеп беру тенденциялары байқалды.

Кірістірілген жедел жады мен ROM, жады және енгізу/шығару контроллері және басқа да қосымша функциялары бар микропроцессорлар микроконтроллерлер деп аталады.

1. Құқықтық қорғау

Ресей заңнамасы интегралдық микросхемалар топологияларын құқықтық қорғауды қамтамасыз етеді. Топология интегралдық схемаинтегралдық микросхема элементтерінің жиынтығының кеңістіктік және геометриялық орналасуы және олардың арасындағы материалдық тасымалдаушыға бекітілген байланыстар (Ресей Федерациясының Азаматтық кодексінің 1448-бабы).

Топологияға айрықша құқық он жыл бойы әрекет етеді. Құқық иеленуші топологияны осы мерзім ішінде зияткерлік меншік, патенттер және тауар белгілері бойынша Федералдық қызметте тіркей алады.

1. Жаратылыс тарихы

1952 жылы 7 мамырда британдық радиоинженер Джеффри Даммер алғаш рет монолитті жартылай өткізгіш кристалына көптеген стандартты электронды компоненттерді біріктіру идеясын ұсынды, ал бір жылдан кейін Харвик Джонсон интегралдық микросхеманың прототипіне (IC) бірінші патенттік өтінім берді. ). Бұл ұсыныстарды жүзеге асыру сол жылдары технологияның жеткіліксіз дамуы салдарынан орын ала алмады.

1958 жылдың аяғы мен 1959 жылдың бірінші жартысында жартылай өткізгіш өнеркәсібінде серпіліс болды. Үш жеке американдық корпорацияның өкілдері болып табылатын үш адам интегралдық микросхемаларды құруға кедергі келтіретін үш іргелі мәселені шешті. Texas Instruments компаниясынан Джек Килби интеграция принципін патенттеп, бірінші жетілмеген IC прототиптерін жасап, оларды жаппай өндіріске әкелді. Sprague Electric компаниясының қызметкері Курт Леховец бір жартылай өткізгіш микросхемада пайда болған компоненттерді электрлік оқшаулау әдісін ойлап тапты (p-n қосылыс оқшаулау). Fairchild Semiconductor компаниясынан Роберт Нойс IC компоненттерін электрлік қосу әдісін ойлап тапты (алюминий жабыны) және Жан Эрнидің соңғы планарлық технологиясына негізделген компоненттерді оқшаулаудың жетілдірілген нұсқасын ұсынды. 1960 жылдың 27 қыркүйегінде Джей Ласттың тобы бірінші жұмыс істейтін құрылғыны жасады жартылай өткізгішНойс пен Эрнидің идеялары бойынша IP. Килбидің өнертабыс патентіне ие болған Texas Instruments компаниясы бәсекелестерге қарсы патенттік соғысты бастады, ол 1966 жылы технологияларды кросс-лицензиялау бойынша бітімгершілік келісімімен аяқталды.

Аталмыш серияның ерте логикалық IC-лері сөзбе-сөз құрастырылған стандарттыөлшемдері мен конфигурациялары технологиялық процесспен анықталған құрамдас бөліктер. Белгілі бір отбасының логикалық ИК-терін құрастырған инженер-конструкторлар бірдей типтік диодтармен және транзисторлармен жұмыс істеді. 1961-1962 жылдары дизайн парадигмасын Сильванияның жетекші әзірлеушісі Том Лонго бірінші рет бір IC-де қолдана отырып бұзды. әртүрлітранзисторлардың схемадағы атқаратын қызметіне байланысты конфигурациясы. 1962 жылдың соңында Сильвания Лонго әзірлеген транзисторлық-транзисторлық логиканың (TTL) бірінші тобын іске қосты - тарихи түрде нарықта тұрақты орынға ие болған интеграцияланған логиканың бірінші түрі. Аналогтық схемада бұл деңгейдің серпілісін 1964-1965 жылдары Fairchild операциялық күшейткіштерін жасаушы Боб Видлар жасады.

КСРО-дағы алғашқы жартылай өткізгішті интегралды схема 1960 жылдың басында NII-35 (ол кезде Пульсар ғылыми-зерттеу институты деп аталды) әзірленген жазық технология негізінде кейінірек NIIME (Микрон)-ға ауысқан топпен жасалды. Бірінші отандық кремний интегралды схемасын құру TC-100 интегралды кремний схемаларының сериясын (37 элемент - американдық IC сериясының аналогы триггер схемасының күрделілігінің баламасы) әскери қабылдаумен әзірлеуге және өндіруге бағытталған. Texas Instruments фирмасының SN-51). Көбейту үшін кремний интегралдық схемаларының прототиптері мен өндірістік үлгілері АҚШ-тан алынды. Жұмыс NII-35 (директоры Трутько) және Фрязинский жартылай өткізгіш зауытында (директоры Колмогоров) баллистикалық зымырандарды басқару жүйесінің автономды биіктік өлшегішінде пайдалану үшін қорғаныс тапсырысы бойынша жүргізілді. Әзірлеуге TS-100 сериясының алты типтік интегралды кремний жазық схемалары кірді және тәжірибелік өндірісті ұйымдастырумен NII-35-те үш жыл (1962 жылдан 1965 жылға дейін) өтті. Фрязинодағы әскери қабылдаумен зауыттық өндірісті игеруге тағы екі жыл қажет болды (1967)

Алғашқы интегралдық схемалар

Ресми датаның 50 жылдығына арналған

Б.Малашұлы

1958 жылдың 12 қыркүйегінде Texas Instruments (TI) қызметкері Джек Килби басшылыққа үш оғаш құрылғыны көрсетті - өлшемі 11,1 × 1,6 мм екі кремнийден жасалған шыны субстратқа балауызбен желімделген құрылғылар (1-сурет). Бұл үш өлшемді макеттер болды - генератордың интегралды схемасының (IC) прототиптері, бір жартылай өткізгіш материал негізінде схеманың барлық элементтерін жасау мүмкіндігін дәлелдеді. Бұл дата электроника тарихында интегралдық микросхемалардың туған күні ретінде тойланады. Бірақ солай ма?

Күріш. 1. Дж.Килбидің бірінші АЖ моделі. Фото http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1958-Miniaturized.html сайтынан

1950 жылдардың аяғында дискретті элементтерден радиоэлектрондық жабдықты (РЭҚ) құрастыру технологиясы өз мүмкіндіктерін таусылды. Әлемде РЭА-ның ең өткір дағдарысы келді, түбегейлі шаралар қажет болды. Осы уақытқа дейін АҚШ пен КСРО-да жартылай өткізгіш құрылғыларды да, қалың және жұқа пленкалы керамикалық тақталарды да өндірудің интеграцияланған технологиялары өнеркәсіптік деңгейде игерілді, яғни көп элементті құру арқылы бұл дағдарысты еңсеру үшін алғышарттар піскен болатын. стандартты бұйымдар – интегралдық схемалар.

Интегралды схемаларға (микросұлбалар, ИК) күрделілігі әртүрлі электронды құрылғылар жатады, оларда бір типті барлық элементтер бір уақытта бір технологиялық циклде өндіріледі, т.б. интеграцияланған технология арқылы. Баспа схемаларынан айырмашылығы (барлық қосу өткізгіштері біріктірілген технологияны пайдалана отырып бір циклде бір уақытта жасалады), резисторлар, конденсаторлар және (жартылай өткізгіш IC-де) диодтар мен транзисторлар IC-де бірдей қалыптасады. Сонымен қатар, көптеген IC бір уақытта өндіріледі, ондаған мыңнан мыңға дейін.

Өнеркәсіпте әртүрлі функционалдық мақсаттағы, электрондық жабдықта бірлесіп пайдалануға арналған микросұлбалар қатарын біріктіретін сериялар түрінде IC әзірленеді және шығарылады. Сериялы ИС стандартты конструкцияға және электрлік және басқа сипаттамалардың бірыңғай жүйесіне ие. IC өндіруші әртүрлі тұтынушыларға стандартталған талаптардың белгілі бір жүйесіне сәйкес келетін тәуелсіз коммерциялық өнім ретінде жеткізіледі. IC жөнделмейтін өнім ретінде жіктеледі, электрондық жабдықты жөндеу кезінде істен шыққан IC ауыстырылады.

Интегралдық схемалардың екі негізгі тобы бар: гибридті және жартылай өткізгіш.

Гибридті СК-да (ГИК) барлық өткізгіштер мен пассивті элементтер біріктірілген технологияны қолдана отырып, микросхема астары (әдетте керамикадан жасалған) бетінде қалыптасады. Пакетсіз диодтар, транзисторлар және жартылай өткізгіш IC кристалдары түріндегі белсенді элементтер субстратқа жеке, қолмен немесе автоматты түрде орнатылады.

Жартылай өткізгішті ИС-де жартылай өткізгіш материалдың (әдетте кремний) бетінде диффузиялық әдістермен оның көлеміне ішінара ену арқылы біріктіруші, пассивті және белсенді элементтер бір технологиялық циклде түзіледі. Бұл ретте құрылғының күрделілігіне және оның кристалы мен пластинкасының өлшеміне байланысты бір жартылай өткізгіш пластинада бірнеше ондаған мыңнан бірнеше мыңға дейін ИК дайындалады. Өнеркәсіп жартылай өткізгішті ИК-терді стандартты пакеттерде, жеке чиптер түрінде немесе бөлінбеген пластиналар түрінде шығарады.

Гибридтік (ГАЖ) және жартылай өткізгіштік ИС әлемінің құбылысы әртүрлі жолдармен өтті. ГАЖ микромодульдер мен керамикалық тақта технологиясының эволюциялық дамуының өнімі болып табылады. Сондықтан, олар көрінбейтін түрде пайда болды, GIS-тің жалпы қабылданған туған күні және жалпыға бірдей танылған автор жоқ. Жартылай өткізгішті ИК жартылай өткізгіштер технологиясының дамуының табиғи және сөзсіз нәтижесі болды, бірақ ол жаңа идеяларды генерациялауды және өздерінің туған күндері мен авторлары бар жаңа технологияларды құруды талап етті. Алғашқы гибридті және жартылай өткізгіш ИС КСРО мен АҚШ-та дерлік бір уақытта және бір-бірінен тәуелсіз пайда болды.

Алғашқы гибридті IC

Гибридті ИК-терге өндірісі пассивті элементтерді жасаудың интегралды технологиясын белсенді элементтерді орнату және монтаждау үшін жеке (қолмен немесе автоматтандырылған) технологиямен біріктіретін ИК жатады.

