Suur integraallülitus(LSI) on kõrge integratsiooniastmega integraallülitus (IC) (elementide arv selles ulatub 10 000-ni), mida kasutatakse elektroonikaseadmetes arvuti, automaatika, mõõteseadmete jne funktsionaalselt tervikliku üksusena.
Elementide arvu põhjal jagatakse kõik integraallülitused tinglikult järgmistesse kategooriatesse:
■ lihtne (SIS) - elementide arvuga kristallis kuni 10,
■ väike (MIS) - kuni 100,
■ keskmine (SIS) - kuni 1000,
■ suur (BIS) - kuni 10 000,
■ eriti suur (VLSI) – 1 000 000,
■ ülisuur (UBIS) - kuni 1000000000,
■ giga-suur (GBIS) - kristallis on rohkem kui 1000000000 elementi.
Integraallülitusi (ICs), mis sisaldavad rohkem kui 100 elementi, nimetatakse mikroskeemideks kõrgem tase integratsiooni.
LSI kasutamisega kaasneb kõigi põhinäitajate järsk paranemine võrreldes sarnase funktsionaalse kompleksiga, mida rakendatakse eraldi IC-del. IC-de integreerimine ühele kiibile vähendab pakettide arvu, montaaži- ja paigaldustoimingute arvu ning väliste - kõige vähem töökindlate - ühenduste arvu. See aitab vähendada suurust, kaalu, kulusid ja parandada töökindlust.
IC integreerimisest saadavad täiendavad eelised hõlmavad padjandite koguarvu vähendamist, lühemaid ühenduste pikkusi ja väiksemat parameetrite varieerumist, kuna kõik IC-d asuvad samal kiibil ja toodetakse ühe protsessitsükli jooksul.
LSI-de arendamise kogemus näitas ka mitmeid üldisi probleeme, mis piiravad integratsiooniastme tõusu ja mis vajavad lahendamist mikroelektroonika edasiarendamise protsessis:
■ soojuse hajumise probleem,
■ ühenduse probleem,
■ parameetrite juhtimise probleem,
■ elementide suuruse füüsilised piirangud.
1964. aastal andis IBM esimest korda LSI-l põhinedes välja kuus IBM 360 perekonna mudelit.
LSI-de näited võivad hõlmata ka 4-bitisi või enamaid mäluahelaid, aritmeetika-loogilisi ja arvutijuhtimisseadmeid ning digitaalfiltreid. IC-d on loodud paljude erinevate probleemide lahendamiseks, mistõttu neid toodetakse pooljuht-, õhukese- ja paksukiletehnoloogia arsenalis leiduvate meetodite kombinatsiooni abil.
IEd klassifitseeritakse tavaliselt tootmismeetodite ja sellest tulenevate struktuuride järgi.
Pooljuht MI on IC, milles kõik elemendid ja nendevahelised ühendused on tehtud ühes mahus ja pooljuhtplaadi ühel pinnal.
Hübriidsetes mikroskeemides kantakse passiivsed komponendid (takistid ja kondensaatorid) dielektrilise plaadi pinnale, aktiivsed komponendid (transistorid) valmistatakse eraldi diskreetsete miniatuursete komponentidena ja kinnitatakse mikroskeemi külge.

Kirjandus
1. Stepanenko I.P., Mikroelektroonika alused, M.: Põhiteadmiste labor, 2003, lk. 453-460.
2. Batushev A.V., Mikroskeemid ja nende rakendamine, M.: Raadio ja side, 1984, lk. 13-17.
3. Chernozubov Yu. S., Kuidas mikroskeemid sünnivad, M.: Haridus, 1989, lk. 14-19.

Iga enam-vähem keerulise elektroonika toimimiseks on tavaliselt vaja palju osi. Kui neid on palju, saab need näiteks integraallülitusteks "ühendada". Mis need on? Kuidas neid klassifitseeritakse? Kuidas neid tehakse ja milliseid signaale edastatakse?

Mis on loogilised integraallülitused (IC)

Sisuliselt on see mikroelektrooniline seade, mis põhineb suvalise keerukusega kristallil, mis on valmistatud pooljuhtkilele või vahvlile. See asetatakse mitteeraldatavasse korpusesse (kuigi saab ilma selleta hakkama, kuid ainult siis, kui see on osa mikrokoostu). Esimene integraallülitus patenteeriti 1968. aastal. See oli omamoodi läbimurre tööstuses, ehkki pakutav seade ei vastanud oma parameetritelt kuigivõrd tänapäevastele ideedele. Integraallülitused Enamik neist on valmistatud pinnale paigaldamiseks. Sageli mõistetakse IC all ainult ühte kristalli või kilet. Kõige levinum on integraallülitus räniplaadil. Juhtub, et selle kasutamisel tööstuses on mitmeid eeliseid, näiteks signaali edastamise tõhusus.

Disainitasemed

Need seadmed on keerukad, mis on kaunilt kuvatud. Nüüd luuakse need spetsiaalsete CAD-süsteemide abil, mis automatiseerivad ja oluliselt kiirendavad tootmisprotsesse. Seega arvestame projekteerimisel:

1. Loogiline tase (inverterid, NAND, NOR jms).
2. Süsteemi ja vooluringi ehitus (käivitatakse trigerid, kodeerijad, ALU-d, komparaatorid jne);
3. Elektrilised (kondensaatorid, transistorid, takistid jms seadmed).
4. Topoloogiline tase - fotomaskid tootmiseks.
5. Füüsiline - kuidas üks transistor (või väike rühm) on kiibil realiseeritud.
6. Tarkvara - juhised luuakse mikrokontrolleritele, mikroprotsessoritele ja FPGA-dele. Vertikaalse diagrammi abil töötatakse välja käitumismudel.

Klassifikatsioon

Rääkides integraallülituste eristamisest, on võimatu valida ainult ühte kõnealuse tehnoloogia keerukuse tüübi parameetrit. Seetõttu valiti sellesse artiklisse välja koguni kolm.

Integratsiooni aste

1. Väike integraallülitus. Sisaldab vähem kui sada elementi.
2. Keskmine integraallülitus. Elementide arv varieerub vahemikus sadu/tuhandeid.
3. Suur integraallülitus. Sisaldab tuhat kuni 10 000 elementi.
4. Need sisaldavad üle kümne tuhande elemendi.

Üldiselt kasutatakse laiaulatuslikku integraallülitust sageli tarbijaseadmete jaoks. Varem kasutati teisi kategooriaid:

1. Ülisuur integraallülitus. See hõlmas neid proove, mis võisid uhkeldada mitme elemendiga vahemikus 1 miljon kuni 1 miljard.
2. Giga suur integraallülitus. See hõlmas proove, mille elementide arv ületas 1 miljardi elemendi.

Aga sisse Sel hetkel kui neid ei rakendata. Ja kõik proovid, mis olid varem klassifitseeritud UBIS-iks ja GBIS-iks, klassifitseeritakse nüüd VLSI-ks. Üldiselt võimaldas see oluliselt kokku hoida rühmade arvu, kuna kahte viimast tüüpi kasutatakse tavaliselt just suurtes uurimiskeskustes, kus arvutisüsteemid, mille võimsust mõõdetakse kümnetes ja sadades terabaitides.

Tootmistehnoloogia

Erinevate tootmisvõimaluste tõttu klassifitseeritakse integraallülitused ka selle järgi, kuidas need on valmistatud ja millest:

1. Pooljuht. Nendes on kõik elemendid ja ühendused tehtud samal pooljuhtkiibil. Pooljuhtide integraallülitustes kasutatakse selliseid materjale nagu räni, germaanium, galliumarseniid ja hafniumoksiid.

2. Film. Kõik elemendid ja ühendused on tehtud nagu kiled:

Paks kile.

Õhuke film.

3. Hübriid. Sellel on pakendamata dioodid, transistorid või muud elektroonilised aktiivsed komponendid. Passiivsed elemendid (nagu takistid, induktiivpoolid, kondensaatorid) asetatakse ühisele keraamilisele aluspinnale. Kõik need on paigutatud ühte suletud korpusesse.

4. Segatud. Seal pole mitte ainult pooljuhtkristall, vaid ka õhukese kilega (või paksukilega) passiivsed elemendid, mis asetatakse selle pinnale.

Töödeldud signaali tüüp

Ja kolmas ja kõige uuem tüüp põhineb sellel, millised signaalid integraallülitus töötleb. Nemad on:

1. Analoog. Siin muutuvad sisend- ja väljundsignaalid vastavalt seadusele, mis võivad olla vahemikus negatiivsest kuni positiivseni.
2. Digitaalne. Siin võib igal sisend- või väljundsignaalil olla kaks väärtust: loogiline üks või null. Igal neist on oma etteantud pingetase. Seega hindavad TTL tüüpi mikroskeemid vahemikku 0–0,4 V nulliks ja 2,4–5 V üheks. Jaotusi võib olla teisigi, kõik oleneb konkreetsest proovist.
3. Analoog-digitaal. Need ühendavad eelmiste mudelite eelised ja omadused. Näiteks võivad need sisaldada signaalivõimendeid ja analoog-digitaalmuundureid.

Juriidilised omadused

Mida ütleb seadus integraallülituste kohta? Meie riik pakub integraallülituste topoloogiatele õiguskaitset. Selle all peame silmas teatud kindlate elementide kogumi geomeetrilis-ruumilist paigutust ja nendevahelisi seoseid, mis on salvestatud teatud materiaalsele kandjale (vastavalt tsiviilseadustiku artiklile 1448 Venemaa Föderatsioon). Topoloogia autoril on oma leiutisele järgmised intellektuaalsed õigused:

1. Autoriõigus.
2. Ainuõigus.

Lisaks võib topoloogia autoril olla muid eelistusi, sh võimalus saada selle kasutamise eest tasu. kehtib kümme aastat. Selle aja jooksul saab leiutaja või isik, kellele see staatus on määratud, registreerida topoloogia vastavas intellektuaalomandi- ja patenditeenistuses.

Järeldus

See on kõik! Kui teil on soov oma ahel kokku panna, võite soovida ainult edu. Kuid samal ajal tahaksin juhtida teie tähelepanu ühele omadusele. Kui soovite mikroskeemi kokku panna, peate selleks protsessiks põhjalikult valmistuma. Fakt on see, et selle loomine nõuab erakordset puhtust kirurgilise operatsioonisaali tasemel, pealegi ei ole osade väiksuse tõttu võimalik tavalises režiimis jootekolbiga töötada - kõik toimingud teostavad masinad. Seetõttu saate kodus luua ainult diagramme. Soovi korral saab osta tööstuslikud arengud, mida hakatakse turule pakkuma, kuid parem on jätta idee nende kodus tegemiseks ilma märkimisväärsete rahaliste vahenditeta.

Varady G.K. 404 rühma.

Integraallülitused.

Plaan:

1) Sissejuhatus (kontseptsioon, seade).

2) IP tüübid.

3) IP plussid ja miinused.

4) Tootmine.

5) Rakendus.

Sissejuhatus.

(alates lat. integratsiooni- "ühendus").

IC on mikroelektrooniline vooluahel, mis on moodustatud pooljuhtmaterjalist, tavaliselt ränist, väikesel plaadil (kristallil või "kiibil"), mida kasutatakse elektrivoolu juhtimiseks ja võimendamiseks. Tüüpiline IC koosneb paljudest omavahel ühendatud mikroelektroonilistest komponentidest, nagu transistorid, takistid, kondensaatorid ja dioodid, mis on valmistatud kiibi pinnakihis. Ränikristallide mõõtmed on ligikaudu 1,3 x 1,3 mm kuni 13 x 13 mm. Integraallülituste areng on viinud suuremahuliste ja väga suuremahuliste integraallülituste (LSI ja VLSI) tehnoloogiate väljatöötamiseni.

Klassifikatsioon.

