Istoria creării plăcii de circuite integrate. serie de microcircuite. controlul funcțional al circuitelor integrate și al circuitelor de testare

Introducere

De la apariția primelor computere, dezvoltatorii de software au visat hardware conceput pentru a le rezolva problema particulară. Prin urmare, ideea de a crea circuite integrate speciale care pot fi ascuțite pentru implementarea eficientă a unei sarcini specifice a apărut cu mult timp în urmă. Există două căi de dezvoltare aici:

• Utilizarea așa-numitelor circuite integrate specializate la comandă (ASIC - Application Specific Integrated Circuit). După cum sugerează și numele, astfel de microcircuite sunt fabricate de producători hardware sub ordinul implementării efective a unei sarcini specifice sau a unei game de sarcini specifice. Nu au universalitate, ca microcircuitele convenționale, dar rezolvă sarcinile care le sunt atribuite de multe ori mai repede, uneori cu ordine de mărime.
• Crearea de cipuri cu arhitectură reconfigurabilă. Ideea este că astfel de cipuri ajung la dezvoltatorul de software sau utilizatorul într-o stare neprogramată, iar el poate implementa pe ele arhitectura care i se potrivește cel mai bine. Să aruncăm o privire mai atentă asupra procesului lor de dezvoltare.

De-a lungul timpului a apărut un număr mare de microcircuite diverse cu arhitectură reconfigurabilă (Fig. 1).

Fig. 1 Varietate de cipuri cu arhitectură reconfigurabilă

De destul de mult timp, pe piata au existat doar dispozitive PLD (Programmable Logic Device). Această clasă include dispozitive care implementează funcțiile necesare pentru rezolvarea sarcinilor sub forma unei disjunctive perfecte. forma normala(DNF perfect). Primele care au apărut în 1970 au fost microcircuitele PROM, care aparțin tocmai clasei de dispozitive PLD. Fiecare circuit avea o serie fixă ​​de funcții logice AND conectate la un set programabil de funcții logice SAU. De exemplu, luați în considerare un PROM cu 3 intrări (a,b și c) și 3 ieșiri (w,x și y) (Fig. 2).

Orez. 2. Cip PROM

Cu ajutorul unui tablou AND predefinit, toate conjuncțiile posibile sunt implementate pe variabilele de intrare, care pot fi apoi combinate arbitrar folosind elemente SAU. Astfel, la ieșire, orice funcție a trei variabile poate fi implementată ca un DNF perfect. De exemplu, dacă programați acele elemente SAU care sunt încercuite cu roșu în Figura 2, atunci ieșirile vor fi funcțiile w=a x=(a&b) ; y=(a&b)^c.

Inițial, cipurile PROM au fost concepute pentru a stoca instrucțiuni de program și valori constante, de exemplu. pentru a îndeplini funcțiile memoriei computerului. Cu toate acestea, dezvoltatorii le folosesc și pentru a implementa funcții logice simple. De fapt, PROM-ul cipului poate fi folosit pentru a implementa orice bloc logic, atâta timp cât are un număr mic de intrări. Această condiție rezultă din faptul că matricea elementelor ȘI este definită rigid în microcircuite EPROM - toate conjuncțiile posibile de la intrări sunt realizate în ea, adică numărul de elemente ȘI este egal cu 2 * 2 n, unde n este numărul a intrărilor. Este clar că pe măsură ce numărul n crește, dimensiunea matricei crește foarte repede.

Apoi, în 1975, au apărut așa-numitele matrice logice programabile (PLM). Ele sunt o continuare a ideii de microcircuite PROM - PLA constă și din matrice AND și SAU, cu toate acestea, spre deosebire de PROM, ambele matrice sunt programabile. Acest lucru permite o mai mare flexibilitate în astfel de microcircuite, dar ele nu au fost niciodată comune, deoarece semnalele durează mult mai mult pentru a călători prin conexiuni programabile decât pentru a călători prin omologii lor predefiniti.

Pentru a rezolva problema vitezei inerentă PLA-urilor, la sfârșitul anilor 1970 a apărut următoarea clasă de dispozitive, numită Programmable Array Logic (PAL - Programmable Array Logic). O dezvoltare ulterioară a ideii de cipuri PAL a fost apariția dispozitivelor GAL (Generic Array Logic) - soiuri mai complexe de PAL folosind tranzistori CMOS. Aici, se folosește o idee care este exact opusă ideii de microcircuite PROM - o matrice programabilă de elemente AND este conectată la o matrice predefinită de elemente SAU (Fig. 3).

Orez. 3. Dispozitiv PAL neprogramat

Acest lucru impune o limitare a funcționalității, cu toate acestea, astfel de dispozitive necesită matrice de o dimensiune mult mai mică decât în ​​microcircuitele PROM.

Continuarea logică a PLD-urilor simple a fost apariția așa-numitelor PLD-uri complexe, formate din mai multe blocuri de PLD-uri simple (de obicei dispozitivele PAL sunt folosite ca PLD-uri simple), unite printr-o matrice de comutare programabilă. Pe lângă blocurile PLD în sine, a fost posibilă și programarea conexiunilor dintre ele folosind această matrice de comutare. Primele PLD complexe au apărut la sfârșitul anilor 70 și începutul anilor 80 ai secolului XX, dar principala dezvoltare în această direcție a venit în 1984, când Altera a introdus un PLD complex bazat pe o combinație de tehnologii CMOS și EPROM.

Apariția FPGA-urilor

La începutul anilor 1980, a existat un decalaj între principalele tipuri de dispozitive din mediul digital ASIC. Pe de o parte, au existat PLD-uri care pot fi programate pentru fiecare sarcină specifică și sunt destul de ușor de fabricat, dar nu pot fi folosite pentru a implementa funcții complexe. Pe de altă parte, există ASIC-uri care pot implementa funcții extrem de complexe, dar au o arhitectură fixă ​​rigid, în timp ce sunt lungi și costisitoare de fabricat. Era nevoie de o legătură intermediară, iar dispozitivele FPGA (Field Programmable Gate Arrays) au devenit o astfel de legătură.

FPGA-urile, ca și PLD-urile, sunt dispozitive programabile. Principala diferență fundamentală dintre FPGA și PLD este că funcțiile din FPGA sunt implementate nu cu ajutorul DNF, ci cu ajutorul tabelelor de căutare programabile (LUT-tables). În aceste tabele, valorile funcției sunt specificate folosind un tabel de adevăr, din care rezultatul dorit este selectat folosind un multiplexor (Fig. 4):

Orez. 4. Tabel de corespondență

Fiecare dispozitiv FPGA este format din blocuri logice programabile (Configurable Logic Blocks - CLB), care sunt interconectate prin conexiuni, de asemenea programabile. Fiecare astfel de bloc este destinat programării unei anumite funcții sau a unei părți a acesteia, cu toate acestea, poate fi utilizat în alte scopuri, de exemplu, ca memorie.

În primele dispozitive FPGA, dezvoltate la mijlocul anilor 80, blocul logic era foarte simplu și conținea o tabelă LUT cu 3 intrări, un flip-flop și un număr mic de elemente auxiliare. Dispozitivele FPGA moderne sunt mult mai complicate: fiecare bloc CLB este format din 1-4 „slices” (slice), fiecare dintre acestea conținând mai multe tabele LUT (de obicei 6 intrări), mai multe declanșatoare și un număr mare de elemente de serviciu. Iată un exemplu de „tăiere” modernă:

Orez. 5. Dispozitivul „tăiului” modern

Concluzie

Deoarece dispozitivele PLD nu pot implementa funcții complexe, acestea continuă să fie utilizate pentru a implementa funcții simple în dispozitive portabileși comunicații, în timp ce dispozitivele FPGA variind de la 1000 de porți (primul FPGA, dezvoltat în 1985) până la acest moment a depășit 10 milioane de valve (familia Virtex-6). Ele se dezvoltă activ și înlocuiesc deja cipurile ASIC, permițându-vă să implementați o varietate de funcții extrem de complexe, fără a pierde posibilitatea de reprogramare.

Acum, chiar mai puțin avansat Celulare nu te lipsi de un microprocesor, ce putem spune despre tabletă, portabil și desktop calculatoare personale. Ce este un microprocesor și cum s-a dezvoltat istoria creării lui? Vorbind într-un limbaj simplu, microprocesorul este un circuit integrat mai complex și mai multifuncțional.

Începe istoria microcircuitului (circuit integrat). din 1958, când Jack Kilby, angajat al companiei americane Texas Instruments, a inventat un fel de dispozitiv semiconductor care conține mai mulți tranzistori conectați prin conductori într-un singur pachet. Primul microcircuit - precursorul microprocesorului - conținea doar 6 tranzistori și era o placă subțire de germaniu cu piste din aur aplicate.Toate acestea erau amplasate pe un substrat de sticlă. Pentru comparație, astăzi factura merge la unități și chiar la zeci de milioane de elemente semiconductoare.

Până în 1970 destul de mulți producători au fost implicați în dezvoltarea și crearea de circuite integrate de diferite capacități și orientări funcționale diferite. Dar anul acesta poate fi considerat data de naștere a primului microprocesor. În acest an, Intel a creat un cip de memorie cu o capacitate de doar 1 Kbit - neglijabil pentru procesoarele moderne, dar incredibil de mare pentru acea vreme. La acea vreme, aceasta a fost o realizare uriașă - un cip de memorie era capabil să stocheze până la 128 de octeți de informații - mult mai mare decât analogii similari. În plus, cam în același timp, producătorul japonez de calculatoare Busicom a comandat aceleași cipuri Intel 12 de diferite orientări funcționale. Specialiștii Intel au reușit să implementeze toate cele 12 zone funcționale într-un singur cip. Mai mult, microcircuitul creat s-a dovedit a fi multifuncțional, deoarece a făcut posibilă schimbarea programatică a funcțiilor sale, fără a modifica structura fizică. Microcircuitul îndeplinea anumite funcții în funcție de comenzile date ieșirilor sale de control.

Deja un an mai târziu în 1971 Intel lansează primul microprocesor pe 4 biți, cu nume de cod 4004. În comparație cu primul cip cu 6 tranzistori, acesta conținea până la 2,3 mii de elemente semiconductoare și a efectuat 60 de mii de operații pe secundă. La acea vreme, a fost o descoperire uriașă în domeniul microelectronicii. 4 biți însemna că 4004 poate procesa date pe 4 biți simultan. Încă doi ani mai târziu în 1973 compania produce un procesor 8008 pe 8 biți, care a funcționat deja cu date pe 8 biți. Început din 1976, compania începe să dezvolte o versiune pe 16 biți a microprocesorului 8086. El a fost cel care a început să fie folosit în primele computere personale IBM și, de fapt, a pus una dintre cărămizi în

Microcircuitele analogice și digitale sunt produse în serie. O serie este un grup de microcircuite care au un singur design și design tehnologic și sunt destinate utilizării în comun. Microcircuitele din aceeași serie, de regulă, au aceleași tensiuni ale surselor de alimentare, sunt potrivite în ceea ce privește rezistențele de intrare și ieșire, nivelurile de semnal.