Сонау 1940 жылдардың аяғында АҚШ-тағы Centralab фирмасы қалың қабықшалы керамика негізіндегі баспа платаларын өндірудің негізгі принциптерін әзірледі, кейін оларды басқа фирмалар әзірледі. Ол баспа платаларын және керамикалық конденсаторларды өндіру технологиясына негізделген. Баспа схемаларынан олар жалғастырғыш өткізгіштердің топологиясын қалыптастырудың интегралды технологиясын алды - жібек экранды басып шығару. Конденсаторлардан - субстрат материалы (керамика, көбінесе ситаль), сондай-ақ паста материалдары және оларды субстратқа бекітудің жылу технологиясы.

Ал 1950 жылдардың басында RCA жұқа пленка технологиясын ойлап тапты: вакуумда әртүрлі материалдарды бүрку және оларды маска арқылы арнайы субстраттарға қою, олар бір уақытта бір керамикалық субстратта көптеген миниатюралық пленкаларды біріктіретін өткізгіштерді, резисторларды және конденсаторларды қалай шығаруды үйренді.

Қалың пленка технологиясымен салыстырғанда, жұқа пленка технологиясы кішігірім топология элементтерін дәлірек өндіру мүмкіндігін қамтамасыз етті, бірақ күрделі және қымбат жабдықты қажет етті. Қалың пленка немесе жұқа пленка технологиясын қолдана отырып, керамикалық тақталарда жасалған құрылғылар «гибридті схемалар» деп аталады. Гибридті схемалар өз өндірісінің құрамдас бөліктері ретінде шығарылды, олардың дизайны, өлшемдері және функционалдық мақсаты әр өндіруші үшін әртүрлі болды, олар еркін нарыққа кірмеді, сондықтан аз белгілі.

Гибридті схемалар микромодульдерді де басып алды. Алдымен олар дәстүрлі баспа сымдарымен біріктірілген дискретті пассивті және белсенді миниатюралық элементтерді пайдаланды. Құрастыру технологиясы күрделі болды, қол еңбегінің үлесі көп болды. Сондықтан микромодульдер өте қымбат болды, оларды пайдалану борттық жабдықпен шектелді. Содан кейін қалың пленкалы миниатюралық керамикалық шарфтар қолданылды. Әрі қарай қалың пленка технологиясы резисторларды шығара бастады. Бірақ диодтар мен транзисторлар әлі де дискретті, жеке оралған түрде қолданылды.

Микромодуль онда пакетсіз транзисторлар мен диодтар қолданылған және құрылым жалпы корпуста тығыздалған кезде гибридті интегралды схемаға айналды. Бұл оларды құрастыру процесін айтарлықтай автоматтандыруға, бағаны күрт төмендетуге және қолдану аясын кеңейтуге мүмкіндік берді. Пассивті элементтерді қалыптастыру әдісі бойынша қалың және жұқа қабықшалы ГАЖ бөлінеді.

КСРО-дағы алғашқы ГАЖ

КСРО-дағы алғашқы ГАЖ («Квант» типті модульдер, кейінірек 116 сериялы АЖ деп аталды) 1963 жылы NIIRE-де (кейінірек Ленинец НПО, Ленинград) әзірленді және сол жылы оның тәжірибелік зауыты олардың сериялық өндірісін бастады. Бұл ГАЖ-да белсенді элементтер ретінде 1962 жылы Рига жартылай өткізгіш құрылғылар зауытында жасалған «R12-2» жартылай өткізгішті ИК қолданылды. Осы ИК-тердің жасалу тарихының және олардың сипаттамаларының ажырамастығына байланысты біз оларды Р12-2 бөлімінде бірге қарастырамыз.

Сөзсіз, Квант модульдері екі деңгейлі интеграциясы бар ГАЖ әлемінде бірінші болды - белсенді элементтер ретінде олар дискретті жақтаусыз транзисторларды емес, жартылай өткізгіш ИКтерді пайдаланды. Сірә, олар әлемдегі бірінші ГАЖ – құрылымдық және функционалды толық көп элементті өнімдер тұтынушыға тәуелсіз коммерциялық өнім ретінде жеткізілген болуы мүмкін. Автор анықтаған ең ерте шетелдік ұқсас өнімдер төменде сипатталған IBM SLT модульдері болып табылады, бірақ олар келесі жылы, 1964 жылы жарияланды.

АҚШ-тағы алғашқы ГАЖ

Қалың пленкалы ГАЖ жаңа IBM System /360 компьютерінің негізгі элементтік базасы ретінде пайда болуы туралы бірінші рет IBM 1964 жылы жариялады. Бұл ГАЖ-ның КСРО-дан тысқары жерлердегі алғашқы қолданбасы болғанға ұқсайды, автор бұрынғы мысалдарды таба алмады.

Фэйрчайлдтың «Микрологик» және ТИ «СН-51» сериясының жартылай өткізгішті СК (олар туралы төменде айтатын боламыз) сол уақытта мамандардың ортасында белгілі болған, әлі де қолжетімсіз сирек және коммерциялық пайдалану үшін өте қымбат болды. негізгі компьютердің құрылысы. Сондықтан, IBM корпорациясы жалпақ микромодульдің дизайнын негізге ала отырып, жалпы атаумен («микромодульдерге» қарсы) жарияланған «SLT-модульдері» (Solid Logic Technology - қатты логикалық технология.Әдетте «қатты» сөзі орыс тіліне «қатты» деп аударылады, бұл мүлдем қисынсыз. Шынында да, «SLT-модульдер» терминін IBM «микромодуль» терминіне қарсылық ретінде енгізген және олардың айырмашылығын көрсетуі керек. Бірақ екі модуль де «қатты», яғни бұл аударма емес «Қатты» сөзінің басқа мағыналары бар - «қатты», «тұтас», бұл «SLT-модульдері» мен «микромодульдер» арасындағы айырмашылықты сәтті атап өтеді - SLT-модульдер бөлінбейтін, жөнделмейтін, яғни «тұтас».Сондықтан біз орыс тіліне стандартты емес аударманы қолдандық: Қатты логикалық технология – қатты логикалық технология).

SLT модулі жарты дюймдік төртбұрышты қалың қабықшалы керамикалық микропластика болды, олар тік түйреуіштері басылған. Оның бетіне жібек экранды басып шығару арқылы жалғанатын өткізгіштер мен резисторлар қолданылды (енгізілген құрылғының схемасы бойынша), орамсыз транзисторлар орнатылды. Қажет болса, конденсаторлар құрылғы тақтасындағы SLT модулінің жанында орнатылды. Сыртқы дерлік бірдей (микромодульдер біршама жоғары, 2-сурет), SLT модульдері элементтердің жоғары тығыздығымен, төмен қуат тұтынуымен, жоғары жылдамдықпен және жоғары сенімділікпен жалпақ микромодульдерден ерекшеленеді. Сонымен қатар, SLT технологиясын автоматтандыру өте оңай болды, сондықтан оларды коммерциялық жабдықта пайдалану үшін жеткілікті төмен бағамен үлкен көлемде шығаруға болады. Бұл дәл IBM-ге қажет болды. Фирма SLT модульдерін шығару үшін Нью-Йорк маңындағы Шығыс Фишкиллде автоматтандырылған зауыт салды, ол оларды миллиондаған көшірмелермен шығарды.

Күріш. 2. КСРО микромодуль және SLT-модуль f. IBM. http://infolab.stanford.edu/pub/voy/museum/pictures/display/3-1.htm сайтындағы STL фотосуреті

IBM-ден кейін ГАЖ-ны басқа компаниялар шығара бастады, олар үшін ГАЖ коммерциялық өнім болды. IBM корпорациясының жалпақ микромодульдері мен SLT модульдерінің типтік дизайны гибридті IC стандарттарының біріне айналды.

Алғашқы жартылай өткізгішті IC

1950 жылдардың аяғында өнеркәсіп арзан электронды компоненттерді шығаруға жақсы жағдай жасады. Бірақ егер транзисторлар немесе диодтар германий мен кремнийден жасалған болса, резисторлар мен конденсаторлар басқа материалдардан жасалған. Көптеген адамдар гибридті схемаларды жасау кезінде бөлек жасалған бұл элементтерді жинауда қиындықтар болмайды деп сенді. Ал егер стандартты өлшемдегі және пішіндегі барлық элементтерді дайындау және сол арқылы құрастыру процесін автоматтандыру мүмкін болса, онда жабдықтың құны айтарлықтай төмендейді. Осындай пайымдаулар негізінде гибридтік технологияны жақтаушылар оны микроэлектроника дамуының жалпы бағыты ретінде қарастырды.

Бірақ бұл пікірді бәрі бірдей бөліспейді. Мәселе мынада, меза транзисторлары, әсіресе сол кезеңде жасалған жазық транзисторлар сериялық өңдеуге бейімделген, онда бір субстрат пластинасындағы көптеген транзисторларды өндіруге арналған бірқатар операциялар бір уақытта орындалды. Яғни, бір жартылай өткізгіш пластинада бірден көптеген транзисторлар жасалды. Содан кейін плита жеке транзисторларға кесілді, олар жеке жағдайларда орналастырылды. Содан кейін аппараттық өндіруші транзисторларды бір жерге біріктірді баспа схемасы. Бұл тәсілді күлкілі деп тапқан адамдар болды - неге транзисторларды ажыратып, содан кейін оларды қайтадан біріктіру керек. Оларды бірден жартылай өткізгіш пластинаға біріктіруге болады ма? Сонымен қатар, бірнеше күрделі және қымбат операциялардан құтылыңыз! Бұл адамдар жартылай өткізгіш IC ойлап тапты.