Sõltuvalt integratsiooniastmest (digitaallülituste elementide arv) kasutatakse järgmisi integraallülituste nimetusi:

väike integraallülitus (MIS) - kuni 100 elementi kiibi kohta,

keskmine integraallülitus (SIS) - kuni 1000 elementi kiibi kohta,

suur integraallülitus (LSI) - kuni 10 tuhat elementi kiibi kohta,

ülisuuremõõtmeline integraallülitus (VLSI) - rohkem kui 10 tuhat elementi kristallis.

Varem kasutati ka vananenud nimetusi: ülisuuremõõtmeline integraallülitus (ULIS) - 1-10 miljonist kuni 1 miljardi elemendini kristallis ja mõnikord gigasuuremõõtmeline integraallülitus (GBIC) - rohkem kui 1 miljardit elementi kristallis. Praegu, 2010. aastatel, nimetusi “UBIS” ja “GBIS” praktiliselt ei kasutata ning kõik enam kui 10 tuhande elemendiga mikroskeemid klassifitseeritakse VLSI-ks.

IP plussid ja miinused.

Integraallülitustel on mitmeid eeliseid võrreldes nende eelkäijatega, analoogskeemidega, mis olid kokku pandud šassiile paigaldatud üksikutest komponentidest. IC-d on väiksemad, kiiremad ja töökindlamad; Samuti on need odavamad ja vähem vastuvõtlikud vibratsioonist, niiskusest ja vananemisest põhjustatud riketele. Elektrooniliste lülituste miniaturiseerimine sai võimalikuks tänu pooljuhtide eriomadustele. Arvesse võetakse nende peamisi eeliseid:

Vähendatud energiatarve mis on seotud impulss-elektrisignaalide kasutamisega digitaalelektroonikas. Selliste signaalide vastuvõtmisel ja teisendamisel aktiivsed elemendid elektroonilised seadmed (transistorid) töötavad "võtme" režiimis, see tähendab, et transistor on kas "avatud" - mis vastab kõrge taseme signaalile (1) või "suletud" - (0), esimesel juhul on see transistoril pole pingelangust, teises - ei lähe läbi praegune. Mõlemal juhul on voolutarve 0-lähedane, erinevalt analoogseadmetest, mille puhul on transistorid enamasti vahepealses (aktiivses) olekus.

Kõrge mürakindlus digitaalseid seadmeid seostatakse suure (näiteks 2,5-5 V) ja madala (0-0,5 V) signaali taseme erinevusega. Olekuviga on võimalik sellisel häirete tasemel, et kõrge tase tõlgendada madalana ja vastupidi, mis on ebatõenäoline. Lisaks saavad digitaalseadmed vigade parandamiseks kasutada spetsiaalseid koode.

Suur erinevus signaali oleku tasemetes kõrge ja madal tase(loogilised "0" ja "1") ja nende lubatud muudatuste üsna lai valik muudab digitehnoloogia tundetuks elementide parameetrite vältimatu hajutamise suhtes integreeritud tehnoloogias, välistades vajaduse valida komponente ja seadistada digitaalseadmetes reguleerimiselemente.

Töökindlus. Integraallülituse töökindlus on ligikaudu sama, mis üksiku ränitransistori oma, kuju ja suurus on samaväärne. Teoreetiliselt võivad transistorid kesta tuhandeid aastaid ilma riketeta – see on kriitiline tegur selliste rakenduste puhul nagu raketi- ja kosmosetehnoloogia, kus üks rike võib tähendada projekti täielikku ebaõnnestumist.

Tootmine.

Integraallülituse valmistamine võib kesta kuni kaks kuud, sest pooljuhi teatud alad peavad olema täpselt legeeritud. Protsessis, mida nimetatakse kristallide kasvatamiseks või kristallide tõmbamiseks, toodetakse esmalt kõrge puhtusastmega räni silindriline plaat. Sellest silindrist lõigatakse plaadid paksusega näiteks 0,5 mm. Vahvel lõigatakse lõpuks sadadeks väikesteks tükkideks, mida nimetatakse kiibideks, millest igaüks muundatakse integraallülituseks allpool kirjeldatud protsessi abil. Kiibi töötlemise protsess algab maskide valmistamisega iga IC kihi jaoks. Valmistatakse suuremahuline šabloon, mis on ruudukujuline, mille pindala on ca. 0,1 m2. Selliste maskide komplekt sisaldab kõiki IC komponente: difusioonitasemeid, ühenduste tasemeid jne. Kogu saadud struktuur vähendatakse fotograafiliselt suurusele. kristalne ja reprodutseeritakse kiht-kihilt klaasplaadil. Ränivahvli pinnale kasvatatakse õhuke kiht ränidioksiidi. Iga plaat on kaetud valgustundliku materjaliga (fotoresist) ja eksponeeritud läbi maskide edastatava valguse. Valgustundliku katte valgustamatud kohad eemaldatakse lahustiga ning teise ränidioksiidi lahustava keemilise reagendi abil söövitatakse viimane nendest kohtadest, kus seda enam valgustundlik kate ei kaitse. Selle põhiprotsessitehnoloogia variatsioone kasutatakse kahte peamist tüüpi transistorstruktuuride valmistamisel: bipolaarne ja väljaefekt (MOS).

Rakendus. Kohalik/globaalne.

Kohalik.

Otse vooluringi projekteerimisel võib integraallülitus täita tohutul hulgal ülesandeid. Nende hulgas võivad olla:

Loogikaelemendid, trigerid, loendurid, registrid, puhvermuundurid, kodeerijad, dekooderid, digitaalsed komparaatorid, multiplekserid, demultiplekserid, liitjad, poolliitjad, võtmed, mikrokontrollerid, (mikro)protsessorid (sh arvutite protsessorid), ühekiibilised mikroarvutid, mikroskeemid ja mälumoodulid, FPGA-d (programmeeritavad loogilised integraallülitused).

Globaalne.

Mikroprotsessorid ja miniarvutid. Esmakordselt 1971. aastal avalikult tutvustatud mikroprotsessorid täitsid enamiku arvuti põhifunktsioonidest ühel räni IC-l, mis oli realiseeritud 5x5 mm kiibil. Tänu integraallülitustele sai võimalik loomine miniarvutid - väikesed arvutid, kus kõik funktsioonid täidetakse ühel või mitmel suurel integraallülitusel. See muljetavaldav miniaturiseerimine on toonud kaasa andmetöötluse kulude järsu vähenemise. Praegu toodetavad miniarvutid, mille hind on alla 1000 dollari, on sama võimsad kui esimesed väga suured arvutid, mis maksid 1960. aastate alguses kuni 20 miljonit dollarit. Mikroprotsessoreid kasutatakse sideseadmetes, taskukalkulaatorites ja käekellades. kellad, telekanalite valijad , elektroonilised mängud, automatiseeritud köögi- ja pangaseadmed, automaatne kütusekontroll ja heitgaaside järeltöötlus sõiduautodes, samuti palju muid seadmeid. Suurem osa ülemaailmsest elektroonikatööstusest, mille käive ületab 795 miljardit rubla, sõltub nii või teisiti integraallülitustest. Kogu maailmas kasutatakse integraallülitusi seadmetes, mille kogumaksumus ulatub sadadesse miljarditesse rubladesse.

Kirjandus.

Meizda F. Integraallülitused: tehnoloogia ja rakendused. M., 1981 Zi S. Pooljuhtseadiste füüsika. M., 1984 VLSI tehnoloogia. M., 1986 Maller R., Keimin S. Integraallülituste elemendid. M., 1989 Shur M.S. Füüsika pooljuhtseadmed. M., 1992

Esimesed integraallülitused

Pühendatud ametliku kuupäeva 50. aastapäevale

B. Malaševitš

12.09.1958 ettevõtte töötaja Texase instrumendid(TI) Jack Kilby demonstreeris juhtkonnale kolme kummalist seadet – kahest 11,1 x 1,6 mm suurusest ränitükist valmistatud seadmeid, mis on klaasalusel kokku liimitud mesilasvahaga (joonis 1). Need olid kolmemõõtmelised maketid - generaatori integraallülituse (IC) prototüübid, mis tõestasid võimalust valmistada kõik vooluahela elemendid ühel pooljuhtmaterjalil. Seda kuupäeva tähistatakse elektroonika ajaloos kui integraallülituste sünnipäeva. Aga kas on?

Riis. 1. J. Kilby esimese IP paigutus. Foto saidilt http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1958-Miniaturized.html

1950. aastate lõpuks koostetehnoloogia raadioelektroonilised seadmed(REA) diskreetsetest elementidest on oma võimalused ammendanud. Maailm oli jõudnud REA ägedasse kriisi, vaja oli radikaalseid meetmeid. Selleks ajaks olid USA-s ja NSV Liidus juba tööstuslikult omandatud integreeritud tehnoloogiad nii pooljuhtseadmete kui ka paksu- ja õhukesekileliste keraamiliste trükkplaatide tootmiseks, st eeldused sellest kriisist ülesaamiseks mitmeelemendilise loomisega olid küpsed. standardtooted - integraallülitused.

Integraallülitused (kiibid, IC-d) hõlmavad erineva keerukusega elektroonikaseadmeid, milles kõik sarnased elemendid valmistatakse üheaegselt ühes tehnoloogilises tsüklis, s.o. integreeritud tehnoloogia abil. Erinevalt trükkplaatidest (milles kõik ühendusjuhid valmistatakse samaaegselt integreeritud tehnoloogia abil ühes tsüklis) moodustatakse IC-des sarnaselt takistid, kondensaatorid ja (pooljuhtide IC-des) dioodid ja transistorid. Lisaks toodetakse korraga palju IC-sid, kümnetest tuhandeteni.

Tööstus arendab ja toodab IC-sid seeriatena, mis ühendab mitmeid erinevatel funktsionaalsetel eesmärkidel kasutatavaid mikroskeeme, mis on mõeldud ühiseks kasutamiseks elektroonikaseadmetes. Seeria IC-del on standardne disain ja ühtne elektriliste ja muude omaduste süsteem. Tootja tarnib IC-sid erinevatele tarbijatele iseseisvate kaubanduslike toodetena, mis vastavad teatud standardnõuete süsteemile. IC-d on parandamatud tooted, elektroonikaseadmete parandamisel asendatakse rikkis IC-d.

IC-sid on kaks peamist rühma: hübriid ja pooljuht.

Hübriidsetes IC-des (HIC) moodustatakse kõik juhid ja passiivsed elemendid integreeritud tehnoloogia abil mikroskeemi substraadi (tavaliselt keraamilise) pinnale. Aktiivsed elemendid pakendivaba dioodide, transistoride ja pooljuht-IC kristallide kujul paigaldatakse substraadile üksikult, käsitsi või automaatselt.

Pooljuht-IC-des moodustatakse ühendavad, passiivsed ja aktiivsed elemendid ühe tehnoloogilise tsükli käigus pooljuhtmaterjali (tavaliselt räni) pinnal koos selle ruumala osalise invasiooniga difusioonimeetodite abil. Samal ajal valmistatakse ühel pooljuhtplaadil olenevalt seadme keerukusest ning selle kristalli ja vahvli suurusest mitukümmend kuni mitu tuhat IC-d. Tööstus toodab pooljuhtide IC-sid standardsetes pakendites, üksikute kiipide või jagamata vahvlite kujul.

Hübriid- (GIS) ja pooljuhtide IC-de tutvustamine maailma toimus erineval viisil. GIS on mikromoodulite ja keraamiliste plaatide paigaldustehnoloogia evolutsioonilise arengu toode. Seetõttu ilmusid need märkamatuks, puudub GIS-i üldtunnustatud sünniaeg ega üldtunnustatud autor. Pooljuhtide IC-d olid pooljuhttehnoloogia arengu loomulik ja vältimatu tulemus, kuid need nõudsid uute ideede genereerimist ja uue tehnoloogia loomist, millel on oma sünnikuupäevad ja oma autorid. Esimesed hübriid- ja pooljuht-IC-d ilmusid NSV Liidus ja USA-s peaaegu samaaegselt ja üksteisest sõltumatult.