1. Corp

Microcircuitele sunt produse în două versiuni constructive - ambalate și neambalate.

Carcasa microcircuitului este un sistem purtător și o parte a structurii concepute pentru protecție împotriva influențelor externe și pentru conectarea electrică cu circuitele externe prin intermediul cablurilor. Carcasele sunt standardizate pentru a simplifica tehnologia de fabricație a produselor finite.

Un microcircuit fără cadru este un cristal semiconductor conceput pentru a fi montat într-un microcircuit hibrid sau microansamblu (este posibilă montarea directă pe o placă de circuit imprimat).

1. Titluri specifice

Intel a fost primul care a fabricat un cip care îndeplinea funcțiile unui microprocesor (microprocesor englez) - Intel 4004. Pe baza microprocesoarelor îmbunătățite 8088 și 8086, IBM și-a lansat binecunoscutele computere personale)

Microprocesorul formează miezul computerului, funcții suplimentare, cum ar fi comunicarea cu periferia, au fost realizate folosind chipset-uri special concepute. Pentru primele calculatoare, numărul de microcircuite din seturi a fost calculat în zeci și sute, în sisteme moderne acesta este un set de una, două sau trei jetoane. Recent, au existat tendințe de transfer gradual al funcțiilor chipset-ului (controler de memorie, controler de magistrală PSI Express) către procesor.

Microprocesoarele cu RAM și ROM încorporate, memorie și controlere I/O și alte funcții suplimentare sunt numite microcontrolere.

1. Protectie legala

Legislația rusă oferă protecție juridică pentru topologiile circuitelor integrate. Topologie circuit integrat este aranjarea spațială și geometrică a setului de elemente ale unui circuit integrat și conexiunile dintre ele fixate pe un suport de material (articolul 1448 din Codul civil al Federației Ruse).

Dreptul exclusiv la topologie este valabil timp de zece ani. Titularul dreptului poate înregistra topologia la Serviciul Federal pentru Proprietate Intelectuală, Brevete și Mărci în această perioadă.

1. Istoria creației

La 7 mai 1952, inginerul radio britanic Geoffrey Dummer a propus pentru prima dată ideea integrării multor componente electronice standard într-un cristal semiconductor monolitic, iar un an mai târziu, Harvick Johnson a depus prima cerere de brevet pentru un prototip de circuit integrat (IC). ). Implementarea acestor propuneri în acei ani nu a putut avea loc din cauza dezvoltării insuficiente a tehnologiei.

La sfârșitul anului 1958 și în prima jumătate a anului 1959, a avut loc o descoperire în industria semiconductoarelor. Trei oameni reprezentând trei corporații private americane au rezolvat trei probleme fundamentale care au împiedicat crearea de circuite integrate. Jack Kilby de la Texas Instruments a brevetat principiul integrării, a creat primele prototipuri IC imperfecte și le-a adus la producția de masă. Kurt Lehovec de la Sprague Electric Company a inventat o metodă pentru izolarea electrică a componentelor formate pe un singur cip semiconductor (izolarea joncțiunii p-n). Robert Noyce de la Fairchild Semiconductor a inventat o metodă de conectare electrică a componentelor IC (placare cu aluminiu) și a propus o versiune îmbunătățită a izolației componentelor bazată pe cea mai recentă tehnologie plană a lui Jean Ernie. Pe 27 septembrie 1960, grupul lui Jay Last a creat primul care poate fi realizat semiconductor IP despre ideile lui Noyce și Ernie. Texas Instruments, care deținea brevetul pentru invenția lui Kilby, a declanșat un război de brevete împotriva concurenților, care s-a încheiat în 1966 cu un acord privind acordarea de licențe încrucișate pentru tehnologie.

CI-urile logice timpurii ale seriei menționate au fost construite literalmente din standard componente ale căror dimensiuni și configurații au fost specificate prin procesul tehnologic. Inginerii de circuite care au proiectat circuite integrate logice ale unei anumite familii au funcționat cu aceleași diode și tranzistoare tipice. În 1961-1962, paradigma de design a fost ruptă de către dezvoltatorul principal al Sylvania, Tom Longo, folosind pentru prima dată într-un singur IC variat configurația tranzistoarelor în funcție de funcțiile acestora în circuit. La sfârșitul anului 1962, Sylvania a lansat prima familie de logică tranzistor-tranzistor (TTL) dezvoltată de Longo - din punct de vedere istoric, primul tip de logică integrată care a reușit să capete o poziție permanentă pe piață. În circuitele analogice, o descoperire la acest nivel a fost făcută în 1964-1965 de către dezvoltatorul amplificatoarelor operaționale Fairchild, Bob Widlar.

Primul circuit integrat de semiconductor din URSS a fost creat pe baza unei tehnologii planare dezvoltate la începutul anului 1960 la NII-35 (apoi redenumit Institutul de Cercetare Pulsar) de o echipă care a fost ulterior transferată la NIIME (Mikron). Crearea primului circuit integrat de siliciu intern a fost axată pe dezvoltarea și producția cu acceptarea militară a unei serii de circuite integrate de siliciu TC-100 (37 de elemente - echivalentul complexității circuitului unui declanșator, un analog al seriei americane IC SN-51 de la Texas Instruments). Prototipuri și mostre de producție de circuite integrate de siliciu pentru reproducere au fost obținute din SUA. Lucrarea a fost efectuată la NII-35 (director Trutko) și Uzina de semiconductori Fryazinsky (director Kolmogorov) în temeiul unui ordin de apărare pentru utilizare într-un altimetru autonom al unui sistem de ghidare a rachetelor balistice. Dezvoltarea a inclus șase circuite planare integrate tipice din siliciu din seria TS-100 și, odată cu organizarea producției pilot, a durat trei ani la NII-35 (din 1962 până în 1965). A fost nevoie de încă doi ani pentru a stăpâni producția din fabrică cu acceptare militară în Fryazino (1967)

Primele circuite integrate

Dedicat aniversării a 50 de ani de la data oficială

B. Malaşevici

Pe 12 septembrie 1958, un angajat al Texas Instruments (TI) Jack Kilby a demonstrat conducerii trei dispozitive ciudate - dispozitive lipite cu ceară de albine pe un substrat de sticlă din două bucăți de siliciu de 11,1 × 1,6 mm (Fig. 1). Acestea au fost scheme tridimensionale - prototipuri ale unui circuit integrat (IC) al generatorului, care demonstrează posibilitatea fabricării tuturor elementelor de circuit pe baza unui singur material semiconductor. Această dată este sărbătorită în istoria electronicii ca ziua de naștere a circuitelor integrate. Dar este?

Orez. 1. Modelul primului IS de J. Kilby. Fotografie de pe http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1958-Miniaturized.html

Până la sfârșitul anilor 1950, tehnologia de asamblare a echipamentelor radio-electronice (REA) din elemente discrete și-a epuizat posibilitățile. Lumea a ajuns la cea mai acută criză a REA, au fost necesare măsuri radicale. Până la acel moment, tehnologiile integrate pentru producerea atât a dispozitivelor semiconductoare, cât și a plăcilor ceramice cu peliculă groasă și subțire erau deja stăpânite industrial în SUA și URSS, adică condițiile prealabile erau coapte pentru depășirea acestei crize prin crearea de elemente multiple. produse standard - circuite integrate.

Circuitele integrate (microcircuite, circuite integrate) includ dispozitive electronice de complexitate variabilă, în care toate elementele de același tip sunt fabricate simultan într-un singur ciclu tehnologic, adică. prin tehnologie integrată. Spre deosebire de plăcile de circuite imprimate (în care toți conductorii de conectare sunt fabricați simultan într-un singur ciclu folosind tehnologia integrată), rezistențele, condensatorii și (în circuitele integrate semiconductoare) diodele și tranzistoarele sunt formate în mod similar în circuitele integrate. În plus, multe circuite integrate sunt fabricate în același timp, de la zeci la mii.

Circuitele integrate sunt dezvoltate și produse de industrie sub formă de serie, combinând un număr de microcircuite cu diverse scopuri funcționale, destinate utilizării în comun în echipamente electronice. Circuitele integrate din serie au un design standard și un sistem unificat de caracteristici electrice și alte caracteristici. IC-urile sunt furnizate de producător diferiților consumatori ca produse comerciale independente care îndeplinesc un anumit sistem de cerințe standardizate. Circuitele integrate sunt clasificate ca produse nereparabile; la repararea echipamentelor electronice, circuitele integrate defectuoase sunt înlocuite.

Există două grupuri principale de circuite integrate: hibride și semiconductoare.

În circuitele integrate hibride (HIC), toți conductorii și elementele pasive sunt formate pe suprafața unui substrat de microcircuit (de obicei realizat din ceramică) folosind tehnologia integrată. Elementele active sub formă de diode fără pachet, tranzistori și cristale IC semiconductoare sunt instalate pe substrat individual, manual sau automat.

În circuitele integrate semiconductoare, elementele de conectare, pasive și active sunt formate într-un singur ciclu tehnologic pe suprafața unui material semiconductor (de obicei siliciu) cu o pătrundere parțială în volumul acestuia prin metode de difuzie. În același timp, de la câteva zeci la câteva mii de circuite integrate sunt fabricate pe o placă semiconductoare, în funcție de complexitatea dispozitivului și de dimensiunea cristalului și a plachetei sale. Industria produce circuite integrate semiconductoare în pachete standard, sub formă de cipuri individuale sau sub formă de wafer-uri nedivizate.

Fenomenul lumii hibridelor (GIS) și circuitelor integrate semiconductoare a avut loc în moduri diferite. GIS este un produs al dezvoltării evolutive a micromodulelor și a tehnologiei plăcilor ceramice. Prin urmare, au apărut imperceptibil, nu există o dată general acceptată de naștere a GIS și un autor general recunoscut. Circuitele integrate semiconductoare au fost un rezultat natural și inevitabil al dezvoltării tehnologiei semiconductoarelor, dar a necesitat generarea de noi idei și crearea de noi tehnologii care au propriile date de naștere și proprii autori. Primele circuite integrate hibride și semiconductoare au apărut în URSS și SUA aproape simultan și independent unele de altele.

Primele circuite integrate hibride

Circuitele integrate hibride includ circuite integrate, a căror producție combină o tehnologie integrală pentru fabricarea elementelor pasive cu o tehnologie individuală (manuală sau automată) pentru instalarea și montarea elementelor active.

