Care este esența unui circuit integrat? Microcircuite

1 Circuite integrate (CI)

Baza principală a mecanicii discrete moderne este microelectronica integrată. Trecerea la IC-uri a schimbat semnificativ modul în care sunt construite echipamentele electronice, deoarece produsele de microcircuite sunt unități funcționale complete, fie ele elemente logice pentru efectuarea de operațiuni simple sau procesoare de computer formate din multe mii de elemente.

1.Terminologie

În conformitate cu GOST 17021-88 „Microcircuite integrate. Termeni și definiții".

Circuit integrat (IC) ) – un produs microelectronic care îndeplinește o funcție specifică de conversie și procesare a semnalului și are o densitate mare de ambalare a elementelor (sau elementelor și componentelor) conectate electric și (sau) cristalelor, care, din punct de vedere al cerințelor de testare, acceptare, livrarea și funcționarea, este considerată ca un întreg.

Circuit integrat semiconductor – un circuit integrat, ale cărui toate elementele și conexiunile între elemente sunt realizate în volumul și pe suprafața semiconductorului.

Circuit integrat de film – un circuit integrat, ale cărui toate elementele și conexiunile între elemente sunt realizate sub formă de pelicule (un caz special de circuite integrate cu film sunt circuitele integrate cu peliculă groasă și cu peliculă subțire).

Circuit integrat hibrid – un circuit integrat care conține, pe lângă elemente, componente și (sau) cristale (un caz special al unui circuit integrat hibrid este un circuit integrat multicip).

Tehnologia filmului subțire – materiale de bază:

Substrat - pentru aplicarea și crearea unui model (ceramică);

Film conductiv – cupru, aluminiu, aur;

Material rezistiv – metale și aliajele lor, oxid de staniu, dielectrici, amestecuri.

Film gros - în principal ca plăci de comutare.

În prezent, există circuite integrate cu 6 grade de integrare (Tabelul 1).

Circuit integrat mic (MIC) - IC care conține până la 100 de elemente și (sau) componente inclusiv (1..2 grade).

Circuit integrat mediu (MIC) ) - CI care conține peste 100 până la 1000 de elemente și (sau) componente pentru circuitele integrate digitale și peste 100 până la 500 pentru cele analogice (2..3 grade).

Circuit integrat mare (LSI) - CI care conține peste 1000 de elemente și (sau) componente pentru circuite integrate digitale și peste 500 pentru circuite integrate analogice (3..4 grade).

Circuit integrat la scară foarte mare (VLSI) - CI care conține peste 100.000 de elemente și (sau) componente pentru circuitele integrate digitale cu o structură de construcție obișnuită, peste 50.000 pentru circuitele integrate digitale cu o structură de construcție neregulată și peste 10.000 pentru circuitele integrate analogice (5..7 grade).

Notă: Circuitele integrate digitale cu o structură obișnuită includ circuite de memorie și circuite bazate pe semnale matriceale de bază, cu o structură neregulată a circuitelor de calcul.

Circuit integrat ultra-viteză (USIC) ) – CI digital, a cărui viteză funcțională este de cel puțin 1*10 13 Hz/cm 3 per element logic.

Prin viteză funcțională înțelegem produsul dintre frecvența de funcționare a unui element logic, egal cu valoarea cvadrupla inversă a timpului de întârziere maxim mediu de propagare a semnalului cu numărul de elemente logice pe 1 centimetru pătrat de suprafață de cristal.

3 Clasificarea circuitelor integrate după niveluri de integrare.

Tabelul 1 - Clasificarea SI pe niveluri de integrare

Ste-Level Numărul de elemente și componente într-un singur cip

stump integ- Chipsuri digitale Analogic

integrare pe microcircuite bipolare MOS-on

tranzistoare walkie-talkie tranzistoare

1..2 MIS<= 100 <= 100 <= 100

2..3 SIS > 100<= 1000 > 100 <= 500 > 100 <= 500

3..4 BIS > 1000<= 10000 > 500 <= 2000 > 500

4..5 VLSI > 100000 > 50000 > 10000

Circuit integrat analogic - un circuit integrat conceput pentru a converti și procesa semnale conform legii unei funcții continue (un caz special al unui circuit integrat analogic este un microcircuit cu o caracteristică liniară - un circuit integrat liniar).