Идея өте қарапайым және толық түсінікті. Бірақ, жиі болатындай, біреу оны алғаш рет жариялап, дәлелдегеннен кейін ғана. Бұл жағдайдағыдай жай ғана хабарлау көп жағдайда жеткіліксіз екенін дәлелдеді. IC идеясы жартылай өткізгіш құрылғыларды өндірудің пакеттік әдістері пайда болғанға дейін 1952 жылы жарияланды. Қосулы жыл сайынғы конференцияМальверндегі Британдық корольдік радиолокациялық кеңседен келген Джеффри Даммер Вашингтонда өткен электронды компоненттер бойынша радиолокациялық жабдық құрамдастарының сенімділігі туралы баяндамасын ұсынды. Баяндамада ол пайғамбарлық мәлімдеме жасады: « Транзистордың пайда болуымен және жартылай өткізгіштер технологиясы саласындағы жұмыстарды жалпы түрде қосу сымдары жоқ тұтас блок түрінде электронды жабдықты елестетуге болады. Блок оқшаулағыш, өткізгіш, түзеткіш және арматуралық материалдардың қабаттарынан тұруы мүмкін, олардың ішінде электрлік функцияларды тікелей орындай алатындай белгілі бір жерлері кесілген.. Бірақ бұл болжам мамандардың назарынан тыс қалды. Олар мұны алғашқы жартылай өткізгіш ИК пайда болғаннан кейін, яғни көптен бері жарияланған идеяны практикалық дәлелдеуден кейін ғана есіне алды. Біреу бірінші болып жартылай өткізгіш IC идеясын қайта тұжырымдап, жүзеге асыруы керек болды.

Транзистор жағдайындағыдай, жалпы қабылданған жартылай өткізгішті IC құрастырушыларда азды-көпті табысты предшестер болды. 1956 жылы оның идеясын жүзеге асыру әрекетін Даммердің өзі жасады, бірақ сәтсіздікке ұшырады. 1953 жылы RCA қызметкері Харвик Джонсон бір чипті осцилляторға патент алды, ал 1958 жылы Торкел Уоллмаркпен бірге «жартылай өткізгішті біріктірілген құрылғы» тұжырымдамасын жариялады. 1956 жылы Bell Labs қызметкері Росс екілік санауыш схемасын жасады. негізі n-p-n-pбір кристалдағы құрылымдар. 1957 жылы жапондық MITI фирмасының Ясуро Тару әртүрлі транзисторларды бір чипте біріктіруге патент алды. Бірақ осы және басқа да ұқсас әзірлемелер жеке сипатта болды, өндіріске әкелінбеді және интеграцияланған электрониканы дамыту үшін негіз болмады. Өнеркәсіптік өндірісте АЖ дамуына тек үш жоба ғана ықпал етті.

Жоғарыда аталған Texas Instruments (TI) компаниясынан Джек Килби, Фэйрчайлдан Роберт Нойс (екеуі де АҚШ) және Рига жартылай өткізгіш құрылғылар зауытының (КСРО) конструкторлық бюросынан Юрий Валентинович Осокиннің жолы болды. Америкалықтар интегралдық микросхемалардың тәжірибелік үлгілерін жасады: Дж.Килби – IC генераторының моделі (1958), одан кейін меза-транзисторлық триггер (1961), Р.Нойс – жазық технологиялы триггер (1961), Ю.Осокин. - Германиядағы «2NOT-OR» логикалық IC бірден сериялық өндіріске шықты (1962). Бұл фирмалар 1962 жылы бір мезгілде дерлік IC сериялық өндірісін бастады.

АҚШ-тағы алғашқы жартылай өткізгіш IC

IP Джек Килби. IS сериясы SN-51»

1958 жылы Дж. Килби (транзисторларды қолданудың пионері есту аппараттары) Texas Instruments компаниясына көшті. Жаңадан келген Килби инженер ретінде микромодульдерге балама жасау арқылы зымырандардың микромодульдерін толтыруды жақсарту үшін «лақтырылды». Бөлшектерден блоктарды құрастыру нұсқасы қарастырылды стандартты пішін, LEGO фигураларынан ойыншық үлгілерін құрастыруға ұқсас. Бірақ Килбиді басқа нәрсе қызықтырды. «Жаңа көзқарас» әсері шешуші рөл атқарды: біріншіден, ол микромодульдердің тұйық екенін бірден айтты, екіншіден, меза құрылымдарына таңдана отырып, ол схеманы бір материалдан жүзеге асыру керек (және мүмкін) деген қорытындыға келді. - жартылай өткізгіш. Килби 1956 жылы Даммердің идеясын және оны жүзеге асыра алмағанын біліп, талдай келе ол сәтсіздіктің себебін түсінді және оны жеңудің жолын тапты. « Менің еңбегім сол идеяны қабылдау арқылы оны шындыққа айналдырдым.», - деді Дж.Килби кейінірек Нобель сыйлығы бойынша баяндамасында.

Әлі кету құқығына ие болмағандықтан, ол бәрі демалып жатқанда зертханада кедергісіз жұмыс істеді. 1958 жылы 24 шілдеде Килби «Монолиттік идея» деп аталатын зертханалық журналда тұжырымдаманы тұжырымдады. Оның мәні мынада еді». .. резисторлар, конденсаторлар, бөлінген конденсаторлар және транзисторлар сияқты тізбек элементтерін бір чипке біріктіруге болады - егер олар бір материалдан жасалған болса ... Флип-флоп тізбегін жобалау кезінде барлық элементтер кремнийден, және резисторлар кремний көлемдік кедергісін, ал конденсаторлар - p-n өткелдерінің сыйымдылығын пайдаланады.». «Монолит идеясы» жартылай өткізгіштен транзисторлар, резисторлар мен конденсаторлар жасау мүмкіндігін және осындай элементтерден жиналған тізбектің жұмыс қабілеттілігін дәлелдеуді талап еткен Texas Instruments басшылығының ренжітетін ирониялық көзқарасымен кездесті.

1958 жылдың қыркүйегінде Килби өз идеясын жүзеге асырды - ол екі түрлі диффузиялық аймақтарды қамтитын шыны субстратқа ара балауызымен желімделген өлшемі 11,1 х 1,6 мм германийдің екі бөлігінен генератор жасады (1-сурет). Ол осы аймақтарды және қолда бар контактілерді термокомпрессиялық дәнекерлеу әдісімен диаметрі 100 микрон болатын жұқа алтын сымдармен элементтерді біріктіріп, генератор тізбегін құру үшін пайдаланды. Бір аймақтан местрансистор, екіншісінен RC тізбегі жасалды. Жиналған үш генератор компания басшылығына көрсетілді. Қуат қосылған кезде олар 1,3 МГц жиілікте жұмыс істеді. Бұл 1958 жылы 12 қыркүйекте болды. Бір аптадан кейін Килби дәл осындай түрде күшейткіш жасады. Бірақ бұл әлі біріктірілген құрылымдар емес еді, олар бір материалдан - жартылай өткізгіштен барлық тізбек элементтерін жасау идеясын дәлелдейтін жартылай өткізгішті IC үш өлшемді макеттер болды.

Күріш. 3. Дж. Килби 502 триггерін теріңіз. Фото http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1958-Miniaturized.html сайтынан

Монолитті германийдің бір бөлігінде жасалған Килбидің бірінші шын мәніндегі интегралды схемасы IC 502 типті тәжірибелік триггер болды (3-сурет). Ол германийдің көлемдік кедергісін де, p-n өткелінің сыйымдылығын да пайдаланды. Оның тұсаукесері 1959 жылы наурызда өтті. Мұндай ИК-тердің аз саны зертханада жасалды және тар шеңберде 450 долларға сатылды. IC құрамында алты элемент болды: төрт меза транзисторы және диаметрі 1 см кремний пластинасына орналастырылған екі резистор.Бірақ Kilby IC-ның маңызды кемшілігі болды - микроскопиялық «белсенді» бағандар түрінде жоғары көтерілген меза транзисторлары. қалғаны, кристалдың «пассивті» бөлігі. Kilby IS-тегі меза-бағаналарды бір-біріне қосу жұқа алтын сымдарды қайнату арқылы жүзеге асырылды - барлығы жек көретін «шашты технология». Мұндай өзара байланыстармен элементтердің көптігі бар микросхеманы жасау мүмкін еместігі белгілі болды - сым торы үзіледі немесе қайта жабылады. Иә, ол кезде германий болашағы жоқ материал ретінде қарастырылды. Серпіліс болған жоқ.

Осы уақытқа дейін Фэрчайлда жазық кремний технологиясы жасалды. Осының бәрін ескере отырып, Texas Instruments компаниясына Килби жасағанның барлығын бір жаққа қойып, Килбисіз жазық кремний технологиясына негізделген IC сериясын әзірлеуге кірісуге тура келді. 1961 жылдың қазан айында компания СН-51 типті ИК сериясын құру туралы жариялады, ал 1962 жылдан бастап АҚШ қорғаныс министрлігі мен NASA мүддесі үшін оларды жаппай өндіру мен жеткізуді бастады.

IP Роберт Нойс. IS сериясыМикрология”

1957 жылы бірнеше себептерге байланысты түйіспе транзисторын ойлап тапқан У.Шокли өз идеяларын жүзеге асыруға тырысқысы келетін сегіз жас инженерлер тобын тастап кетті. Р.Нойс пен Дж.Мур бастаған Шокли атаған «сатқындардың сегізі» Fairchild Semiconductor («әдемі бала») компаниясының негізін қалады. Компанияны Роберт Нойс басқарды, ол сол кезде 23 жаста болатын.

1958 жылдың аяғында Fairchild Semiconductor компаниясында жұмыс істеген физик Д.Хорни транзисторларды жасаудың жазық технологиясын жасады. Ал Sprague Electric компаниясында жұмыс істеген чехиялық физик Курт Леховек компоненттерді электрлік оқшаулау үшін кері n - p түйісуін қолдану әдістемесін жасады. 1959 жылы Роберт Нойс Килбидің IC схемасы туралы естіп, Хорни мен Леховек ұсынған процестерді біріктіру арқылы интегралды схеманы құруға шешім қабылдады. Ал өзара қосылыстардың «шашты технологиясының» орнына Нойс оқшаулағыш қабатта қалдырылған тесіктер арқылы элементтердің контактілеріне қосылу арқылы кремний диоксиді оқшауланған жартылай өткізгіш құрылымдардың үстіне металлдың жұқа қабатын селективті тұндыруды ұсынды. Бұл жартылай өткізгіштің корпусына белсенді элементтерді кремний оксидімен оқшаулай отырып, «батыруға» мүмкіндік берді, содан кейін бұл элементтерді фотолитография, металдандыру және өрнектеу процестерінің соңғы кезеңінде жасалған шашыратылған алюминий немесе алтын жолдармен байланыстырды. өнім өндіру. Осылайша, компоненттерді бір тізбекке біріктірудің нағыз «монолитті» нұсқасы алынды және жаңа технология «жазық» деп аталды. Бірақ алдымен идеяны сынау керек болды.