La sfârșitul anilor 1940, firma Centralab din SUA a dezvoltat principiile de bază pentru fabricarea plăcilor de circuite imprimate pe bază de ceramică cu peliculă groasă, care au fost apoi dezvoltate de alte firme. S-a bazat pe tehnologiile de fabricație a plăcilor cu circuite imprimate și a condensatoarelor ceramice. De la plăcile de circuite imprimate, au luat o tehnologie integrală pentru formarea topologiei conductorilor de conectare - imprimare serigrafică. De la condensatoare - materialul substratului (ceramica, mai des sital), precum și materialele paste și tehnologia termică de fixare a acestora pe substrat.

Și la începutul anilor 1950, RCA a inventat tehnologia cu peliculă subțire: pulverizând diferite materiale în vid și depunându-le printr-o mască pe substraturi speciale, au învățat cum să producă simultan mai multe pelicule miniaturale care conectează conductori, rezistențe și condensatori pe un singur substrat ceramic.

În comparație cu tehnologia cu peliculă groasă, tehnologia cu peliculă subțire a oferit posibilitatea unei producții mai precise a elementelor de topologie mai mici, dar a necesitat echipamente mai complexe și mai costisitoare. Dispozitivele fabricate pe plăci ceramice folosind tehnologia filmului gros sau a filmului subțire sunt numite „circuite hibride”. Circuitele hibride au fost produse ca componente ale propriei producții, designul, dimensiunile și scopul lor funcțional au fost diferite pentru fiecare producător, nu au intrat pe piața liberă și, prin urmare, sunt puțin cunoscute.

Circuitele hibride au invadat și micromodule. La început, au folosit elemente discrete pasive și active în miniatură, combinate cu cablaje tipărite tradiționale. Tehnologia de asamblare a fost complexă, cu o mare parte a muncii manuale. Prin urmare, micromodulele erau foarte scumpe, utilizarea lor era limitată la echipamentele de bord. Apoi au fost folosite eșarfe ceramice miniaturale cu peliculă groasă. Mai departe, tehnologia cu peliculă groasă a început să producă rezistențe. Dar diodele și tranzistoarele erau încă folosite discret, ambalate individual.

Micromodulul a devenit un circuit integrat hibrid în momentul în care au fost folosite tranzistori și diode fără pachet, iar structura a fost sigilată într-o carcasă comună. Acest lucru a făcut posibilă automatizarea semnificativă a procesului de asamblare a acestora, reducerea drastică a prețurilor și extinderea domeniului de aplicare. După metoda de formare a elementelor pasive, se disting GIS cu peliculă groasă și cu peliculă subțire.

Primul GIS din URSS

Primele GIS (module de tip „Kvant”, denumite ulterior IS seria 116) din URSS au fost dezvoltate în 1963 la NIIRE (mai târziu NPO Leninets, Leningrad) și în același an și-a început producția în masă a fabricii sale pilot. În aceste GIS, circuitele integrate semiconductoare „R12-2”, dezvoltate în 1962 de uzina de dispozitive semiconductoare din Riga, au fost folosite ca elemente active. Datorită inseparabilității istoriilor creării acestor CI și a caracteristicilor lor, le vom analiza împreună în secțiunea P12-2.

Fără îndoială, modulele Kvant au fost primele din lumea GIS cu integrare pe două niveluri - ca elemente active, au folosit nu tranzistori discreti fără cadru, ci circuite integrate semiconductoare. Este probabil că au fost primele GIS din lume - produse complete din punct de vedere structural și funcțional cu mai multe elemente furnizate consumatorului ca produse comerciale independente. Cele mai vechi produse similare străine identificate de autor sunt modulele IBM SLT descrise mai jos, dar au fost anunțate în anul următor, 1964.

Primul GIS din SUA

Apariția GIS cu peliculă groasă ca element principal de bază al noului computer IBM System /360 a fost anunțată pentru prima dată de IBM în 1964. Se pare că aceasta a fost prima aplicație a GIS în afara URSS, autorul nu a putut găsi exemple mai vechi.

Circuitele integrate semiconductoare din seria „Micrologic” de la Fairchild și „SN-51” de la TI (vom vorbi mai jos despre ele) deja cunoscute la acea vreme în cercurile specialiștilor erau încă inaccesibil de rare și prohibitiv de scumpe pentru uz comercial, ceea ce era construirea unui computer mainframe. Prin urmare, IBM Corporation, luând ca bază proiectarea unui micromodul plat, și-a dezvoltat propria serie de GIS cu peliculă groasă, anunțate sub denumirea generală (spre deosebire de „micromodule”) - „SLT-modules” (Solid Logic Technology - tehnologie solidă logică. De obicei, cuvântul „solid” tradus în rusă ca „solid”, ceea ce este absolut ilogic. Într-adevăr, termenul „module SLT” a fost introdus de IBM ca o opoziție cu termenul „micromodul” și ar trebui să reflecte diferența dintre ele. Dar ambele module sunt „solide”, adică această traducere nu este. Cuvântul „solid” are alte semnificații - „solid”, „întreg”, care subliniază cu succes diferența dintre „modulele SLT” și „micromodulele” - modulele SLT sunt indivizibile, nereparabile, adică „întregi”. Prin urmare, am folosit o traducere non-standard în limba rusă: Solid Logic Technology - solid logic technology).

Modulul SLT era o microplacă ceramică pătrată cu peliculă groasă de jumătate de inch, cu pini verticali presați. Conductoarele și rezistențele de conectare au fost aplicate pe suprafața sa prin serigrafie (conform schemei dispozitivului implementat) și au fost instalate tranzistoare fără pachet. Condensatorii, dacă era necesar, au fost instalați lângă modulul SLT de pe placa dispozitivului. Cu extern aproape identic (micromodulele sunt oarecum mai mari, Fig. 2.), modulele SLT diferă de micromodulele plate printr-o densitate mai mare de elemente, consum redus de energie, viteză mare și fiabilitate ridicată. În plus, tehnologia SLT era destul de ușor de automatizat, astfel încât acestea puteau fi produse în cantități mari la un cost suficient de mic pentru a fi utilizate în echipamente comerciale. Este exact ceea ce avea nevoie IBM. Firma a construit o fabrică automatizată la East Fishkill, lângă New York, pentru a produce module SLT, care le-au produs în milioane de exemplare.

Orez. 2. micromodul URSS și modulul SLT f. IBM. Fotografie STL de la http://infolab.stanford.edu/pub/voy/museum/pictures/display/3-1.htm

După IBM, GIS a început să fie produs de alte companii pentru care GIS a devenit un produs comercial. Designul tipic al micromodulelor plate și modulelor SLT de la IBM Corporation a devenit unul dintre standardele pentru circuitele integrate hibride.

Primele circuite integrate semiconductoare

Până la sfârșitul anilor 1950, industria era bine poziționată pentru a produce componente electronice ieftine. Dar dacă tranzistoarele sau diodele au fost fabricate din germaniu și siliciu, atunci rezistențele și condensatorii au fost fabricate din alte materiale. Mulți au crezut atunci că atunci când se creează circuite hibride, nu vor fi probleme în asamblarea acestor elemente, realizate separat. Și dacă este posibil să se fabrice toate elementele de dimensiune și formă standard și, prin urmare, să se automatizeze procesul de asamblare, atunci costul echipamentului va fi redus semnificativ. Pe baza unui astfel de raționament, susținătorii tehnologiei hibride au considerat-o ca o direcție generală în dezvoltarea microelectronicii.

Dar nu toată lumea a împărtășit această părere. Faptul este că tranzistoarele mesa, și în special tranzistoarele plane, deja create în acea perioadă, au fost adaptate pentru procesarea în loturi, în care au fost efectuate simultan o serie de operațiuni pentru fabricarea mai multor tranzistori pe o singură placă de substrat. Adică, mulți tranzistori au fost fabricați simultan pe o singură placă semiconductoare. Apoi placa a fost tăiată în tranzistoare individuale, care au fost plasate în cazuri individuale. Și apoi producătorul de hardware a combinat tranzistoarele pe unul singur placă de circuit imprimat. Au fost oameni care au găsit această abordare ridicolă - de ce să deconectați tranzistoarele și apoi să le combinați din nou. Este posibil să le combinați imediat pe o placă semiconductoare? În același timp, scapă de mai multe operațiuni complexe și costisitoare! Acești oameni au inventat circuite integrate semiconductoare.

Ideea este extrem de simplă și complet evidentă. Dar, așa cum se întâmplă adesea, numai după ce cineva a anunțat-o mai întâi și a dovedit-o. S-a dovedit că de multe ori nu este suficient să anunți pur și simplu, ca în acest caz. Ideea IC a fost anunțată încă din 1952, înainte de apariția metodelor în lot pentru fabricarea dispozitivelor semiconductoare. Pe conferință anuală on Electronic Components, desfășurată la Washington DC, de la British Royal Radar Office din Malvern, Geoffrey Dummer, a prezentat un raport privind fiabilitatea componentelor echipamentelor radar. În raport, el a făcut o declarație profetică: „ Odată cu apariția tranzistorului și munca în domeniul tehnologiei semiconductoarelor, se poate imagina în general echipamente electronice sub forma unui bloc solid care nu conține fire de conectare. Blocul poate consta din straturi de materiale izolatoare, conductoare, de rectificare si armare, in care anumite zone sunt decupate astfel incat acestea sa poata indeplini direct functii electrice.”. Dar această predicție a trecut neobservată de specialiști. Și-au amintit-o abia după apariția primelor circuite integrate semiconductoare, adică după demonstrarea practică a unei idei de mult anunțate. Cineva trebuia să fie primul care a reformulat și a implementat ideea unui IC semiconductor.

Ca și în cazul tranzistorului, constructorii de circuite integrate cu semiconductori acceptați în general au avut predecesori mai mult sau mai puțin de succes. O încercare de a-și implementa ideea în 1956 a fost făcută chiar de Dammer, dar a eșuat. În 1953, Harvick Johnson de la RCA a primit un brevet pentru un oscilator cu un singur cip, iar în 1958, împreună cu Thorkel Wallmark, a anunțat conceptul de „dispozitiv integrat cu semiconductor”. În 1956, Ross, un angajat al Bell Labs, a realizat un circuit de contor binar folosind baza n-p-n-p structuri dintr-un singur cristal. În 1957, Yasuro Taru de la firma japoneză MITI a primit un brevet pentru combinarea diferitelor tranzistoare într-un singur cip. Dar toate acestea și alte dezvoltări similare au fost de natură privată, nu au fost aduse în producție și nu au devenit baza dezvoltării electronicii integrate. Doar trei proiecte au contribuit la dezvoltarea PI în producția industrială.