Esimesed hübriid-IC-d

Hübriid-IC-de hulka kuuluvad IC-d, mille tootmisel on ühendatud passiivelementide valmistamise integreeritud tehnoloogia individuaalse (käsitsi või automatiseeritud) tehnoloogiaga aktiivelementide paigaldamiseks ja kokkupanekuks.

Veel 1940. aastate lõpus töötas USA ettevõte Centralab välja paksukilekeraamiliste trükkplaatide valmistamise põhiprintsiibid, mida arendasid seejärel välja teised ettevõtted. Aluseks võeti trükkplaatide ja keraamiliste kondensaatorite valmistamise tehnoloogia. Trükkplaatidelt võtsime integreeritud tehnoloogia ühendusjuhtmete topoloogia moodustamiseks - siiditrükk. Kondensaatoritest - substraadi materjal (keraamika, sageli sitaal), samuti pastade materjalid ja nende aluspinnale fikseerimise termiline tehnoloogia.

Ja 1950. aastate alguses leiutas RCA ettevõte õhukese kiletehnoloogia: pihustades erinevaid materjale vaakumis ja kandes need läbi maski spetsiaalsetele aluspindadele, õppisid nad, kuidas üheaegselt toota mitut miniatuurset kilet, mis ühendavad juhtmeid, takisteid ja kondensaatoreid ühel. keraamiline substraat.

Võrreldes paksukiletehnoloogiaga andis õhukese kile tehnoloogia võimaluse väiksemate topoloogiaelementide täpsemaks valmistamiseks, kuid nõudis keerukamaid ja kallimaid seadmeid. Seadmeid, mis on valmistatud keraamilistel trükkplaatidel, kasutades paksu- või õhukese kile tehnoloogiat, nimetatakse hübriidahelateks. Hübriidahelaid toodeti nende enda toodetud toodete komponentidena; igal tootjal oli oma disain, mõõtmed ja funktsionaalsed eesmärgid; nad ei sisenenud vabaturule ja on seetõttu vähe tuntud.

Hübriidahelad on tunginud ka mikromoodulitesse. Alguses kasutasid nad diskreetseid passiivseid ja aktiivseid miniatuurseid elemente, mida ühendas traditsiooniline trükitud juhtmestik. Montaažitehnoloogia oli keeruline, suure osa käsitsitööst. Seetõttu olid mikromoodulid väga kallid ja nende kasutamine piirdus pardaseadmetega. Siis kasutati paksukile miniatuurseid keraamilisi salle. Järgmisena hakati takisteid tootma paksukiletehnoloogia abil. Kuid kasutatud dioodid ja transistorid olid siiski diskreetsed, eraldi pakendatud.

Mikromoodulist sai hübriid-integraallülitus hetkel, mil selles kasutati pakendamata transistore ja dioode ning konstruktsioon tihendati ühisesse korpusesse. See võimaldas oluliselt automatiseerida nende kokkupanemise protsessi, järsult alandada hindu ja laiendada rakendusala. Lähtuvalt passiivelementide moodustamise meetodist eristatakse paksu- ja õhukesekilelist GIS-i.

Esimene GIS NSV Liidus

Esimesed GIS-id (Kvant-tüüpi moodulid, hiljem IS-seeria 116) töötati välja 1963. aastal NIIRE-s (hiljem Leninets, Leningrad) ja samal aastal alustas seeriatootmist ka selle piloottehas. Nendes GIS-is kasutati aktiivsete elementidena pooljuht-IC-sid “R12-2”, mille töötas välja 1962. aastal Riia pooljuhtseadmete tehas. Nende IC-de loomise ajaloo ja nende omaduste lahutamatuse tõttu käsitleme neid koos P12-2-le pühendatud jaotises.

Kahtlemata olid Kvanti moodulid GIS-i maailmas esimesed kahetasandilise integratsiooniga – neis kasutati aktiivsete elementidena pigem pooljuht-IC-sid kui diskreetseid pakitud transistore. Tõenäoliselt olid need ka esimesed GIS-i maailmas – struktuurselt ja funktsionaalselt terviklikud mitmeelemendilised tooted, mida tarniti tarbijale iseseisva kommertstootena. Varaseimad välismaised sarnased tooted, mille autor tuvastas, on allpool kirjeldatud IBM Corporationi SLT moodulid, kuid need avalikustati järgmisel, 1964. aastal.

Esimene GIS USA-s

Pakskilega GIS-i ilmumisest uue IBM System /360 arvuti põhielemendibaasina teatas IBM esmakordselt 1964. aastal. Näib, et see oli esimene GIS-i kasutamine väljaspool NSV Liitu, varasemaid näiteid autor ei leidnud. .

Spetsialistide ringkondades juba sel ajal tuntud pooljuhtide IC-seeria “Micrologic” firmalt Fairchild ja “SN-51” firmalt TI (nendest räägime allpool) olid endiselt kättesaamatult haruldased ja kommertsrakenduste jaoks, nagu näiteks seadmete ehitamine, üle jõu kulukad. suur arvuti. Seetõttu töötas IBM korporatsioon, võttes aluseks lameda mikromooduli disaini, välja oma paksukile GIS-i seeria, mis kuulutati välja üldnimetuse all (erinevalt mikromoodulitest) - "SLT-moodulid" (Solid Logic Technology - tahke). loogikatehnoloogia. Tavaliselt tõlgitakse sõna "solid" vene keelde kui "solid", mis on täiesti ebaloogiline. Tõepoolest, IBM võttis termini "SLT moodulid" kasutusele erinevalt terminist "mikromoodul" ja see peaks kajastama nende erinevust. Kuid mõlemad moodulid on “solid”, st see tõlge ei ole Sõnal “solid” on ka teisi tähendusi – “solid”, “whole”, mis rõhutavad edukalt erinevust “SLT-moodulite” ja “mikromoodulite” vahel – SLT-moodulid on jagamatud, parandamatu, st "terviklik." Me ei kasutanud üldtunnustatud tõlget vene keelde: Solid Logic Technology - tahke loogika tehnoloogia).

SLT-moodul oli pooletolline ruudukujuline keraamiline paksukile mikroplaat, millesse pressitud vertikaalsed tihvtid. Selle pinnale kanti siiditrüki abil ühendusjuhid ja takistid (vastavalt realiseeritava seadme skeemile) ning paigaldati pakendamata transistorid. Vajadusel paigaldati SLT mooduli kõrvale seadmeplaadile kondensaatorid. Kuigi väliselt peaaegu identsed (mikromoodulid on veidi kõrgemad, joon. 2.), erinesid SLT moodulid lamedast mikromoodulitest suurema elementide tiheduse, väikese energiatarbimise, suure jõudluse ja töökindluse poolest. Lisaks oli SLT-tehnoloogiat üsna lihtne automatiseerida, mistõttu sai neid kommertsseadmetes kasutamiseks piisavalt madala hinnaga toota tohututes kogustes. See on täpselt see, mida IBM vajas. Ettevõte ehitas New Yorgi lähedal East Fishkilli SLT-moodulite tootmiseks automatiseeritud tehase, millest toodeti neid miljoneid eksemplare.

Riis. 2. NSVL mikromoodul ja SLT moodul f. IBM. Foto STL saidilt http://infolab.stanford.edu/pub/voy/museum/pictures/display/3-1.htm

Pärast IBM-i hakkasid GIS-i tootma ka teised ettevõtted, mille jaoks GIS-ist sai kommertstoode. IBMi lamedate mikromoodulite ja SLT-moodulite standardkujundus on muutunud üheks hübriid-IC-de standardiks.

Esimesed pooljuhtide IC-d

1950. aastate lõpuks oli tööstusel kõik võimalused toota odavaid elektroonikaseadmete elemente. Aga kui transistorid või dioodid olid valmistatud germaaniumist ja ränist, siis takistid ja kondensaatorid muudest materjalidest. Paljud uskusid siis, et hübriidahelate loomisel ei teki probleeme nende eraldi toodetud elementide kokkupanemisega. Ja kui on võimalik toota kõiki standardse suuruse ja kujuga elemente ning seeläbi automatiseerida montaažiprotsessi, siis väheneb oluliselt seadmete maksumus. Sellistele arutlustele tuginedes pidasid hübriidtehnoloogia pooldajad seda mikroelektroonika üldiseks arengusuunaks.

Kuid mitte kõik ei jaganud seda arvamust. Fakt on see, et juba selleks perioodiks loodud mesatransistorid ja eriti tasapinnalised transistorid kohandati grupitöötluseks, mille käigus viidi läbi samaaegselt mitmeid toiminguid paljude transistoride valmistamiseks ühel substraadiplaadil. See tähendab, et ühele pooljuhtplaadile valmistati korraga palju transistore. Seejärel lõigati plaat üksikuteks transistoriteks, mis asetati üksikjuhtumitesse. Ja siis ühendas riistvaratootja transistorid ühele trükkplaadile. Oli inimesi, kes pidasid seda lähenemist naeruväärseks – milleks eraldada transistorid ja siis uuesti ühendada. Kas neid on võimalik kohe kombineerida pooljuhtplaadil? Samal ajal vabanege mitmest keerulisest ja kulukast operatsioonist! Need inimesed mõtlesid välja pooljuhtide IC-d.

Idee on äärmiselt lihtne ja täiesti ilmne. Kuid nagu sageli juhtub, alles pärast seda, kui keegi sellest esimest korda teatas ja tõestas. Täpselt tõestatud, lihtsalt kuulutage sageli, nagu on sel juhul, mõnikord sellest ei piisa. IC idee kuulutati välja 1952. aastal, enne pooljuhtseadmete tootmise rühmameetodite tulekut. Peal aastakonverents Washingtonis toimunud elektrooniliste komponentide teemal esitas Malvernis asuva Briti kuningliku radaribüroo töötaja Jeffrey Dummer aruande radariseadmete komponentide töökindluse kohta. Aruandes tegi ta prohvetliku avalduse: " Transistori tulekuga ja tööga pooljuhttehnoloogia valdkonnas on üldiselt võimalik ette kujutada elektroonikaseadmeid tahke ploki kujul, mis ei sisalda ühendusjuhtmeid. Seade võib koosneda isoleerivate, juhtivate, alaldavate ja tugevdavate materjalide kihtidest, millest teatud alad on välja lõigatud, et need saaksid vahetult täita elektrilisi funktsioone.. Kuid see prognoos jäi ekspertidele märkamatuks. Neile meenus see alles pärast esimeste pooljuht-IC-de ilmumist, see tähendab pärast kaua avalikustatud idee praktilist tõestamist. Keegi pidi olema esimene, kes pooljuhtide IC idee uuesti leiutas ja ellu viima hakkab.

Nagu transistori puhul, olid ka pooljuht-IC-de üldtunnustatud loojatel enam-vähem edukad eelkäijad. Dammer ise tegi katse oma ideed 1956. aastal realiseerida, kuid ebaõnnestus. 1953. aastal sai Harvick Johnson RCA-st patendi ühe kiibiga ostsillaatorile ja 1958. aastal kuulutas koos Torkel Wallmarkiga välja "pooljuhtintegreeritud seadme" kontseptsiooni. 1956. aastal valmistas Bell Labsi töötaja Ross kahendloenduri ahela, mis põhineb n-p-n-p alusel struktuurid ühes monokristallis. 1957. aastal Yasuro Taru alates Jaapani firma MITI sai patendi erinevate transistoride kombineerimiseks ühes kiibis. Kuid kõik need ja muud sarnased arendused olid eraviisilised, tootmisse ei viidud ega saanud integreeritud elektroonika arendamise aluseks. IP arendus sisse tööstuslik tootmine Oma panuse andis vaid kolm projekti.