Күріш. 4. Эксперименттік триггер Р.Нойс. Фото http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1960-FirstIC.html сайтынан

Күріш. 5. Life журналындағы Micrologic IC суреті. Фото http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1960-FirstIC.html сайтынан

1959 жылы тамызда Р.Нойс Джои Ластқа жазық технологияға негізделген IC нұсқасын жасауды тапсырды. Алдымен, Килби сияқты, олар 4 транзистор мен 5 резистор жасалған бірнеше кремний кристалдарына триггердің орналасуын жасады. Содан кейін, 1960 жылы 26 мамырда бірінші бір чипті триггер шығарылды. Ондағы элементтерді оқшаулау үшін кері жағыкремний пластинасы эпоксидті шайырмен толтырылған терең ойықтармен оюланған. 1960 жылдың 27 қыркүйегінде триггердің үшінші нұсқасы жасалды (4-сурет), онда элементтер кері байланысқан p - n өткелімен оқшауланған.

Осы уақытқа дейін Fairchild Semiconductor тек транзисторлармен айналысты; оның жартылай өткізгішті IC жасау үшін инженерлері болған жоқ. Сондықтан схемалардың дизайнері ретінде Sperry Gyroscope компаниясынан Роберт Норман шақырылды. Норман резисторлық-транзисторлық логикамен таныс болды, оны компания оның ұсынысы бойынша Minuteman зымыран жабдығында алғашқы қолдануын тапқан болашақ Micrologic IC сериясының негізі ретінде таңдады. 1961 жылы наурызда Фэйрчайлд осы серияның бірінші эксперименттік IC (алты элементтен тұратын F-флип-флоп: төрт биполярлы транзистор және 1 см пластинаға орналастырылған екі резистор) оның фотосуретін жариялаумен (5-сурет) жариялады. журнал өмір(1961 жылы 10 наурызда). Қазан айында тағы 5 IC жарияланды. Ал 1962 жылдың басынан бастап Фэйрчайлд АҚШ қорғаныс министрлігі мен NASA мүддесі үшін ИК-тердің жаппай өндірісін және оларды жеткізуді бастады.

Килби мен Нойс өздерінің жаңалықтары туралы көп сынды тыңдауға мәжбүр болды. Тиісті интегралдық схемалардың практикалық кірістілігі өте төмен болады деп есептелді. Ол транзисторларға қарағанда төмен болуы керек екені анық (өйткені оның құрамында бірнеше транзисторлар бар), олар үшін ол сол кезде 15% -дан жоғары емес еді. Екіншіден, көптеген адамдар интегралды схемалар сәйкес емес материалдарды пайдаланды деп сенді, өйткені ол кезде резисторлар мен конденсаторлар жартылай өткізгіштерден жасалмаған. Үшіншіден, көптеген адамдар IP жөндеуге келмейтін идеяны қабылдай алмады. Көптеген элементтердің біреуі ғана істен шыққан өнімді лақтырып тастау оларға күпірлік болып көрінді. Интегралды схемалар АҚШ-тың әскери және ғарыштық бағдарламаларында сәтті қолданылған кезде барлық күмәндер біртіндеп жойылды.

Fairchild Semiconductor негізін қалаушылардың бірі Г.Мур кремний микроэлектроникасының дамуының негізгі заңын тұжырымдады, оған сәйкес интегралдық микросхемадағы транзисторлар саны жыл сайын екі есе өсті. «Мур заңы» деп аталатын бұл заң алғашқы 15 жылда (1959 жылдан бастап) жақсы жұмыс істеді, содан кейін бұл екі еселену шамамен бір жарым жыл ішінде орын алды.

Одан әрі АҚШ-та АЖ индустриясы жоғары қарқынмен дами бастады. Америка Құрама Штаттарында тек «жазық астына» бағытталған кәсіпорындардың пайда болуының көшкін тәрізді процесі басталды, кейде аптасына ондаған фирма тіркелетін деңгейге жетті. Ардагерлерді (В. Шокли мен Р. Нойс фирмалары) іздеуде, сондай-ақ салық жеңілдіктері мен Стэнфорд университеті ұсынатын қызметтің арқасында «жаңадан келгендер» негізінен Санта-Клара алқабында (Калифорния) топтастырылды. Сондықтан 1971 жылы техникалық жаңалықтарды насихаттайтын журналист Дон Хофлердің жеңіл қолымен «Кремний алқабының» романтикалық-техногендік бейнесі айналымға енгені таңқаларлық емес. революция. Айтпақшы, бұл аймақта шынымен де бұрын өзінің көптеген өрік, шие және қара өрік бақтарымен әйгілі болған, Шокли пайда болғанға дейін басқа, жағымды есімге ие болған алқап бар - Жүректің ләззат алқабы, қазір, өкінішке орай, дерлік. ұмытылған.

1962 жылы Америка Құрама Штаттарында интегралдық микросхемалардың жаппай өндірісі басталды, дегенмен олардың тұтынушыларға жеткізілу көлемі бірнеше мыңды құрады. Аспап жасау және электронды өнеркәсіпті жаңа негізде дамытудың ең күшті ынталандыруы зымырандық-ғарыштық техника болды. Ол кезде Құрама Штаттарда кеңестік зымырандар сияқты қуатты құрлықаралық баллистикалық зымырандар болған жоқ және зарядты ұлғайту үшін олар тасымалдаушы массасын, соның ішінде басқару жүйелерін барынша азайтуға баруға мәжбүр болды. электрондық технологияның соңғы жетістіктері. Texas Instrument және Fairchild Semiconductor фирмалары АҚШ Қорғаныс министрлігімен және NASA-мен интегралды схемаларды әзірлеу және өндіру бойынша ірі келісімшарттарға қол қойды.

КСРО-дағы алғашқы жартылай өткізгіш ИС

1950 жылдардың аяғында кеңес өнеркәсібі жартылай өткізгішті диодтар мен транзисторларға мұқтаж болғаны сонша, түбегейлі шаралар қажет болды. 1959 жылы Александров, Брянск, Воронеж, Ригада және т.б. жартылай өткізгіш құрылғылар зауыттары құрылды. 1961 жылы қаңтарда КОКП Орталық Комитеті мен КСРО Министрлер Кеңесі «Жартылай өткізгіш өнеркәсібін дамыту туралы» тағы бір қаулы қабылдады. Киев, Минск, Ереван, Нальчик және басқа қалаларда зауыттар мен ғылыми-зерттеу институттарын салуды қарастырды.

Бізді жаңа зауыттардың бірі - жоғарыда аталған Рига жартылай өткізгіш зауыты қызықтырады (РЗПП, ол өз атын бірнеше рет өзгертті, қарапайымдылық үшін біз ең танымал, жұмыс істеп тұрған және қазір қолданамыз). Іске қосу алаңы ретінде жаңа зауытқа ауданы 5300 м 2 салынып жатқан кооперативтік техникумның ғимараты берілді, сонымен бірге арнайы ғимараттың құрылысы басталды. 1960 жылдың ақпанына дейін зауытта 32 қызмет, 11 зертхана және тәжірибелік өндіріс құрылды, ол сәуірде алғашқы аспаптарды шығаруға дайындала бастады. Зауытта қазірдің өзінде 350 адам жұмыс істеді, олардың 260-ы бір жыл ішінде Мәскеу ғылыми-зерттеу институты-35 (кейінірек Пульсар ғылыми-зерттеу институты) және Ленинград Светлана зауытына оқуға жіберілді. Ал 1960 жылдың аяғында жұмысшылар саны 1900 адамға жетті. Бастапқыда технологиялық желілер кооператив техникумы ғимаратының қайта салынған спорт залында, ал тәжірибелік-конструкторлық бюро зертханалары бұрынғы оқу кабинеттерінде орналасты. Алғашқы құрылғыларды (NII-35 әзірлеген P-401, P-403, P-601 және P-602 қорытпалы-диффузиялық және конверсиялық германий транзисторлары) зауыт оны құру туралы бұйрыққа қол қойылғаннан кейін 9 айдан кейін шығарылды. 1960 жылдың наурызы. Ал шілде айының соңына қарай ол алғашқы мың P-401 транзисторларын шығарды. Содан кейін өндірісте басқа да көптеген транзисторлар мен диодтарды игерді. 1961 жылдың маусымында арнайы ғимараттың құрылысы аяқталды, онда жартылай өткізгіш құрылғылардың жаппай өндірісі басталды.

1961 жылдан бастап зауыт фотолитография негізінде транзисторлар өндірісін механикаландыру мен автоматтандыруды қамтитын дербес технологиялық және тәжірибелік-конструкторлық жұмыстарды бастады. Ол үшін алғашқы отандық фоторетранслятор (фотостамп) әзірленді - біріктіру және контактілі фотосуреттерді басып шығаруға арналған қондырғы (А.С. Готман әзірлеген). Радиоиндустрия министрлігінің кәсіпорындары, соның ішінде КБ-1 (кейінірек Алмаз, Мәскеу) және NIIRE, қаржыландыруға және бірегей жабдықты жасауға үлкен көмек көрсетті. Содан кейін өзінің технологиялық жартылай өткізгіштік базасы жоқ шағын өлшемді радиоаппаратураның ең белсенді әзірлеушілері жаңадан құрылған жартылай өткізгіш зауыттармен шығармашылық өзара әрекеттесу жолдарын іздеді.

RZPP-де зауыт жасаған Ausma өндірістік желісі негізінде P401 және P403 типті германий транзисторларын өндіруді автоматтандыру бойынша белсенді жұмыстар жүргізілді. Оның бас конструкторы (ГК) А.С. Готман корпустағы транзистор сымдарын оңай дәнекерлеу үшін германий бетінде транзисторлық электродтардан кристалдың шетіне дейін ток өткізетін жолдарды жасауды ұсынды. Бірақ ең бастысы, бұл жолдарды транзистордың сыртқы терминалдары ретінде пайдалануға болады, олар борттарда қаптамасыз (құрамында қосылатын және пассивті элементтер бар), оларды тікелей сәйкес контакт алаңдарына дәнекерлеу арқылы (шын мәнінде гибридті IC құру технологиясы) ұсынылды). Кристаллдың ток өткізетін жолдары тақтаның контактілі төсемдерін сүйетін ұсынылған әдіс бастапқы атауын алды - «сүю технологиясы». Бірақ сол кезде шешілмейтін бірқатар технологиялық мәселелерге байланысты, негізінен баспа платасында контактілерді алудың дәлдігі мәселелеріне байланысты «сүю технологиясын» іс жүзінде жүзеге асыру мүмкін болмады. Бірнеше жылдан кейін ұқсас идея АҚШ пен КСРО-да жүзеге асырылды және «шарлы сымдар» деп аталатын және «чип-он-борт» технологиясында кеңінен қолданылды.