Deja menționatii Jack Kilby de la Texas Instruments (TI), Robert Noyce de la Fairchild (ambele din SUA) și Yuri Valentinovich Osokin de la Biroul de Proiectare al Uzinei de Dispozitive Semiconductori din Riga (URSS) s-au dovedit a fi norocoși. Americanii au creat modele experimentale de circuite integrate: J. Kilby - un model al generatorului IC (1958), apoi un declanșator mesa-tranzistor (1961), R. Noyce - un declanșator de tehnologie plană (1961) și Yu. Osokin - IC-ul logic „2NOT-OR” din Germania care a intrat imediat în producție în serie (1962). Aceste firme au început producția de serie de circuite integrate aproape simultan, în 1962.

Primele circuite integrate semiconductoare din SUA

IP Jack Kilby. Seria IS „ SN-51”

În 1958, J. Kilby (un pionier în utilizarea tranzistorilor în aparate auditive) sa mutat la Texas Instruments. Nou-venitul Kilby, ca inginer de circuite, a fost „aruncat” pentru a îmbunătăți umplutura cu micromodule a rachetelor prin crearea unei alternative la micromodule. S-a luat în considerare varianta asamblarii blocurilor din piese forma standard, similar cu asamblarea modelelor de jucării din figurile LEGO. Dar Kilby era fascinat de altceva. Efectul „aspect proaspăt” a jucat un rol decisiv: în primul rând, el a declarat imediat că micromodulele sunt o fundătură, iar în al doilea rând, după ce a admirat structurile mesa, a ajuns la concluzia că circuitul ar trebui (și poate) fi implementat dintr-un singur material. - un semiconductor. Kilby era conștient de ideea lui Dummer și eșecul său de a o implementa în 1956. După ce a analizat, a înțeles motivul eșecului și a găsit o modalitate de a-l depăși. „ Meritul meu este că luând această idee, am transformat-o în realitate.”, a spus J. Kilby mai târziu în discursul său Nobel.

Ne-a câștigat încă dreptul de a pleca, a lucrat fără amestec în laborator, în timp ce toată lumea se odihnea. Pe 24 iulie 1958, Kilby a formulat un concept într-un jurnal de laborator numit Monolithic Idea. Esența sa a fost aceea”. .. elementele de circuit, cum ar fi rezistențele, condensatoarele, condensatoarele distribuite și tranzistoarele pot fi integrate într-un singur cip - cu condiția să fie realizate din același material ... În proiectarea unui circuit flip-flop, toate elementele trebuie să fie realizate din siliciu, iar rezistențele vor folosi rezistență de volum de siliciu, iar condensatoare - capacități ale joncțiunilor p-n” . „Ideea unui monolit” s-a întâlnit cu o atitudine condescendent ironică din partea conducerii Texas Instruments, care a cerut dovada posibilității de a produce tranzistori, rezistențe și condensatori dintr-un semiconductor și operabilitatea unui circuit asamblat din astfel de elemente.

În septembrie 1958, Kilby și-a realizat ideea - a realizat un generator din două bucăți de germaniu de 11,1 x 1,6 mm, lipite cu ceară de albine pe un substrat de sticlă, care conține două tipuri de regiuni de difuzie (Fig. 1). A folosit aceste zone și contactele disponibile pentru a crea un circuit generator, conectând elementele cu fire subțiri de aur cu diametrul de 100 de microni prin sudare prin termocompresie. Dintr-o zonă a fost creat un mestranzistor, din cealaltă, un lanț RC. Cele trei generatoare asamblate au fost demonstrate conducerii companiei. Când s-a conectat la curent, au funcționat la o frecvență de 1,3 MHz. S-a întâmplat pe 12 septembrie 1958. O săptămână mai târziu, Kilby a făcut un amplificator într-un mod similar. Dar acestea nu erau încă structuri integrate, erau structuri tridimensionale ale circuitelor integrate semiconductoare, dovedind ideea de a produce toate elementele de circuit dintr-un singur material - un semiconductor.

Orez. 3. Tip 502 trigger J. Kilby. Fotografie de pe http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1958-Miniaturized.html

Primul circuit cu adevărat integrat al lui Kilby, realizat dintr-o singură bucată de germaniu monolitic, a fost CI de declanșare experimentală de tip 502 (Fig. 3). A folosit atât rezistența în vrac a germaniului, cât și capacitatea joncțiunii p-n. Prezentarea sa a avut loc în martie 1959. Un număr mic de astfel de circuite integrate au fost fabricate în laborator și vândute într-un cerc îngust la un preț de 450 USD. CI conținea șase elemente: patru tranzistoare mesa și două rezistențe plasate pe o placă de siliciu cu un diametru de 1 cm. Dar CI Kilby avea un dezavantaj serios - tranzistoarele mesa, care, sub formă de coloane „active” microscopice, se ridicau deasupra. restul, partea „pasivă” a cristalului. Conexiunea stâlpilor mesa unul cu altul în Kilby IS a fost realizată prin fierbere de fire subțiri de aur - „tehnologia păroasă” urâtă de toată lumea. A devenit clar că, cu astfel de interconexiuni, nu se poate realiza un microcircuit cu un număr mare de elemente - pânza de sârmă se va rupe sau se va reînchide. Da, iar germaniul la acea vreme era deja considerat un material nepromițător. Descoperirea nu s-a produs.

Până în acest moment, tehnologia de siliciu planar a fost dezvoltată la Fairchild. Având în vedere toate acestea, Texas Instruments a trebuit să lase deoparte tot ceea ce făcuse Kilby și să treacă, fără Kilby, la dezvoltarea unei serii de circuite integrate bazate pe tehnologia siliciului planar. În octombrie 1961, compania a anunțat crearea unei serii de circuite integrate de tip SN-51, iar din 1962 și-a început producția și furnizarea în masă în interesul Departamentului de Apărare al SUA și al NASA.

IP de Robert Noyce. Seria IS „Micrologic”

În 1957, din mai multe motive, W. Shockley, inventatorul tranzistorului de joncțiune, a părăsit un grup de opt tineri ingineri care doreau să încerce să-și pună în aplicare propriile idei. „Cei opt trădători”, așa cum i-a numit Shockley, conduși de R. Noyce și G. Moore, au fondat Fairchild Semiconductor („copil frumos”). Compania era condusă de Robert Noyce, acesta avea atunci 23 de ani.

La sfârșitul anului 1958, fizicianul D. Horney, care lucra la Fairchild Semiconductor, a dezvoltat o tehnologie plană pentru fabricarea tranzistoarelor. Iar fizicianul de origine cehă Kurt Lehovek, care a lucrat la Sprague Electric, a dezvoltat o tehnică de utilizare a unei joncțiuni n - p inversate pentru a izola electric componentele. În 1959, Robert Noyce, auzind despre layout-ul IC al lui Kilby, a decis să încerce să construiască un circuit integrat combinând procesele propuse de Horney și Lehovek. Și în locul „tehnologiei păroase” a interconexiunilor, Noyce a propus depunerea selectivă a unui strat subțire de metal peste structuri semiconductoare izolate cu dioxid de siliciu, cu legătură la contactele elementelor prin găurile lăsate în stratul izolator. Acest lucru a făcut posibilă „imersarea” elementelor active în corpul unui semiconductor, izolându-le cu oxid de siliciu și apoi conectarea acestor elemente cu piste de aluminiu sau aur pulverizate, care sunt create folosind procese de fotolitografie, metalizare și gravare în ultima etapă a fabricarea produsului. Astfel, a fost obținută o opțiune cu adevărat „monolitică” pentru combinarea componentelor într-un singur circuit, iar noua tehnologie a fost numită „planară”. Dar mai întâi, ideea trebuia testată.

Orez. 4. Declanșator experimental R. Noyce. Fotografie de pe http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1960-FirstIC.html

Orez. 5. Fotografie Micrologic IC în revista Life. Fotografie de pe http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1960-FirstIC.html

În august 1959, R. Noyce l-a instruit pe Joey Last să elaboreze o variantă a IC bazată pe tehnologia plană. Mai întâi, la fel ca Kilby, au realizat un aspect de declanșare pe mai multe cristale de siliciu, pe care au fost realizate 4 tranzistoare și 5 rezistențe. Apoi, pe 26 mai 1960, a fost fabricat primul declanșator cu un singur cip. Pentru a izola elementele din el cu reversul Placa de siliciu a fost gravată cu caneluri adânci umplute cu rășină epoxidică. La 27 septembrie 1960 a fost realizată cea de-a treia versiune a declanșatorului (Fig. 4), în care elementele au fost izolate printr-o joncțiune p - n conectată înapoi.

Până atunci, Fairchild Semiconductor s-a ocupat doar de tranzistori; nu avea ingineri de circuite care să creeze circuite integrate semiconductoare. Prin urmare, Robert Norman de la Sperry Gyroscope a fost invitat ca proiectant al circuitelor. Norman era familiarizat cu logica rezistență-tranzistor, pe care compania, la sugestia sa, a ales-o ca bază pentru viitoarea sa serie Micrologic IC, care și-a găsit prima aplicație în echipamentele rachete Minuteman. În martie 1961, Fairchild a anunțat primul IC experimental din această serie (un F-flip-flop care conține șase elemente: patru tranzistoare bipolare și două rezistențe plasate pe o placă de 1 cm) odată cu publicarea fotografiei sale (Fig. 5) în revistă viaţă(datat 10 martie 1961). Alte 5 CI au fost anunțate în octombrie. Și de la începutul anului 1962, Fairchild a lansat producția de masă de circuite integrate și furnizarea acestora, de asemenea, în interesul Departamentului de Apărare al SUA și al NASA.

Kilby și Noyce au fost nevoiți să asculte multe critici cu privire la inovațiile lor. Se credea că randamentul practic al circuitelor integrate adecvate ar fi foarte scăzut. Este clar că ar trebui să fie mai mic decât cel al tranzistorilor (pentru că conține mai mulți tranzistori), pentru care atunci nu era mai mare de 15%. În al doilea rând, mulți credeau că circuitele integrate foloseau materiale neadecvate, deoarece rezistențele și condensatorii nu erau fabricați din semiconductori la acel moment. În al treilea rând, mulți nu au putut accepta ideea de nereparabilitate a IP. Li s-a părut o blasfemie să arunce un produs în care doar unul dintre multele elemente a eșuat. Toate îndoielile au fost eliminate treptat când circuitele integrate au fost utilizate cu succes în programele militare și spațiale ale SUA.

Unul dintre fondatorii Fairchild Semiconductor, G. Moore, a formulat legea de bază pentru dezvoltarea microelectronicii cu siliciu, conform căreia numărul de tranzistori dintr-un cip de circuit integrat s-a dublat în fiecare an. Această lege, numită „legea lui Moore”, a funcționat destul de bine în primii 15 ani (începând cu 1959), iar apoi această dublare a avut loc în aproximativ un an și jumătate.