IC digital - circuit integrat, conceput pentru conversia și procesarea semnalelor care se modifică conform legii unei funcții discrete (un caz special al unui circuit integrat digital este un cip logic)

Gradul de integrare a circuitului integrat – un indicator al gradului de complexitate al unui microcircuit, caracterizat prin numărul de elemente și componente pe care le conține.

Determinat prin formula: k=logN,

unde k este un coeficient care determină gradul de integrare, rotunjit la cel mai apropiat număr întreg mai mare.

N este numărul de elemente și componente incluse în circuitul integrat.

Seria de circuite integrate - un set de tipuri de circuite integrate care pot îndeplini diverse funcții, au un singur design și proiectare tehnologică și sunt destinate utilizării în comun.

La nivelul cel mai de jos, zero al ierarhiei constructive a EVA de orice tip și scop, există CI care îndeplinesc funcții logice, auxiliare, speciale, precum și funcții de memorie. În prezent, industria produce un număr mare de circuite integrate, care pot fi clasificate după o serie de caracteristici.

2 Clasificarea microcircuitelor și simbolurilor

Depinzând de tehnologii de fabricatie Circuitele integrate sunt împărțite în 4 tipuri: semiconductor; film; hibrid; combinate

Elementele circuitelor electrice ale circuitelor integrate semiconductoare sunt formate în vrac sau pe suprafața materialului semiconductor (substrat). Formarea elementelor active și pasive prin introducerea unei anumite concentrații de impurități cu numere diferite ale unei singure plăci cristaline.

Figura 1 – Clasificarea circuitelor integrate

În circuitele integrate hibride, partea pasivă este realizată sub formă de filme aplicate pe suprafața materialului dielectric (substrat), iar elementele active, care au un design independent, sunt atașate la suprafața substratului.

În funcție de metodele de conectare a elementelor solide active, circuitele integrate active vin cu cabluri flexibile și rigide.

Un tip de circuit integrat semiconductor este un circuit integrat combinat.

În circuitele integrate combinate, elementele active sunt realizate în interiorul substratului semiconductor, iar partea pasivă este sub formă de pelicule metalice pe suprafața sa.

După scopul funcțional IS poate fi împărțit în:

1) digital; 2) analogic.

Circuitele integrate digitale sunt utilizate în calculatoare digitale, dispozitive de automatizare discrete etc. Acestea includ circuite cu microprocesor, circuite de memorie și circuite integrate care îndeplinesc funcții logice.

Circuitele integrate cu impulsuri liniare și liniare sunt utilizate în calculatoarele analogice și în dispozitivele de conversie a informațiilor.

Acestea includ diverse amplificatoare operaționale, comparatoare și alte circuite.

Baza clasificării digital microcircuitele au trei caracteristici:

1) tipul de componente ale circuitului logic asupra cărora se efectuează operații logice asupra variabilelor de intrare;

2) o metodă de conectare a dispozitivelor semiconductoare într-un circuit logic;

3) tip de conexiune între circuite logice.

Pe baza acestor caracteristici, circuitele integrate logice pot fi clasificate după cum urmează:

1) circuite cu conexiuni directe pe structuri MOS - NSTLM (MOS - metal - oxid - semiconductor sau MOS metal-izolant - semiconductor).