Осыған қарамастан, RZPP-мен жұмыс істейтін аппараттық компаниялар, соның ішінде NIIRE, «сүю технологиясына» үміттенді және оны қолдануды жоспарлады. 1962 жылдың көктемінде, оны жүзеге асыру белгісіз мерзімге кейінге қалдырылып жатқаны белгілі болған кезде, NIIRE бас инженері В.И. Смирнов РЗПП директоры С.А. Бергман сандық құрылғыларды құруға арналған әмбебап 2 ЕМЕС-НЕМЕСЕ типті көп элементті схеманы жүзеге асырудың басқа жолын іздеді.

Күріш. 7. R12-2 IS эквивалентті схемасы (1LB021). 1965 жылғы IP проспектісінен алынған сурет

Юрий Осокиннің алғашқы АЖ және ГАЖ. қатты тізбек R12-2(IC сериясы 102 Және 116 )

РЗПП директоры бұл міндетті жас инженер Юрий Валентинович Осокинге тапсырды. Біз технологиялық зертханадан, фотомаскаларды әзірлеу және өндіру зертханасынан, өлшеу зертханасынан және тәжірибелік-өндірістік желіден тұратын бөлім ұйымдастырдық. Ол кезде германий диодтары мен транзисторларын жасау технологиясы РЗПП-ға жеткізілді және ол жаңа әзірлеуге негіз болды. 1962 жылдың күзінде 2NE-OR германий қатты тізбегінің алғашқы прототиптері алынды (сол кезде IP термині болмағандықтан, сол күндердің істеріне құрметпен біз «қатты тізбек» атауын сақтаймыз. - TS), ол «P12-2» зауыттық белгісін алды. 1965 жылғы P12-2 жарнамалық кітапшасы сақталды (6-сурет), біз пайдаланатын ақпарат пен иллюстрациялар. TS R12-2 құрамында екі германий p - n - p транзисторлары (P401 және P403 түрлерінің модификацияланған транзисторлары) бар, жалпы жүктемесі p-типті германий резисторы (7-сурет).

Күріш. 8. R12-2 АЖ құрылымы. 1965 жылғы IP проспектісінен алынған сурет

Күріш. 9. R12-2 көлік құралының өлшемдік сызбасы. 1965 жылғы IP проспектісінен алынған сурет

Сыртқы сымдар ТК құрылымының германий аймақтары мен қорғасын сымдарының алтыны арасындағы термокомпрессиялық дәнекерлеу арқылы қалыптасады. Бұл тропиктік және теңіз тұманы жағдайында сыртқы әсерлер кезінде тізбектердің тұрақты жұмысын қамтамасыз етеді, бұл әсіресе осы дамуға қызығушылық танытқан VEF Рига зауыты шығарған теңіз квазиэлектронды автоматты телефон станцияларында жұмыс істеу үшін маңызды.

Құрылымдық жағынан TS R12-2 (және одан кейінгі R12-5) диаметрі 3 мм және биіктігі 0,8 мм болатын дөңгелек металл кеседен «таблетка» (9-сурет) түрінде жасалған. Оған ТС кристалы салынып, полимерлі қосындымен толтырылды, одан кристалға дәнекерленген диаметрі 50 мкм жұмсақ алтын сымнан жасалған сымдардың қысқа сыртқы ұштары шықты. P12-2 салмағы 25 мг-нан аспады. Бұл дизайнда RH қоршаған ортаның 40°C температурасында 80% салыстырмалы ылғалдылыққа және -60°-тан 60°C-қа дейінгі температура цикліне төзімді болды.

1962 жылдың соңына қарай RZPP тәжірибелік өндірісі шамамен 5 мың R12-2 көліктерін шығарды, ал 1963 жылы олардың бірнеше ондаған мыңдары жасалды. Осылайша, 1962 жыл АҚШ пен КСРО-да микроэлектроника өнеркәсібінің туған жылы болды.

Күріш. 10. ТК R12-2 топтары

Күріш. 11. R12-2 негізгі электрлік сипаттамалары

Жартылайөткізгіштер технологиясы сол кезде бастапқы кезеңде болды және параметрлердің қатаң қайталанушылығына әлі кепілдік бермеді. Сондықтан жұмыс істейтін құрылғылар параметрлер топтарына сұрыпталды (бұл біздің уақытымызда жиі жасалады). Рига тұрғындары да солай істеді, TS R12-2 8 түрін орнатты (10-сурет). Барлық басқа электрлік және басқа сипаттамалар барлық рейтингтер үшін бірдей (Cурет 11).

TS R12-2 өндірісі 1964 жылы аяқталған ҒЗТКЖ «Қаттылықпен» бір мезгілде басталды (ГК Ю.В. Осокин). Осы жұмыс шеңберінде фотолитография және қорытпаларды фотомаска арқылы гальваникалық тұндыру негізінде германий ТК сериялық өндірудің жетілдірілген топтық технологиясы әзірленді. Оның негізгі техникалық шешімдері Осокин Ю.В. өнертабысы ретінде тіркелген. және Михалович Д.Л. (А.С. № 36845). Бірнеше мақалалары Ю.В. Осокина КБ-1 мамандарымен бірлесе отырып И.В. Ештеңе, Г.Г. Смолко мен Ю.Е. Наумов R12-2 көлігінің (және одан кейінгі R12-5 көлігінің) дизайны мен сипаттамаларының сипаттамасымен.

P12-2 дизайны барлығына жақсы болды, тек бір нәрсені қоспағанда - тұтынушылар ең жұқа қорытындылары бар мұндай шағын өнімдерді қалай пайдалану керектігін білмеді. Аппараттық фирмаларда, әдетте, бұл үшін технология да, жабдықтар да болмады. R12-2 және R12-5 шығарылған уақыт ішінде оларды NIIRE, Радиоөнеркәсіп министрлігінің Жигули радиозауыты, ВЭФ, NIIP (1978 жылдан бастап NPO Radiopribor) және бірнеше басқа кәсіпорындар игерді. Мәселені түсіне отырып, TS әзірлеушілері NIIRE-мен бірге дизайнның екінші деңгейін бірден ойластырды, бұл бір уақытта жабдықтың орналасу тығыздығын арттырды.

Күріш. 12. 4 көліктің модулі R12-2

1963 жылы «Квант» ҒЗТКЖ шеңберінде (Г.К. А.Н. Пелипенко, Е.М. Ляховичтің қатысуымен) NIIRE-де модульдің дизайны әзірленді, онда төрт TS R12-2 біріктірілді (12-сурет). Екіден төртке дейін R12-2 TS (бір жағдайда) жұқа шыны талшықтан жасалған микротақтаға орналастырылды, олар бірге белгілі бір функцияны орындайды. функционалды түйін. Тақтаға ұзындығы 4 мм болатын 17 сымға дейін (нақты модуль үшін сан өзгерді) басылды. Микропластинаны өлшемі 21,6 × 10 штампталған металл шыныаяққа салды. 6,6 мм және тереңдігі 3,1 мм және полимерлі қосылыспен толтырылған. Нәтиже – қос герметикалық элементтері бар гибридті интегралдық схема (ГАЖ). Және, біз айтқанымыздай, бұл екі деңгейлі интеграциясы бар әлемдегі бірінші ГАЖ және, мүмкін, жалпы алғанда, бірінші ГАЖ болды. Әртүрлі логикалық функцияларды орындайтын «Кванттық» жалпы атымен сегіз типтегі модульдер әзірленді. Мұндай модульдердің бөлігі ретінде R12-2 көліктері 150 г-ға дейінгі тұрақты үдеулердің және 15 г-ге дейінгі үдеумен 5-2000 Гц жиілік диапазонындағы діріл жүктемелерінің әсерінен жұмыс істеді.

Квант модульдері алдымен NIIRE тәжірибелік өндірісінде шығарылды, содан кейін олар КСРО Радио өнеркәсібі министрлігінің «Жигули» радиозауытына берілді, ол оларды әртүрлі тұтынушыларға, соның ішінде ВЭФ зауытына жеткізеді.

Олардың негізінде жасалған TS R12-2 және Kvant модульдері өзін жақсы дәлелдеді және кеңінен қолданылды. 1968 жылы елде интегралдық схемаларды белгілеудің бірыңғай жүйесін белгілейтін стандарт шығарылды, ал 1969 жылы - жартылай өткізгішті (NP0.073.004TU) және гибридті (NP0.073.003TU) IC үшін жалпы техникалық шарттар. біртұтас жүйеталаптар. Осы талаптарға сәйкес Интегралды схемаларды қолдану бойынша орталық бюро (ЦБПИМС, кейінірек Дейтон орталық конструкторлық бюросы, Зеленоград) 1969 жылғы 6 ақпанда TS ShT3.369.001-1TU жаңа техникалық шарттарды бекітті. Сонымен қатар, 102 сериясының «интегралдық схемасы» термині бірінші рет өнімнің белгілеуінде пайда болды. Шын мәнінде, бұл шығыс кернеуі мен жүктеме сыйымдылығы бойынша төрт топқа сұрыпталған бір IC болды.

Күріш. 13. IC сериялары 116 және 117

Ал 1970 жылдың 19 қыркүйегінде ЦБПИМС-те 116 сериялы IS белгісін алған Квант модульдері үшін AB0.308.014TU техникалық сипаттамалары бекітілді (13-сурет). Серияға тоғыз IC кірді: 1KhL161, 1KhL162 және 1KhL163 - көп функциялы цифрлық схемалар; 1LE161 және 1LE162 - екі және төрт логикалық элементтер 2NOT-OR; 1TP161 және 1TP1162 - бір және екі триггерлер; 1UP161 - қуат күшейткіші, сондай-ақ 1LP161 - логикалық элемент 4 кіріс және 4 шығыс үшін «тыйым». Бұл IC-лердің әрқайсысының шығыс сигналының кернеуі мен жүктеме сыйымдылығымен ерекшеленетін төрттен жетіге дейінгі нұсқасы болды, барлығы 58 IC рейтингі болды. Орындаулар АЖ белгілеуінің цифрлық бөлігінен кейін әріппен белгіленді, мысалы, 1ХЛ161Ж. Болашақта модульдердің ауқымы кеңейді. 116 сериялы IC шын мәнінде гибридті болды, бірақ RZPP өтініші бойынша олар жартылай өткізгіш ретінде белгіленді (белгілеудегі бірінші сан «1», гибридтерде «2» болуы керек).