Mai mult, industria IP din Statele Unite a început să se dezvolte într-un ritm rapid. În Statele Unite, a început un proces asemănător avalanșei de apariție a întreprinderilor orientate exclusiv „sub plan”, ajungând uneori la punctul în care se înregistrau o duzină de firme pe săptămână. În urmărirea veteranilor (firmele W. Shockley și R. Noyce), precum și datorită stimulentelor fiscale și a serviciilor oferite de Universitatea Stanford, „noi veniți” s-au grupat în principal în Valea Santa Clara (California). Așadar, nu este de mirare că în 1971, cu mâna ușoară a jurnalistului care popularizează inovațiile tehnice, Don Hofler, a intrat în circulație imaginea romantic-tehnogenică a „Silicon Valley”, devenită pentru totdeauna sinonimă cu Mecca tehnologicului semiconductor. revoluţie. Apropo, în acea zonă există într-adevăr o vale, înainte renumită pentru numeroasele sale livezi de caise, cireși și pruni, care avea un alt nume, mai plăcut, înainte de a apărea în ea Shockley - Valley of Heart's Delight, acum, din păcate, aproape. uitat.

În 1962, producția în masă a circuitelor integrate a început în Statele Unite, deși volumul livrărilor lor către clienți s-a ridicat la doar câteva mii. Cel mai puternic stimul pentru dezvoltarea industriilor de fabricare a instrumentelor și electronice pe o nouă bază a fost tehnologia rachetelor și spațiale. Statele Unite nu aveau atunci aceleași rachete balistice intercontinentale puternice ca și cele sovietice și, pentru a crește încărcătura, au fost nevoite să meargă la reducerea maximă a masei transportatorului, inclusiv a sistemelor de control, prin introducerea cele mai recente progrese în tehnologia electronică. Firmele Texas Instrument și Fairchild Semiconductor au semnat contracte mari pentru dezvoltarea și fabricarea de circuite integrate cu Departamentul de Apărare al SUA și cu NASA.

Primele circuite integrate semiconductoare din URSS

Până la sfârșitul anilor 1950, industria sovietică avea nevoie atât de mult de diode și tranzistoare semiconductoare încât au fost necesare măsuri drastice. În 1959, au fost înființate fabrici de dispozitive semiconductoare la Aleksandrov, Bryansk, Voronezh, Riga etc. În ianuarie 1961, Comitetul Central al PCUS și Consiliul de Miniștri al URSS au adoptat un alt decret „Cu privire la dezvoltarea industriei semiconductoarelor”, care prevedea construirea de fabrici și institute de cercetare în Kiev, Minsk, Erevan, Nalcik și alte orașe.

Ne va interesa una dintre noile centrale - mai sus menționată Riga Semiconductor Plant (RZPP, și-a schimbat numele de mai multe ori, pentru simplitate, o folosim pe cea mai cunoscută, funcțională și acum). Ca rampă de lansare, noii fabrici i s-a dat clădirea școlii tehnice cooperatiste în construcție cu o suprafață de 5300 m 2, iar în același timp a început și construcția unei clădiri speciale. Până în februarie 1960, la uzină au fost deja create 32 de servicii, 11 laboratoare și producție pilot, care a început în aprilie pentru a pregăti producția primelor instrumente. Fabrica avea deja 350 de angajați, dintre care 260 au fost trimiși să studieze la Institutul de Cercetare din Moscova-35 (mai târziu Institutul de Cercetare Pulsar) și la Uzina Svetlana din Leningrad în cursul anului. Și până la sfârșitul anului 1960, numărul de angajați a ajuns la 1900 de oameni. Inițial, liniile tehnologice au fost amplasate în sala de sport reconstruită a clădirii școlii tehnice cooperatiste, iar laboratoarele biroului de proiectare experimentală au fost amplasate în fostele săli de clasă. Primele dispozitive (tranzistoare de germaniu de aliaj de difuzie și conversie P-401, P-403, P-601 și P-602 dezvoltate de NII-35) au fost produse de fabrică la 9 luni de la semnarea comenzii privind crearea sa, în martie 1960. Și până la sfârșitul lunii iulie, a produs primele mii de tranzistori P-401. Apoi a stăpânit multe alte tranzistoare și diode în producție. În iunie 1961, a fost finalizată construcția unei clădiri speciale, în care a început producția de masă a dispozitivelor semiconductoare.

Din 1961, fabrica a început lucrări independente de dezvoltare tehnologică, inclusiv mecanizarea și automatizarea producției de tranzistori bazate pe fotolitografie. Pentru aceasta, a fost dezvoltat primul repetor foto domestic (photostamp) - o instalație pentru combinarea și imprimarea fotografiilor de contact (dezvoltată de A.S. Gotman). Întreprinderile Ministerului Industriei Radio, inclusiv KB-1 (mai târziu NPO Almaz, Moscova) și NIIRE, au oferit o mare asistență în finanțarea și fabricarea de echipamente unice. Atunci cei mai activi dezvoltatori de echipamente radio de dimensiuni mici, neavând propria bază tehnologică de semiconductori, căutau modalități de interacțiune creativă cu fabricile de semiconductori nou create.

La RZPP, s-au desfășurat lucrări active pentru automatizarea producției de tranzistoare cu germaniu de tipurile P401 și P403 pe baza liniei de producție Ausma creată de fabrică. Designerul său șef (GK) A.S. Gotman a propus să realizeze piste purtătoare de curent pe suprafața de germaniu de la electrozii tranzistorului până la periferia cristalului, pentru a suda mai ușor cablurile tranzistorului în carcasă. Dar, cel mai important, aceste piste ar putea fi folosite ca terminale externe ale tranzistorului atunci când au fost asamblate fără un pachet pe plăci (conținând elemente de conectare și pasive), lipindu-le direct pe plăcuțele de contact corespunzătoare (de fapt, tehnologia de creare a circuitelor integrate hibride). a fost propus). Metoda propusă, în care căile de transport de curent ale cristalului, cum ar fi, sărută plăcuțele de contact ale plăcii, a primit numele original - „tehnologia sărutului”. Dar din cauza unei serii de probleme tehnologice care s-au dovedit a fi insolubile la acel moment, legate în principal de problemele de precizie a obținerii contactelor pe o placă de circuit imprimat, nu a fost posibil să se implementeze practic „tehnologia sărutului”. Câțiva ani mai târziu, o idee similară a fost implementată în SUA și URSS și și-a găsit aplicație largă în așa-numitele „plumi cu bile” și în tehnologia „chip-on-board”.

Cu toate acestea, companiile de hardware care cooperează cu RZPP, inclusiv NIIRE, sperau în „tehnologia sărutului” și plănuiau să o folosească. În primăvara anului 1962, când a devenit clar că implementarea sa era amânată pe termen nelimitat, inginerul șef NIIRE V.I. Smirnov i-a cerut directorului RZPP S.A. Bergman să găsească o altă modalitate de a implementa un circuit cu mai multe elemente de tip 2NOT-OR, universal pentru construirea de dispozitive digitale.

Orez. 7. Circuitul echivalent al IS R12-2 (1LB021). Extragere din prospectul IP din 1965

Primele IS și GIS de Yuri Osokin. circuit solid R12-2(serie IC 102 Și 116 )

Directorul RZPP a încredințat această sarcină unui tânăr inginer, Yuri Valentinovich Osokin. Am organizat un departament format dintr-un laborator tehnologic, un laborator de dezvoltare și fabricare a măștilor foto, un laborator de măsurare și o linie pilot de producție. La acel moment, tehnologia de fabricare a diodelor și tranzistoarelor cu germaniu a fost livrată către RZPP și a fost luată ca bază pentru o nouă dezvoltare. Și deja în toamna anului 1962 au fost obținute primele prototipuri ale circuitului solid de germaniu 2NE-OR (din moment ce termenul IP nu exista atunci, din respect pentru treburile acelor vremuri, vom păstra denumirea de „circuit solid” - TS), care a primit denumirea de fabrică „P12-2”. S-a păstrat o broșură publicitară din 1965 pe P12-2 (Fig. 6), informații și ilustrații din care vom folosi. TS R12-2 conținea două tranzistoare de germaniu p - n - p (tranzistoare modificate de tipurile P401 și P403) cu o sarcină totală sub forma unui rezistor de germaniu de tip p distribuit (Fig. 7).

Orez. 8. Structura IS R12-2. Extragere din prospectul IP din 1965

Orez. 9. Desen cote al vehiculului R12-2. Extragere din prospectul IP din 1965

Conductoarele exterioare sunt formate prin sudare prin termocompresie între regiunile de germaniu ale structurii TC și aurul firelor de plumb. Acest lucru asigură funcționarea stabilă a circuitelor sub influențe externe în condițiile tropicale și ceață marină, ceea ce este deosebit de important pentru lucrul în centralele telefonice automate cvasi-electronice navale fabricate de uzina VEF Riga, care este și ea interesată de această dezvoltare.

Din punct de vedere structural, TS R12-2 (și ulterior R12-5) au fost realizate sub forma unei „tablete” (Fig. 9) dintr-o cupă metalică rotundă cu un diametru de 3 mm și o înălțime de 0,8 mm. Un cristal TS a fost plasat în el și umplut cu un compus polimeric, din care au ieșit capete scurte exterioare ale cablurilor din sârmă de aur moale cu diametrul de 50 μm, sudate pe cristal. Greutatea lui P12-2 nu a depășit 25 mg. În acest design, RH-urile au fost rezistente la 80% umiditate relativă la o temperatură ambiantă de 40°C și la ciclul de temperatură de la -60° la 60°C.

Până la sfârșitul anului 1962, producția pilot a RZPP a produs aproximativ 5 mii de vehicule R12-2, iar în 1963 au fost fabricate câteva zeci de mii dintre ele. Astfel, 1962 a fost anul nașterii industriei microelectronice în SUA și URSS.

Orez. 10. TC R12-2 grupe

Orez. 11. Principalele caracteristici electrice ale R12-2

Tehnologia semiconductoarelor era atunci la început și nu garanta încă repetabilitatea strictă a parametrilor. Prin urmare, dispozitivele operabile au fost sortate în grupuri de parametri (acest lucru se face adesea în timpul nostru). Locuitorii din Riga au făcut același lucru, instalând 8 tipuri de TS R12-2 (Fig. 10). Toate celelalte caracteristici electrice și alte caracteristici sunt aceleași pentru toate evaluările (Fig. 11).

