Grote geïntegreerde schakeling(LSI) is een geïntegreerd circuit (IC) met een hoge mate van integratie (het aantal elementen daarin bereikt 10.000), gebruikt in elektronische apparatuur als een functioneel complete eenheid van computer, automatisering, meetapparatuur, enz.
Op basis van het aantal elementen worden alle geïntegreerde schakelingen conventioneel onderverdeeld in de volgende categorieën:
■ eenvoudig (SIS) - met het aantal elementen in een kristal tot 10,
■ klein (MIS) - tot 100,
■ gemiddeld (SIS) - tot 1000,
■ groot (BIS) - tot 10.000,
■ extra groot (VLSI) - 1.000.000,
■ ultragroot (UBIS) - tot 1000000000,
■ giga-groot (GBIS) - meer dan 1000000000 elementen in een kristal.
Geïntegreerde schakelingen (IC's) die meer dan 100 elementen bevatten, worden microschakelingen genoemd verhoogd niveau integratie.
Het gebruik van LSI gaat gepaard met een scherpe verbetering van alle sleutelindicatoren vergeleken met een vergelijkbaar functioneel complex geïmplementeerd op afzonderlijke IC's. Integratie van IC's op één chip leidt tot een vermindering van het aantal pakketten, het aantal assemblage- en installatiehandelingen en het aantal externe – minst betrouwbare – verbindingen. Dit helpt de omvang, het gewicht en de kosten te verminderen en de betrouwbaarheid te verbeteren.
Bijkomende voordelen van IC-integratie zijn onder meer een vermindering van het totale aantal pads, kortere verbindingslengtes en minder variatie in parameters, aangezien alle IC's zich op dezelfde chip bevinden en in één enkele procescyclus worden vervaardigd.
De ervaring met de ontwikkeling van LSI bracht ook een aantal algemene problemen aan het licht die de toename van de mate van integratie beperken en die moeten worden opgelost in het proces van verdere ontwikkeling van de micro-elektronica:
■ probleem met warmteafvoer,
■ interconnectieprobleem,
■ probleem van parametercontrole,
■ fysieke beperkingen op de grootte van elementen.
In 1964 bracht IBM voor het eerst op basis van LSI zes modellen van de IBM 360-familie uit.
Voorbeelden van LSI's kunnen ook geheugencircuits van 4 bits of meer, rekenkundig-logische en computerbesturingsapparaten en digitale filters zijn. IC's zijn ontworpen om een ​​breed scala aan problemen op te lossen, dus worden ze vervaardigd met behulp van een combinatie van methoden die te vinden zijn in het arsenaal aan halfgeleider-, dunne- en dikke-filmtechnologieën.
IM's worden gewoonlijk geclassificeerd op basis van productiemethoden en de daaruit voortvloeiende structuren.
Een halfgeleider MI is een IC waarin alle elementen en verbindingen daartussen in één volume en op één enkel oppervlak van een halfgeleiderwafel zijn gemaakt.
In hybride microschakelingen worden passieve componenten (weerstanden en condensatoren) aangebracht op het oppervlak van een diëlektrische plaat, actieve componenten (transistors) worden gemaakt in de vorm van afzonderlijke discrete miniatuurcomponenten en worden aan de microschakeling bevestigd.

Literatuur
1. Stepanenko I.P., Fundamentals of Microelectronics, M.: Laboratory of Basic Knowledge, 2003, p. 453-460.
2. Batushev A.V., Microcircuits and their application, M.: Radio and communications, 1984, p. 13-17.
3. Chernozubov Yu., Hoe microcircuits worden geboren, M.: Education, 1989, p. 14-19.

Om min of meer complexe elektronica te laten werken, zijn er meestal veel onderdelen nodig. Als er veel van zijn, kunnen ze worden ‘gecombineerd’, bijvoorbeeld in geïntegreerde schakelingen. Wat zijn ze? Hoe worden ze geclassificeerd? Hoe worden ze gemaakt en welke signalen worden ze doorgegeven?

Wat zijn Logic Integrated Circuits (IC's)

In wezen is dit een micro-elektronisch apparaat dat is gebaseerd op een kristal van willekeurige complexiteit, dat is gemaakt op een halfgeleiderfilm of wafel. Het wordt in een niet-scheidbare behuizing geplaatst (hoewel het zonder kan, maar alleen als het deel uitmaakt van een microassemblage). Het eerste geïntegreerde circuit werd in 1968 gepatenteerd. Dit was een soort doorbraak in de industrie, hoewel het geleverde apparaat qua parameters niet erg overeenkwam met moderne ideeën. Geïntegreerde schakelingen De meeste zijn vervaardigd voor opbouwmontage. Vaak wordt IC opgevat als slechts één kristal of film. De meest voorkomende is het geïntegreerde circuit op een siliciumwafel. Het gebeurt zo dat het gebruik ervan in de industrie een aantal voordelen heeft, bijvoorbeeld de efficiëntie van signaaloverdracht.

Ontwerpniveaus

Deze apparaten zijn complex, wat prachtig wordt weergegeven. Nu worden ze gemaakt met behulp van speciale CAD-systemen, die productieprocessen automatiseren en aanzienlijk versnellen. Bij het ontwerpen houden we dus rekening met:

1. Logisch niveau (omvormers, NAND, NOR en dergelijke).
2. Er wordt gewerkt aan systeem- en circuittechniek (flip-flops, encoders, ALU's, comparatoren, etc.);
3. Elektrisch (condensatoren, transistors, weerstanden en soortgelijke apparaten).
4. Topologisch niveau - fotomaskers voor productie.
5. Fysiek - hoe één transistor (of een kleine groep) op een chip wordt geïmplementeerd.
6. Software - er worden instructies gemaakt voor microcontrollers, microprocessors en FPGA's. Met behulp van een verticaal diagram wordt een gedragsmodel ontwikkeld.

Classificatie

Als we het hebben over hoe geïntegreerde schakelingen worden onderscheiden, is het onmogelijk om slechts één parameter te selecteren voor het type complexiteit van de technologie in kwestie. Daarom zijn er maar liefst drie geselecteerd voor dit artikel.

Mate van integratie

1. Kleine geïntegreerde schakeling. Bevat minder dan honderd elementen.
2. Gemiddeld geïntegreerd circuit. Het aantal elementen varieert in het bereik van honderden/duizenden.
3. Grote geïntegreerde schakeling. Bevat duizend tot 10.000 elementen.
4. Ze bevatten meer dan tienduizend elementen.

Over het algemeen worden grootschalige geïntegreerde schakelingen vaak gebruikt voor consumentenapparaten. Andere categorieën werden eerder gebruikt:

1. Ultragroot geïntegreerd circuit. Het omvatte die monsters die een aantal elementen konden bevatten in het bereik van 1 miljoen tot 1 miljard.
2. Giga-groot geïntegreerd circuit. Dit omvatte monsters waarvan het aantal elementen groter was dan 1 miljard elementen.

Maar binnen op dit moment keer dat ze niet worden toegepast. En alle monsters die voorheen werden geclassificeerd als UBIS en GBIS, zijn nu geclassificeerd als VLSI. Over het geheel genomen zorgde dit voor aanzienlijke besparingen op het aantal groepen, aangezien de laatste twee typen meestal specifiek worden gebruikt in grote onderzoekscentra waar computersystemen, waarvan de kracht wordt gemeten in tientallen en honderden terabytes.

Productietechnologie

Vanwege de verschillende productiemogelijkheden worden geïntegreerde schakelingen ook geclassificeerd op basis van hoe ze zijn gemaakt en waarvan:

1. Halfgeleider. Daarin worden alle elementen en verbindingen op dezelfde halfgeleiderchip gemaakt. Geïntegreerde halfgeleidercircuits maken gebruik van materialen zoals silicium, germanium, galliumarsenide en hafniumoxide.

2. Filmpje. Alle elementen en verbindingen zijn gemaakt als films:

Dikke film.

Dunne film.

3. Hybride. Heeft onverpakte diodes, transistors of andere elektronische actieve componenten. Passieve exemplaren (zoals weerstanden, inductoren, condensatoren) worden op een gemeenschappelijk keramisch substraat geplaatst. Ze zijn allemaal in één afgesloten behuizing geplaatst.

4. Gemengd. Er is niet alleen een halfgeleiderkristal, maar ook passieve elementen uit dunne film (of dikke film) die op het oppervlak worden geplaatst.

Type verwerkt signaal

En het derde en meest recente type is gebaseerd op wat de geïntegreerde circuitprocessen signaleert. Zij zijn:

1. Analoog. Hier veranderen de ingangs- en uitgangssignalen volgens de wet. Ze kunnen een waarde aannemen in het bereik van negatieve tot positieve voedingsspanning.
2. Digitaal. Hier kan elk ingangs- of uitgangssignaal twee waarden hebben: logisch één of nul. Elk van hen heeft zijn eigen vooraf bepaalde spanningsniveau. Microcircuits van het TTL-type beoordelen het bereik van 0-0,4V dus als nul en 2,4-5V als één. Er kunnen andere divisies zijn, het hangt allemaal af van het specifieke monster.
3. Analoog-digitaal. Ze combineren de voordelen en kenmerken van eerdere modellen. Ze kunnen bijvoorbeeld signaalversterkers en analoog-naar-digitaal-omzetters bevatten.

Juridische kenmerken

Wat zegt de wet over geïntegreerde schakelingen? Ons land biedt wettelijke bescherming voor topologieën van geïntegreerde schakelingen. Daarmee bedoelen we de geometrisch-ruimtelijke rangschikking van een bepaalde reeks specifieke elementen en de verbindingen daartussen, vastgelegd op een bepaald materieel medium (volgens artikel 1448 van het Burgerlijk Wetboek Russische Federatie). De auteur van de topologie heeft de volgende intellectuele rechten op zijn uitvinding:

1. Copyright.
2. Exclusief recht.

Bovendien kan de auteur van de topologie andere voorkeuren hebben, waaronder de mogelijkheid om een ​​vergoeding te ontvangen voor het gebruik ervan. tien jaar geldig. Gedurende deze tijd kan de uitvinder, of de persoon aan wie deze status is toegekend, de topologie registreren bij de juiste intellectuele eigendoms- en octrooidienst.

Conclusie

Dat is het! Als je de wens hebt om je eigen circuit samen te stellen, kun je het alleen maar succes wensen. Maar tegelijkertijd zou ik uw aandacht willen vestigen op één kenmerk. Als u een microschakeling wilt samenstellen, moet u zich grondig op dit proces voorbereiden. Feit is dat de creatie ervan uitzonderlijke netheid vereist op het niveau van een chirurgische operatiekamer. Bovendien zal het vanwege de kleinheid van de onderdelen niet mogelijk zijn om op de gebruikelijke manier met een soldeerbout te werken - alle acties worden uitgevoerd door een soldeerbout. machines. Daarom kun je thuis alleen diagrammen maken. Indien gewenst kunt u kopen industriële ontwikkelingen, die op de markt zullen worden aangeboden, maar het is beter om het idee te laten om ze thuis te maken zonder noemenswaardige financiën.

Varady GK 404 peloton.

Geïntegreerde schakelingen.

Plan:

1) Introductie (concept, apparaat).

2) Soorten IP.

3) Voor- en nadelen van IP.

4) Productie.

5) Sollicitatie.

Invoering.

(van lat. integratie- "verbinding").

Een IC is een micro-elektronisch circuit gevormd op een klein plaatje (kristal of "chip") van halfgeleidermateriaal, meestal silicium, dat wordt gebruikt om de elektrische stroom te regelen en te versterken. Een typisch IC bestaat uit veel onderling verbonden micro-elektronische componenten, zoals transistors, weerstanden, condensatoren en diodes, vervaardigd in de oppervlaktelaag van de chip. De afmetingen van siliciumkristallen variëren van ongeveer 1,3 x 1,3 mm tot 13 x 13 mm. Vooruitgang op het gebied van geïntegreerde schakelingen heeft geleid tot de ontwikkeling van grootschalige en zeer grootschalige geïntegreerde schakelingen (LSI en VLSI) technologieën.