1972 жылы Электрондық өнеркәсiп министрлiгi мен Радио өнеркәсiбi министрлiгiнiң бiрлескен шешiмi бойынша модульдер шығару «Жигули» радиозауытынан РЗПП-ға көшiрiлдi. Бұл 102-сериялы IC-ті ұзақ қашықтыққа тасымалдау қажеттілігін жойды, сондықтан әрбір IC-нің штампын инкапсуляциялаудың қажеті жоқ. Нәтижесінде 102-ші және 116-шы сериялардың ИК-терінің дизайны жеңілдетілді: 102-ші сериядағы ИК-терді қосылыспен толтырылған металл шыныаяққа орау қажет болмады. Технологиялық контейнердегі қапталмаған 102 сериялы СК 116 сериялы СК құрастыру үшін көрші цехқа жеткізіліп, олардың микроплатасына тікелей орнатылып, модуль корпусында мөрленді.

1970 жылдардың ортасында IP белгілеу жүйесінің жаңа стандарты шықты. Осыдан кейін, мысалы, IS 1LB021V 102LB1V белгісін алды.

Юрий Осокиннің екінші АЖ және ГАЖ. қатты тізбек R12-5(IC сериясы 103 Және 117 )

1963 жылдың басына қарай жоғары жиілікті n - p - n транзисторларын жасау бойынша елеулі жұмыстардың нәтижесінде Ю.В. Осокина бастапқы n-германий пластинасында p-қабаттарымен көп тәжірибе жинақтады. Бұл және барлық қажетті технологиялық құрамдастардың болуы Осокинге 1963 жылы жаңа технологияны және ТС жылдамырақ нұсқасын жасауды бастауға мүмкіндік берді. 1964 жылы NIIRE бұйрығымен R12-5 TS және оның негізіндегі модульдерді әзірлеу аяқталды. Оның нәтижелері бойынша 1965 жылы Паланга ҒЗТКЖ ашылды (Г.К. Ю.В. Осокин, оның орынбасары – Д.Л. Михалович, 1966 жылы аяқталды). P12-5 негізіндегі модульдер P12-2 негізіндегі модульдер сияқты «Квант» ҒЗТКЖ шеңберінде әзірленді. 102 және 116 серияларына арналған техникалық сипаттамалармен бір мезгілде 103 сериялы IC үшін ShT3.369.002-2TU және 117 сериялы IC үшін AV0.308.016TU (103 сериялы IC негізіндегі модульдер болды) техникалық сипаттамалар. бекітілген. TS R12-2 типтерінің номенклатурасы мен стандартты рейтингтері, олар бойынша модульдер және IS 102 және 116 сериялары тиісінше TS R12-5 және 103 және 117 сериялары бойынша ИС номенклатураларымен бірдей болды. Олар тек жылдамдығымен және IC чипін жасау технологиясымен ерекшеленді. 117 сериясының таралу кешігуінің әдеттегі уақыты 116 серия үшін 200 нс қарсы 55 нс болды.

Құрылымдық жағынан R12-5 TS төрт қабатты жартылай өткізгішті құрылым болды (14-сурет), мұнда n-типті субстрат және p + -типті эмитенттер жалпы жерге қосу шинасына қосылған. R12-5 TS құрылысының негізгі техникалық шешімдері Осокин Ю.В., Михалович Д.Л. өнертабысы ретінде тіркелген. Қайдалова Ж.А. және Ақменса Я.П. (А.С. № 248847). TS R12-5 төрт қабатты құрылымын өндіруде маңызды ноу-хау бастапқы германий пластинасында n-типті p-қабатты қалыптастыру болды. Бұған мырыштың тығыздалған кварц ампуласында диффузия арқылы қол жеткізілді, онда пластиналар шамамен 900 ° C температурада, ал мырыш ампуланың екінші ұшында шамамен 500 ° C температурада орналасқан. Әрі қарай құрылған р-қабатта ТС құрылымының қалыптасуы TS P12-2-ге ұқсас. Жаңа технология TS кристалының күрделі пішінінен арылуға мүмкіндік берді. P12-5 бар вафлилер де артқы жағынан шамамен 150 мкм қалыңдығына дейін бастапқы вафлидің бір бөлігін сақтай отырып ұнтақталды, содан кейін олар бөлек тікбұрышты IC чиптеріне сызылды.

Күріш. 14. АС № 248847 TS P12-5 кристалдық құрылымы. 1 және 2 - жер, 3 және 4 - кіріс, 5 - шығыс, 6 - қуат

Біріншіден кейін оң нәтижелертәжірибелік R12-5 көліктерін шығару, КБ-1 тапсырысы бойынша төрт R12-5 көліктерін жасауға бағытталған Мезон-2 ҒЗТКЖ ашылды. 1965 жылы жұмыс үлгілері жалпақ керамикалық металл корпуста алынды. Бірақ P12-5 өндіру қиынға соқты, бұл негізінен бастапқы n-Ge пластинасында мырыш қосылған p-қабатын қалыптастырудың қиындығына байланысты. Кристалл өндіруге көп еңбекті қажет ететін болып шықты, шығымдылық пайызы төмен, ал ТС құны жоғары. Дәл осындай себептермен R12-5 TS аз көлемде шығарылды және баяуырақ, бірақ технологиялық жағынан жетілдірілген R12-2-ні ығыстыра алмады. Ал «Мезон-2» ҒЗТКЖ мүлдем жалғасқан жоқ, соның ішінде байланыс ақауларына байланысты.

Сол кезде Пульсар ғылыми-зерттеу институты мен NIIME жазық кремний технологиясын жасау үшін кең майданда жұмыс істеп жатыр, оның германиймен салыстырғанда бірқатар артықшылықтары бар, олардың негізгісі жұмыс температурасының жоғары диапазоны (кремний үшін +150°С және + кремний үшін 70°С).германий) және кремний табиғи болады қорғаныш пленкасы SiO2. Ал RZPP мамандануы аналогтық ИК құруға қайта бағытталды. Сондықтан RZPP мамандары ИК өндіруге арналған германий технологиясын жасауды орынсыз деп санады. Дегенмен, транзисторлар мен диодтарды өндіруде германий біраз уақыт бойы өз позицияларынан бас тартпады. Кафедрада Ю.В. Осокин, 1966 жылдан кейін РЗПП германий жазық төмен шулы микротолқынды транзисторлар GT329, GT341, GT 383 және т.б. жасап шығарды. Оларды жасау Латвия КСРО Мемлекеттік сыйлығымен марапатталды.

Қолдану

Күріш. 15. Тұтас тізбек модульдеріндегі арифметикалық бірлік. 1965 жылғы TS кітапшасынан алынған сурет

Күріш. 16. Реледе және көлікте жасалған автоматты телефон станциясын басқару құрылғысының салыстырмалы өлшемдері. 1965 жылғы TS кітапшасынан алынған сурет

R12-2 TS және модульдердің тұтынушылары мен алғашқы тұтынушылары нақты жүйелерді жасаушылар болды: Gnom компьютері (15-сурет) Купол борттық ұшақ жүйесіне арналған (NIIRE, Г.К. Ляхович Е.М.) және теңіз және азаматтық АТС (зауыт). ВЭФ, Г.К. Мисуловин Л.Я.). R12-2, R12-5 көліктері мен оларға және КБ-1 модульдерін құрудың барлық кезеңдеріне белсенді түрде қатысты, КБ-1-ден осы ынтымақтастықтың бас кураторы Н.А. Барқанов. Олар қаржыландыруға, құрал-жабдықтарды жасауға, әртүрлі режимдер мен жұмыс жағдайларындағы ТС және модульдерді зерттеуге көмектесті.

TS R12-2 және оған негізделген «Кванттық» модульдері еліміздегі алғашқы микросұлбалар болды. Иә, және әлемде олар біріншілердің қатарында болды - тек АҚШ-та олар Texas Instruments және Fairchild Semiconductor фирмаларынан алғашқы жартылай өткізгішті IC шығара бастады, ал 1964 жылы IBM өзінің компьютерлері үшін қалың қабықшалы гибридті IC шығара бастады. Басқа елдерде IP туралы әлі ойланбаған. Сондықтан интегралдық микросхемалар көпшіліктің қызығушылығын тудырды, оларды қолданудың тиімділігі таң қалдырды және жарнамада ойнады. 1965 жылғы R12-2 көлігі туралы сақталған кітапшада (нақты қосымшаларға негізделген) былай делінген: « Борттық есептеуіш құрылғыларда R12-2 қатты тізбектерін пайдалану осы құрылғылардың салмағы мен өлшемдерін 10-20 есе азайтуға, қуат тұтынуды азайтуға және жұмыс сенімділігін арттыруға мүмкіндік береді. ... Автоматтық телефон станцияларының ақпаратты беру тракттарын басқару және коммутациялау жүйелерінде R12-2 тұтас тізбектерін пайдалану басқару құрылғыларының көлемін шамамен 300 есе азайтуға, сондай-ақ қуат тұтынуды айтарлықтай азайтуға (30-ға) мүмкіндік береді. 50 рет)”. Бұл мәлімдемелер Gnom компьютерінің арифметикалық құрылғысының фотосуреттерімен (15-сурет) және қыздың алақанында кішкене блок бар реле негізіндегі ВЭФ зауытында сол кезде шығарылған ATS тіректі салыстырумен суреттелген (16-сурет). ). Алғашқы Рига ИК-терінің басқа да көптеген қосымшалары болды.

Өндіріс

Енді жылдар бойы 102 және 103 сериялы ИК өндіріс көлемінің толық бейнесін қалпына келтіру қиын (бүгінде РЗПП ірі зауыттан шағын өндіріске айналды және көптеген мұрағаттар жоғалды). Бірақ естеліктер бойынша Ю.В. Осокин, 1960 жылдардың екінші жартысында өндіріс жылына көптеген жүздеген мың, 1970 жылдары миллиондаған. Оның жеке жазбаларына сәйкес, 1985 жылы 102 сериялы СК – 4 100 000 дана, 116 сериялы модульдер – 1 025 000 дана, 103 сериялы ИК – 700 000 дана, 117 сериялы модульдер – 175 дана шығарылды.