Producția TS R12-2 a început simultan cu cercetarea și dezvoltarea „Duritate”, care s-a încheiat în 1964 (GK Yu.V. Osokin). În cadrul acestei lucrări, a fost dezvoltată o tehnologie de grup îmbunătățită pentru producția în serie de TC-uri de germaniu bazată pe fotolitografie și depunerea galvanică a aliajelor printr-o mască foto. Principalele sale soluții tehnice sunt înregistrate ca o invenție a lui Osokin Yu.V. și Mikhalovici D.L. (A.S. Nr. 36845). Mai multe articole de Yu.V. Osokina în colaborare cu specialiștii KB-1 I.V. Nimic, G.G. Smolko și Yu.E. Naumov cu o descriere a designului și caracteristicilor vehiculului R12-2 (și vehiculului R12-5 ulterior).

Designul lui P12-2 a fost bun pentru toată lumea, cu excepția unui singur lucru - consumatorii nu știau cum să folosească produse atât de mici cu cele mai subțiri concluzii. Firmele de hardware, de regulă, nu aveau nici tehnologia, nici echipamentul pentru acest lucru. Pe toată perioada lansării R12-2 și R12-5, utilizarea lor a fost stăpânită de NIIRE, Uzina Radio Zhiguli a Ministerului Industriei Radio, VEF, NIIP (din 1978 NPO Radiopribor) și alte câteva întreprinderi. Înțelegând problema, dezvoltatorii TS, împreună cu NIIRE, s-au gândit imediat la al doilea nivel de design, care, în același timp, a crescut densitatea aspectului echipamentului.

Orez. 12. Modul de 4 vehicule R12-2

În 1963, în cadrul cercetării și dezvoltării „Kvant” (GK A.N. Pelipenko, cu participarea lui E.M. Lyakhovich), proiectarea modulului a fost dezvoltată în NIIRE, în care au fost combinate patru TS R12-2 (Fig. 12). De la două până la patru TS-uri R12-2 (într-o carcasă) au fost plasate pe o microplacă din fibră de sticlă subțire, care împreună implementează un anumit nod funcțional. Până la 17 fire au fost presate pe placă (numărul a variat pentru un anumit modul) lungime de 4 mm. Microplaca a fost plasată într-o cupă de metal ștanțată cu dimensiunea de 21,6 × 10. 6,6 mm și o adâncime de 3,1 mm și umplut cu un compus polimeric. Rezultatul este un circuit integrat hibrid (GIS) cu elemente dublu sigilate. Și, așa cum am spus, a fost primul GIS din lume cu integrare pe două niveluri și, poate, primul GIS în general. Au fost dezvoltate opt tipuri de module cu numele comun „Quantum”, care îndeplineau diverse funcții logice. Ca parte a unor astfel de module, vehiculele R12-2 au rămas operaționale sub influența accelerațiilor constante de până la 150 g și a sarcinilor vibraționale în intervalul de frecvență de 5-2000 Hz cu accelerații de până la 15 g.

Modulele Kvant au fost produse mai întâi de producția experimentală a NIIRE, iar apoi au fost transferate la Uzina Radio Zhiguli a Ministerului Industriei Radio din URSS, care le-a furnizat diverșilor consumatori, inclusiv uzina VEF.

Modulele TS R12-2 și Kvant bazate pe acestea s-au dovedit bine și au fost utilizate pe scară largă. În 1968, a fost lansat un standard care a stabilit un sistem unificat de desemnări pentru circuitele integrate din țară, iar în 1969 - Specificații generale pentru circuitele integrate semiconductoare (NP0.073.004TU) și hibride (NP0.073.003TU) cu sistem unificat cerințe. În conformitate cu aceste cerințe, Biroul Central pentru Aplicarea Circuitelor Integrate (TsBPIMS, ulterior Biroul Central de Proiectare Dayton, Zelenograd), la 6 februarie 1969, a aprobat noi condiții tehnice pentru TS ShT3.369.001-1TU. În același timp, termenul „circuit integrat” al seriei 102 a apărut pentru prima dată în denumirea produsului. De fapt, era un singur circuit integrat, sortat în patru grupuri după tensiunea de ieșire și capacitatea de sarcină.

Orez. 13. IC seriile 116 și 117

Și la 19 septembrie 1970, specificațiile tehnice AB0.308.014TU pentru modulele Kvant, care au primit denumirea IS din seria 116, au fost aprobate la TsBPIMS (Fig. 13). Seria a inclus nouă circuite integrate: 1KhL161, 1KhL162 și 1KhL163 - circuite digitale multifuncționale; 1LE161 și 1LE162 - două și patru elemente logice 2NOT-OR; 1TP161 și 1TP1162 - unul și doi declanșatori; 1UP161 - amplificator de putere, precum și 1LP161 - element logic„interdicție” pentru 4 intrări și 4 ieșiri. Fiecare dintre aceste circuite integrate a avut de la patru până la șapte versiuni, care diferă în ceea ce privește tensiunea semnalului de ieșire și capacitatea de încărcare, în total au existat 58 de evaluări de circuite integrate. Execuțiile au fost marcate cu o literă după partea digitală a desemnării IS, de exemplu, 1ХЛ161Ж. În viitor, gama de module sa extins. Circuitele integrate din seria 116 erau de fapt hibride, dar la cererea RZPP au fost etichetate ca semiconductor (prima cifră din denumire este „1”, hibrizii ar trebui să aibă „2”).

În 1972, printr-o decizie comună a Ministerului Industriei Electronice și a Ministerului Industriei Radio, producția de module a fost transferată de la Uzina Radio Zhiguli la RZPP. Acest lucru a eliminat necesitatea de a transporta circuitele integrate din seria 102 pe distanțe lungi, astfel încât nu a fost nevoie să se încapsuleze matrița fiecărui circuit integrat. Ca rezultat, proiectarea circuitelor integrate din seria 102 și din seria 116 a fost simplificată: nu a fost nevoie să ambalați circuitele integrate din seria 102 într-o cupă de metal umplută cu compus. Circuitele integrate neambalate din seria 102 într-un container tehnologic au fost livrate la un magazin vecin pentru asamblarea circuitelor integrate din seria 116, montate direct pe microplaca lor și sigilate în carcasa modulului.

La mijlocul anilor 1970, a fost lansat un nou standard pentru sistemul de notare IP. După aceea, de exemplu, IS 1LB021V a primit denumirea 102LB1V.

Al doilea IS și GIS al lui Yuri Osokin. circuit solid R12-5(serie IC 103 Și 117 )

Până la începutul anului 1963, ca urmare a lucrărilor serioase privind dezvoltarea tranzistoarelor n - p - n de înaltă frecvență, echipa Yu.V. Osokina a acumulat multă experiență cu straturi p pe napolitana originală cu n-germaniu. Acest lucru și disponibilitatea tuturor componentelor tehnologice necesare i-au permis lui Osokin în 1963 să înceapă să dezvolte o nouă tehnologie și design pentru o versiune mai rapidă a TS. În 1964, la ordinul NIIRE, a fost finalizată dezvoltarea R12-5 TS și a modulelor bazate pe acesta. Conform rezultatelor sale, în 1965, a fost deschisă Palanga R&D (GK Yu.V. Osokin, adjunctul său - D.L. Mikhalovich, finalizat în 1966). Modulele bazate pe P12-5 au fost dezvoltate în cadrul aceluiași R&D „Kvant” ca și modulele bazate pe P12-2. Concomitent cu specificațiile tehnice pentru seriile 102 și 116, au fost specificațiile tehnice ShT3.369.002-2TU pentru circuitele integrate din seria 103 (R12-5) și AV0.308.016TU pentru circuitele integrate din seria 117 (module bazate pe circuitele integrate din seria 103) aprobat. Nomenclatura tipurilor și evaluărilor standard ale TS R12-2, modulele pe acestea și seriile IS 102 și 116 a fost identică cu nomenclatorul TS R12-5 și, respectiv, IS seria 103 și 117. Ele diferă doar în ceea ce privește viteza și tehnologia de fabricație a cipului IC. Timpul de întârziere tipic de propagare al seriei 117 a fost de 55 ns față de 200 ns pentru seria 116.

Din punct de vedere structural, R12-5 TS a fost o structură semiconductoare cu patru straturi (Fig. 14), unde substratul de tip n și emițătorii de tip p + erau conectați la o magistrală comună de masă. Principalele soluții tehnice pentru construcția R12-5 TS sunt înregistrate ca invenție a lui Osokin Yu.V., Mikhalovich D.L. Kaidalova Zh.A. și Akmensa Ya.P. (A.S. Nr. 248847). În fabricarea structurii cu patru straturi a TS R12-5, un know-how important a fost formarea unui strat p de tip n în placa originală de germaniu. Acest lucru a fost realizat prin difuzia zincului într-o fiolă de cuarț sigilată, unde plăcile sunt situate la o temperatură de aproximativ 900 ° C, iar zincul este situat la celălalt capăt al fiolei la o temperatură de aproximativ 500 ° C. formarea structurii TS în stratul p creat este similară cu TS P12-2. Noua tehnologie a făcut posibilă scăparea de forma complexă a cristalului TS. Napolitanele cu P12-5 au fost, de asemenea, măcinate din partea din spate până la o grosime de aproximativ 150 μm cu păstrarea unei părți a plachetei originale, apoi au fost mâzgălite în cipuri IC dreptunghiulare separate.

Orez. 14. Structura cristalină a TS P12-5 din AS nr. 248847. 1 și 2 - masă, 3 și 4 - intrări, 5 - ieșire, 6 - putere

După primul rezultate pozitive producția de vehicule experimentale R12-5, la comanda KB-1, a fost deschisă Mezon-2 R&D, care vizează crearea de vehicule cu patru R12-5. În 1965, probele operaționale au fost obținute într-o carcasă plată ceramică-metal. Dar P12-5 s-a dovedit a fi dificil de fabricat, în principal din cauza dificultății de a forma un strat p dopat cu zinc pe placa originală n-Ge. Cristalul s-a dovedit a fi nevoie de forță de muncă pentru fabricare, procentul de randament este scăzut, iar costul TS este mare. Din aceleași motive, R12-5 TS a fost produs în volume mici și nu l-a putut înlocui pe R12-2, mai lent, dar avansat din punct de vedere tehnologic. Iar cercetarea și dezvoltarea „Mezon-2” nu a continuat deloc, inclusiv din cauza problemelor de interconectare.

Până la acel moment, Institutul de Cercetare Pulsar și NIIME lucrau deja pe un front larg pentru a dezvolta tehnologia de siliciu plană, care are o serie de avantaje față de germaniu, principalul dintre acestea fiind un interval de temperatură de funcționare mai mare (+150°С pentru siliciu și + 70°С pentru siliciu). germaniu) iar siliciul are un natural folie protectoare SiO2. Iar specializarea RZPP a fost reorientată către crearea de circuite integrate analogice. Prin urmare, specialiștii RZPP au considerat inadecvată dezvoltarea tehnologiei cu germaniu pentru producția de circuite integrate. Cu toate acestea, în producția de tranzistori și diode, germaniul nu a renunțat la pozițiile sale de ceva timp. În departamentul Yu.V. Osokin, deja după 1966, RZPP a dezvoltat și produs tranzistoare cu microunde planare cu zgomot redus cu germaniu GT329, GT341, GT 383 etc. Crearea lor a fost distinsă cu Premiul de Stat al URSS letonă.