Classificatie.

Afhankelijk van de mate van integratie (aantal elementen voor digitale schakelingen) worden de volgende namen van geïntegreerde schakelingen gebruikt:

kleine geïntegreerde schakeling (MIS) - maximaal 100 elementen per chip,

medium geïntegreerde schakeling (SIS) - tot 1000 elementen per chip,

groot geïntegreerd circuit (LSI) - tot 10.000 elementen per chip,

ultragrootschalig geïntegreerd circuit (VLSI) - meer dan 10.000 elementen in een kristal.

Voorheen werden nu ook verouderde namen gebruikt: ultra-grootschalige geïntegreerde schakelingen (ULIS) - van 1-10 miljoen tot 1 miljard elementen in een kristal en soms giga-grootschalige geïntegreerde schakelingen (GBIC) - meer dan 1 miljard elementen in een kristal. Momenteel worden in de jaren 2010 de namen "UBIS" en "GBIS" praktisch niet gebruikt en worden alle microschakelingen met meer dan 10.000 elementen geclassificeerd als VLSI.

Voor- en nadelen van IP.

Geïntegreerde schakelingen hebben een aantal voordelen ten opzichte van hun voorgangers, analoge schakelingen, die zijn samengesteld uit afzonderlijke componenten die op een chassis zijn gemonteerd. IC's zijn kleiner, sneller en betrouwbaarder; Ze zijn ook goedkoper en minder gevoelig voor storingen als gevolg van trillingen, vocht en veroudering. De miniaturisering van elektronische schakelingen werd mogelijk gemaakt door de bijzondere eigenschappen van halfgeleiders. Hun belangrijkste voordelen worden overwogen:

Verminderd stroomverbruik geassocieerd met het gebruik van gepulseerde elektrische signalen in digitale elektronica. Bij het ontvangen en omzetten van dergelijke signalen actieve elementen elektronische apparaten (transistors) werken in de "sleutel" -modus, dat wil zeggen dat de transistor "open" is - wat overeenkomt met een signaal op hoog niveau (1), of "gesloten" - (0), in het eerste geval is er geen spanningsval over de transistor, in de tweede gaat er niet doorheen.

In beide gevallen ligt het stroomverbruik dicht bij 0, in tegenstelling tot analoge apparaten, waarbij de transistors zich meestal in een tussenliggende (actieve) toestand bevinden. Hoge geluidsimmuniteit digitale apparaten gaat gepaard met een groot verschil tussen signalen op hoog (bijvoorbeeld 2,5-5 V) en laag (0-0,5 V) niveau. Een statusfout is mogelijk bij een zodanig interferentieniveau hoog niveau

geïnterpreteerd als laag en omgekeerd, wat onwaarschijnlijk is. Bovendien kunnen digitale apparaten speciale codes gebruiken om fouten te corrigeren. Groot verschil in signaalstatusniveaus hoog en

laag niveau(logische “0” en “1”) en een vrij groot bereik van hun toegestane veranderingen maken digitale technologie ongevoelig voor de onvermijdelijke verspreiding van elementparameters in geïntegreerde technologie, waardoor de noodzaak wordt geëlimineerd om componenten te selecteren en aanpassingselementen in digitale apparaten te configureren.

Betrouwbaarheid.

Het vervaardigen van een geïntegreerd circuit kan tot twee maanden duren, omdat bepaalde delen van de halfgeleider met hoge precisie moeten worden gedoteerd. In een proces dat kristalgroei of kristaltrekken wordt genoemd, wordt eerst een cilindrische plaat van zeer zuiver silicium geproduceerd. Uit deze cilinder worden platen gesneden met een dikte van bijvoorbeeld 0,5 mm. De wafel wordt uiteindelijk in honderden kleine stukjes gesneden, chips genoemd, die elk via het hieronder beschreven proces worden omgezet in een geïntegreerd circuit. Het chipverwerkingsproces begint met de productie van maskers voor elke laag van de IC. Er wordt een grootschalige stencil gemaakt in de vorm van een vierkant met een oppervlakte van ca. 0,1 m2. Een set van dergelijke maskers bevat alle componenten van de IC: diffusieniveaus, verbindingsniveaus, enz. De gehele resulterende structuur wordt fotografisch op maat verkleind. kristallijn en laag voor laag weergegeven op een glasplaat. Op het oppervlak van de siliciumwafel wordt een dunne laag siliciumdioxide gegroeid. Elke plaat is bedekt met een lichtgevoelig materiaal (fotoresist) en blootgesteld aan licht dat door maskers wordt doorgelaten. Niet-blootgestelde delen van de lichtgevoelige coating worden verwijderd met een oplosmiddel, en met behulp van een ander chemisch reagens dat siliciumdioxide oplost, wordt dit laatste geëtst uit die gebieden waar het niet langer wordt beschermd door de lichtgevoelige coating. Variaties op deze basisprocestechnologie worden gebruikt bij de fabricage van twee hoofdtypen transistorstructuren: bipolair en veldeffect (MOS).

Sollicitatie. Lokaal\Globaal.

Lokaal.

Direct bij het ontwerpen van schakelingen kan een geïntegreerd circuit een groot aantal taken op zich nemen. Onder hen kunnen zijn:

Logische elementen, Triggers, Tellers, Registers, Bufferconverters, Encoders, Decoders, Digitale vergelijkers, Multiplexers, Demultiplexers, Optellers, Halfoptellers, Sleutels, Microcontrollers, (Micro)processors (waaronder CPU's voor computers), Microcomputers met één chip, Microschakelingen en geheugenmodules, FPGA's (programmeerbare logische geïntegreerde schakelingen).

Globaal.

Microprocessors en minicomputers. Microprocessors, voor het eerst publiekelijk geïntroduceerd in 1971, voerden de meeste basisfuncties van een computer uit op een enkel silicium IC, geïmplementeerd op een chip van 5x5 mm. Dankzij geïntegreerde schakelingen werd mogelijke creatie minicomputers - kleine computers waarbij alle functies worden uitgevoerd op een of meer grote geïntegreerde schakelingen. Deze indrukwekkende miniaturisering heeft geleid tot een dramatische verlaging van de computerkosten. De momenteel geproduceerde minicomputers, die minder dan duizend dollar kosten, zijn net zo krachtig als de eerste zeer grote computers, die begin jaren zestig tot twintig miljoen dollar kostten. Microprocessors worden gebruikt in communicatieapparatuur, zakrekenmachines en polshorloges, en televisiezenderkiezers , elektronische spellen, geautomatiseerde keuken- en bankapparatuur, automatische brandstofcontrole en uitlaatgasnabehandeling in personenauto's, evenals vele andere apparaten. Het grootste deel van de mondiale elektronica-industrie, waarvan de omzet meer dan 795 miljard roebel bedraagt, is op de een of andere manier afhankelijk van geïntegreerde schakelingen. Over de hele wereld worden geïntegreerde schakelingen gebruikt in apparatuur waarvan de totale kosten vele honderden miljarden roebel bedragen.

Literatuur.

Meizda F. Geïntegreerde schakelingen: technologie en toepassingen. M., 1981 Zi S. Fysica van halfgeleiderapparaten. M., 1984 VLSI-technologie. M., 1986 Maller R., Keimin S. Elementen van geïntegreerde schakelingen. M., 1989 Shur MS Natuurkunde halfgeleider apparaten. M., 1992

Eerste geïntegreerde schakelingen

Opgedragen aan de 50e verjaardag van de officiële datum

B. Malasjevitsj

12 september 1958 werknemer van het bedrijf Texas-instrumenten(TI) Jack Kilby demonstreerde aan het management drie vreemde apparaten: apparaten gemaakt van twee stukjes silicium van 11,1 x 1,6 mm, aan elkaar gelijmd met bijenwas op een glassubstraat (Fig. 1). Dit waren driedimensionale mock-ups - prototypes van een geïntegreerd circuit (IC) van de generator, die de mogelijkheid bewees om alle circuitelementen te vervaardigen op basis van één halfgeleidermateriaal. Deze datum wordt in de geschiedenis van de elektronica gevierd als de geboortedag van geïntegreerde schakelingen. Maar is dit waar?

Rijst. 1. Lay-out van het eerste IP door J. Kilby. Foto van de site http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1958-Miniaturized.html

Tegen het einde van de jaren vijftig, assemblagetechnologie radio-elektronische apparatuur(REA) van discrete elementen heeft zijn mogelijkheden uitgeput. De wereld was in een acute crisis van REA terechtgekomen; er waren radicale maatregelen nodig. Tegen die tijd waren geïntegreerde technologieën voor de productie van zowel halfgeleiderapparaten als dikke- en dunne-film keramische printplaten al industrieel onder de knie in de VS en de USSR, dat wil zeggen dat de voorwaarden rijp waren om deze crisis te overwinnen door het creëren van multi-element standaardproducten - geïntegreerde schakelingen.

Geïntegreerde schakelingen (chips, IC's) omvatten elektronische apparaten van verschillende complexiteit, waarin alle soortgelijke elementen gelijktijdig in één enkele technologische cyclus worden vervaardigd, d.w.z. met behulp van geïntegreerde technologie. In tegenstelling tot printplaten (waarbij alle verbindingsgeleiders gelijktijdig in een enkele cyclus worden vervaardigd met behulp van geïntegreerde technologie), worden weerstanden, condensatoren en (in halfgeleider-IC's) diodes en transistors op soortgelijke wijze gevormd in IC's. Bovendien worden er veel IC's gelijktijdig vervaardigd, van tientallen tot duizenden.

IC's worden door de industrie ontwikkeld en geproduceerd in de vorm van series, waarbij een aantal microschakelingen worden gecombineerd voor verschillende functionele doeleinden, bedoeld voor gezamenlijk gebruik in elektronische apparatuur. De serie-IC's hebben een standaardontwerp en een uniform systeem van elektrische en andere kenmerken. IC's worden door de fabrikant aan verschillende consumenten geleverd als onafhankelijke commerciële producten die voldoen aan een bepaald systeem van gestandaardiseerde eisen. IC's zijn niet-repareerbare producten; bij het repareren van elektronische apparatuur worden defecte IC's vervangen.

Er zijn twee hoofdgroepen IC's: hybride en halfgeleider.

Bij hybride IC's (HIC's) worden alle geleiders en passieve elementen gevormd op het oppervlak van een microcircuitsubstraat (meestal keramiek) met behulp van geïntegreerde technologie. Actieve elementen in de vorm van pakketloze diodes, transistors en halfgeleider-IC-kristallen worden afzonderlijk, handmatig of automatisch op het substraat geïnstalleerd.

In halfgeleider-IC's worden verbindende, passieve en actieve elementen gevormd in een enkele technologische cyclus op het oppervlak van een halfgeleidermateriaal (meestal silicium) met gedeeltelijke invasie van het volume ervan met behulp van diffusiemethoden. Tegelijkertijd worden op één halfgeleiderwafel, afhankelijk van de complexiteit van het apparaat en de grootte van het kristal en de wafer, enkele tientallen tot enkele duizenden IC's vervaardigd. De industrie produceert halfgeleider-IC's in standaardverpakkingen, in de vorm van individuele chips of in de vorm van ongedeelde wafers.

De introductie van hybride (GIS) en halfgeleider-IC's in de wereld vond op verschillende manieren plaats. GIS is een product van de evolutionaire ontwikkeling van micromodules en keramische plaatmontagetechnologie. Daarom leken ze onopgemerkt; er is geen algemeen aanvaarde geboortedatum van GIS en geen algemeen erkende auteur. Halfgeleider-IC's waren een natuurlijk en onvermijdelijk resultaat van de ontwikkeling van halfgeleidertechnologie, maar ze vereisten het genereren van nieuwe ideeën en het creëren van nieuwe technologie, die hun eigen geboortedata en hun eigen auteurs hebben. De eerste hybride en halfgeleider-IC's verschenen vrijwel gelijktijdig en onafhankelijk van elkaar in de USSR en de VS.