1989 жылдың аяғында Ю.В. «Альфа» бағдарламалық қамтамасыз етудің сол кездегі бас директоры Осокин 102, 103, 116 және 117 серияларын ескіруіне байланысты өндірістен алып тастау туралы өтінішпен КСРО Министрлер Кеңесі (ВПК) жанындағы Әскери-өнеркәсіптік комиссияның басшылығына жүгінді. және жоғары еңбек сыйымдылығы (25 жыл бойы микроэлектроника алға қойған жоқ), бірақ үзілді-кесілді бас тартты. Әскери-өнеркәсіптік кешен төрағасының орынбасары В.Л. Коблов оған ұшақтардың сенімді ұшатынын және оны ауыстыру мүмкін емес екенін айтты. КСРО ыдырағаннан кейін 102, 103, 116 және 117 сериялы СК 1990 жылдардың ортасына дейін, яғни 30 жылдан астам уақыт бойы шығарылды. «Гном» компьютерлері әлі күнге дейін Ил-76 және басқа да ұшақтардың навигациялық кабинасында. Шетелдік әріптестері бұрын-соңды болмаған қондырғыға қызығушылық танытқанда, біздің ұшқыштарымыз «бұл суперкомпьютер» деп таң қалмайды.

Басымдықтар туралы

Дж.Килби мен Р.Нойстың предшественниктері болғанына қарамастан, оларды әлемдік қауымдастық интегралдық микросхеманы өнертапқыштар ретінде таниды.

Р.Килби мен Дж.Нойс өз фирмалары арқылы интегралдық микросхеманы ойлап табуға патент алуға өтініш берді. Техас инструментс патентке бұрын, 1959 жылдың ақпанында өтініш берген, ал Фэйрчайл сол жылдың шілдесінде ғана өтініш берген. Бірақ патент нөмірі 2981877 1961 жылы сәуірде Р.Нойсқа берілді. Дж.Килби сотқа шағымданып, тек 1964 жылдың маусымында 3138743 нөмірін алған патентін алды. Содан кейін он жылға созылған басымдықтар соғысы болды, нәтижесінде (сирек) «достық жеңді». Сайып келгенде, апелляциялық сот Р.Нойстың технологиядағы біріншілік туралы талабын қолдады, бірақ Дж.Килби бірінші жұмыс істейтін микрочипті жасаушы деп шешті. Ал Texas Instruments және Fairchild Semiconductor технологиялық кросс-лицензиялау келісіміне қол қойды.

КСРО-да авторлар үшін өнертабыстарды патенттеу қиыншылықтан, болмашы бір реттік төлемнен және моральдық қанағаттанудан басқа ештеңе бермеді, сондықтан көптеген өнертабыстар мүлдем ресімделмеді. Ал Осокин де асықпады. Бірақ кәсіпорындар үшін өнертабыстар саны көрсеткіштердің бірі болды, сондықтан оларды әлі де тіркеуге тура келді. Сондықтан Ю.Осокина мен Д.Михалович 1966 жылы 28 маусымда ғана TS R12-2 өнертабысы үшін КСРО авторлық куәлігін №36845 алды.

Ал Дж.Килби 2000 жылы IP ойлап тапқаны үшін Нобель сыйлығының лауреаттарының бірі болды. Р.Нойс әлемді мойындауды күткен жоқ, ол 1990 жылы қайтыс болды, жағдайға сәйкес Нобель сыйлығы қайтыс болғаннан кейін берілмейді. Бұл жағдайда бұл мүлдем әділ емес, өйткені барлық микроэлектроника Р.Нойс бастаған жолды ұстанды. Нойстың мамандар арасындағы беделінің жоғары болғаны сонша, ол тіпті «Кремний алқабының мэрі» деген лақап атқа ие болды, өйткені ол сол кезде Калифорнияның Силикон алқабының бейресми атауын алған сол бөлігінде жұмыс істейтін ғалымдардың ең танымалы болды (В. Шокли «Кремний алқабының Мұсасы» деп аталады). Ал Дж.Килбидің жолы («шашты» германий) тығырыққа тіреліп, оның компаниясында да жүзеге аспай қалды. Бірақ өмір әрқашан әділ бола бермейді.

Нобель сыйлығы үш ғалымға берілді. Оның жартысын 77 жастағы Джек Килби алды, ал қалған жартысын Ресей ғылым академиясының академигі Жорес Алферов пен Санта-Барбарадағы Калифорния университетінің профессоры, неміс текті американдық Герберт Кремер бөлісті. жоғары жылдамдықты оптоэлектроникада қолданылатын жартылай өткізгішті гетероқұрылымдарды дамыту».

Бұл еңбектерге баға берген мамандар «интегралдық микросхемалар, әрине, қоғам мен әлемдік экономикаға қатты әсер еткен ғасырдың жаңалығы» деп атап өтті. Ұмытылған Дж.Килби үшін Нобель сыйлығы күтпеген жағдай болды. Бір журналға берген сұхбатында Еурофизика жаңалықтарыОл мойындады: « Ол кезде мен тек экономикалық тұрғыдан электрониканың дамуы үшін не маңызды болатынын ғана ойлайтынмын. Бірақ мен электронды өнімдердің құнының төмендеуі электронды технологиялардың көшкініне әкелетінін түсінбедім »..

Ал Ю.Осокиннің еңбегін Нобель комитеті ғана бағалаған жоқ. Олар да біздің елде ұмытылған, елдің микроэлектроника жасаудағы басымдығы қорғалмаған. Және ол, әрине, болды.

1950 жылдары бір монолитті кристалда немесе бір керамикалық субстратта көп элементті өнімдерді - интегралдық схемаларды қалыптастыру үшін материалдық база жасалды. Сондықтан IP идеясының көптеген мамандардың санасында бір уақытта дерлік пайда болуы таңқаларлық емес. Ал жаңа идеяны енгізу жылдамдығы автордың технологиялық мүмкіндіктері мен өндірушінің қызығушылығына, яғни бірінші тұтынушының болуына байланысты болды. Бұл тұрғыда Ю.Осокин америкалық әріптестеріне қарағанда жақсы жағдайда болды. Килби TI үшін жаңа болды, ол тіпті компания басшылығына оның макетін жасау арқылы монолитті схеманы енгізудің іргелі мүмкіндігін дәлелдеуге мәжбүр болды. Шын мәнінде, Дж.Килбидің АЖ құрудағы рөлі ТИ басшылығын қайта тәрбиелеуге және Р.Нойсты өзінің макетімен әрекетке итермелеуге байланысты. Килбидің өнертабысы сериялық өндіріске енген жоқ. Р.Нойс өзінің жас және әлі күшті емес компаниясында шын мәнінде кейінгі микроэлектрониканың негізіне айналған жаңа жазық технологияны құруға барды, бірақ автор бірден бағынбады. Жоғарыда айтылғандарға байланысты, олардың екеуіне де, олардың фирмаларына сериялық қабілетті ИК құру идеяларын іс жүзінде жүзеге асыру үшін көп күш пен уақыт жұмсауға тура келді. Олардың алғашқы үлгілері тәжірибелік болып қалды, ал басқа микросұлбалар, тіпті олар әзірлемеген де, жаппай өндіріске шықты. Өндірістен алыс Килби мен Нойстен айырмашылығы, зауыт жұмысшысы Ю.Осокин РЗПП-ның өнеркәсіптік дамыған жартылай өткізгіштік технологияларына сүйенді және ол NIIRE мен жақын маңдағы ВЭФ-тің дамуының бастамашысы түріндегі алғашқы ТС тұтынушыларына кепілдік берді. осы жұмысқа көмектескен зауыт. Осы себептерге байланысты оның көлігінің бірінші нұсқасы бірден эксперименталды, біркелкі жаппай өндіріске ауыстырылды, ол 30 жылдан астам үздіксіз жалғасты. Осылайша, ТС әзірлеуді Килби мен Нойсқа қарағанда кеш бастаған Ю.Осокин (бұл жарыс туралы білмей) оларды тез қуып жетті. Сонымен қатар, Ю.Осокиннің жұмысы американдықтардың жұмысымен ешқандай байланысы жоқ, мұның дәлелі - оның ТС және ондағы Килби және Нойс микросұлбаларына енгізілген шешімдердің абсолютті ұқсамауы. Texas Instruments (Килбидің өнертабысы емес), Fairchild және RZPP 1962 жылы бір мезгілде дерлік IC шығара бастады. Бұл Ю.Осокинді Р.Нойспен тең және Дж.Килбиден де жоғары интегралдық микросхеманы өнертапқыштардың бірі ретінде қарастыруға толық құқық береді және Дж.Килбидің Нобель сыйлығының бір бөлігін онымен бөлісу әділетті болар еді. Осокин Ю. Екі деңгейлі интеграциясы бар бірінші ГАЖ (және жалпы ГАЖ болуы мүмкін) өнертабысқа келетін болсақ, мұнда басымдық А. NIIRE-ден Пелипенко бұл сөзсіз.

Өкінішке орай, мұражайларға қажетті ТС үлгілері мен олардың негізіндегі құрылғыларды табу мүмкін болмады. Автор мұндай үлгілер немесе олардың фотосуреттері үшін өте риза болады.

Интегралды (микро) схема (IC, IC, м/с, ағылшынша интегралды схема, IC, microcircuit), чип, микрочип (ағылшынша микрочип, кремний чип, чип - жұқа пластина - бастапқыда микросұлба кристалды пластина деген термин) - микроэлектрондық құрылғы - электрондық схемажартылай өткізгіш негізде (пластинка немесе пленка) жасалған және бөлінбейтін корпусқа орналастырылған немесе микроқұрамға кіретін болса, онсыз күрделілігі ерікті (кристалл).

Микроэлектроника - бұл біздің заманымыздың ең маңызды және, көпшіліктің пікірінше, ең маңызды ғылыми-техникалық жетістігі. Оны 16 ғасырда басып шығару өнертабысы, 18 ғасырда бу машинасының жасалуы, 19 ғасырдағы электротехниканың дамуы сияқты техника тарихындағы бетбұрыс кезеңдерімен салыстыруға болады. Ал бүгін ғылыми-техникалық революция туралы сөз болғанда, бұл ең алдымен микроэлектроника болып табылады. Біздің күндердің басқа ешбір техникалық жетістігі сияқты, ол өмірдің барлық салаларына еніп, кеше елестету мүмкін емес нәрсені шындыққа айналдырады. Бұған көз жеткізу үшін қалталық калькуляторларды, миниатюралық радиоқабылдағыштарды, тұрмыстық техникадағы электронды басқару элементтерін, сағаттарды, компьютерлерді және бағдарламаланатын компьютерлерді елестету жеткілікті. Және бұл оның ауқымының аз ғана бөлігі!