Aplicație

Orez. 15. Unitate aritmetică pe module cu circuite solide. Fotografie din broșura TS din 1965

Orez. 16. Dimensiuni comparative ale dispozitivului de control automat al centralei telefonice, realizat pe un releu si un vehicul. Fotografie din broșura TS din 1965

Clienții și primii consumatori ai R12-2 TS și module au fost creatorii unor sisteme specifice: computerul Gnom (Fig. 15) pentru sistemul de bord Kupol (NIIRE, GK Lyakhovich E.M.) și centralele telefonice automate navale și civile (instalație). VEF, GK Misulovin L.Ya.). A participat activ la toate etapele creării vehiculelor și modulelor R12-2, R12-5 pe acestea și KB-1, principalul curator al acestei cooperări din KB-1 a fost N.A. Barkanov. Aceștia au ajutat la finanțare, fabricarea echipamentelor, cercetarea TS și module în diferite moduri și condiții de funcționare.

TS R12-2 și modulele „Quantum” bazate pe acesta au fost primele microcircuite din țară. Da, și în lume au fost printre primii - doar în SUA au început să producă primele lor circuite integrate semiconductoare de la Texas Instruments și Fairchild Semiconductor, iar în 1964 IBM a început să producă circuite integrate hibride cu peliculă groasă pentru computerele sale. În alte țări, IP nu s-a gândit încă. Prin urmare, circuitele integrate au fost o curiozitate pentru public, eficiența aplicării lor a făcut o impresie izbitoare și a fost jucată în reclamă. În broșura de supraviețuire a vehiculului R12-2 din 1965 (pe baza unor aplicații deja reale) scrie: „ Utilizarea circuitelor solide R12-2 în dispozitivele de calcul la bord face posibilă reducerea greutății și dimensiunile acestor dispozitive cu un factor de 10-20, reducerea consumului de energie și creșterea fiabilității operaționale. ... Utilizarea circuitelor solide R12-2 în sistemele de control și comutare ale căilor de transmitere a informațiilor ale centralelor telefonice automate face posibilă reducerea volumului dispozitivelor de control de aproximativ 300 de ori, precum și reducerea semnificativă a consumului de energie (cu 30- de 50 de ori)” . Aceste afirmații au fost ilustrate prin fotografii ale dispozitivului aritmetic al computerului Gnom (Fig. 15) și o comparație a rack-ului ATS fabricat la acea vreme de fabrica VEF pe baza unui releu cu un mic bloc în palma fetei (Fig. 16). ). Au existat alte numeroase aplicații ale primelor circuite integrate de la Riga.

Productie

Acum este dificil să restabiliți o imagine completă a volumelor de producție ale circuitelor integrate din seriile 102 și 103 de-a lungul anilor (astăzi RZPP s-a transformat dintr-o fabrică mare într-o producție mică și multe arhive s-au pierdut). Dar conform memoriilor lui Yu.V. Osokin, în a doua jumătate a anilor 1960, producția se ridica la multe sute de mii pe an, în anii 1970 - milioane. Conform înregistrărilor sale personale, în 1985, au fost emise IC-uri din seria 102 - 4.100.000 de bucăți, module din seria 116 - 1.025.000 de bucăți, IC-uri din seria 103 - 700.000 de piese, module din seria 117 - 175, 000000 buc.

La sfârşitul anului 1989 Yu.V. Osokin, pe atunci directorul general al software-ului Alpha, a apelat la conducerea Comisiei Militar-Industriale din cadrul Consiliului de Miniștri al URSS (VPK) cu o solicitare de a scoate din producție seriile 102, 103, 116 și 117 din cauza învechirii lor. și intensitate ridicată a muncii (de 25 de ani, microelectronica este departe de a merge înainte), dar a primit un refuz categoric. Vicepreședinte al Complexului Militar Industrial V.L. Koblov i-a spus că avioanele zboară fiabil și că un înlocuitor nu se pune în discuție. După prăbușirea URSS, circuitele integrate din seriile 102, 103, 116 și 117 au fost produse chiar înainte de mijlocul anilor 1990, adică timp de mai bine de 30 de ani. Calculatoarele „Gnome” sunt încă în cabina de navigație a „Il-76” și a altor avioane. „Acesta este un supercomputer”, piloții noștri nu sunt pierduți atunci când colegii lor străini sunt surprinși să fie interesați de o unitate care nu a mai fost văzută până acum.

Despre prioritati

În ciuda faptului că J. Kilby și R. Noyce au avut predecesori, aceștia sunt recunoscuți de comunitatea mondială ca fiind inventatorii circuitului integrat.

R. Kilby și J. Noyce, prin firmele lor, au solicitat un brevet de invenție a circuitului integrat. Texas Instruments a solicitat brevetul mai devreme, în februarie 1959, în timp ce Fairchild a făcut acest lucru abia în iulie a acelui an. Dar brevetul cu numărul 2981877 a fost eliberat în aprilie 1961 către R. Noyce. J. Kilby a dat în judecată și abia în iunie 1964 și-a primit brevetul cu numărul 3138743. Apoi a avut loc un război de zece ani al priorităților, în urma căruia (rar) „prietenia a câștigat”. În cele din urmă, Curtea de Apel a susținut pretenția lui R. Noyce de primație în tehnologie, dar a decis că J. Kilby a fost creatorul primului microcip funcțional. Și Texas Instruments și Fairchild Semiconductor au semnat un acord de licențiere încrucișată a tehnologiei.

În URSS, brevetarea invențiilor pentru autori nu dădea altceva decât probleme, o plată unică nesemnificativă și satisfacție morală, atât de multe invenții nu au fost deloc oficializate. Și nici Osokin nu se grăbea. Însă pentru întreprinderi, numărul de invenții a fost unul dintre indicatori, așa că mai trebuiau înregistrate. Prin urmare, Yu. Osokina și D. Mikhalovich au primit certificatul de autor al URSS nr. 36845 pentru invenția TS R12-2 abia pe 28 iunie 1966.

Iar J. Kilby a devenit în 2000 unul dintre laureații Premiului Nobel pentru inventarea IP. R. Noyce nu a așteptat recunoașterea mondială, a murit în 1990 și, potrivit situației, Premiul Nobel nu este acordat postum. Ceea ce, în acest caz, nu este în întregime corect, întrucât toată microelectronica a urmat calea începută de R. Noyce. Autoritatea lui Noyce în rândul specialiștilor era atât de mare încât a primit chiar și porecla de „primar al Silicon Valley”, pentru că atunci era cel mai popular dintre oamenii de știință care lucrau în acea parte a Californiei, care a primit numele neoficial de Silicon Valley (W. Shockley era numit „Moise din Silicon Valley”). Iar calea lui J. Kilby (germaniu „păros”) s-a dovedit a fi o fundătură și nu a fost implementată nici măcar în compania lui. Dar viața nu este întotdeauna corectă.

Premiul Nobel a fost acordat la trei oameni de știință. Jumătate din aceasta a fost primită de Jack Kilby, în vârstă de 77 de ani, iar cealaltă jumătate a fost împărțită între academicianul Academiei Ruse de Științe Zhores Alferov și profesorul Universității California din Santa Barbara, americanul de origine germană Herbert Kremer, pentru „ dezvoltarea heterostructurilor semiconductoare utilizate în optoelectronica de mare viteză.”

Evaluând aceste lucrări, experții au remarcat că „circuitele integrate sunt, desigur, descoperirea secolului, care a avut un impact puternic asupra societății și economiei mondiale”. Pentru uitatul J. Kilby, Premiul Nobel a fost o surpriză. Într-un interviu acordat unei reviste Știri Europhysics El a recunoscut: „ La acea vreme, mă gândeam doar la ce ar fi important pentru dezvoltarea electronicii din punct de vedere economic. Dar nu am înțeles atunci că scăderea costului produselor electronice va provoca o creștere avalanșă a tehnologiilor electronice”.

Iar munca lui Yu. Osokin nu a fost evaluată nu numai de Comitetul Nobel. Sunt uitate și la noi, prioritatea țării în crearea de microelectronice nu este protejată. Și cu siguranță a fost.

În anii 1950, a fost creată o bază materială pentru formarea produselor cu mai multe elemente - circuite integrate - într-un cristal monolit sau pe un substrat ceramic. Prin urmare, nu este surprinzător că aproape simultan ideea de IP a apărut în mod independent în mintea multor specialiști. Iar viteza de introducere a unei idei noi depindea de capacitățile tehnologice ale autorului și de interesul producătorului, adică de prezența primului consumator. În acest sens, Yu. Osokin era într-o poziție mai bună decât colegii săi americani. Kilby era nou la TI, a trebuit chiar să demonstreze conducerii companiei posibilitatea fundamentală de a implementa un circuit monolitic prin realizarea layout-ului acestuia. De fapt, rolul lui J. Kilby în crearea SI se reduce la reeducarea conducerii TI și la provocarea lui R. Noyce cu aspectul său să ia măsuri. Invenția lui Kilby nu a intrat în producție de serie. R. Noyce, în compania sa tânără și încă nu puternică, a mers la crearea unei noi tehnologii plane, care a devenit cu adevărat baza microelectronicii ulterioare, dar autorul nu a cedat imediat. În legătură cu cele de mai sus, atât ei, cât și firmele lor au trebuit să depună mult efort și timp pentru implementarea practică a ideilor lor pentru construirea de circuite integrate capabile în serie. Primele lor mostre au rămas experimentale, iar alte microcircuite, nici măcar dezvoltate de ei, au intrat în producție de masă. Spre deosebire de Kilby și Noyce, care erau departe de producție, muncitorul Yu. Osokin s-a bazat pe tehnologiile semiconductoare dezvoltate industrial ale RZPP și a garantat consumatorii primului TS sub forma inițiatorului dezvoltării NIIRE și a VEF din apropiere. plantă, care a ajutat în această lucrare. Din aceste motive, prima versiune a vehiculului său a intrat imediat în experiment, transferată fără probleme în producția de masă, care a continuat continuu timp de mai bine de 30 de ani. Astfel, începând dezvoltarea TS mai târziu decât Kilby și Noyce, Yu. Osokin (neștiind despre această competiție) i-a ajuns rapid din urmă. Mai mult decât atât, munca lui Yu. Osokin nu este în niciun fel legată de munca americanilor, dovada acestui lucru este diferența absolută a TS-ului său și soluțiile implementate în acesta la microcircuitele Kilby și Noyce. Texas Instruments (nu invenția lui Kilby), Fairchild și RZPP au început producția de circuite integrate aproape simultan, în 1962. Acest lucru dă dreptul de a-l considera pe Yu. Osokin drept unul dintre inventatorii circuitului integrat la egalitate cu R. Noyce și mai mult decât J. Kilby și ar fi corect să împărtășim o parte din Premiul Nobel al lui J. Kilby cu Yu. Osokin. În ceea ce privește inventarea primului GIS cu integrare pe două niveluri (și eventual GIS în general), aici prioritatea este A. Pelipenko din NIIRE este absolut incontestabil.