De eerste hybride IC's

Hybride IC's omvatten IC's waarvan de productie de integrale technologie van het vervaardigen van passieve elementen combineert met individuele (handmatige of geautomatiseerde) technologie voor het installeren en assembleren van actieve elementen.

Eind jaren veertig ontwikkelde het bedrijf Centralab in de VS de basisprincipes voor de vervaardiging van op keramiek gebaseerde printplaten met dikke film, die vervolgens door andere bedrijven werden ontwikkeld. De basis was de productietechnologie van printplaten en keramische condensatoren. Van printplaten hebben we een geïntegreerde technologie genomen voor het vormen van de topologie van het verbinden van geleiders: zeefdruk. Van condensatoren - het substraatmateriaal (keramiek, vaak sital), evenals de materialen van de pasta's en de thermische technologie van hun fixatie op het substraat.

En begin jaren vijftig vond het bedrijf RCA de dunnefilmtechnologie uit: door verschillende materialen in een vacuüm te spuiten en deze via een masker op speciale substraten af ​​te zetten, leerden ze hoe ze tegelijkertijd veel miniatuurfilmgeleiders, weerstanden en condensatoren op één enkele film konden produceren. keramisch substraat.

Vergeleken met dikkefilmtechnologie bood dunnefilmtechnologie de mogelijkheid tot een nauwkeurigere productie van kleinere topologie-elementen, maar vereiste complexere en duurdere apparatuur. Apparaten die op keramische printplaten zijn vervaardigd met behulp van dikke-film- of dunne-filmtechnologie worden ‘hybride circuits’ genoemd. Hybride circuits werden geproduceerd als componenten van producten van hun eigen productie; elke fabrikant had zijn eigen ontwerp, afmetingen en functionele doeleinden; ze kwamen niet op de vrije markt en zijn daarom weinig bekend.

Hybride circuits zijn ook micromodules binnengedrongen. Aanvankelijk gebruikten ze discrete passieve en actieve miniatuurelementen, verenigd door traditionele gedrukte bedrading. De assemblagetechnologie was complex, met een groot deel van de handarbeid. Daarom waren micromodules erg duur en was het gebruik ervan beperkt tot apparatuur aan boord. Vervolgens werden miniatuur-keramische sjaals met dikke film gebruikt. Vervolgens begonnen weerstanden te worden vervaardigd met behulp van dikkefilmtechnologie. Maar de gebruikte diodes en transistors waren nog steeds discreet, individueel verpakt.

De micromodule werd een hybride geïntegreerde schakeling op het moment dat er onverpakte transistors en diodes in werden gebruikt en de structuur werd verzegeld in een gemeenschappelijke behuizing. Dit maakte het mogelijk om het assemblageproces aanzienlijk te automatiseren, de prijzen sterk te verlagen en het toepassingsgebied uit te breiden. Op basis van de methode voor het vormen van passieve elementen worden dikke film en dunne film GIS onderscheiden.

De eerste GIS in de USSR

De eerste GIS (modules van het type “Kvant”, later IS-serie 116 genoemd) in de USSR werden in 1963 ontwikkeld bij NIIRE (later NPO Leninets, Leningrad) en in hetzelfde jaar begon de proeffabriek met de serieproductie. In deze GIS werden halfgeleider-IC's "R12-2", ontwikkeld in 1962 door de Riga Semiconductor Devices Plant, gebruikt als actieve elementen. Vanwege de onlosmakelijke geschiedenis van de creatie van deze IC's en hun kenmerken, zullen we ze samen beschouwen in de sectie gewijd aan P12-2.

Ongetwijfeld waren de Kvant-modules de eerste in de wereld van GIS met integratie op twee niveaus: ze gebruikten halfgeleider-IC's in plaats van afzonderlijke verpakte transistors als actieve elementen. Het is waarschijnlijk dat ze ook de eersten in de wereld van GIS waren - structureel en functioneel complete producten met meerdere elementen, die als een onafhankelijk commercieel product aan de consument werden geleverd. De eerste soortgelijke buitenlandse producten die door de auteur zijn geïdentificeerd, zijn de hieronder beschreven IBM Corporation SLT-modules, maar deze werden het jaar daarop, 1964, aangekondigd.

Het eerste GIS in de VS

De verschijning van dikkefilm-GIS als de belangrijkste elementbasis van de nieuwe IBM System /360-computer werd voor het eerst aangekondigd door IBM in 1964. Het lijkt erop dat dit het eerste gebruik van GIS buiten de USSR was; de auteur kon geen eerdere voorbeelden vinden .

De halfgeleider IC-serie “Micrologic” van Fairchild en “SN-51” van TI (we zullen er hieronder over praten) waren toen al bekend in gespecialiseerde kringen en waren nog steeds ontoegankelijk zeldzaam en onbetaalbaar voor commerciële toepassingen, zoals de constructie van een grote computer. Daarom ontwikkelde het IBM-bedrijf, op basis van het ontwerp van een platte micromodule, zijn serie dikke-film GIS, aangekondigd onder de algemene naam (in tegenstelling tot "micromodules") - "SLT-modules" (Solid Logic Technology - solide logische technologie. Meestal wordt het woord 'solid' in het Russisch vertaald als 'solid', wat absoluut onlogisch is. De term 'SLT-modules' werd inderdaad door IBM geïntroduceerd als contrast met de term 'micromodule' en zou hun verschil moeten weerspiegelen beide modules zijn “solid”, d.w.z. deze vertaling is dat niet. Het woord “solid” heeft ook andere betekenissen – “solid”, “heel”, die met succes het verschil tussen “SLT-modules” en “micromodules” benadrukken - SLT-modules zijn ondeelbaar. , niet-repareerbaar, d.w.z. "geheel". We hebben niet de algemeen aanvaarde vertaling in het Russisch gebruikt: Solid Logic Technology - solid logic technology).

De SLT-module was een vierkante keramische dikkefilm-microplaat van een halve inch met ingedrukte verticale pinnen. Verbindingsgeleiders en weerstanden werden op het oppervlak aangebracht met behulp van zeefdruk (volgens het diagram van het apparaat dat werd geïmplementeerd) en er werden onverpakte transistors geïnstalleerd. Indien nodig werden condensatoren naast de SLT-module op het apparaatbord geïnstalleerd. Hoewel ze uiterlijk vrijwel identiek zijn (micromodules zijn iets groter, figuur 2), verschilden SLT-modules van platte micromodules door hun hogere dichtheid van elementen, laag energieverbruik, hoge prestaties en hoge betrouwbaarheid. Bovendien was de SLT-technologie vrij eenvoudig te automatiseren, waardoor ze in grote hoeveelheden konden worden geproduceerd tegen kosten die laag genoeg waren voor gebruik in commerciële apparatuur. Dit is precies wat IBM nodig had. Het bedrijf bouwde een geautomatiseerde fabriek in East Fishkill, nabij New York, voor de productie van SLT-modules, die deze in miljoenen exemplaren produceerden.

Rijst. 2. USSR-micromodule en SLT-module f. IBM. Foto STL van de site http://infolab.stanford.edu/pub/voy/museum/pictures/display/3-1.htm

Na IBM begonnen andere bedrijven GIS te produceren, waarvoor GIS een commercieel product werd. Het standaardontwerp van platte micromodules en SLT-modules van IBM is een van de standaarden voor hybride IC's geworden.

De eerste halfgeleider-IC's

Tegen het einde van de jaren vijftig had de industrie alle mogelijkheden om goedkope onderdelen van elektronische apparatuur te produceren. Maar als transistors of diodes van germanium en silicium waren gemaakt, dan waren weerstanden en condensatoren van andere materialen gemaakt. Velen geloofden toen dat er bij het maken van hybride circuits geen problemen zouden zijn bij het assembleren van deze afzonderlijk vervaardigde elementen. En als het mogelijk is om alle elementen van een standaardformaat en -vorm te produceren en daardoor het assemblageproces te automatiseren, dan zullen de kosten van de apparatuur aanzienlijk worden verlaagd. Op basis van een dergelijke redenering beschouwden voorstanders van hybride technologie dit als de algemene richting voor de ontwikkeling van micro-elektronica.

Maar niet iedereen deelde deze mening. Feit is dat mesa-transistors, en vooral planaire transistors, die al in die periode waren gemaakt, werden aangepast voor groepsverwerking, waarbij een aantal bewerkingen voor de vervaardiging van vele transistors op één substraatplaat tegelijkertijd werden uitgevoerd. Dat wil zeggen dat er veel transistors tegelijk op één halfgeleiderwafel werden vervaardigd. Vervolgens werd de plaat in individuele transistoren gesneden, die in individuele gevallen werden geplaatst. En vervolgens combineerde de hardwarefabrikant de transistors op één printplaat. Er waren mensen die deze aanpak belachelijk vonden: waarom de transistors scheiden en ze dan weer aansluiten? Is het mogelijk om ze onmiddellijk te combineren op een halfgeleiderwafel? Maak tegelijkertijd een einde aan verschillende complexe en dure operaties! Deze mensen bedachten halfgeleider-IC's.

Het idee is uiterst eenvoudig en volkomen voor de hand liggend. Maar zoals vaak gebeurt, pas nadat iemand het voor het eerst heeft aangekondigd en bewezen. Precies bewezen, gewoon vaak aankondigen, zoals in in dit geval, soms is het niet genoeg. Het idee van een IC werd al in 1952 aangekondigd, vóór de komst van groepsmethoden voor de productie van halfgeleiderapparaten. Op jaarlijkse conferentie over elektronische componenten, gehouden in Washington, presenteerde een medewerker van het Britse Royal Radar Office in Malvern, Jeffrey Dummer, een rapport over de betrouwbaarheid van componenten van radarapparatuur. In het rapport maakte hij een profetische uitspraak: “ Met de komst van de transistor en het werk op het gebied van de halfgeleidertechnologie is het over het algemeen mogelijk om elektronische apparatuur voor te stellen in de vorm van een massief blok zonder verbindingsdraden. Het blok kan bestaan ​​uit lagen isolerend, geleidend, gelijkrichtend en versterkend materiaal waarin bepaalde gebieden zijn uitgesneden zodat ze direct elektrische functies kunnen vervullen.”. Maar deze voorspelling bleef onopgemerkt door experts. Ze herinnerden het zich pas na het verschijnen van de eerste halfgeleider-IC's, dat wil zeggen na het praktische bewijs van een idee dat al lang bekend was. Iemand moest de eerste zijn die het halfgeleider-IC-idee opnieuw uitvond en implementeerde.

Net als in het geval van de transistor hadden de algemeen erkende makers van halfgeleider-IC's min of meer succesvolle voorgangers. Dammer deed in 1956 zelf een poging om zijn idee te verwezenlijken, maar dat mislukte. In 1953 ontving Harvick Johnson van RCA een patent voor een oscillator met één chip, en in 1958 kondigde hij samen met Torkel Wallmark het concept aan van een ‘geïntegreerd halfgeleiderapparaat’. In 1956 produceerde Bell Labs-medewerker Ross een binair telcircuit op basis van n-p-n-p-basis structuren in één enkel kristal. In 1957 kwam Yasuro Taru uit Japans bedrijf MITI kreeg een patent voor het combineren van verschillende transistors in één chip. Maar al deze en andere soortgelijke ontwikkelingen waren van particuliere aard, werden niet in productie genomen en vormden niet de basis voor de ontwikkeling van geïntegreerde elektronica. IP-ontwikkeling in industriële productie slechts drie projecten hebben bijgedragen.

De gelukkigen waren de reeds genoemde Jack Kilby van Texas Instruments (TI), Robert Noyce van Fairchild (beide uit de VS) en Yuri Valentinovich Osokin van het ontwerpbureau van de Riga Semiconductor Device Plant (USSR). De Amerikanen creëerden experimentele samples van geïntegreerde schakelingen: J. Kilby - een prototype van een IC-generator (1958), en vervolgens een trigger op mesa-transistors (1961), R. Noyce - een trigger die gebruik maakt van planaire technologie (1961), en Yu. Osokin – de logische IC “2NOT-OR” ging onmiddellijk in massaproductie in Duitsland (1962). Deze bedrijven begonnen vrijwel gelijktijdig met de serieproductie van IP, in 1962.