2) circuite cu conexiuni rezistor-capacitive - RTL; RETL – circuite a căror logică de intrare este realizată folosind circuite cu rezistență. RETL și RTL sunt depășite din punct de vedere moral și nu sunt utilizate în noile dezvoltări;

3) circuite a căror logică de intrare se realizează folosind diode - DTL;

4 circuite, a căror logică de intrare este realizată de un tranzistor multi-emițător - TTL;

5) circuite cu emițători cuplati - ESL, sau PTTL - logica pe comutatoare de curent;

6) logica integrată prin injecție IIL sau I 2 L - pe baza acesteia se creează microcircuite cu un grad ridicat de integrare, performanță ridicată și consum redus de energie;

7) circuite bazate pe conexiunea în comun a unei perechi de tranzistoare cu canale de diferite tipuri de conductivitate, așa-numitele structuri complementare. (structuri CMOS).

În simbolul IC, designul și designul tehnologic sunt indicate printr-un număr:

1,5,6,7 – semiconductor; 2,4,8 – hibrid;

3 altele – (film, vid etc.).

În funcție de natura funcțiilor îndeplinite în REA, circuitele integrate sunt împărțite în subgrupe (de exemplu, generatoare, amplificatoare etc.) și tipuri (de exemplu, convertoare de frecvență, fază, tensiune); subgrupul este desemnat prin literele corespunzătoare ( de exemplu, generator HS (G) de semnale armonice (C), diode ND-set (N) (D))

4 carcase pentru cipuri

GOST 17467-88 conține termeni legați de proiectarea IC.

Corpul corpului – parte a carcasei fără cabluri.

Poziția de ieșire – una dintre mai multe locații egal distanțate ale terminalelor la ieșirea din corpul carcasei, situate în jurul unui cerc sau pe rând, care poate fi sau nu ocupată de un terminal. Fiecare poziţie de ieşire este desemnată printr-un număr de serie.

Planul de instalare – planul pe care este instalat IC-ul.

La primele calculatoare electrice, componentele circuitelor care efectuau operațiunile erau tuburile vidate. Aceste tuburi, care semănau cu becuri, consumau multă energie electrică și generau multă căldură. Totul s-a schimbat în 1947 odată cu inventarea tranzistorului. Acest mic dispozitiv folosea un material semiconductor, numit pentru capacitatea sa de a conduce și de a reține curentul electric, în funcție de existența curentului electric în semiconductorul însuși. Această nouă tehnologie a făcut posibilă construirea a tot felul de întrerupătoare electrice pe cipuri de siliciu. Circuitele cu tranzistori au ocupat mai puțin spațiu și au consumat mai puțină energie. Pentru calculatoare mai puternice, au fost create circuite integrate sau circuite integrate.

În zilele noastre, tranzistoarele au devenit microscopic mici, iar întregul circuit IC se potrivește pe o bucată pătrată de semiconductor de 1 inch. Blocurile mici montate în rânduri pe o placă de circuite de calculator sunt circuite integrate închise în carcase de plastic. Fiecare microcircuit conține un set de elemente de circuit simple sau dispozitive. Cele mai multe dintre ele sunt ocupate de tranzistori. Un circuit integrat poate include, de asemenea, diode, care permit curentului electric să circule într-o singură direcție și rezistențe, care blochează curentul.
Piese fixe. În interiorul unui computer, rânduri de circuite integrate în carcase de protecție, așa cum se arată mai jos, sunt montate pe placa de circuite a computerului (verde). Fiecare linie verde pal reprezintă o cale de-a lungul căreia curge curentul electric; împreună formează „autostrăzi” prin care curentul electric este transportat de la circuit la circuit.

Mesageri mici. De-a lungul marginii cipului, fire puternic magnetizate, care amintesc de părul uman, trimit semnale electrice de la circuitul electric (numit mai sus). Aceste fire de aur sau aluminiu sunt practic rezistente la coroziune și sunt bune conductoare de electricitate.

Anatomia unui tranzistor
Tranzistoarele, elementele microscopice de bază ale unui circuit electronic, sunt întrerupătoare care pornesc și opresc curentul electric. Micile piese metalice (gri) conduc curentul (roșu și verde) de la aceste dispozitive. Organizate într-o combinație numită porți logice, tranzistoarele răspund la impulsurile electrice într-o varietate de moduri prestabilite, permițând computerului să îndeplinească o gamă largă de sarcini.