Õnnelikud olid juba mainitud Jack Kilby Texas Instrumentsist (TI), Robert Noyce Fairchildist (mõlemad USA-st) ja Juri Valentinovitš Osokin Riga Semiconductor Device Plant (NSVL) disainibüroost. Ameeriklased lõid integraallülituste eksperimentaalsed näidised: J. Kilby - IC-generaatori prototüüp (1958) ja seejärel mesatransistoride päästik (1961), R. Noyce - tasapinnatehnoloogiat kasutav päästik (1961) ja Yu. Osokin – loogiline IC “2NOT-OR” läks Saksamaal kohe masstootmisse (1962). Need ettevõtted alustasid IP seeriatootmist peaaegu samaaegselt, 1962. aastal.

Esimesed pooljuhtide IC-d USA-s

IP autor Jack Kilby. IS seeria SN - 51"

1958. aastal J. Kilby (transistoride kasutamise pioneer aastal kuuldeaparaadid) kolis Texas Instrumentsi. Uustulnuk Kilby kui vooluringi projekteerija "visati" rakettide mikromooduli täitmise täiustamisse, luues mikromoodulitele alternatiivi. Kaaluti võimalust panna klotsid kokku standardkujulistest osadest sarnaselt LEGO figuuridest mänguasjamudelite kokkupanemisele. Kilbyt paelus aga hoopis midagi muud. Otsustavat rolli mängis “värske välimuse” efekt: esiteks nentis ta kohe, et mikromoodulid on tupiktee, teiseks jõudis mesa-struktuure imetledes mõttele, et vooluring peaks (ja saab) olla. teostatud ühest materjalist - pooljuhist. Kilby teadis Dummeri ideest ja tema ebaõnnestunud katsest seda ellu viia aastal 1956. Pärast analüüsimist mõistis ta ebaõnnestumise põhjust ja leidis võimaluse sellest üle saada. “ Minu tunnustus seisneb selles, et võtsin selle idee vastu ja viisin selle ellu.”, ütles J. Kilby hiljem oma Nobeli kõnes.

Kuna ta polnud veel välja teeninud õigust lahkuda, töötas ta segamatult laboris, kui kõik puhkasid. 24. juulil 1958 sõnastas Kilby laboriajakirjas kontseptsiooni nimega Monolithic Idea. Selle olemus oli see, et ". ..lülituse elemente nagu takistid, kondensaatorid, hajutatud kondensaatorid ja transistorid saab integreerida ühte kiibi - eeldusel, et need on valmistatud samast materjalist... Flip-flop vooluahela konstruktsioonis peavad kõik elemendid olema valmistatud ränist, takistid kasutavad räni mahutakistust ja kondensaatorid - p-n-siirde mahtuvust". “Monoliidi idee” kohtas Texas Instrumentsi juhtkonnalt allaandvat ja iroonilist suhtumist, mis nõudis pooljuhist transistorite, takistite ja kondensaatorite valmistamise võimalikkuse ja sellistest elementidest kokkupandud vooluahela töövõime tõendamist.

Septembris 1958 realiseeris Kilby oma idee - ta valmistas generaatori kahest germaaniumitükist mõõtmetega 11,1 x 1,6 mm, mis liimiti kokku klaasalusele mesilasvahaga ja sisaldas kahte tüüpi difusioonipiirkondi (joonis 1). Ta kasutas neid alasid ja olemasolevaid kontakte generaatori vooluringi loomiseks, ühendades elemendid peenikeste kuldsete juhtmetega, mille läbimõõt on 100 mikronit, kasutades termokompressioonkeevitust. Ühest piirkonnast loodi mesatransistor ja teisest RC-ahel. Kokkupandud kolme generaatorit demonstreeriti firma juhtkonnale. Kui toide oli ühendatud, hakkasid nad töötama sagedusel 1,3 MHz. See juhtus 12. septembril 1958. aastal. Nädal hiljem valmistas Kilby sarnasel viisil võimendi. Kuid need ei olnud veel integreeritud struktuurid, need olid pooljuhtide IC-de kolmemõõtmelised maketid, mis tõestasid ideed toota kõik vooluahela elemendid ühest materjalist - pooljuhist.

Riis. 3. Päästiku tüüp 502 J. Kilby. Foto saidilt http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1958-Miniaturized.html

Kilby esimene tõeliselt integreeritud lülitus, mis oli valmistatud ühest monoliitsest germaaniumitükist, oli eksperimentaalne tüüp 502 päästik-IC (joonis 3). See kasutas nii germaaniumi mahutakistust kui ka p-n-siirde mahtuvust. Selle esitlus toimus 1959. aasta märtsis. Mitte suur hulk Selliseid IC-sid valmistati laboritingimustes ja müüdi kitsas ringis hinnaga 450 dollarit. IC sisaldas kuut elementi: neli mesa-transistorit ja kaks takistit, mis asetati 1 cm läbimõõduga räniplaadile. Kuid Kilby IC-l oli tõsine puudus - mesatransistorid, mis mikroskoopiliste "aktiivsete" kolonnide kujul kõrgusid ülejäänutest kõrgemal. , kristalli passiivne osa. Mesa kolonnide ühendamine Kilby IS-is viidi läbi peenikeste kuldtraatide keetmise teel - see on kõigi poolt vihkatud “karvane tehnoloogia”. Sai selgeks, et selliste ühendustega ei saa luua suure hulga elementidega mikrolülitust - traadivõrk puruneb või ühendub uuesti. Ja germaaniumi peeti sel ajal juba vähetõotavaks materjaliks. Läbimurret ei toimunud.

Selleks ajaks oli Fairchild välja töötanud tasapinnalise ränitehnoloogia. Seda kõike arvestades pidi Texas Instruments jätma kõrvale kõik, mida Kilby oli teinud, ja asuma ilma Kilbyta välja töötama tasapinnalise räni tehnoloogial põhinevaid IC-sid. 1961. aasta oktoobris teatas ettevõte SN-51 tüüpi IC-de seeria loomisest ning 1962. aastal alustas USA kaitseministeeriumi ja NASA huvides nende masstootmist ja tarnimist.

IP autor Robert Noyce. IS seeriaMikroloogiline”

1957. aastal lahkus tasapinnalise transistori leiutaja W. Shockley mitmel põhjusel kaheksast noorest insenerist koosnevast rühmast, kes soovisid proovida oma ideid ellu viia. "Kaheksa reeturit", nagu Shockley neid nimetas, mille juhid olid R. Noyce ja G. Moore, asutasid ettevõtte Fairchild Semiconductor ("ilus laps"). Firmat juhtis Robert Noyce, ta oli siis 23-aastane.

1958. aasta lõpus töötas ettevõttes Fairchild Semiconductor töötanud füüsik D. Horney välja tasapinnalise tehnoloogia transistoride valmistamiseks. Ja Tšehhi päritolu füüsik Kurt Lehovec, kes töötas ettevõttes Sprague Electric, töötas välja tehnika pöördühendusega n-p-ristmiku kasutamiseks komponentide elektriliseks isoleerimiseks. 1959. aastal otsustas Robert Noyce, kuulnud Kilby IC disainist, proovida luua integraallülitust, kombineerides Horney ja Lehoveci pakutud protsesse. Ja vastastikuste ühenduste "karvase tehnoloogia" asemel pakkus Noyce välja õhukese metallikihi valikulise ladestamise ränidioksiidiga isoleeritud pooljuhtkonstruktsioonide peale, ühendades need elementide kontaktidega läbi isolatsioonikihti jäetud aukude. See võimaldas aktiivsed elemendid pooljuhi korpusesse "sukeldada", isoleerida need ränioksiidiga ja seejärel ühendada need elemendid alumiiniumist või kullast pihustatud rööbastega, mis on loodud fotolitograafia, metalliseerimise ja söövitamise protsesside abil. toote valmistamise viimane etapp. Nii saadi tõeliselt "monoliitne" versioon komponentide ühendamisest üheks vooluringiks ja uut tehnoloogiat nimetati "tasapinnaliseks". Kuid kõigepealt tuli idee katsetada.

Riis. 4. R. Noyce'i eksperimentaalne päästik. Foto saidilt http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1960-FirstIC.html

Riis. 5. Micrologic IC foto ajakirjas Life. Foto saidilt http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1960-FirstIC.html

1959. aasta augustis tellis R. Noyce Joy Lastilt tasapinnalise tehnoloogial põhineva IC versiooni väljatöötamise. Esiteks valmistasid nad sarnaselt Kilbyle mitmele ränikristallile päästiku prototüübi, millele valmistati 4 transistorit ja 5 takistit. Seejärel, 26. mail 1960, valmistati esimene ühekiibiline päästik. Selles sisalduvate elementide isoleerimiseks tagakülg Räniplaadile sööviti sügavad epoksüvaiguga täidetud sooned. 27. septembril 1960 valmistati päästiku kolmas versioon (joonis 4), milles elemendid eraldati tagurpidi ühendatud p-n-siirde abil.

Kuni selle ajani tegeles Fairchild Semiconductor ainult transistoridega; tal ei olnud pooljuhtide IC-de loomiseks vooluahela kujundajaid. Seetõttu kutsuti Sperry Gyroscope’ist vooluringi kujundajaks Robert Norman. Norman oli tuttav takisti-transistori loogikaga, mille ettevõte tema ettepanekul valis oma tulevase Micrologic seeria IC-de aluseks, mis leidis oma esimese rakenduse Minutemani raketi varustuses. 1961. aasta märtsis kuulutas Fairchild välja selle seeria esimese prototüübi IC (F-flip-flop, mis sisaldab kuut elementi: neli bipolaarne transistor ja kaks takistit, mis asetatakse 1 cm läbimõõduga plaadile) koos selle foto (joonis 5) avaldamisega ajakirjas Elu(kuupäev 10. märts 1961). Oktoobris kuulutati välja veel 5 IP-d. Ja 1962. aasta algusest käivitas Fairchild IC-de masstootmise ja nende tarnimise ka USA kaitseministeeriumi ja NASA huvides.

Kilby ja Noyce pidid oma uuenduste kohta palju kriitikat kuulama. Usuti, et sobivate integraallülituste praktiline tootlus on väga väike. On selge, et see peaks olema madalam kui transistoridel (kuna see sisaldab mitut transistorit), mille puhul see ei olnud siis kõrgem kui 15%. Teiseks uskusid paljud, et integraallülitustes kasutati sobimatuid materjale, kuna takisteid ja kondensaatoreid tollal pooljuhtidest ei valmistatud. Kolmandaks ei saanud paljud IP-i parandamatuse ideega nõustuda. Neile tundus jumalateotus visata ära toode, mille paljudest elementidest oli ebaõnnestunud vaid üks. Kõik kahtlused heideti järk-järgult kõrvale, kui integraallülitusi hakati edukalt kasutama sõjaväes ja kosmoseprogrammid USA.

Fairchild Semiconductori üks asutajatest G. Moore sõnastas räni mikroelektroonika arengu põhiseaduse, mille kohaselt iga aastaga kahekordistus transistoride arv integraallülituse kristallis. See seadus, mida kutsuti Moore'i seaduseks, toimis üsna selgelt esimesed 15 aastat (alates 1959. aastast) ja seejärel toimus see kahekordistumine umbes pooleteise aastaga.

Lisaks hakkas IP-tööstus Ameerika Ühendriikides kiiresti arenema. USA-s algas laviinilaadne üksnes „tasapinnalisele“ orienteeritud ettevõtete tekkeprotsess, mis mõnikord jõudis selleni, et nädalas registreeriti kümmekond ettevõtet. Püüdledes veteranide poole (W. Shockley ja R. Noyce'i ettevõtted), aga ka tänu maksusoodustustele ja Stanfordi ülikooli pakutavatele teenustele koondusid "uustulnukad" peamiselt Santa Clara orus (California). Seetõttu pole üllatav, et 1971. aastal tuli ajakirjaniku ja tehniliste uuenduste populariseerija Don Hofleri kerge käega käibele romantilis-tehnoloogiline kuvand “Silicon Valley”, mis sai igaveseks pooljuhtide tehnoloogilise revolutsiooni Meka sünonüümiks. Muide, selles piirkonnas on tõesti org, mis oli varem kuulus oma arvukate aprikoosi-, kirsi- ja ploomiaedade poolest, millel enne Shockley ettevõtte ilmumist oli teine, meeldivam nimi - Südamerõõmu org, nüüd kahjuks , peaaegu unustatud.