Eerste halfgeleider-IC's in de VS

IP door Jack Kilby. IS-serie SN-51”

In 1958 ontdekte J. Kilby (een pionier in het gebruik van transistors in gehoorapparaten) verplaatst naar Texas Instruments. De nieuwkomer Kilby werd als circuitontwerper ‘gegooid’ in het verbeteren van de micromodulaire vulling van raketten door een alternatief voor micromodules te creëren. Er werd overwogen om blokken uit standaardvormige onderdelen samen te stellen, vergelijkbaar met het samenstellen van speelgoedmodellen uit LEGO-figuren. Kilby was echter gefascineerd door iets anders. De beslissende rol werd gespeeld door het effect van een “frisse blik”: ten eerste stelde hij onmiddellijk dat micromodules een doodlopende weg zijn, en ten tweede kwam hij, nadat hij de mesa-structuren had bewonderd, op het idee dat het circuit zou moeten (en kan) zijn geïmplementeerd uit één materiaal: een halfgeleider. Kilby was op de hoogte van het idee van Dummer en zijn mislukte poging om het in 1956 uit te voeren. Na analyse begreep hij de reden voor de mislukking en vond hij een manier om deze te overwinnen. “ Mijn verdienste is dat ik dit idee heb overgenomen en het in werkelijkheid heb omgezet.”, zei J. Kilby later in zijn Nobelprijstoespraak.

Omdat hij nog niet het recht had verdiend om te vertrekken, werkte hij zonder inmenging in het laboratorium terwijl iedereen rustte. Op 24 juli 1958 formuleerde Kilby een concept in een laboratoriumtijdschrift genaamd het Monolithic Idea. De essentie ervan was dat “. ..circuitelementen zoals weerstanden, condensatoren, gedistribueerde condensatoren en transistors kunnen in een enkele chip worden geïntegreerd - op voorwaarde dat ze van hetzelfde materiaal zijn gemaakt... In een flip-flopcircuitontwerp moeten alle elementen van silicium zijn gemaakt, waarbij weerstanden de volumeweerstand van silicium gebruiken, en condensatoren - de capaciteit van pn-overgangen". Het ‘idee van een monoliet’ stuitte op een neerbuigende en ironische houding van het management van Texas Instruments, dat bewijs eiste van de mogelijkheid om transistors, weerstanden en condensatoren uit een halfgeleider te vervaardigen en de bruikbaarheid van een uit dergelijke elementen samengestelde schakeling.

In september 1958 realiseerde Kilby zijn idee: hij maakte een generator van twee stukken germanium van 11,1 x 1,6 mm, aan elkaar gelijmd met bijenwas op een glazen substraat, met daarin twee soorten diffusiegebieden (Fig. 1). Hij gebruikte deze gebieden en de bestaande contacten om een ​​generatorcircuit te creëren, waarbij hij de elementen met dunne gouden draden met een diameter van 100 micron met elkaar verbond door middel van thermocompressielassen. Vanuit het ene gebied werd een mesatransistor gemaakt en vanuit het andere gebied een RC-circuit. De samengestelde drie generatoren werden gedemonstreerd aan de bedrijfsleiding. Toen de stroom werd aangesloten, begonnen ze te werken op een frequentie van 1,3 MHz. Dit gebeurde op 12 september 1958. Een week later maakte Kilby op soortgelijke wijze een versterker. Maar dit waren nog geen geïntegreerde structuren, dit waren driedimensionale mock-ups van halfgeleider-IC's, die het idee bewees om alle circuitelementen uit één materiaal te vervaardigen: een halfgeleider.

Rijst. 3. Trekkertype 502 J. Kilby. Foto van de site http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1958-Miniaturized.html

Kilby's eerste echt geïntegreerde circuit, gemaakt uit één stuk monolithisch germanium, was het experimentele Type 502 trigger-IC (Fig. 3). Het gebruikte zowel de volumeweerstand van germanium als de capaciteit van de pn-overgang. De presentatie vond plaats in maart 1959. Niet groot aantal Dergelijke IC's werden onder laboratoriumomstandigheden vervaardigd en in een kleine kring verkocht voor een prijs van $ 450. De IC bevatte zes elementen: vier mesa-transistors en twee weerstanden, geplaatst op een siliciumwafel met een diameter van 1 cm. Maar de Kilby IC had een ernstig nadeel: mesa-transistors, die in de vorm van microscopisch kleine "actieve" kolommen boven de massa uittorenden. rust, “passief” deel van het kristal. De verbinding van de mesa-kolommen met elkaar in de Kilby IS werd uitgevoerd door kokende dunne gouden draden - de 'harige technologie' die door iedereen wordt gehaat. Het werd duidelijk dat met dergelijke verbindingen geen microschakeling met een groot aantal elementen kan worden gemaakt - het draadweb zal breken of opnieuw verbinden. En germanium werd in die tijd al als een niet-belovend materiaal beschouwd. Er kwam geen doorbraak.

Tegen die tijd had Fairchild planaire siliciumtechnologie ontwikkeld. Gezien dit alles moest Texas Instruments alles wat Kilby had gedaan opzij zetten en, zonder Kilby, beginnen met de ontwikkeling van een reeks IC's op basis van planaire siliciumtechnologie. In oktober 1961 kondigde het bedrijf de oprichting aan van een reeks IC's van het type SN-51, en in 1962 begon het met de massaproductie en leveringen in het belang van het Amerikaanse ministerie van Defensie en NASA.

IP door Robert Noyce. IS-serieMicrologisch”

In 1957 verliet W. Shockley, de uitvinder van de planaire transistor, om een ​​aantal redenen een groep van acht jonge ingenieurs die wilden proberen hun eigen ideeën te implementeren. ‘De Acht Verraders’, zoals Shockley ze noemde, met als leiders R. Noyce en G. Moore, richtten het bedrijf Fairchild Semiconductor (‘mooi kind’) op. Het bedrijf stond onder leiding van Robert Noyce, hij was toen 23 jaar oud.

Eind 1958 ontwikkelde natuurkundige D. Horney, werkzaam bij Fairchild Semiconductor, planaire technologie voor de productie van transistors. En de in Tsjechië geboren natuurkundige Kurt Lehovec, die bij Sprague Electric werkte, ontwikkelde een techniek om een ​​omgekeerd verbonden n-p-overgang te gebruiken om componenten elektrisch te isoleren. In 1959 besloot Robert Noyce, nadat hij had gehoord over Kilby's IC-ontwerp, te proberen een geïntegreerd circuit te creëren door de door Horney en Lehovec voorgestelde processen te combineren. En in plaats van de ‘harige technologie’ van onderlinge verbindingen, stelde Noyce voor om een ​​dunne laag metaal selectief af te zetten bovenop met siliciumdioxide geïsoleerde halfgeleiderstructuren, met verbinding met de contacten van de elementen via gaten in de isolatielaag. Dit maakte het mogelijk om de actieve elementen in het lichaam van de halfgeleider te ‘onderdompelen’, ze te isoleren met siliciumoxide, en deze elementen vervolgens te verbinden met gesputterde sporen van aluminium of goud, die zijn gemaakt met behulp van de processen van fotolithografie, metallisatie en etsen op de laatste fase van de productie van producten. Zo werd een echt ‘monolithische’ versie van het combineren van componenten in één circuit verkregen, en de nieuwe technologie werd ‘planair’ genoemd. Maar eerst moest het idee getest worden.

Rijst. 4. Experimentele trigger door R. Noyce. Foto van de site http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1960-FirstIC.html

Rijst. 5. Foto van Micrologic IC in het tijdschrift Life. Foto van de site http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1960-FirstIC.html

In augustus 1959 gaf R. Noyce Joy Last de opdracht een versie van de IC te ontwikkelen op basis van planaire technologie. Eerst maakten ze, net als Kilby, een prototype van een trigger op verschillende siliciumkristallen, waarop 4 transistors en 5 weerstanden werden gemaakt. Vervolgens werd op 26 mei 1960 de eerste trigger met één chip vervaardigd. Om de elementen erin te isoleren achterkant De siliciumwafel werd geëtst met diepe groeven gevuld met epoxyhars. Op 27 september 1960 werd een derde versie van de trigger vervaardigd (Fig. 4), waarbij de elementen werden geïsoleerd door een omgekeerd verbonden pn-overgang.

Tot die tijd hield Fairchild Semiconductor zich alleen bezig met transistors; er waren geen circuitontwerpers die halfgeleider-IC's konden maken. Daarom werd Robert Norman van Sperry Gyroscope uitgenodigd als circuitontwerper. Norman was bekend met de weerstand-transistorlogica, die het bedrijf, op zijn voorstel, koos als basis voor zijn toekomstige serie IC's "Micrologic", die zijn eerste toepassing vond in de uitrusting van de Minuteman-raket. In maart 1961 kondigde Fairchild de eerste experimentele IC van deze serie aan (F-trigger met zes elementen: vier bipolaire transistor en twee weerstanden geplaatst op een plaat met een diameter van 1 cm) met de publicatie van de foto (Fig. 5) in het tijdschrift Leven(gedateerd 10 maart 1961). In oktober werden nog eens 5 IP's aangekondigd. En vanaf begin 1962 lanceerde Fairchild de massaproductie van IC's en de levering ervan, ook in het belang van het Amerikaanse ministerie van Defensie en de NASA.

Kilby en Noyce kregen veel kritiek te horen op hun innovaties. Er werd aangenomen dat de praktische opbrengst van geschikte geïntegreerde schakelingen zeer laag zou zijn. Het is duidelijk dat deze lager moet zijn dan die van transistors (aangezien er meerdere transistors in zitten), waarvoor deze toen niet hoger was dan 15%. Ten tweede geloofden velen dat er in geïntegreerde schakelingen ongepaste materialen werden gebruikt, omdat weerstanden en condensatoren in die tijd nog niet van halfgeleiders waren gemaakt. Ten derde konden velen het idee van de niet-repareerbaarheid van de IP niet aanvaarden. Het leek hen godslasterlijk om een ​​product weg te gooien waarin slechts één van de vele elementen had gefaald. Alle twijfels werden geleidelijk terzijde geschoven toen geïntegreerde schakelingen met succes in militaire en militaire toepassingen werden gebruikt ruimteprogramma's VS.

Een van de oprichters van Fairchild Semiconductor, G. Moore, formuleerde de basiswet van de ontwikkeling van siliciummicro-elektronica, volgens welke het aantal transistors in een kristal met geïntegreerde schakeling elk jaar verdubbelde. Deze wet, de “Wet van Moore” genoemd, werkte de eerste vijftien jaar (beginnend in 1959) heel duidelijk, en vervolgens vond deze verdubbeling plaats in ongeveer anderhalf jaar.

Bovendien begon de IE-industrie in de Verenigde Staten zich in snel tempo te ontwikkelen. In de Verenigde Staten begon een lawineachtig proces van de opkomst van ondernemingen die uitsluitend ‘voor planar’ waren georiënteerd, en bereikte soms het punt dat een tiental bedrijven per week werden geregistreerd. In hun streven naar veteranen (de firma's van W. Shockley en R. Noyce), en dankzij belastingvoordelen en dienstverlening door Stanford University, clusterden de ‘nieuwkomers’ zich voornamelijk in de Santa Clara Valley (Californië). Daarom is het niet verrassend dat in 1971, met de lichte hand van journalist en popularisator van technische innovaties Don Hofler, het romantisch-technologische beeld van ‘Silicon Valley’ in omloop kwam en voor altijd synoniem werd met het Mekka van de technologische halfgeleiderrevolutie. Trouwens, in dat gebied is er echt een vallei die voorheen beroemd was om zijn talrijke abrikozen-, kersen- en pruimenboomgaarden, die vóór de verschijning van het bedrijf Shockley een andere, aangenamere naam had: de Valley of Heart's Delight, nu helaas , bijna vergeten.