Микроэлектроника өзінің пайда болуы мен өмір сүруіне жаңа субминиатюралық электрондық элемент - интегралды микросұлбаны құруға міндетті. Бұл схемалардың пайда болуы, шын мәнінде, қандай да бір принципті жаңа өнертабыс емес еді - ол жартылай өткізгіш құрылғылардың даму логикасына тікелей байланысты. Алғашында жартылай өткізгіш элементтер өмірге енді ғана еніп жатқанда, әрбір транзистор, резистор немесе диод бөлек пайдаланылды, яғни ол өзінің жеке корпусында қоршалған және жеке контактілері арқылы тізбекке енгізілген. Бұл бірдей элементтерден көптеген ұқсас тізбектерді жинау қажет болған жағдайларда да жасалды.

Бірте-бірте мұндай құрылғыларды бөлек элементтерден жинамай, оларды бірден бір жалпы чипте жасау ұтымдырақ екенін түсінді, әсіресе жартылай өткізгіш электроника бұл үшін барлық алғышарттарды жасаған. Шындығында, барлық жартылай өткізгіш элементтер құрылымы бойынша бір-біріне өте ұқсас, жұмыс істеу принципі бірдей және тек p-n аймақтарының өзара орналасуымен ерекшеленеді.

Мыналар p-n аймақтары, біздің есімізде, жартылай өткізгіш кристалдың беткі қабатына қоспалардың бірдей түрін енгізу арқылы жасалады. Сонымен қатар, сенімді және барлық тұрғыдан алғанда, жартылай өткізгіш элементтердің басым көпшілігінің қанағаттанарлық жұмысы миллиметрдің мыңнан бір бөлігінің беткі жұмыс қабатының қалыңдығымен қамтамасыз етіледі. Ең кішкентай транзисторлар әдетте жартылай өткізгіш кристалдың тек жоғарғы қабатын пайдаланады, бұл оның қалыңдығының тек 1% құрайды. Қалған 99% тасымалдаушы немесе субстрат ретінде әрекет етеді, өйткені субстратсыз транзистор шамалы жанасу кезінде жай ғана құлап кетуі мүмкін. Сондықтан жеке электронды компоненттерді жасау үшін қолданылатын технологияны пайдалана отырып, бір микросхемада бірнеше ондаған, жүздеген және тіпті мыңдаған осындай компоненттерден толық схеманы дереу жасауға болады.

Мұның пайдасы орасан болады. Біріншіден, шығындар бірден төмендейді (микросұлбаның құны әдетте оның құрамдас бөліктерінің барлық электрондық элементтерінің жалпы құнынан жүздеген есе аз). Екіншіден, мұндай құрылғы әлдеқайда сенімді болады (тәжірибе көрсеткендей, мыңдаған және ондаған мың рет) және бұл өте маңызды, өйткені ондаған немесе жүздеген мың электрондық компоненттер тізбегіндегі ақауларды жою өте қиын мәселеге айналады. . Үшіншіден, интегралдық схеманың барлық электрондық элементтері кәдімгі біріктірілген схемадағы аналогтарынан жүздеген және мыңдаған есе аз болғандықтан, олардың қуат тұтынуы әлдеқайда аз, ал жылдамдығы әлдеқайда жоғары.

Электроникаға интеграцияның келуін хабарлаған негізгі оқиға американдық инженер Дж.Килбидің Texas Instruments компаниясынан таза кремнийдің монолитті бөлігіндегі регистрлер, конденсаторлар, транзисторлар және диодтар сияқты бүкіл схема үшін эквивалентті элементтерді алу туралы ұсынысы болды. Килби 1958 жылдың жазында бірінші интегралды жартылай өткізгіш схемасын жасады. Ал 1961 жылы Fairchild Semiconductor корпорациясы компьютерлерге арналған алғашқы сериялық микросұлбаларды шығарды: сәйкестік тізбегі, жартылай ауысымдық регистр және флип-флоп. Сол жылы жартылай өткізгіш өндірісі біріктірілді логикалық схемаларТехасқа тиесілі.

Келесі жылы басқа фирмалардың интегралдық схемалары пайда болды. IN қысқа уақытинтегралдық дизайнда жасалған Түрлі түрлеркүшейткіштер. 1962 жылы RCA компьютерлік сақтау құрылғылары үшін жад массивінің интегралды схемаларын әзірледі. Біртіндеп барлық елдерде микросхемалар өндірісі жолға қойылды - микроэлектроника дәуірі басталды.

Интегралды схеманың бастапқы материалы әдетте шикі кремний пластинасы болып табылады. Оның салыстырмалы түрде үлкен өлшемі бар, өйткені бір уақытта бірнеше жүздеген микросұлбалар бір уақытта жасалады. Бірінші операция 1000 градус температурада оттегінің әсерінен осы пластинаның бетінде кремний диоксиді қабаты пайда болады. Кремний оксиді жоғары химиялық және механикалық қарсылықпен ерекшеленеді және оның астында орналасқан кремнийді сенімді оқшаулауды қамтамасыз ететін тамаша диэлектрик қасиеттеріне ие.

Келесі қадам p немесе n өткізгіш аймақтарды құру үшін қоспаларды енгізу болып табылады. Ол үшін оксидті пленка пластинадағы жеке электронды компоненттерге сәйкес келетін жерлерден жойылады. Қажетті аймақтарды таңдау фотолитография деп аталатын процесс арқылы жүзеге асырылады. Біріншіден, бүкіл оксид қабаты жарыққа сезімтал қосылыспен (фоторезист) жабылған, ол фотопленка рөлін атқарады - оны жарықтандыруға және дамытуға болады. Осыдан кейін жартылай өткізгіш кристалдың беткі үлгісін қамтитын арнайы фотомаска арқылы пластина ультракүлгін сәулелермен жарықтандырылады.

Жарықтың әсерінен оксид қабатында тегіс өрнек қалыптасады, жарықтанбаған жерлер жарық болып қалады, ал қалғандары қараңғыланады. Фоторезисторға жарық түскен жерде қышқылға төзімді пленканың ерімейтін аймақтары пайда болады. Содан кейін пластинаны ашық жерлерден фоторезисті кетіретін еріткішпен өңдейді. Ашық жерлерден (және олардан ғана) кремний оксидінің қабаты қышқылмен өңделеді.

Нәтижесінде кремний оксиді дұрыс жерлерде ериді және таза кремнийдің «терезелері» ашық, қоспаларды енгізуге дайын (байланыс). Ол үшін n-типті өткізгіштік алу үшін 900-1200 градус температурада субстраттың беті қажетті қоспаға, мысалы, фосфорға немесе мышьякқа ұшырайды. Қоспа атомдары таза кремнийге терең енеді, бірақ оның оксиді арқылы итеріледі. Пластинаны қоспаның бір түрімен өңдегеннен кейін, ол басқа түрімен байлауға дайындалады - пластинаның беті қайтадан оксидті қабатпен жабылады, жаңа фотолитография және оюлау жүргізіледі, нәтижесінде жаңа «терезелер» пайда болады. кремний ашық.

Осыдан кейін p-типті өткізгіштікті алу үшін, мысалы, бормен жаңа байлау жүреді. Осылайша, кристалдың бүкіл бетінде дұрыс жерлерде p және n аймақтары түзіледі. Жеке элементтер арасындағы оқшаулау бірнеше жолмен жасалуы мүмкін: кремний оксидінің қабаты мұндай оқшаулау ретінде қызмет ете алады немесе p-n түйіспелерін блоктау да дұрыс жерлерде жасалуы мүмкін.

Өңдеудің келесі кезеңі интегралды схеманың элементтері арасында, сондай-ақ осы элементтер мен сыртқы тізбектерді қосуға арналған контактілер арасында өткізгіш байланыстарды (өткізгіш сызықтарды) қолданумен байланысты. Ол үшін алюминийдің жұқа қабаты өте жұқа пленка түрінде тұндырылған субстратқа қойылады. Ол жоғарыда сипатталғанға ұқсас фотолитографиялық өңдеуге және өрнекке ұшырайды. Нәтижесінде бүкіл металл қабатынан тек жұқа өткізгіш сызықтар мен төсемдер қалады.

Ақырында, жартылай өткізгіш кристалдың бүкіл беті қорғаныс қабатымен жабылған (көбінесе силикат шыны), содан кейін төсемдерден алынады. Барлық өндірілген микросұлбалар бақылау және сынақ стендінде ең қатаң тексерулерден өтеді. Ақаулы тізбектер қызыл нүктемен белгіленген. Соңында, кристалды бөлек микросхема пластиналарына кесіп тастайды, олардың әрқайсысы сыртқы тізбектерге қосылуға арналған сымдары бар берік корпусқа салынған.

Интегралдық схеманың күрделілігі интегралдау дәрежесі деп аталатын көрсеткішпен сипатталады. 100-ден астам элементі бар интегралды схемалар интегралдау дәрежесі төмен микросұлбалар деп аталады; 1000-ға дейін элементі бар схемалар – интегралдаудың орташа дәрежесі бар интегралдық схемалар; ондаған мыңға дейін элементтерден тұратын схемалар – үлкен интегралдық схемалар. Миллионға дейін элементтерден тұратын схемалар қазірдің өзінде жасалуда (олар супер-үлкен деп аталады). Интеграцияның бірте-бірте ұлғаюы жыл өткен сайын схемалардың көбірек миниатюралық және сәйкесінше күрделірек болуына әкелді.

Үлкен саны электрондық құрылғыларБұрын үлкен өлшемдерге ие болған , енді кішкентай кремний пластинасына сыйды. Осы жолдағы аса маңызды оқиға 1971 жылы американдық Intel фирмасының арифметикалық және логикалық операцияларды орындауға арналған біртұтас интегралдық схеманы – микропроцессорды құруы болды. Бұл компьютерлік технология саласында микроэлектрониканың орасан зор серпілісіне әкелді.

Оқу және жазупайдалы