1962. aastal alustati USA-s integraallülituste masstootmist, kuigi nende tarnemaht klientidele ulatus vaid mõne tuhandeni. Instrumendivalmistamise ja elektroonikatööstuse uutel alustel arendamiseks oli tugevaim stiimul raketi- ja kosmosetehnoloogia. USA-l ei olnud siis sama võimsaid mandritevahelisi ballistilisi rakette kui Nõukogude Liidu omadel ning laengu suurendamiseks olid nad sunnitud kandja massi, sealhulgas juhtimissüsteeme, minimeerima, võttes kasutusele uusimad edusammud elektroonikatehnoloogias. . Texas Instrument ja Fairchild Semiconductor on sõlminud suured lepingud integraallülituste projekteerimiseks ja tootmiseks USA kaitseministeeriumi ja NASA-ga.

Esimesed pooljuhtide IC-d NSV Liidus

1950. aastate lõpuks oli Nõukogude tööstus pooljuhtdioodide ja transistorite järele nii meeleheitel, et vaja oli radikaalseid meetmeid. 1959. aastal asutati pooljuhtseadmete tehased Aleksandrovis, Brjanskis, Voronežis, Riias jm. 1961. aasta jaanuaris võtsid NLKP Keskkomitee ja NSVL Ministrite Nõukogu vastu järjekordse resolutsiooni “Pooljuhtide tööstuse arendamise kohta”, mis nägi ette tehaste ja uurimisinstituutide ehitamine Kiievis, Minskis, Jerevanis, Naltšikis ja teistes linnades.

Meid huvitab üks uutest tehastest - ülalmainitud Riga Semiconductor Devices Plant (RZPP, see muutis oma nime mitu korda, lihtsuse mõttes kasutame kuulsaimat, mis töötab tänaseni). Ehitatav kooperatiivtehnikumi hoone pindalaga 5300 m2 eraldati uue tehase stardiplatvormiks ning samal ajal alustati ka erihoone ehitust. 1960. aasta veebruariks oli tehas loonud juba 32 talitust, 11 laborit ja katsetootmine, millega alustati aprillis, et valmistuda esimeste seadmete tootmiseks. Tehases töötas juba 350 inimest, kellest 260 suunati aastal õppima Moskva Teadusliku Uurimise Instituuti-35 (hilisem Pulsari Teadusliku Uurimise Instituuti) ja Leningradi Svetlana tehasesse. Ja 1960. aasta lõpuks ulatus töötajate arv 1900 inimeseni. Esialgu asusid tehnoloogilised liinid kooperatiivse tehnikumi maja ümberehitatud spordihoones ning OKB laborid endistes klassiruumides. Tehas tootis esimesed seadmed (NII-35 välja töötatud sulami difusiooni- ja konversioonigermaaniumi transistorid P-401, P-403, P-601 ja P-602) 9 kuud pärast selle loomise tellimuse allkirjastamist, märtsis 1960. Ja juuli lõpuks valmistas ta esimesed tuhat P-401 transistorit. Seejärel õppis ta paljude teiste transistoride ja dioodide tootmist. 1961. aasta juunis lõpetati erihoone ehitus, milles alustati pooljuhtseadmete masstootmist.

Alates 1961. aastast alustati tehases iseseisvate tehnoloogiliste ja arendustöödega, sealhulgas fotolitograafial põhinevate transistoride tootmise mehhaniseerimise ja automatiseerimisega. Selleks töötati välja esimene kodumaine fotoreiiter (fototempel) - installatsioon fotode kombineerimiseks ja kontaktiks printimiseks (arendaja A.S. Gotman). Suurt abi ainulaadsete seadmete rahastamisel ja valmistamisel pakkusid raadiotööstuse ministeeriumi ettevõtted, sealhulgas KB-1 (hiljem MTÜ Almaz, Moskva) ja NIIRE. Sel ajal otsisid kõige aktiivsemad väikesemahuliste raadioseadmete arendajad, kellel polnud oma tehnoloogilist pooljuhtide baasi, võimalusi, kuidas vastloodud pooljuhtidetehastega loominguliselt suhelda.

RZPP-s tehti aktiivne töö P401 ja P403 tüüpi germaaniumtransistoride tootmise automatiseerimiseks tehase loodud Ausma tootmisliinil. Selle peadisainer (GC) A.S. Gottman tegi ettepaneku teha germaaniumi pinnale voolu kandvad teed transistori elektroodidest kristalli perifeeriasse, et oleks lihtsam korpuses transistori juhtmeid keevitada. Kuid mis kõige tähtsam, neid radasid sai kasutada transistori väliste klemmidena, kui need monteeriti plaatideks (mis sisaldavad ühendus- ja passiivseid elemente) ilma pakendamata, jootes need otse vastavatele kontaktipadjadele (tegelikult oli hübriid-IC-de loomise tehnoloogia). pakutud). Kavandatud meetod, mille puhul kristalli voolu kandvad teed näivad suudlevat tahvli kontaktpatju, sai esialgse nime - "suudlustehnoloogia". Kuid mitmete probleemide tõttu, mis siis osutusid lahendamatuks tehnoloogilised probleemid, mis on peamiselt seotud trükkplaadi kontaktide saamise täpsusega seotud probleemidega, ei olnud "suudlustehnoloogiat" võimalik praktiliselt rakendada. Mõni aasta hiljem viidi sarnane idee ellu USA-s ja NSV Liidus ning leidis laialdast rakendust niinimetatud "pallijuhtmete" ja "chip-to-board" tehnoloogias.

RZPP-ga koostööd tegevad riistvarafirmad, sealhulgas NIIRE, lootsid aga “suudlustehnoloogiale” ja kavandasid selle kasutamist. 1962. aasta kevadel, kui selgus, et selle rakendamine lükkus määramata ajaks edasi, hakkas NIIRE peainsener V.I. Smirnov küsis RZPP S.A direktorilt. Bergman leidis teise võimaluse mitmeelemendilise 2NOR-ahela rakendamiseks, mis on universaalne digiseadmete ehitamiseks.

Riis. 7. IC R12-2 (1LB021) ekvivalentne ahel. Joonis 1965. aasta intellektuaalomandi prospektist.

Juri Osokini esimene IS ja GIS. Kindel skeem R12-2(IS-seeria 102 Ja 116 )

RZPP direktor usaldas selle ülesande noorele insenerile Juri Valentinovitš Osokinile. Korraldasime osakonna, mis koosnes tehnoloogialaborist, fotomaskide väljatöötamise ja tootmise laborist, mõõtelaborist ja katsetootmisliinist. Sel ajal tarniti RZPP-le germaaniumdioodide ja transistoride valmistamise tehnoloogia ning see võeti aluseks. uus arendus. Ja juba 1962. aasta sügisel saadi germaaniumi tahke vooluringi 2NOT-OR esimesed prototüübid (kuna mõistet IS siis veel ei eksisteerinud, säilitame austusest tolleaegsete asjade vastu nimetuse "kõva vooluring"). - TS), mis sai tehasetähise "P12-2". Säilinud on 1965. aastast pärit reklaamvoldik P12-2 peal (joon. 6), mille infot ja illustratsioone kasutame. TS R12-2 sisaldas kahte germaaniumi p - n - p -transistorit (modifitseeritud transistorid tüüpi P401 ja P403), millel oli ühine koormus hajutatud germaaniumist p-tüüpi takisti kujul (joonis 7).

Riis. 8. IC R12-2 struktuur. Joonis 1965. aasta intellektuaalomandi prospektist.

Riis. 9. Sõiduki R12-2 mõõtjoonis. Joonis 1965. aasta intellektuaalomandi prospektist.

Välised juhtmed moodustatakse termokompressioonkeevitamise teel TC-struktuuri germaaniumipiirkondade ja juhtjuhtide kulla vahel. See tagab ahelate stabiilse töö välismõjude all troopilistes ja mereudu tingimustes, mis on eriti oluline töötamiseks mereväe kvaasielektroonilistes automaatsetes telefonikeskjaamades, mida toodab ka sellest arengust huvitatud Riia VEF tehases.

Struktuuriliselt valmistati R12-2 TS (ja sellele järgnev R12-5) "tahvelarvuti" kujul (joonis 9) ümmargusest metalltopsist, mille läbimõõt on 3 mm ja kõrgus 0,8 mm. Sinna pandi TC-kristall ja täideti polümeerseguga, millest tulid kristalli külge keevitatud pehmest kuldtraadist läbimõõduga 50-mikronilise läbimõõduga juhtmete lühikesed välisotsad. P12-2 mass ei ületanud 25 mg. Selles konstruktsioonis olid sõidukid vastupidavad suhtelisele niiskusele 80% ümbritseva õhu temperatuuril 40 ° C ja tsüklilistele temperatuurimuutustele -60 ° C kuni 60 ° C.

1962. aasta lõpuks toodeti RZPP piloottoodanguna umbes 5 tuhat R12-2 sõidukit ja 1963. aastal valmistati neid mitukümmend tuhat. Nii sai 1962. aastast USA ja NSV Liidu mikroelektroonikatööstuse sünniaasta.

Riis. 10. Rühmad TS R12-2

Riis. 11. R12-2 elektrilised põhiomadused

Pooljuhttehnoloogia oli siis lapsekingades ega taganud veel parameetrite ranget korratavust. Seetõttu sorteeriti töötavad seadmed parameetrite rühmadesse (seda tehakse meie ajal sageli). Sama tegid ka Riia elanikud, kes paigaldasid R12-2 sõidukile 8 standardreitingut (joonis 10). Kõik muud elektrilised ja muud omadused on kõigi standardväärtuste puhul samad (joonis 11).

TS R12-2 tootmine algas samaaegselt teadus- ja arendustegevusega “Hardness”, mis lõppes 1964. aastal (GK Yu.V. Osokin). Selle töö raames töötati välja täiustatud rühmatehnoloogia germaaniumisõidukite seeriatootmiseks, mis põhineb fotolitograafial ja sulamite galvaanilisel sadestamisel fotomaski kaudu. Selle peamised tehnilised lahendused on Yu.V. Osokini leiutisena registreerinud. ja Mihhalovitš D.L. (A.S. nr 36845). Salastatud ajakirjas Spetsradioelectronics avaldati Yu.V. mitmed artiklid. Osokina koostöös KB-1 spetsialistidega I.V. Mitte midagi, G.G. Smolko ja Yu.E. Naumov koos R12-2 sõiduki (ja sellele järgneva R12-5 sõiduki) konstruktsiooni ja omaduste kirjeldusega.

P12-2 disain oli kõiges hea, välja arvatud üks asi - tarbijad ei teadnud, kuidas kasutada nii väikseid, kõige peenemate juhtmetega tooteid. Riistvarafirmadel polnud selleks reeglina ei tehnoloogiat ega varustust. Kogu R12-2 ja R12-5 tootmisperioodi jooksul õppisid nende kasutamist NIIRE, raadiotööstuse ministeeriumi Žigulevski raadiotehas, VEF, NIIP (alates 1978. aastast NPO Radiopribor) ja mõned teised ettevõtted. Mõistes probleemi, mõtlesid TS-i arendajad koos NIIRE-ga kohe teisele disainitasemele, mis samal ajal suurendas seadmete paigutuse tihedust.