In 1962 begon de massaproductie van geïntegreerde schakelingen in de Verenigde Staten, hoewel het aantal leveringen aan klanten slechts een paar duizend bedroeg. De sterkste stimulans voor de ontwikkeling van de instrumenten- en elektronica-industrie op een nieuwe basis was de raket- en ruimtetechnologie. De Verenigde Staten beschikten toen niet over dezelfde krachtige intercontinentale ballistische raketten als de Sovjet-Unie, en om de lading te verhogen waren ze gedwongen de massa van het vliegdekschip, inclusief de controlesystemen, te minimaliseren door de introductie van de nieuwste ontwikkelingen op het gebied van de elektronische technologie. . Texas Instrument en Fairchild Semiconductor hebben grote contracten gesloten voor het ontwerp en de fabricage van geïntegreerde schakelingen met het Amerikaanse ministerie van Defensie en NASA.

De eerste halfgeleider-IC's in de USSR

Tegen het einde van de jaren vijftig was de Sovjet-industrie zo wanhopig op zoek naar halfgeleiderdiodes en transistors dat radicale maatregelen nodig waren. In 1959 werden fabrieken voor halfgeleiderapparaten opgericht in Aleksandrov, Bryansk, Voronezh, Riga, enz. In januari 1961 namen het Centraal Comité van de CPSU en de Raad van Ministers van de USSR een andere resolutie aan “Over de ontwikkeling van de halfgeleiderindustrie”, die voorzag in de bouw van fabrieken en onderzoeksinstituten in Kiev, Minsk, Yerevan, Nalchik en andere steden.

We zullen geïnteresseerd zijn in een van de nieuwe fabrieken - de bovengenoemde Riga Semiconductor Devices Plant (RZPP, deze heeft zijn naam verschillende keren gewijzigd, voor de eenvoud gebruiken we de beroemdste, die nog steeds in bedrijf is). Het gebouw van de coöperatieve technische school in aanbouw met een oppervlakte van 5300 m 2 werd toegewezen als lanceerplatform voor de nieuwe fabriek, en tegelijkertijd begon de bouw van een speciaal gebouw. In februari 1960 had de fabriek al 32 diensten, 11 laboratoria en proefproductie gecreëerd, die in april begon ter voorbereiding op de productie van de eerste apparaten. De fabriek had al 350 mensen in dienst, van wie er 260 in de loop van het jaar werden gestuurd om te studeren aan het Moskouse Wetenschappelijk Onderzoeksinstituut-35 (later het Pulsar Wetenschappelijk Onderzoeksinstituut) en de Leningrad Svetlana-fabriek. En tegen het einde van 1960 bereikte het aantal werknemers 1.900 mensen. Aanvankelijk bevonden de technologische lijnen zich in de herbouwde gymzaal van het coöperatieve technische schoolgebouw en bevonden de OKB-laboratoria zich in de voormalige klaslokalen. De fabriek produceerde de eerste apparaten (legeringsdiffusie- en conversie-germaniumtransistoren P-401, P-403, P-601 en P-602 ontwikkeld door NII-35) 9 maanden nadat de opdracht voor de oprichting ervan was ondertekend, in maart 1960. En eind juli vervaardigde hij de eerste duizend P-401-transistors. Daarna beheerste hij de productie van vele andere transistors en diodes. In juni 1961 werd de bouw van een speciaal gebouw voltooid, waarin de massaproductie van halfgeleiderapparaten begon.

Sinds 1961 begon de fabriek met onafhankelijke technologische en ontwikkelingswerkzaamheden, waaronder mechanisatie en automatisering van de productie van transistors op basis van fotolithografie. Voor dit doel werd de eerste binnenlandse fotorepeater (fotostempel) ontwikkeld - een installatie voor het combineren en contactfotoafdrukken (ontwikkeld door A.S. Gotman). Grote hulp bij de financiering en productie van unieke apparatuur werd verleend door ondernemingen van het Ministerie van Radio-industrie, waaronder KB-1 (later NPO Almaz, Moskou) en NIIRE. In die tijd waren de meest actieve ontwikkelaars van kleine radioapparatuur, die niet over een eigen technologische halfgeleiderbasis beschikten, op zoek naar manieren om creatief om te gaan met nieuw opgerichte halfgeleiderfabrieken.

Bij RZPP werd actief gewerkt aan het automatiseren van de productie van germaniumtransistors van het type P401 en P403 op basis van de Ausma-productielijn die door de fabriek was gecreëerd. De hoofdontwerper (GC) A.S. Gottman stelde voor om stroomvoerende paden op het oppervlak van germanium te maken van de elektroden van de transistor naar de omtrek van het kristal om het gemakkelijker te maken de transistordraden in de behuizing te lassen. Maar het allerbelangrijkste was dat deze sporen konden worden gebruikt als externe aansluitingen van de transistor wanneer ze zonder verpakking tot platen (met verbindings- en passieve elementen) werden samengevoegd, door ze rechtstreeks aan de overeenkomstige contactvlakken te solderen (in feite was de technologie voor het maken van hybride IC's voorgesteld). De voorgestelde methode, waarbij de stroomvoerende paden van het kristal de contactvlakken van het bord lijken te kussen, kreeg de oorspronkelijke naam: "kissing technology". Maar door een aantal problemen die vervolgens onoplosbaar bleken te zijn technologische problemen, voornamelijk gerelateerd aan problemen met de nauwkeurigheid van het verkrijgen van contacten op een printplaat, was het niet mogelijk om de "kustechnologie" praktisch te implementeren. Een paar jaar later werd een soortgelijk idee geïmplementeerd in de VS en de USSR en vond het brede toepassing in de zogenaamde “ball leads” en in “chip-to-board” technologie.

Hardwarebedrijven die met RZPP samenwerken, waaronder NIIRE, hoopten echter op ‘kiss-technologie’ en planden het gebruik ervan. In het voorjaar van 1962, toen duidelijk werd dat de implementatie ervan voor onbepaalde tijd werd uitgesteld, besloot hoofdingenieur van NIIRE V.I. Smirnov vroeg de directeur van de RZPP S.A. Bergman om een ​​andere manier te vinden om een ​​2NOR-circuit met meerdere elementen te implementeren, universeel voor het bouwen van digitale apparaten.

Rijst. 7. Equivalent circuit van IC R12-2 (1LB021). Gebaseerd op het IE-prospectus van 1965.

De eerste IS en GIS door Yuri Osokin. Solide schema R12-2(IS-serie 102 En 116 )

De directeur van de RZPP vertrouwde deze taak toe aan de jonge ingenieur Yuri Valentinovich Osokin. We organiseerden een afdeling bestaande uit een technologielaboratorium, een laboratorium voor de ontwikkeling en productie van fotomaskers, een meetlaboratorium en een pilotproductielijn. Destijds werd de technologie voor de productie van germaniumdiodes en transistors aan RZPP geleverd, en deze werd als basis genomen nieuwe ontwikkeling. En al in de herfst van 1962 werden de eerste prototypes van het germanium-vaste circuit 2NOT-OR verkregen (aangezien de term IS toen nog niet bestond, zullen we uit respect voor de zaken van die tijd de naam “hard circuit” behouden - TS), die de fabrieksaanduiding “P12-2” kreeg. Er is een reclameboekje uit 1965 over P12-2 bewaard gebleven (Fig. 6), informatie en illustraties waarvan we zullen gebruik maken. TS R12-2 bevatte twee germanium p - n - p -transistors (gemodificeerde transistors van het type P401 en P403) met een gemeenschappelijke belasting in de vorm van een gedistribueerde germanium p-type weerstand (Fig. 7).

Rijst. 8. Structuur van IC R12-2. Gebaseerd op het IE-prospectus van 1965.

Rijst. 9. Maatschets van voertuig R12-2. Gebaseerd op het IE-prospectus van 1965.

Externe leidingen worden gevormd door thermocompressielassen tussen de germaniumgebieden van de TC-structuur en het goud van de geleidingsgeleiders. Dit zorgt voor een stabiele werking van de circuits onder externe invloeden in tropische omstandigheden en zeemist, wat vooral belangrijk is voor gebruik in quasi-elektronische automatische telefooncentrales van de marine, geproduceerd door de VEF-fabriek in Riga, die ook geïnteresseerd was in deze ontwikkeling.

Structureel werden de R12-2 TS (en de daaropvolgende R12-5) gemaakt in de vorm van een "tablet" (Fig. 9) uit een ronde metalen beker met een diameter van 3 mm en een hoogte van 0,8 mm. Het TC-kristal werd erin geplaatst en gevuld met een polymeerverbinding, waaruit de korte uiteinden van de draden kwamen, gemaakt van zacht gouddraad met een diameter van 50 micron, aan het kristal gelast. De massa van P12-2 was niet groter dan 25 mg. Bij dit ontwerp waren de voertuigen bestand tegen een relatieve luchtvochtigheid van 80% bij een omgevingstemperatuur van 40°C en tegen cyclische temperatuurschommelingen van -60° tot 60°C.

Tegen het einde van 1962 produceerde de proefproductie van RZPP ongeveer 5.000 R12-2-voertuigen, en in 1963 werden er enkele tienduizenden gemaakt. Zo werd 1962 het geboortejaar van de micro-elektronische industrie in de VS en de USSR.

Rijst. 10. Groepen TS R12-2

Rijst. 11. Elektrische basiskenmerken van R12-2

De halfgeleidertechnologie stond toen nog in de kinderschoenen en garandeerde nog geen strikte herhaalbaarheid van parameters. Daarom werden bedienbare apparaten gesorteerd in groepen parameters (dit wordt in onze tijd vaak gedaan). De inwoners van Riga deden hetzelfde en installeerden 8 standaardclassificaties van het R12-2-voertuig (Fig. 10). Alle andere elektrische en andere kenmerken zijn hetzelfde voor alle standaardclassificaties (Fig. 11).

De productie van TS R12-2 begon gelijktijdig met de R&D "Hardheid", die eindigde in 1964 (GK Yu.V. Osokin). Als onderdeel van dit werk werd een verbeterde groepstechnologie voor de serieproductie van germaniumvoertuigen ontwikkeld, gebaseerd op fotolithografie en galvanische afzetting van legeringen via een fotomasker. De belangrijkste technische oplossingen zijn geregistreerd als uitvinding door Yu.V. en Mikhalovich D.L. (AS-nr. 36845). Verschillende artikelen van Yu.V. gepubliceerd in het geheime tijdschrift Spetsradioelectronics. Osokina in samenwerking met KB-1 specialisten I.V. Niets, G.G. Smolko en Yu.E. Naumov met een beschrijving van het ontwerp en de kenmerken van het R12-2-voertuig (en het daaropvolgende R12-5-voertuig).

Het ontwerp van de P12-2 was in alles goed, behalve één ding: consumenten wisten niet hoe ze zulke kleine producten met de dunste kabels moesten gebruiken. Hardwarebedrijven hadden hiervoor in de regel noch de technologie, noch de apparatuur. Gedurende de gehele productieperiode van R12-2 en R12-5 werd het gebruik ervan beheerst door NIIRE, de Zhigulevsky Radio Plant van het Ministerie van Radio-industrie, VEF, NIIP (sinds 1978 NPO Radiopribor) en een paar andere bedrijven. Omdat ze het probleem begrepen, dachten de TS-ontwikkelaars, samen met NIIRE, onmiddellijk aan een tweede ontwerpniveau, dat tegelijkertijd de dichtheid van de lay-out van de apparatuur verhoogde.