Din păcate, nu s-au putut găsi mostre de TS și dispozitive bazate pe acestea, necesare muzeelor. Autorul va fi foarte recunoscător pentru astfel de mostre sau fotografiile lor.

Circuit integrat (micro) (IC, IC, m / s, circuit integrat în engleză, IC, microcircuit), cip, microcip (microcip în engleză, cip de siliciu, cip - o placă subțire - termenul se referea inițial la o placă de cristal de microcircuit) - dispozitiv microelectronic - circuit electronic de complexitate arbitrară (cristal), realizat pe un substrat semiconductor (placă sau film) și plasat într-o carcasă neseparabilă, sau fără acesta, dacă este inclus în microansamblu.

Microelectronica este cea mai semnificativă și, după cum mulți cred, cea mai importantă realizare științifică și tehnologică a timpului nostru. Poate fi comparat cu astfel de puncte de cotitură din istoria tehnologiei, cum ar fi invenția tiparului în secolul al XVI-lea, crearea mașinii cu abur în secolul al XVIII-lea și dezvoltarea ingineriei electrice în secolul al XIX-lea. Și când astăzi este vorba de revoluția științifică și tehnologică, se înțelege în primul rând microelectronica. Ca nicio altă realizare tehnică a zilelor noastre, ea pătrunde în toate sferele vieții și face realitate ceea ce era pur și simplu imposibil de imaginat ieri. Pentru a fi convins de acest lucru, este suficient să ne gândim la calculatoare de buzunar, radiouri miniaturale, comenzile electronice ale aparatelor de uz casnic, ceasuri, calculatoare și calculatoare programabile. Și aceasta este doar o mică parte din domeniul său de aplicare!

Microelectronica își datorează originea și însăși existența creării unui nou element electronic subminiatural - un microcircuit integrat. Apariția acestor circuite, de fapt, nu a fost un fel de invenție fundamental nouă - a rezultat direct din logica dezvoltării dispozitivelor semiconductoare. La început, când elementele semiconductoare tocmai intrau în viață, fiecare tranzistor, rezistor sau diodă a fost folosit separat, adică a fost închis în carcasa sa individuală și inclus în circuit folosind contactele sale individuale. Acest lucru s-a făcut chiar și în acele cazuri când a fost necesar să se asambleze multe circuite similare din aceleași elemente.

Treptat, s-a înțeles că este mai rațional să nu se asambleze astfel de dispozitive din elemente separate, ci să le fabrice imediat pe un singur cip comun, mai ales că electronica semiconductoare a creat toate condițiile prealabile pentru aceasta. De fapt, toate elementele semiconductoare sunt foarte asemănătoare între ele în structura lor, au același principiu de funcționare și diferă doar în aranjarea reciprocă a regiunilor p-n.

Aceste p-n zone După cum ne amintim, sunt create prin introducerea aceluiași tip de impurități în stratul de suprafață al unui cristal semiconductor. În plus, fiabilă și din toate punctele de vedere, funcționarea satisfăcătoare a marii majorități a elementelor semiconductoare este prevăzută cu o grosime a stratului de lucru de suprafață de miimi de milimetru. Cele mai mici tranzistoare folosesc de obicei doar stratul superior al unui cristal semiconductor, care reprezintă doar 1% din grosimea acestuia. Restul de 99% acționează ca un purtător sau substrat, deoarece fără un substrat, tranzistorul s-ar putea prăbuși pur și simplu la cea mai mică atingere. Prin urmare, folosind tehnologia utilizată pentru fabricarea componentelor electronice individuale, este posibil să se creeze imediat un circuit complet din câteva zeci, sute și chiar mii de astfel de componente pe un singur cip.

Beneficiul de pe urma acestui lucru va fi imens. În primul rând, costurile vor scădea imediat (costul unui microcircuit este de obicei de sute de ori mai mic decât costul total al tuturor elementelor electronice ale componentelor sale). În al doilea rând, un astfel de dispozitiv va fi mult mai fiabil (după cum arată experiența, de mii și zeci de mii de ori), iar acest lucru este de o importanță extraordinară, deoarece depanarea într-un circuit de zeci sau sute de mii de componente electronice devine o problemă extrem de dificilă. . În al treilea rând, datorită faptului că toate elementele electronice ale unui circuit integrat sunt de sute și mii de ori mai mici decât omologii lor dintr-un circuit combinat convențional, consumul lor de energie este mult mai mic, iar viteza lor este mult mai mare.

Evenimentul cheie care a prevestit sosirea integrării în electronică a fost propunerea inginerului american J. Kilby de la Texas Instruments de a obține elemente echivalente pentru întregul circuit, precum registre, condensatori, tranzistori și diode într-o bucată monolitică de siliciu pur. Kilby a creat primul circuit semiconductor integrat în vara anului 1958. Și deja în 1961, Fairchild Semiconductor Corporation a produs primele microcircuite seriale pentru computere: un circuit de coincidență, un registru cu semi-deplasare și un flip-flop. În același an, s-a integrat producția de semiconductori circuite logice deținut de Texas.

În anul următor, au apărut circuite integrate de la alte firme. ÎN un timp scurtîn design integral au fost create Tipuri variate amplificatoare. În 1962, RCA a dezvoltat circuite integrate cu matrice de memorie pentru dispozitivele de stocare ale computerelor. Treptat, producția de microcircuite a fost stabilită în toate țările - a început epoca microelectronicii.

Materialul de pornire pentru un circuit integrat este de obicei o placă brută de siliciu. Are o dimensiune relativ mare, deoarece câteva sute de același tip de microcircuite sunt fabricate simultan pe el. Prima operație este că sub influența oxigenului la o temperatură de 1000 de grade, se formează un strat de dioxid de siliciu pe suprafața acestei plăci. Oxidul de siliciu se caracterizează printr-o rezistență chimică și mecanică ridicată și are proprietățile unui dielectric excelent, oferind o izolație fiabilă siliciului situat sub el.

Următorul pas este introducerea de impurități pentru a crea p sau n zone de conducere. Pentru a face acest lucru, filmul de oxid este îndepărtat din acele locuri de pe placă care corespund componentelor electronice individuale. Selectarea zonelor dorite are loc folosind un proces numit fotolitografie. În primul rând, întregul strat de oxid este acoperit cu un compus sensibil la lumină (fotorezist), care joacă rolul unui film fotografic - poate fi iluminat și dezvoltat. După aceea, printr-o fotomască specială care conține un model de suprafață al unui cristal semiconductor, placa este iluminată cu raze ultraviolete.

Sub influența luminii, pe stratul de oxid se formează un model plat, zonele neluminate rămânând luminoase, iar restul - întunecate. În locul în care fotorezistorul a fost expus la lumină, se formează zone insolubile ale peliculei care sunt rezistente la acid. Placa este apoi tratată cu un solvent care îndepărtează fotorezistul din zonele expuse. Din locurile deschise (și numai din ele), stratul de oxid de siliciu este gravat cu acid.

Ca urmare, oxidul de siliciu se dizolvă în locurile potrivite și se deschid „ferestrele” de siliciu pur, gata pentru introducerea de impurități (ligare). Pentru a face acest lucru, suprafața substratului la o temperatură de 900-1200 de grade este expusă impurității dorite, de exemplu, fosfor sau arsen, pentru a obține o conductivitate de tip n. Atomii impurități pătrund adânc în siliciul pur, dar sunt respinși de oxidul acestuia. După ce a prelucrat placa cu un tip de impuritate, aceasta este pregătită pentru ligatura cu un alt tip - suprafața plăcii este din nou acoperită cu un strat de oxid, se efectuează o nouă fotolitografie și gravare, în urma cărora noi "ferestre" de siliciu deschis.

Aceasta este urmată de o nouă ligatură, de exemplu cu bor, pentru a obține conductivitate de tip p. Astfel, regiunile p și n sunt formate în locurile potrivite pe întreaga suprafață a cristalului. Izolația între elementele individuale poate fi creată în mai multe moduri: un strat de oxid de siliciu poate servi ca izolație sau blocarea joncțiunilor p-n pot fi, de asemenea, create în locurile potrivite.

Următoarea etapă de procesare este asociată cu aplicarea conexiunilor conductoare (linii conductoare) între elementele circuitului integrat, precum și între aceste elemente și contacte pentru conectarea circuitelor externe. Pentru a face acest lucru, pe substrat se depune un strat subțire de aluminiu, care se depune sub forma unei pelicule foarte subțiri. Este supus prelucrării și gravării fotolitografice, similare celor descrise mai sus. Ca urmare, din întregul strat de metal rămân doar linii conductoare subțiri și plăcuțe.

În cele din urmă, întreaga suprafață a cristalului semiconductor este acoperită cu un strat protector (cel mai adesea, sticlă de silicat), care este apoi îndepărtat de pe plăcuțe. Toate microcircuitele fabricate sunt supuse celor mai stricte verificări pe standul de control și de testare. Circuitele defecte sunt marcate cu un punct roșu. În cele din urmă, cristalul este tăiat în plăci de microcircuite separate, fiecare dintre acestea fiind închisă într-o carcasă robustă cu cabluri pentru conectarea la circuite externe.

Complexitatea unui circuit integrat este caracterizată de un indicator numit grad de integrare. Circuitele integrate cu mai mult de 100 de elemente se numesc microcircuite cu un grad scăzut de integrare; circuite care conțin până la 1000 de elemente - circuite integrate cu un grad mediu de integrare; circuite care conțin până la zeci de mii de elemente - circuite integrate mari. Sunt deja realizate circuite care conțin până la un milion de elemente (se numesc super-mari). Creșterea treptată a integrării a dus la faptul că în fiecare an circuitele devin din ce în ce mai miniaturale și, în consecință, din ce în ce mai complexe.

O cantitate mare dispozitive electronice, care înainte avea dimensiuni mari, acum se potrivește pe o placă minusculă de siliciu. Un eveniment extrem de important pe această cale a fost crearea în 1971 de către firma americană Intel a unui singur circuit integrat pentru efectuarea de operații aritmetice și logice - microprocesorul. Acest lucru a condus la o descoperire grandioasă a microelectronicii în domeniul tehnologiei computerelor.

Citeste si scrie util