Riis. 12. 4 sõiduki moodul R12-2

1963. aastal töötati NIIRE-s Kvanti projekteerimis- ja arendustöö (GK A.N. Pelipenko, E.M. Ljahhovitši osalusel) raames välja mooduldisain, mis ühendas neli R12-2 sõidukit (joonis 12). Kaks kuni neli R12-2 seadet (korpuses) asetati õhukesest klaaskiust mikroplaadile, mis ühiselt realiseeris teatud funktsionaalse üksuse. Tahvlile suruti kuni 17 tihvti (arv oli konkreetse mooduli puhul erinev) pikkusega 4 mm. Mikrotahvel asetati tembeldatud metalltopsi mõõtmetega 21,6 ? 6,6 mm ja 3,1 mm sügavusega ning täidetud polümeerseguga. Tulemuseks on elementide topelttihendiga hübriid-integraallülitus (HIC). Ja nagu me juba ütlesime, oli see maailma esimene kahetasandilise integratsiooniga GIS ja võib-olla üldse esimene GIS. Töötati välja kaheksa tüüpi mooduleid üldnimetusega “Quantum”, mis täitsid erinevaid loogilisi funktsioone. Selliste moodulite osana jäid R12-2 sõidukid töötama, kui nad puutusid kokku pideva kiirendusega kuni 150 g ja vibratsioonikoormusega sagedusvahemikus 5–2000 Hz kiirendusega kuni 15 g.

Kvant-moodulid toodeti esmalt NIIRE piloottootmise teel ja seejärel viidi need üle NSVL Raadiotööstuse Ministeeriumi Žigulevski Raadiotehasesse, mis tarnis neid erinevatele tarbijatele, sealhulgas VEF-i tehasele.

TS R12-2 ja nendel põhinevad moodulid “Kvant” on end hästi tõestanud ja laialdaselt kasutusel. 1968. aastal anti välja standard, millega kehtestati riigis ühtne integraallülituste tähistamise süsteem, ja 1969. aastal - Üldine tehnilised kirjeldused pooljuht- (NP0.073.004TU) ja hübriid- (NP0.073.003TU) IC-dele, millel on ühtne nõuete süsteem. Nende nõuete kohaselt kinnitas integraallülituste kasutamise keskbüroo (TsBPIMS, hiljem CDB Dayton, Zelenograd) 6. veebruaril 1969 sõiduki uued tehnilised kirjeldused ShT3.369.001-1TU. Samal ajal ilmus toote nimetuses esimest korda seeria 102 termin "integraallülitus". TS R12-2 hakati nimetama IS: 1LB021V, 1LB021G, 1LB021Zh, 1LB021I. Tegelikult oli see üks IC, mis oli sorteeritud nelja rühma vastavalt väljundpingele ja kandevõimele.

Riis. 13. 116 ja 117 seeria IC-d

Ja 19. septembril 1970 kiitis TsBPIMS heaks Kvanti moodulite tehnilised spetsifikatsioonid AB0.308.014TU, tähistusega IS seeria 116 (joonis 13). Seeriasse kuulus üheksa IC-d: 1ХЛ161, 1ХЛ162 ja 1ХЛ163 – multifunktsionaalsed digitaalsed lülitused; 1LE161 ja 1LE162 – kaks ja neli loogilist elementi 2NOR; 1TP161 ja 1TP1162 – üks ja kaks päästikut; 1UP161 – võimsusvõimendi, samuti 1LP161 – loogika element"keeld" 4 sisendil ja 4 väljundil. Kõigil neil IC-del oli neli kuni seitse disainivalikut, mis erinevad väljundsignaali pinge ja kandevõime poolest, kokku 58 IC-tüübi jaoks. Kavandid märgiti IS-i tähise digitaalse osa järel tähega, näiteks 1ХЛ161ж. Seejärel laienes moodulite valik. 116-seeria IC-d olid tegelikult hübriidsed, kuid RZPP nõudmisel märgistati need pooljuhtideks (nimetuse esimene number on “1”, hübriidsetel peaks olema “2”).

1972. aastal viidi elektroonikatööstuse ministeeriumi ja raadiotööstuse ministeeriumi ühisel otsusel moodulite tootmine Žigulevski raadiotehasest üle RZPP-sse. See välistas võimaluse transportida 102-seeria IC-sid pikkade vahemaade taha, mistõttu nad loobusid vajadusest sulgeda iga IC-d. Selle tulemusena lihtsustati nii 102- kui ka 116-seeria IC-de konstruktsiooni: 102-seeria IC-sid ei olnud vaja pakkida seguga täidetud metalltopsi. Seeria 102 pakendamata IC-d tehnoloogilistes konteinerites tarniti naabertöökotta 116-seeria IC-de kokkupanekuks, paigaldati otse nende mikroplaadile ja suleti mooduli korpusesse.

1970. aastate keskel ilmus IP-tähistussüsteemi uus standard. Pärast seda sai näiteks IS 1LB021V tähise 102LB1V.

Juri Osokini teine ​​IS ja GIS. Kindel skeem R12-5(IS-seeria 103 Ja 117 )

1963. aasta alguseks jõudis kõrgsageduslike n - p - n transistoride väljatöötamisel tehtud tõsise töö tulemusena Yu.V. Osokina on kogunud laialdased kogemused töötamise p-kihtidega originaalsel n-germaaniumplaadil. See ja kõigi vajalike tehnoloogiliste komponentide olemasolu võimaldasid Osokinil 1963. aastal alustada uue tehnoloogia väljatöötamist ja sõiduki kiirema versiooni väljatöötamist. 1964. aastal lõpetati NIIRE tellimusel sõiduki R12-5 ja sellel põhinevate moodulite arendus. Selle tulemuste põhjal avati Palanga R&D 1965. aastal (GK Yu.V. Osokin, tema asetäitja - D.L. Mihhalovitš, valmis 1966. aastal). R12-5-l põhinevad moodulid töötati välja sama teadus- ja arendusprojekti “Kvant” raames, mis R12-2-l põhinevad moodulid. Samaaegselt 102- ja 116-seeria tehniliste kirjeldustega kehtisid 103-seeria IC (R12-5) tehnilised kirjeldused ShT3.369.002-2TU ja 117-seeria IC (moodulid põhinevad 103-seeria IC-l) AV0.308.016TU. heaks kiidetud. TS R12-2, nendel olevate moodulite ja IS-i seeriate 102 ja 116 tüüpide ja standardnimetuste nomenklatuur oli identne vastavalt TS R12-5 ja IS-i seeriate 103 ja 117 nomenklatuuriga. Need erinesid ainult IC-kristalli kiiruse ja tootmistehnoloogia poolest. 117 seeria tüüpiline levimise viivitusaeg oli 55 ns versus 116 seeria 200 ns.

Struktuuriliselt oli R12-5 TS neljakihiline pooljuhtstruktuur (joonis 14), kus n-tüüpi substraat ja p + -tüüpi emitterid olid ühendatud ühise maandussiiniga. Peamised tehnilised lahendused sõiduki R12-5 ehitamiseks on registreeritud Yu.V. Osokini, D.L. Mihhalovitši leiutisena. Kaydalova Zh.A ja Akmensa Ya.P. (A.S. nr 248847). TC R12-5 neljakihilise struktuuri valmistamisel oli oluline oskusteave n-tüüpi p-kihi moodustamine algses germaaniumplaadis. See saavutati tsingi difusiooniga suletud kvartsampullis, kus plaadid asuvad temperatuuril umbes 900 ° C ja tsink asub ampulli teises otsas temperatuuril umbes 500 ° C. Edasine moodustumine TS-i struktuur loodud p-kihis on sarnane P12-2 TS-ga. Uus tehnoloogia võimaldas meil vabaneda TS-kristalli keerulisest kujust. P12-5-ga vahvlid jahvatati ka tagant umbes 150 mikroni paksuseks, säilitades osa algsest vahvlist, ja seejärel kirjutati need üksikuteks ristkülikukujulisteks IC-kiipideks.

Riis. 14. AS nr 248847 kristalli TS R12-5 struktuur. 1 ja 2 – maandus, 3 ja 4 – sisendid, 5 – väljund, 6 – võimsus

Pärast eksperimentaalsete R12-5 sõidukite tootmise esimesi positiivseid tulemusi avati KB-1 tellimusel Mezon-2 uurimisprojekt, mille eesmärk oli luua nelja R12-5-ga sõiduk. 1965. aastal saadi tasapinnalises metallkeraamilises korpuses töönäidised. Kuid P12-5 osutus keeruliseks toota, peamiselt tsingiga legeeritud p-kihi moodustamise raskuse tõttu algsele n-Ge vahvlile. Kristalli tootmine osutus töömahukaks, saagise protsent on madal ja sõiduki maksumus kõrge. Samadel põhjustel toodeti R12-5 TC-d väikestes kogustes ja see ei suutnud välja tõrjuda aeglasemat, kuid tehnoloogiliselt arenenumat R12-2. Ja Mezon-2 uurimisprojekti ei jätkatud üldse, sealhulgas sidumisprobleemide tõttu.

Pulsari uurimisinstituut ja NIIME tegid selleks ajaks juba ulatuslikku tööd tasapinnalise ränitehnoloogia arendamiseks, millel on germaaniumitehnoloogia ees mitmeid eeliseid, millest peamine on kõrgem töötemperatuuri vahemik (+150°C). räni ja +70°C germaaniumi puhul) ja loodusliku räni olemasolu kaitsekile SiO2. Ja RZPP spetsialiseerumine suunati ümber analoog-IC-de loomisele. Seetõttu pidasid RZPP spetsialistid germaaniumitehnoloogia arendamist IC-de tootmiseks sobimatuks. Kuid transistoride ja dioodide tootmisel ei kaotanud germaanium mõnda aega oma positsiooni. Osakonnas Yu.V. Osokin, pärast 1966. aastat töötati välja ja toodeti RZPP germaaniumist tasapinnalisi madala müratasemega mikrolainetransistore GT329, GT341, GT 383 jne. Nende looming pälvis Läti NSV Liidu riikliku preemia.

Rakendus

Riis. 15. Aritmeetiline seade tahkisahela moodulitel. Foto TS brošüürist 1965. aastaga.

Riis. 16. Releele ja sõidukile valmistatud automaatse telefonijaama juhtseadme võrdlusmõõtmed. Foto TS brošüürist 1965. aastaga.

R12-2 TS ja moodulite kliendid ja esimesed tarbijad olid spetsiifiliste süsteemide loojad: Gnome arvuti (joonis 15) Kupoli lennukisüsteemi (NIIRE, GK Lyakhovich E.M.) ning mereväe ja tsiviilotstarbeliste automaatsete telefonijaamade jaoks. (tehas VEF, GK Misulovin L.Ya.). Osales aktiivselt kõigis R12-2, R12-5 sõidukite ja nendel olevate moodulite ning KB-1 loomise etappides, selle koostöö peakuraator KB-1-st oli N.A. Barkanov. Aidati finantseerimisel, seadmete tootmisel, sõidukite ja moodulite uurimisel erinevaid režiime ja töötingimused.

TS R12-2 ja sellel põhinevad “Kvant” moodulid olid esimesed mikroskeemid riigis. Ja maailmas olid nad esimeste seas – alles USA-s hakkasid Texas Instruments ja Fairchild Semiconductor tootma oma esimesi pooljuht-IC-sid ning 1964. aastal hakkas IBM Corporation tootma oma arvutitele paksukilega hübriid-IC-sid. Teistes riikides pole IP-le veel mõelnud. Seetõttu olid integraallülitused avalikkuse jaoks uudishimulikud, nende kasutamise tõhusus jättis silmatorkava mulje ja mängiti reklaamides. Säilinud brošüür R12-2 sõiduki kohta aastast 1965 (tegelike rakenduste põhjal) ütleb: " R12-2 tahkete vooluringide rakendamine pardal arvutusseadmed võimaldab vähendada nende seadmete kaalu ja mõõtmeid 10–20 korda, vähendada energiatarbimist ja suurendada töökindlust. ... Tahkete P12-2 ahelate kasutamine juhtimissüsteemides ja automaatsete telefonijaamade infoedastusteede ümberlülitamine võimaldab vähendada juhtimisseadmete helitugevust ligikaudu 300 korda, samuti oluliselt vähendada elektritarbimist (30-50 korda)". Neid väiteid illustreerisid fotod Gnome arvuti aritmeetilisest seadmest (joonis 15) ja tollal VEFi tehases toodetud releepõhise ATS-riiuli võrdlus tüdruku peopesal oleva väikese klotsiga (joonis 16). . Esimeste Riia IC-de rakendusi oli palju teisigi.