Rijst. 12. Module van 4 voertuigen R12-2

In 1963 werd bij NIIRE, in het kader van het ontwerp- en ontwikkelingswerk van Kvant (GK A.N. Pelipenko, met deelname van E.M. Lyakhovich), een moduleontwerp ontwikkeld dat vier R12-2-voertuigen combineerde (Fig. 12). Twee tot vier R12-2-apparaten (in een behuizing) werden op een microboard van dunne glasvezel geplaatst, waardoor gezamenlijk een bepaalde functionele eenheid werd geïmplementeerd. Er werden maximaal 17 pinnen (het aantal varieerde voor een specifieke module) met een lengte van 4 mm op het bord gedrukt. Het microboard werd in een gestempelde metalen beker van 21,6 μm geplaatst. 6,6 mm en 3,1 mm diep en gevuld met een polymeercompound. Het resultaat is een hybride geïntegreerde schakeling (HIC) met dubbele afdichting van elementen. En zoals we al zeiden, het was 's werelds eerste GIS met integratie op twee niveaus, en misschien wel het eerste GIS in het algemeen. Er zijn acht typen modules ontwikkeld met de algemene naam “Quantum”, die verschillende logische functies vervulden. Als onderdeel van dergelijke modules bleven de R12-2-voertuigen operationeel wanneer ze werden blootgesteld aan constante versnellingen tot 150 g en trillingsbelastingen in het frequentiebereik van 5-2000 Hz met versnellingen tot 15 g.

De Kvant-modules werden eerst geproduceerd door de proefproductie van NIIRE, en vervolgens werden ze overgebracht naar de Zhigulevsky Radio Plant van het Ministerie van Radio-industrie van de USSR, die ze aan verschillende consumenten leverde, waaronder de VEF-fabriek.

TS R12-2 en de daarop gebaseerde "Kvant" -modules hebben zich goed bewezen en worden veel gebruikt. In 1968 werd een standaard uitgevaardigd die een uniform aanduidingssysteem voor geïntegreerde schakelingen in het land instelde, en in 1969 - Algemeen technische specificaties voor halfgeleider- (NP0.073.004TU) en hybride (NP0.073.003TU) IC's met een uniform systeem van eisen. In overeenstemming met deze vereisten keurde het Centraal Bureau voor de Toepassing van Geïntegreerde Schakelingen (TsBPIMS, later CDB Dayton, Zelenograd) op 6 februari 1969 de nieuwe technische specificaties ShT3.369.001-1TU voor het voertuig goed. Tegelijkertijd verscheen de term "geïntegreerd circuit" van de 102-serie voor het eerst in de aanduiding van het product. TS R12-2 werd IS genoemd: 1LB021V, 1LB021G, 1LB021Zh, 1LB021I. In feite was het één IC, gesorteerd in vier groepen op basis van uitgangsspanning en laadvermogen.

Rijst. 13. IC's uit de 116- en 117-serie

En op 19 september 1970 keurde TsBPIMS de technische specificaties AB0.308.014TU goed voor de Kvant-modules, aangeduid als IS-serie 116 (Fig. 13). De serie omvatte negen IC's: 1ХЛ161, 1ХЛ162 en 1ХЛ163 – multifunctionele digitale circuits; 1LE161 en 1LE162 – twee en vier logische elementen 2NOR; 1TP161 en 1TP1162 – één en twee triggers; 1UP161 – eindversterker, evenals 1LP161 – logisch element"ban" op 4 ingangen en 4 uitgangen. Elk van deze IC's had vier tot zeven ontwerpopties, die verschilden in de spanning van de uitgangssignalen en het laadvermogen, voor een totaal van 58 IC-typen. De ontwerpen werden gemarkeerd met een letter achter het digitale deel van de IS-aanduiding, bijvoorbeeld 1ХЛ161ж. Vervolgens werd het aanbod aan modules uitgebreid. De IC's van de 116-serie waren eigenlijk hybride, maar op verzoek van RZPP werden ze als halfgeleider bestempeld (het eerste cijfer in de aanduiding is "1", bij hybride zou "2" moeten staan).

In 1972 werd bij een gezamenlijk besluit van het Ministerie van Elektronica-industrie en het Ministerie van Radio-industrie de productie van modules overgedragen van de Zhigulevsky Radio Plant naar RZPP. Dit elimineerde de mogelijkheid om de IC's uit de 102-serie over lange afstanden te transporteren, dus lieten ze de noodzaak achterwege om de chip van elke IC af te dichten. Als gevolg hiervan werd het ontwerp van zowel de 102- als de 116-serie IC's vereenvoudigd: het was niet nodig om de 102-serie IC's in een metalen beker gevuld met compound te verpakken. Onverpakte IC's uit de 102-serie in technologische containers werden afgeleverd bij een naburige werkplaats voor de assemblage van IC's uit de 116-serie, rechtstreeks op hun microboard gemonteerd en verzegeld in de modulebehuizing.

Halverwege de jaren zeventig werd een nieuwe standaard voor het IP-notatiesysteem uitgebracht. Hierna kreeg IS 1LB021V bijvoorbeeld de aanduiding 102LB1V.

Tweede IS en GIS door Yuri Osokin. Solide schema R12-5(IS-serie 103 En 117 )

Aan het begin van 1963, als resultaat van serieus werk aan de ontwikkeling van hoogfrequente n-p-n-transistors, het team van Yu.V. Osokina heeft uitgebreide ervaring opgedaan met het werken met p-lagen op de originele n-germaniumwafel. Dit en de aanwezigheid van alle noodzakelijke technologische componenten zorgden ervoor dat Osokin in 1963 begon met het ontwikkelen van nieuwe technologie en het ontwerpen van een snellere versie van het voertuig. In 1964 werd in opdracht van NIIRE de ontwikkeling van het R12-5-voertuig en de daarop gebaseerde modules voltooid. Op basis van de resultaten werd het ontwerp- en ontwikkelingswerk van Palanga in 1965 geopend (GK Yu.V. Osokin, zijn plaatsvervanger - D.L. Mikhalovich, voltooid in 1966). Modules gebaseerd op de R12-5 zijn ontwikkeld in het kader van hetzelfde R&D-project “Kvant” als de modules gebaseerd op de R12-2. Gelijktijdig met de technische specificaties voor de 102- en 116-serie werden de technische specificaties ShT3.369.002-2TU voor de 103-serie IC (R12-5) en AV0.308.016TU voor de 117-serie IC (modules gebaseerd op de 103-serie IC) goedgekeurd. De nomenclatuur van typen en standaardclassificaties van TS R12-2, modules daarop en IS-series 102 en 116 waren identiek aan de nomenclatuur van respectievelijk TS R12-5 en IS-series 103 en 117. Ze verschilden alleen in snelheid en productietechnologie van het IC-kristal. De typische voortplantingsvertragingstijd van de 117-serie was 55 ns versus 200 ns voor de 116-serie.

Structureel was de R12-5 TS een vierlaagse halfgeleiderstructuur (Fig. 14), waarbij het n-type substraat en p + -type emitters waren verbonden met een gemeenschappelijke aardbus. De belangrijkste technische oplossingen voor de constructie van het R12-5-voertuig zijn geregistreerd als de uitvinding van Yu.V. Kaydalova Zh.A en Akmensa Ya.P. (AS-nr. 248847). Bij het vervaardigen van de vierlaagse structuur van de TC R12-5 was een belangrijke knowhow de vorming van een n-type p-laag in de originele germaniumplaat. Dit werd bereikt door diffusie van zink in een afgesloten kwartsampul, waarbij de platen zich bevinden bij een temperatuur van ongeveer 900 °C, en zink zich aan het andere uiteinde van de ampul bevindt bij een temperatuur van ongeveer 500 °C. van de TS-structuur in de gecreëerde p-laag is vergelijkbaar met de P12-2 TS. Nieuwe technologie stelde ons in staat om weg te komen van de complexe vorm van het TS-kristal. Wafels met P12-5 werden ook vanaf de achterkant geslepen tot een dikte van ongeveer 150 micron, waarbij een deel van de originele wafel behouden bleef, en vervolgens werden ze in individuele rechthoekige IC-chips gekrast.

Rijst. 14. Structuur van het TS R12-5-kristal uit AS-nr. 248847. 1 en 2 – aarde, 3 en 4 – ingangen, 5 – uitgang, 6 – voeding

Na de eerste positieve resultaten van de productie van experimentele R12-5-voertuigen werd in opdracht van KB-1 het Mezon-2-onderzoeksproject geopend, gericht op het creëren van een voertuig met vier R12-5. In 1965 werden werkmonsters in een platte metaal-keramische behuizing verkregen. Maar P12-5 bleek moeilijk te vervaardigen, voornamelijk vanwege de moeilijkheid om een ​​met zink gedoteerde p-laag op de originele n-Ge-wafel te vormen. Het kristal bleek arbeidsintensief om te produceren, het opbrengstpercentage is laag en de kosten van het voertuig zijn hoog. Om dezelfde redenen werd de R12-5 TC in kleine volumes geproduceerd en kon hij de langzamere, maar technologisch geavanceerdere R12-2 niet vervangen. En het Mezon-2-onderzoeksproject werd helemaal niet voortgezet, onder meer vanwege interconnectieproblemen.

Tegen die tijd voerden het Pulsar Research Institute en het NIIME al uitgebreid werk uit aan de ontwikkeling van planaire siliciumtechnologie, die een aantal voordelen heeft ten opzichte van germaniumtechnologie, waarvan de belangrijkste een hoger bedrijfstemperatuurbereik (+150°C) is. voor silicium en +70°C voor germanium) en de aanwezigheid van natuurlijk silicium beschermende film SiO2. En de specialisatie van RZPP werd geheroriënteerd naar het creëren van analoge IC's. Daarom vonden RZPP-specialisten de ontwikkeling van germaniumtechnologie voor de productie van IC's ongepast. Bij de productie van transistors en diodes verloor germanium zijn positie echter enige tijd niet. Op de afdeling Yu.V. Osokin, na 1966, werden RZPP germanium planaire microgolftransistoren met lage ruis GT329, GT341, GT 383, enz. ontwikkeld en geproduceerd. Hun creatie werd bekroond met de Staatsprijs van de Letse USSR.

Sollicitatie

Rijst. 15. Rekenkundig apparaat op modules met vaste schakelingen. Foto uit het TS-boekje uit 1965.

Rijst. 16. Vergelijkende afmetingen van het automatische controleapparaat voor telefooncentrales, gemaakt op een relais en een voertuig. Foto uit het TS-boekje uit 1965.

De klanten en eerste consumenten van de R12-2 TS en modules waren de makers van specifieke systemen: de Gnome-computer (Fig. 15) voor het Kupol-boordvliegtuigsysteem (NIIRE, GK Lyakhovich E.M.) en automatische telefooncentrales voor de marine en de burgerbevolking. (fabriek VEF, GK Misulovin L.Ya.). Actief deelgenomen aan alle fasen van de creatie van de R12-2, R12-5-voertuigen en modules daarop en KB-1, de hoofdcurator van deze samenwerking vanuit KB-1 was N.A. Barkanov. Geholpen met financiering, productie van apparatuur, onderzoek van voertuigen en modules in verschillende modi en bedrijfsomstandigheden.

TS R12-2 en de daarop gebaseerde "Kvant" -modules waren de eerste microschakelingen in het land. En in de wereld behoorden ze tot de eersten - alleen in de VS begonnen Texas Instruments en Fairchild Semiconductor hun eerste halfgeleider-IC's te produceren, en in 1964 begon de IBM Corporation dikke-film hybride IC's voor zijn computers te produceren. In andere landen wordt er nog niet over IP nagedacht. Daarom waren geïntegreerde schakelingen een curiositeit voor het publiek; de effectiviteit van hun gebruik maakte een opvallende indruk en werd in de reclame uitgelicht. Het overgebleven boekje over het R12-2-voertuig uit 1965 (gebaseerd op daadwerkelijke toepassingen) zegt: “ Toepassing van R12-2 vaste circuits aan boord computerapparatuur maakt het mogelijk om het gewicht en de afmetingen van deze apparaten 10 tot 20 keer te verminderen, het energieverbruik te verminderen en de operationele betrouwbaarheid te vergroten. ... Het gebruik van solide P12-2-circuits in besturingssystemen en het schakelen van informatietransmissiepaden van automatische telefooncentrales maakt het mogelijk om het volume van besturingsapparaten met ongeveer 300 keer te verminderen, en om het elektriciteitsverbruik aanzienlijk te verminderen (30-50 keer)". Deze uitspraken werden geïllustreerd met foto's van het rekenapparaat van de Gnome-computer (Fig. 15) en een vergelijking van het op relais gebaseerde ATS-rek dat destijds door de VEF-fabriek werd geproduceerd met een klein blokje op de handpalm van het meisje (Fig. 16). . Er waren nog talloze andere toepassingen van de eerste Riga IC's.

Productie

Nu is het moeilijk om een ​​volledig beeld te krijgen van de productievolumes van de IC-series 102 en 103 per jaar (vandaag is RZPP van een grote fabriek in een kleine productie veranderd en zijn veel archieven verloren gegaan). Maar volgens de memoires van Yu.V. Osokin bedroeg de productie in de tweede helft van de jaren zestig vele honderdduizenden per jaar, in de jaren zeventig miljoenen. Volgens zijn overleven persoonlijke notities in 1985 werden 102 serie IC's geproduceerd - 4.100.000 stuks, 116 serie modules - 1.025.000 stuks, 103 serie IC's - 700.000 stuks, 117 serie modules - 175.000 stuks.

Eind 1989 lanceerde Yu.V. Osokin, destijds algemeen directeur van Alpha Production Association, wendde zich tot de leiding van de Militair-Industriële Commissie onder de Raad van Ministers van de USSR (MIC) met een verzoek om de series 102, 103, 116 en 117 uit productie te verwijderen vanwege hun veroudering en hoge arbeidsintensiteit (in 25 jaar is de micro-elektronica nog lang niet vooruitgegaan), maar kreeg een categorische weigering. Vice-voorzitter van het Militair-Industrieel Complex V.L. Koblov vertelde hem dat de vliegtuigen betrouwbaar vliegen, vervanging is uitgesloten. Na de ineenstorting van de USSR werden de IC-series 102, 103, 116 en 117 geproduceerd tot halverwege de jaren negentig, dat wil zeggen gedurende meer dan 30 jaar. De Gnome-computers staan ​​nog steeds geïnstalleerd in de navigatiecabine van de Il-76 en enkele andere vliegtuigen. “Dit is een supercomputer”, staan ​​onze piloten niet met de handen in het haar als hun buitenlandse collega’s verrast worden door hun interesse in dit ongekende apparaat.

Over prioriteiten

Ondanks het feit dat J. Kilby en R. Noyce voorgangers hadden, worden ze door de wereldgemeenschap erkend als de uitvinders van de geïntegreerde schakeling.

R. Kilby en J. Noyce dienden via hun firma's octrooiaanvragen in voor de uitvinding van een geïntegreerde schakeling. Texas Instruments vroeg eerder, in februari 1959, patent aan, en Fairchild deed dit pas in juli van dat jaar. Maar patentnummer 2981877 werd in april 1961 verleend aan R. Noyce. J. Kilby klaagde een rechtszaak aan en ontving pas in juni 1964 zijn patentnummer 3138743. Toen was er een tienjarige oorlog over prioriteiten, waardoor (in een zeldzaam geval) ‘de vriendschap won’. Uiteindelijk bevestigde het Hof van Beroep Noyce's claim op technologisch primaat, maar oordeelde dat J. Kilby de eer moest krijgen om de eerste werkende microschakeling te creëren. En Texas Instruments en Fairchild Semiconductor tekenden een overeenkomst over wederzijdse licentietechnologieën.

In de USSR leverde het patenteren van uitvindingen auteurs niets anders op dan gedoe, een onbeduidende eenmalige betaling en morele voldoening, dus veel uitvindingen werden helemaal niet geregistreerd. En Osokin had ook geen haast. Maar voor bedrijven was het aantal uitvindingen een van de indicatoren, dus moesten ze toch geregistreerd worden. Daarom ontvingen Yu. Osokina en D. Mikhalovich pas op 28 juni 1966 het USSR-auteurcertificaat nr. 36845 voor de uitvinding van het R12-2-voertuig.

En J. Kilby werd in 2000 een van de Nobelprijswinnaars voor de uitvinding van IP. R. Noyce kreeg geen wereldwijde erkenning; hij stierf in 1990, en volgens de regelgeving wordt de Nobelprijs niet postuum toegekend. Wat in dit geval niet helemaal eerlijk is, aangezien alle micro-elektronica het pad volgde dat door R. Noyce was begonnen. Noyce's autoriteit onder specialisten was zo groot dat hij zelfs de bijnaam 'burgemeester van Silicon Valley' kreeg, aangezien hij toen de populairste wetenschapper was die in dat deel van Californië werkte, dat de onofficiële naam Silicon Valley kreeg (W. Shockley werd genoemd de ‘Mozes van Silicon Valley’). Maar het pad van J. Kilby ("harige" germanium) bleek een doodlopende weg en werd zelfs in zijn bedrijf niet geïmplementeerd. Maar het leven is niet altijd eerlijk.

De Nobelprijs werd toegekend aan drie wetenschappers. De helft ervan werd ontvangen door de 77-jarige Jack Kilby, en de andere helft werd verdeeld tussen academicus van de Russische Academie van Wetenschappen Zhores Alferov en professor aan de Universiteit van Californië in Santa Barbara, de Duits-Amerikaanse Herbert Kremer, wegens “de ontwikkeling van halfgeleider-heterostructuren die worden gebruikt in snelle opto-elektronica.”

Bij het evalueren van deze werken merkten deskundigen op dat “geïntegreerde circuits uiteraard de ontdekking van de eeuw zijn, die een diepgaande impact heeft gehad op de samenleving en de wereldeconomie.” Voor de vergeten J. Kilby was de Nobelprijs een verrassing. In een interview met het tijdschrift Europhysics-nieuws hij gaf toe: “ Ik dacht toen alleen maar aan wat vanuit economisch oogpunt belangrijk zou zijn voor de ontwikkeling van elektronica. Maar ik begreep toen nog niet dat de verlaging van de kosten van elektronische producten een lawine van groei in elektronische technologieën zou veroorzaken.”.

En de werken van Yu worden niet alleen door het Nobelcomité gewaardeerd. Ze worden ook vergeten in ons land; de prioriteit van het land bij het creëren van micro-elektronica wordt niet beschermd. En dat was hij ongetwijfeld.

In de jaren vijftig werd de materiële basis gecreëerd voor de vorming van producten met meerdere elementen - geïntegreerde schakelingen - in één monolithisch kristal of op één keramisch substraat. Daarom is het niet verrassend dat het idee van IP vrijwel tegelijkertijd onafhankelijk in de hoofden van veel specialisten ontstond. En de snelheid van implementatie van een nieuw idee hing af van de technologische mogelijkheden van de auteur en de interesse van de fabrikant, dat wil zeggen van de aanwezigheid van de eerste consument. In dit opzicht bevond Yu. Kilby was nieuw bij TI, hij moest zelfs aan het management van het bedrijf de fundamentele mogelijkheid bewijzen om een ​​monolithisch circuit te implementeren door het prototype ervan te maken. Eigenlijk komt de rol van J. Kilby bij de oprichting van de IP neer op het heropvoeden van het management van TI en het uitdagen van R. Noyce om actieve actie te ondernemen met zijn lay-out. Kilby's uitvinding ging niet in massaproductie. R. Noyce ging in zijn jonge en nog niet sterke bedrijf een nieuwe vlakke technologie creëren, die inderdaad de basis werd voor de daaropvolgende micro-elektronica, maar niet onmiddellijk bezweek voor de auteur. In verband met het bovenstaande hebben zowel zij als hun bedrijven veel moeite en tijd moeten besteden praktische uitvoering hun ideeën voor het bouwen van serieel geschikte IP’s. Hun eerste monsters bleven experimenteel, maar andere microschakelingen, zelfs die niet door hen waren ontwikkeld, gingen in massaproductie. In tegenstelling tot Kilby en Noyce, die nog lang niet in productie waren, vertrouwde fabriekseigenaar Yu Osokin op industrieel ontwikkelde halfgeleider-RZPP-technologieën, en hij had de consumenten van de eerste voertuigen gegarandeerd in de vorm van de initiatiefnemer van de ontwikkeling van NIIRE en de nabijgelegen VEF-fabriek. wat hielp bij dit werk. Om deze redenen ging de eerste versie van zijn voertuig onmiddellijk in proefproductie, die soepel overging in massaproductie, die meer dan 30 jaar onafgebroken doorging. Dus nadat hij later was begonnen met de ontwikkeling van de TS dan Kilby en Noyce, haalde Yu Osokin (niet op de hoogte van deze concurrentie) hen snel in. Bovendien zijn de werken van Yu Osokin op geen enkele manier verbonden met de werken van de Amerikanen, een bewijs hiervan is de absolute ongelijkheid van zijn voertuig en de daarin geïmplementeerde oplossingen van de microcircuits van Kilby en Noyce. Texas Instruments (niet de uitvinding van Kilby), Fairchild en RZPP begonnen vrijwel gelijktijdig met de productie van hun IC's, in 1962. Dit geeft alle recht om Yu Osokin te beschouwen als een van de uitvinders van de geïntegreerde schakeling, op één lijn met R. Noyce en meer dan J. Kilby, en het zou eerlijk zijn om een ​​deel van de Nobelprijs voor J. Kilby met Yu te delen. Osokin. Wat betreft de uitvinding van het eerste GIS met integratie op twee niveaus (en mogelijk GIS in het algemeen), hier staat de prioriteit van A. Pelipenko van NIIRE absoluut onbetwistbaar.

Helaas was het niet mogelijk om monsters te vinden van voertuigen en daarop gebaseerde apparaten, noodzakelijk voor musea. De auteur zou zeer dankbaar zijn voor dergelijke voorbeelden of foto's ervan.

Geïntegreerde schakeling(of eenvoudigweg een geïntegreerd circuit) is een verzameling van, in de regel, een groot aantal onderling verbonden componenten (transistors, diodes, condensatoren, weerstanden, enz.), vervaardigd in een enkele technologische cyclus (d.w.z. gelijktijdig), op dezelfde drager ontwerpen - substraat- en vervult een bepaalde functie van het converteren van informatie.

De term "geïntegreerd circuit" (IC) weerspiegelt het feit van het combineren (integreren) van individuele onderdelen - componenten - tot een structureel verenigd apparaat, evenals het feit dat de functies die door dit apparaat worden uitgevoerd complexer zijn in vergelijking met de functies van individuele componenten .

Componenten die deel uitmaken van het IP en er dus niet als onafhankelijke producten van gescheiden kunnen worden, worden genoemd elementen IP of integrale elementen. Ze hebben een aantal kenmerken vergeleken met transistors enz., die worden vervaardigd als structureel afzonderlijke eenheden en door middel van solderen in een circuit worden aangesloten.

De ontwikkeling van elektronica is gebaseerd op de voortdurende complicatie van de functies van elektronische apparatuur. Op bepaalde fasen het wordt onmogelijk om nieuwe problemen op te lossen met behulp van oude middelen of, zoals ze zeggen, op basis van het oude elementbasis, bijvoorbeeld gebruiken vacuüm buizen of discrete transistoren. De belangrijkste factoren die ten grondslag liggen aan de verandering in de elementbasis zijn: betrouwbaarheid, afmetingen en gewicht, kosten en kracht.

Een kenmerk van micro-elektronicaproducten is hoge graad de complexiteit van de uitgevoerde functies, waarvoor circuits worden gecreëerd waarin het aantal componenten miljoenen bedraagt. Hieruit blijkt duidelijk dat het garanderen van een betrouwbare werking bij het handmatig verbinden van componenten een onmogelijke opgave is. De enige manier om dit op te lossen is door kwalitatief nieuwe hoogwaardige technologieën te gebruiken.

Voor de productie van geïntegreerde schakelingen wordt een groepsproductiemethode gebruikt vlakke technologie.

Groepsmethode productie is dat in de eerste plaats een groot aantal geïntegreerde schakelingen gelijktijdig wordt vervaardigd op één wafel halfgeleidermateriaal; ten tweede, als het technologische proces het toelaat, worden tientallen van dergelijke platen tegelijkertijd verwerkt. Na voltooiing van de IC-productiecyclus wordt de wafer in twee onderling loodrechte richtingen gesneden tot individuele kristallen, die elk een IC vertegenwoordigen.