Tootmine

Nüüd on raske taastada terviklikku pilti IC seeriate 102 ja 103 tootmismahtudest aastate lõikes (tänaseks on RZPP muutunud suurest tehasest väiketootmiseks ja paljud arhiivid on kadunud). Kuid Yu.V memuaaride järgi. Osokin, 1960. aastate teisel poolel oli toodang sadu tuhandeid aastas, 1970. aastatel - miljoneid. Tema ellujäämise järgi isiklikud märkmed 1985. aastal toodeti 102 seeria IC-sid - 4 100 000 tk, 116 seeria mooduleid - 1 025 000 tk, 103 seeria IC-sid - 700 000 tk, 117 seeria mooduleid - 175 000 tk.

1989. aasta lõpus asus Yu.V. Toonane Alfa Tootmisühingu peadirektor Osokin pöördus NSV Liidu Ministrite Nõukogu (MIK) alluvuses asuva sõjalis-tööstuskomisjoni (MIC) juhtkonna poole palvega eemaldada seeriad 102, 103, 116 ja 117 tootmisest. nende vananemine ja suur töömahukus (25 aastaga pole mikroelektroonika kaugeltki edasi läinud), kuid sai kategoorilise keeldumise. Sõjaväetööstuskompleksi aseesimees V.L. Koblov ütles talle, et lennukid lendavad usaldusväärselt, asendamine on välistatud. Pärast NSV Liidu lagunemist toodeti IC-seeriaid 102, 103, 116 ja 117 kuni 1990. aastate keskpaigani, s.o üle 30 aasta. Gnome arvutid on endiselt paigaldatud Il-76 ja mõne teise lennuki navigatsioonikabiini. "See on superarvuti," pole meie piloodid hämmingus, kui nende välismaised kolleegid on üllatunud nende huvist selle enneolematu seadme vastu.

Prioriteetide kohta

Vaatamata sellele, et J. Kilbyl ja R. Noyce’il olid eelkäijad, tunnustab maailma üldsus neid kui integraallülituse leiutajaid.

R. Kilby ja J. Noyce esitasid oma firmade kaudu patenditaotlused integraallülituse leiutamiseks. Texas Instruments taotles patenti varem, 1959. aasta veebruaris, ja Fairchild tegi seda alles sama aasta juulis. Kuid patent number 2981877 anti välja 1961. aasta aprillis R. Noyce'ile. J. Kilby kaebas kohtusse ja alles juunis 1964 sai oma patendinumbri 3138743. Seejärel käis kümme aastat sõda prioriteetide pärast, mille tulemusena (harval juhul) “sõprus võitis”. Lõppkokkuvõttes kinnitas apellatsioonikohus Noyce'i nõuet tehnoloogilise ülimuslikkuse kohta, kuid otsustas, et J. Kilbyle tuleks omistada esimese töötava mikrolülituse loomine. Texas Instruments ja Fairchild Semiconductor allkirjastasid ristlitsentsitehnoloogiate lepingu.

NSV Liidus ei andnud leiutiste patenteerimine autoritele muud kui sekeldusi, tühise ühekordse tasu ja moraalse rahulduse, nii mõnigi leiutis jäi üldse registreerimata. Ja ka Osokin ei kiirustanud. Kuid ettevõtete jaoks oli leiutiste arv üks indikaatoreid, nii et need tuli siiski registreerida. Seetõttu said Yu.Osokina ja D.Mihhalovitš NSV Liidu autoritunnistuse nr 36845 sõiduki R12-2 leiutamiseks alles 28. juunil 1966. aastal.

Ja J. Kilbyst sai 2000. aastal üks Nobeli preemia laureaatidest IP leiutamise eest. R. Noyce ei pälvinud ülemaailmset tunnustust, ta suri 1990. aastal ja määruse järgi Nobeli preemiat postuumselt ei anta. Mis antud juhul pole päris õiglane, kuna kogu mikroelektroonika järgis R. Noyce'i alustatud teed. Noyce'i autoriteet spetsialistide seas oli nii kõrge, et ta sai isegi hüüdnime "Silicon Valley linnapea", kuna ta oli siis kõige populaarsem teadlastest, kes töötasid selles California osas, mis sai mitteametliku nime Silicon Valley (V. Shockley kutsuti "Silicon Valley Mooses"). Kuid J. Kilby (“karvane” germaanium) tee osutus ummikuks ja seda ei rakendatud isegi tema ettevõttes. Kuid elu pole alati õiglane.

Nobeli preemia pälvis kolm teadlast. Poole sellest sai 77-aastane Jack Kilby ning teise poole jagas Venemaa Teaduste Akadeemia akadeemik Zhores Alferov ja California ülikooli professor, saksa-ameeriklane Herbert Kremer, sest " kiiroptoelektroonikas kasutatavate pooljuhtide heterostruktuuride arendamine.

Neid töid hinnates märkisid eksperdid, et "integraallülitused on loomulikult sajandi avastus, millel on olnud suur mõju ühiskonnale ja maailmamajandusele." Unustatud J. Kilby jaoks oli Nobeli preemia üllatus. Ajakirjale antud intervjuus Eurofüüsika uudised Ta tunnistas: " Toona mõtlesin vaid sellele, mis oleks elektroonika arengu jaoks majanduslikust aspektist oluline. Aga ma ei saanud siis aru, et elektroonikatoodete kulude vähenemine põhjustab elektroonikatehnoloogiate kasvulaviini..

Ja Yu. Osokini töid ei hinda mitte ainult Nobeli komitee. Need on meilgi unustatud, riigi prioriteet mikroelektroonika loomisel pole kaitstud. Ja seda ta kahtlemata oli.

1950. aastatel loodi materiaalne baas mitmeelemendiliste toodete – integraallülituste – moodustamiseks ühes monoliitkristalli või ühe keraamilise substraadiga. Seetõttu pole üllatav, et peaaegu samaaegselt tekkis paljude spetsialistide mõtetes IP idee iseseisvalt. Ja uue idee elluviimise kiirus sõltus autori tehnoloogilistest võimalustest ja tootja huvist, st esimese tarbija olemasolust. Selles osas leidis Yu.Osokin end paremas olukorras kui tema Ameerika kolleegid. Kilby oli TI-s uus, ta pidi isegi selle prototüübi valmistamisega tõestama ettevõtte juhtkonnale monoliitse vooluringi rakendamise põhimõttelist võimalust. Tegelikult taandub J. Kilby roll IP loomisel TI juhtkonna ümberharimisele ja R. Noyce'i provotseerimisele oma kujundusega aktiivselt tegutsema. Kilby leiutis masstootmisse ei läinud. R. Noyce läks oma noores ja veel mitte tugevas seltskonnas looma uut tasapinnalist tehnoloogiat, mis sai tõepoolest aluseks hilisemale mikroelektroonikale, kuid ei andnud kohe autorile järele. Seoses eelnevaga tuli nii neil kui ka nende ettevõtetel kulutada palju vaeva ja aega, et praktiline rakendamine oma ideid seeriavõimeliste IP-de loomiseks. Nende esimesed proovid jäid eksperimentaalseks, kuid teised mikroskeemid, mida nad isegi ei arendanud, läksid masstootmisse. Erinevalt Kilbyst ja Noyce'ist, kes olid tootmisest kaugel, tugines tehaseomanik Yu. Osokin RZPP tööstuslikult väljatöötatud pooljuhttehnoloogiatele ning oli NIIRE ja lähedal asuva VEFi tehase arendamise algataja näol garanteerinud esimeste sõidukite tarbijad. , mis selles töös aitas. Nendel põhjustel läks tema sõiduki esimene versioon kohe katsetootmisse, mis läks sujuvalt üle masstootmisse, mis jätkus pidevalt üle 30 aasta. Seega, alustades TS-i arendamist Kilbyst ja Noyce'ist hiljem, jõudis Yu. Osokin (teadmata sellest võistlusest) neile kiiresti järele. Pealegi pole Yu. Osokini tööd kuidagi seotud ameeriklaste töödega, selle tõestuseks on tema sõiduki ja selles rakendatud lahenduste absoluutne lahknevus Kilby ja Noyce mikroskeemidest. Texas Instruments (mitte Kilby leiutis), Fairchild ja RZPP alustasid oma IC-de tootmist peaaegu samaaegselt, 1962. aastal. See annab täieliku õiguse pidada Yu. Osokini üheks integraallülituse leiutajaks, kes on samaväärne R. Noyce'iga ja rohkem kui J. Kilbyga, ning oleks õiglane jagada osa J. Kilbyle antud Nobeli preemiast Yu-ga. Osokin. Mis puudutab esimese kahetasandilise integratsiooniga GIS-i (ja võib-olla üldse GIS-i) leiutamist, siis siin on A. Pelipenko prioriteet NIIRE-st täiesti vaieldamatu.

Kahjuks ei õnnestunud muuseumidele vajalikke sõidukite ja nende baasil seadmete näidiseid leida. Selliste näidiste või nende fotode eest oleks autor väga tänulik.

Integraallülitus(või lihtsalt integraallülitus) on reeglina suure hulga omavahel ühendatud komponentide (transistorid, dioodid, kondensaatorid, takistid jne) kogum, mis on toodetud ühe tehnoloogilise tsükli jooksul (st samaaegselt) samal kandjal kujundused - substraat- ja teatud teabe teisendamise funktsiooni täitmine.

Mõiste "integraallülitus" (IC) peegeldab üksikute osade - komponentide - ühendamist (integreerimist) struktuurselt ühtseks seadmeks, samuti asjaolu, et selle seadme funktsioonid on üksikute komponentide funktsioonidega võrreldes keerukamad. .

Nimetatakse komponente, mis on osa IP-st ja mida ei saa sellest sõltumatute toodetena eraldada elemendid IP või lahutamatud elemendid. Neil on mõned omadused võrreldes transistoridega jne, mis on valmistatud struktuurselt eraldiseisvate üksustena ja ühendatud vooluahelasse jootmise teel.

Elektroonika areng põhineb elektroonikaseadmete poolt täidetavate funktsioonide pideval komplitseerimisel. Peal teatud etapid uute probleemide lahendamine vanade vahenditega või, nagu öeldakse, vanade vahenditega muutub võimatuks elemendi alus, näiteks kasutades vaakumtorud või diskreetsed transistorid. Elementide baasi muutuse peamised tegurid on: töökindlus, mõõtmed ja kaal, maksumus ja võimsus.

Mikroelektroonikatoodete eripäraks on kõrge aste täidetavate funktsioonide keerukus, mille jaoks luuakse ahelad, milles komponentide arv ulatub miljonitesse. Sellest on selge, et usaldusväärse töö tagamine komponentide käsitsi ühendamisel on võimatu ülesanne. Ainus viis selle lahendamiseks on kvalitatiivselt uute kõrgtehnoloogiate kasutamine.

Integraallülituste tootmiseks kasutatakse rühmatootmise meetodit ja tasapinnaline tehnoloogia.

Grupi meetod tootmine seisneb selles, et esiteks valmistatakse ühel pooljuhtmaterjalist plaadil korraga suur hulk integraallülitusi; teiseks, kui tehnoloogiline protsess võimaldab, töödeldakse samaaegselt kümneid selliseid plaate. Pärast IC tootmistsükli lõpetamist lõigatakse vahvel kahes vastastikku risti olevas suunas üksikuteks kristallideks, millest igaüks esindab IC-d.

Tasapinnaline tehnoloogia- see on tehnoloogilise protsessi korraldus, mille käigus kõik elemendid ja nende komponendid luuakse integraallülituses, moodustades need tasapinna kaudu.

Üks või mitu tehnoloogilist toimingut IC-de valmistamisel koosneb ühendamisest üksikud elemendid vooluringi ja ühendades need spetsiaalsete kontaktplaatidega. Seetõttu on vajalik, et kõigi elementide ja kontaktiplokkide klemmid oleksid samas tasapinnas. Selle võimaluse annab tasapinnaline tehnoloogia.

Lõplik operatsioon - pakendamine- see on IC asetamine korpusesse, kus on IC jalgade ühenduspadjad (joonis 2.20).

Hind Dühte IC-d (üks kiip) saab lihtsustada järgmiselt:

Kus A- IP loomise uurimis- ja arendustöö kulud; IN- tehnoloogiliste seadmete, ruumide jms kulud; KOOS- jooksvad kulud materjalidele, elekter, töötasu, arvestatuna plaadi kohta; Z- toodetud plaatide arv enne tootmispõhivara amortisatsiooni; X- kristallide arv plaadil; Y- sobiva IP ja selle alguses tootmisse pandud koguse suhe.

Lisaks ilmsetele märkustele kulude kohta tuleb märkida järgmist. Suurendama Y See saavutatakse üha kaasaegsema tehnoloogia loomisega, mis on võib-olla kõige keerukam ja puhtaim paljude uusimate tööstusharude seas. Kristallide arvu suurenemine X plaadil saab saavutada kahel viisil: suurendada plaadi suurust ja vähendada üksikute elementide suurust. Arendajad kasutavad neid mõlemaid suundi.

Kokkuvõtteks märgime, et kõik valemis sisalduvad konstandid ei ole konstantsed ega üksteisest sõltuvad, seega on miinimumkulude analüüs tegelikult keeruline ja mitmefaktoriline.

IP klassifikatsioon. IP klassifitseerimist saab teha erinevate kriteeriumide alusel, piirdume siinkohal vaid ühega. Valmistamismeetodi ja sellest tuleneva struktuuri alusel eristatakse kahte põhimõtteliselt erinevat tüüpi integraallülitusi: pooljuht- ja kile.

Pooljuhtide IC on mikroskeem, mille elemendid on valmistatud pooljuhtsubstraadi pinnalähedases kihis (joonis 2.21). Need IC-d moodustavad kaasaegse mikroelektroonika aluse.

Filmi IC on mikroskeem, mille elemendid on valmistatud erinevat tüüpi kilede kujul, mis on sadestatud dielektrilise substraadi pinnale (joonis 2.22). Sõltuvalt kilede pealekandmismeetodist ja nendega seotud paksusest eristatakse neid õhuke film IC (kile paksus kuni 1-2 mikronit) ja paks kile IC (kile paksus 10-20 mikronit ja rohkem). Kuna seni ei võimalda ükski pihustatud kilede kombinatsioon saada aktiivseid elemente nagu transistorid, sisaldavad kile IC-d ainult passiivseid elemente (takistid, kondensaatorid jne). Seetõttu on puhaste kile-IC-de funktsioonid äärmiselt piiratud. Nende piirangute ületamiseks täiendatakse kile IC-d aktiivsete komponentidega (individuaalsed transistorid või IC-d), mis asetatakse samale substraadile ja on ühendatud kileelementidega. Siis saame IC, mida nimetatakse hübriidiks.

Hübriidne IC(või GIS) on mikroskeem, mis on kile passiivsete elementide ja aktiivsete komponentide kombinatsioon, mis paiknevad ühisel dielektrilisel substraadil. Diskreetseid komponente, mis moodustavad hübriid-IC, nimetatakse paigaldatud, rõhutades sellega nende eraldatust ahela kileosa tootmise peamisest tehnoloogilisest tsüklist.

Teist tüüpi "segatud" IC-d, mis ühendavad pooljuhtide ja kilega integreeritud elemente, nimetatakse kombineeritud.

Kombineeritud IP- see on mikroskeem, milles aktiivsed elemendid on valmistatud pooljuhtkristalli pinnalähedases kihis (nagu pooljuht IC) ja passiivsed elemendid kantakse kilede kujul sama kristalli eelisoleeritud pinnale (nagu filmi IC).

Komposiit-IC-d on kasulikud, kui on vaja suuri väärtusi ning takistuste ja mahtuvuse kõrget stabiilsust; neid nõudeid on lihtsam täita kileelementidega kui pooljuhtelementidega.

Igat tüüpi IC-des toimub elementide ühendamine õhukeste metallribade abil, mis on pihustatud või sadestatud aluspinna pinnale ja õigetesse kohtadesse, mis puutuvad kokku ühendatavate elementidega. Nende ühendusribade pealekandmise protsessi nimetatakse metalliseerimine, ja seoste “muster” ise on metallist juhtmestik.

Pooljuhid To uus IP. Praegu eristatakse järgmisi pooljuhtide IC-sid: bipolaarne, MOS (metal-oxide-semiconductor) ja BIMOS. Viimased on kombinatsioon kahest esimesest ja need ühendavad oma positiivsed omadused.

Pooljuhtide IC tehnoloogia põhineb pooljuhtvahvli (räni) dopingul vaheldumisi doonor- ja aktseptorlisanditega, mille tulemusena tekivad pinna alla erinevat tüüpi juhtivusega õhukesed kihid. р-n-üleminekud kihtide piiridel. Takistitena kasutatakse üksikuid kihte ja р-n-üleminekud - dioodi- ja transistorstruktuurides.

Plaadi legeerimine tuleb teha kohapeal, st. eraldi aladel, mida eraldavad üsna suured vahemaad. Kohalik legeerimine toimub spetsiaalsete abil maskid aukudega, mille kaudu lisandiaatomid tungivad soovitud kohtadesse plaadi sisse. Pooljuht-IC-de valmistamisel mängib maski rolli tavaliselt ränidioksiidi SiO 2 kile, mis katab räniplaadi pinda. Selles filmis graveeritakse spetsiaalsete meetoditega vajalik mitmesuguse kujuga aukude komplekt või, nagu öeldakse, vajalikud joonistamine(riis. 2.22). Maskides, eriti oksiidkiles, nimetatakse auke aknad.

Iseloomustame nüüd lühidalt pooljuhtide IC-de komponente (elemente). Bipolaarsete IC-de põhielement on n-p-n-transistor: kogu tehnoloogiline tsükkel on orienteeritud selle tootmisele. Kõik muud elemendid tuleks võimalusel valmistada samaaegselt selle transistoriga, ilma täiendavate tehnoloogiliste toiminguteta.

MIS IC põhielement on MOS-transistor. Ka muude elementide tootmine on kohandatud baastransistori järgi.

Bipolaarse IC elemendid peavad olema ühel või teisel viisil üksteisest isoleeritud, et nad ei suhtleks läbi kiibi.

MOS IC-de elemendid ei vaja üksteisest erilist isolatsiooni, kuna külgnevate MOSFETide vahel puudub interaktsioon. See on MOS IC-de üks peamisi eeliseid võrreldes bipolaarsetega.

Tunnusjoon pooljuhtide IC-d on see, et nende elementide hulgas puuduvad induktiivpoolid ja eriti trafod. Seda seletatakse asjaoluga, et tahkes kehas ei ole veel suudetud kasutada ühtegi füüsikalise nähtuse ekvivalenti elektromagnetiline induktsioon. Seetõttu püütakse IS-i väljatöötamisel rakendada vajalik funktsioon ilma induktiivsust kasutamata, mis on enamikul juhtudel võimalik. Kui induktiivpool või trafo on põhimõtteliselt vajalik, tuleb neid kasutada väliskomponentidena.

Kaasaegsete pooljuhtide IC-de kristallide mõõtmed ulatuvad 20x20 mm 2-ni. Mida suurem on kiibi pindala, seda keerukama, mitmeelemendilisema IC-i saab sellele asetada. Sama kristalli pindalaga saate suurendada elementide arvu, vähendades nende suurust ja nendevahelisi kaugusi.

Tavaliselt iseloomustatakse IS-i funktsionaalset keerukust integratsiooni aste, need. elementide (kõige sagedamini transistoride) arv kiibil. Maksimaalne integratsiooniaste on kiibil 10 b elementi. Integreeritusastme (ja koos sellega IS-i poolt täidetavate funktsioonide keerukuse) suurendamine on mikroelektroonika üks peamisi suundi.

Sest kvantifitseerimine integratsiooniastmed kasutavad tingimuslikku koefitsienti k= log N. Sõltuvalt selle tähendusest nimetatakse interaalskeeme erinevalt:

k ≤ 2 (N ≤ 100) - integraallülitus (IC);

2 ≤ k ≤ 3 (N ≤ 1000) - keskmise integratsiooniastmega integraallülitus (SIS);

3 ≤ k ≤ 5 (N ≤ 10 5) - suur integraallülitus (LSI);
k> 5 (N>10 5) – väga suuremõõtmeline integraallülitus (VLSI).

Allpool on toodud ingliskeelsed sümbolid ja nende selgitused:

IC – integraallülitus;

MSI – keskmise ulatusega integratsioon;

LSI – suuremahuline integratsioon;

VLSI – väga laiaulatuslik integratsioon.

Lisaks integratsiooniastmele kasutavad nad ka sellist näitajat nagu pakkimise tihedus- elementide (kõige sagedamini transistoride) arv kristalli pindalaühiku kohta. See näitaja, mis iseloomustab peamiselt tehnoloogia taset, on praegu 500-1000 elementi / mm 2.

Hübriidsed IC-d. Kile ja seega ka hübriid-IC-d jagunevad olenevalt tootmistehnoloogiast paksuks ja õhukeseks kileks.

Paksukilega GIS-e (nimetagem neid TsGIS-i) valmistatakse väga lihtsalt. Kandke dielektrilisele alusplaadile pastad erineva koostisega. Juhtivad pastad ühendavad elemente, kondensaatorplaate ja juhtmeid korpuse tihvtidesse; takistuslik - takistite saamine; dielektriline - kondensaatorplaatide vaheline isolatsioon ja valmis GIS-i pinna üldine kaitse. Igal kihil peab olema oma konfiguratsioon, oma muster. Seetõttu kantakse iga kihi valmistamisel pasta läbi oma maski - šabloon- akendega nendes kohtades, kuhu selle kihi pasta peaks sattuma. Pärast seda liimitakse kinnitusdetailid ja ühendatakse nende klemmid kontaktpadjad.

Õhukese kilega GIS-id (tähistagem neid TkGIS-i) toodetakse keerukama tehnoloogiaga kui TsGIS. Klassikalist õhukese kile tehnoloogiat iseloomustab asjaolu, et kiled sadestatakse substraadile gaasifaasist. Pärast järgmise kile kasvatamist muudavad nad gaasi keemilist koostist ja seeläbi järgmise kile elektrilisi omadusi. Nii saadakse kordamööda juhtivad, takistuslikud ja dielektrilised kihid. Iga kihi konfiguratsioon (muster) määratakse kas šablooniga, nagu TsGIS-i puhul, või maskiga, nagu oksiidmask pooljuhtide IC-des (vt joonis 1.4).

Kinnituselemendid TkGIS-is, nagu ka TsGIS-is, liimitakse ahela valmis kileosa pinnale ja ühendatakse elementide vastavate kontaktpatjadega.

GIS-i integreerituse astet ei saa hinnata samamoodi nagu pooljuhtide IC-de puhul. Siiski on termin suur GIS(või BGIS), mis tähendab, et GIS ei sisalda ühendatud komponentidena mitte üksikuid transistore, vaid terveid pooljuhtide IC-sid.