Planaire technologie- dit is een organisatie van een technologisch proces waarbij alle elementen en hun componenten in een geïntegreerd circuit worden gecreëerd door ze door een vlak te vormen.

Een of meer technologische handelingen bij de vervaardiging van IC's bestaan ​​uit het verbinden individuele elementen in het circuit en verbind ze met speciale contactvlakken. Daarom is het noodzakelijk dat de aansluitingen van alle elementen en contactvlakken zich in hetzelfde vlak bevinden. Deze mogelijkheid wordt geboden door planaire technologie.

Laatste operatie - verpakking- dit is het plaatsen van een IC in een behuizing met verbindingspads aan de poten van het IC (Fig. 2.20).

Prijs Déén IC (één chip) kan als volgt worden vereenvoudigd:

Waar A- kosten van onderzoeks- en ontwikkelingswerk om intellectuele eigendom te creëren; IN- kosten voor technologische apparatuur, lokalen, enz.; MET- lopende kosten voor materialen, elektriciteit, loon, berekend per bord; Z- het aantal geproduceerde platen vóór afschrijving van vaste productiemiddelen; X- aantal kristallen op de plaat; Y- de verhouding tussen geschikte intellectuele eigendom en de hoeveelheid die aan het begin ervan in productie is genomen.

Naast de voor de hand liggende opmerkingen over de kosten, moet het volgende worden opgemerkt. Toename Y wordt bereikt door het creëren van steeds modernere technologie, misschien wel de meest complexe en schone van veel van de nieuwste industrieën. Toename van het aantal kristallen X op een bord kan op twee manieren worden bereikt: het vergroten van de afmeting van de plaat en het verkleinen van de individuele elementen. Beide richtingen worden gebruikt door ontwikkelaars.

Concluderend merken we op dat alle constanten in de formule noch constant, noch van elkaar afhankelijk zijn, zodat de analyse van de minimale kosten feitelijk complex en multifactorieel is.

IP-classificatie. Classificatie van IP kan plaatsvinden op basis van verschillende criteria; we beperken ons hier tot slechts één. Op basis van de productiemethode en de resulterende structuur worden twee fundamenteel verschillende soorten geïntegreerde schakelingen onderscheiden: halfgeleider en film.

Halfgeleider IC is een microschakeling waarvan de elementen zijn gemaakt in de laag aan het oppervlak van het halfgeleidersubstraat (Fig. 2.21). Deze IC's vormen de basis van de moderne micro-elektronica.

Film-IC is een microschakeling waarvan de elementen zijn gemaakt in de vorm van verschillende soorten films die zijn afgezet op het oppervlak van een diëlektrisch substraat (Fig. 2.22). Afhankelijk van de wijze van aanbrengen van films en de bijbehorende dikte, worden ze onderscheiden dunne film IC (filmdikte tot 1-2 micron) en dikke film IC (filmdikte van 10-20 micron en hoger). Omdat tot nu toe geen enkele combinatie van gesputterde films het mogelijk maakt actieve elementen zoals transistors te verkrijgen, bevatten film-IC's alleen passieve elementen (weerstanden, condensatoren, enz.). Daarom zijn de functies die worden uitgevoerd door IC's met pure film uiterst beperkt. Om deze beperkingen te overwinnen, wordt het film-IC uitgebreid met actieve componenten (individuele transistors of IC's) die op hetzelfde substraat zijn geplaatst en met de filmelementen zijn verbonden. Dan krijgen we een IC die hybride wordt genoemd.

Hybride IC(of GIS) is een microschakeling die een combinatie is van passieve filmelementen en actieve componenten die zich op een gemeenschappelijk diëlektrisch substraat bevinden. De discrete componenten waaruit een hybride IC bestaat, worden genoemd gemonteerd, waarbij de nadruk wordt gelegd op hun isolatie van de belangrijkste technologische cyclus voor het produceren van het filmgedeelte van het circuit.

Een ander type "gemengde" IC, dat halfgeleider- en filmgeïntegreerde elementen combineert, wordt gecombineerd genoemd.

Gecombineerd IP- dit is een microschakeling waarin de actieve elementen zijn gemaakt in de laag aan het oppervlak van een halfgeleiderkristal (zoals een halfgeleider-IC), en de passieve elementen zijn aangebracht in de vorm van films op een vooraf geïsoleerd oppervlak van hetzelfde kristal (zoals een film-IC).

Composiet IC's zijn gunstig wanneer hoge waarden en hoge stabiliteit van weerstanden en capaciteiten vereist zijn; aan deze eisen kan met filmelementen gemakkelijker worden voldaan dan met halfgeleiderelementen.

Bij alle soorten IC's worden de elementen onderling verbonden met behulp van dunne metalen strips die op het oppervlak van het substraat worden gespoten of afgezet en op de juiste plaatsen in contact komen met de te verbinden elementen. Het proces van het aanbrengen van deze verbindingsstrips heet metallisatie, en het ‘patroon’ van onderlinge verbindingen zelf is dat ook metalen bedrading.

Halfgeleiders Naar nieuw IP-adres. Momenteel worden de volgende halfgeleider-IC's onderscheiden: bipolair, MOS (metal-oxide-semiconductor) en BIMOS. Deze laatste zijn een combinatie van de eerste twee en combineren hun positieve eigenschappen.

Halfgeleider-IC-technologie is gebaseerd op het afwisselend doteren van een halfgeleiderwafel (silicium) met donor- en acceptoronzuiverheden, wat resulteert in de vorming van dunne lagen met verschillende soorten geleidbaarheid onder het oppervlak р-n-overgangen bij laaggrenzen. Individuele lagen worden gebruikt als weerstanden, en р-n-overgangen - in diode- en transistorstructuren.

Het legeren van de plaat moet lokaal gebeuren, d.w.z. in afzonderlijke gebieden, gescheiden door vrij grote afstanden. Lokale legering wordt uitgevoerd met behulp van speciale maskers met gaten waardoor onzuiverheidsatomen op de gewenste plaatsen in de plaat binnendringen. Bij de vervaardiging van halfgeleider-IC's wordt de maskerrol gewoonlijk gespeeld door een film van siliciumdioxide, SiO2, die het oppervlak van de siliciumwafel bedekt. In deze film wordt de vereiste reeks gaten met verschillende vormen gegraveerd met behulp van speciale methoden, of, zoals ze zeggen, het noodzakelijke tekening(rijst. 2.22). Gaten in maskers, met name in de oxidefilm, worden genoemd ramen.

Laten we nu de componenten (elementen) van halfgeleider-IC's kort karakteriseren. Het belangrijkste element van bipolaire IC's is n-p-n-transistor: de hele technologische cyclus is gericht op de productie ervan. Alle andere elementen moeten indien mogelijk gelijktijdig met deze transistor worden vervaardigd, zonder aanvullende technologische handelingen.

Het belangrijkste element van het MIS IC is de MOS-transistor. Ook de productie van andere elementen wordt aangepast aan de basistransistor.

De elementen van een bipolaire IC moeten op de een of andere manier van elkaar worden geïsoleerd, zodat ze geen interactie via de chip hebben.

De elementen van MOS IC's vereisen geen speciale isolatie van elkaar, omdat er geen interactie is tussen aangrenzende MOSFET's. Dit is een van de belangrijkste voordelen van MOS IC's vergeleken met bipolaire IC's.

Functie halfgeleider-IC's is dat er onder hun elementen geen inductoren zijn en vooral geen transformatoren. Dit wordt verklaard door het feit dat het nog niet mogelijk is geweest om in een vast lichaam enig equivalent van een fysisch fenomeen te gebruiken elektromagnetische inductie. Daarom proberen ze bij het ontwikkelen van een IS deze te implementeren vereiste functie zonder het gebruik van inductanties, wat in de meeste gevallen mogelijk is. Als een inductor of transformator fundamenteel noodzakelijk is, moeten deze worden gebruikt in de vorm van externe componenten.

De kristalafmetingen van moderne halfgeleider-IC's bereiken 20x20 mm 2. Hoe groter het chipoppervlak, hoe complexer IC met meer elementen erop kan worden geplaatst. Met hetzelfde kristaloppervlak kun je het aantal elementen vergroten door hun afmetingen en de afstanden ertussen te verkleinen.

Meestal wordt de functionele complexiteit van een IS gekarakteriseerd mate van integratie, die. het aantal elementen (meestal transistors) op de chip. De maximale integratiegraad is 10 b-elementen op een chip. Het vergroten van de mate van integratie (en daarmee de complexiteit van de functies die door de IS worden uitgevoerd) is een van de belangrijkste trends in de micro-elektronica.

Voor kwantificering graden van integratie gebruiken een voorwaardelijke coëfficiënt k= loggen N. Afhankelijk van de betekenis worden interne schema's anders genoemd:

k ≤ 2 (N≤ 100) - geïntegreerde schakeling (IC);

2 ≤ k ≤ 3 (N≤ 1000) - geïntegreerd circuit met gemiddelde integratiegraad (SIS);

3 ≤ k ≤ 5 (N ≤ 10 5) - grote geïntegreerde schakeling (LSI);
k> 5 (N>10 5) - zeer grootschalige geïntegreerde schakeling (VLSI).

Hieronder staan ​​de Engelse symbolen en hun uitleg:

IC - Geïntegreerde schakeling;

MSI - Middelgrote integratie;

LSI - Grootschalige integratie;

VLSI - Integratie op zeer grote schaal.

Naast de mate van integratie gebruiken ze ook zo’n indicator als pakkingsdichtheid- het aantal elementen (meestal transistors) per oppervlakte-eenheid van het kristal. Deze indicator, die vooral het technologieniveau karakteriseert, bedraagt ​​momenteel 500-1000 elementen/mm 2.

Hybride IC's. Film, en dus hybride IC's, worden, afhankelijk van de productietechnologie, onderverdeeld in dikke en dunne film.

Dikkefilm-GIS (laten we ze TsGIS noemen) wordt heel eenvoudig vervaardigd. Breng aan op de diëlektrische substraatplaat pasta's van verschillende samenstelling. Geleidende pasta's zorgen voor onderlinge verbindingen van elementen, condensatorplaten en leidingen naar behuizingspinnen; resistief - het verkrijgen van weerstanden; diëlektricum - isolatie tussen condensatorplaten en algemene bescherming van het oppervlak van het afgewerkte GIS. Elke laag moet zijn eigen configuratie, zijn eigen patroon hebben. Daarom wordt bij het maken van elke laag de pasta via een eigen masker aangebracht - stencil- met ramen op de plaatsen waar de pasta van deze laag zou moeten komen. Hierna worden de bevestigingscomponenten gelijmd en worden de aansluitingen ervan aangesloten contactvlakken.

Dunne-film GIS (laten we ze TkGIS noemen) wordt vervaardigd met behulp van een complexere technologie dan TsGIS. Klassieke dunnefilmtechnologie kenmerkt zich doordat films vanuit de gasfase op een substraat worden afgezet. Nadat ze de volgende film hebben laten groeien, veranderen ze de chemische samenstelling van het gas en daarmee de elektrofysische eigenschappen van de volgende film. Op deze manier worden achtereenvolgens geleidende, resistieve en diëlektrische lagen verkregen. De configuratie (patroon) van elke laag wordt bepaald door een stencil, zoals in het geval van TsGIS, of door een masker, zoals het oxidemasker in halfgeleider-IC's (zie figuur 1.4).

Bevestigingselementen in TkGIS worden, net als in TsGIS, op het oppervlak van het voltooide filmgedeelte van het circuit gelijmd en verbonden met de overeenkomstige contactvlakken van de elementen.

De mate van GIS-integratie kan niet op dezelfde manier worden beoordeeld als bij halfgeleider-IC's. Er is echter een termijn grote GIS(of BGIS), wat betekent dat het GIS geen individuele transistors bevat, maar volledige halfgeleider-IC's als aangesloten componenten.