Diagrama logică. Dacă curentul electric de intrare (săgețile roșii) activează baza fiecărui tranzistor, curentul de alimentare (săgețile verzi) se va grăbi către cablajul de ieșire.

Circuit integrat (cip)– un dispozitiv electronic miniatural format dintr-un număr mare de elemente radio-electronice, interconectate structural și electric. De obicei, un circuit integrat este proiectat pentru a îndeplini o funcție specifică. În esență, un microcircuit combină un fel de circuit electronic, în care toate elementele (tranzistoare, diode, rezistențe, condensatoare) și conexiunile electrice dintre ele sunt realizate structural pe un singur cip. Deoarece dimensiunile componentelor individuale sunt foarte mici (micro și nanometri), cu dezvoltarea tehnologiei moderne, mai mult de un milion de componente electronice pot fi plasate pe un singur cip.

Conceptul de circuit integrat are mai multe sinonime: microcircuit, microcip, cip. În ciuda unor particularități în definirea acestor termeni și a diferenței dintre ei, în viața de zi cu zi, toți sunt folosiți pentru a se referi la un circuit integrat. În dispozitivele electronice moderne de diverse domenii de aplicare, de la aparate electrocasnice până la dispozitive electrice medicale și științifice complexe, este dificil să găsești un dispozitiv care să nu folosească circuite integrate. Uneori, un cip îndeplinește aproape toate funcțiile dintr-un dispozitiv electronic.

Circuitele integrate sunt împărțite în grupuri în funcție de mai multe criterii. După gradul de integrare - numărul de elemente plasate pe cip. După tipul de semnal procesat: digital, analog și analog-digital. În funcție de tehnologia de producție a acestora și de materialele utilizate - semiconductor, film etc.

Astăzi, nivelul de dezvoltare a tehnologiei în producția de circuite integrate este la un nivel foarte ridicat. Creșterea gradului de integrare și îmbunătățirea parametrilor circuitelor integrate este împiedicată nu de limitările tehnologice, ci de procesele care au loc la nivel molecular în materialele utilizate pentru producție (de obicei semiconductori). Prin urmare, cercetările producătorilor și dezvoltatorilor de microcipuri sunt efectuate în direcția căutării de noi materiale care ar putea înlocui

Primele circuite integrate

Dedicat împlinirii a 50 de ani de la data oficială

B. Malaşevici

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

Orez. 1. Aspectul primului IP de J. Kilby. Fotografie de pe site-ul http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1958-Miniaturized.html

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

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

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

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

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

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

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

Primele circuite integrate hibride

Circuitele integrate hibride includ circuite integrate, a căror producție combină tehnologia integrală de fabricare a elementelor pasive cu tehnologia individuală (manuală sau automată) pentru instalarea și asamblarea elementelor active.

La sfârșitul anilor 1940, compania Centralab din SUA a dezvoltat principiile de bază pentru fabricarea plăcilor de circuite imprimate pe bază de ceramică cu peliculă groasă, care au fost apoi dezvoltate de alte companii. Baza a fost tehnologia de fabricație a plăcilor cu circuite imprimate și a condensatoarelor ceramice. Din plăcile de circuite imprimate am luat o tehnologie integrată pentru formarea topologiei conductorilor de conectare - serigrafie. Din condensatoare - materialul substratului (ceramica, adesea sital), precum și materialele pastelor și tehnologia termică a fixării acestora pe substrat.

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

În comparație cu tehnologia cu peliculă groasă, tehnologia cu peliculă subțire a oferit posibilitatea unei fabricări mai precise a elementelor de topologie de dimensiuni mai mici, dar a necesitat echipamente mai complexe și mai costisitoare. Dispozitivele fabricate pe plăci de circuite ceramice folosind tehnologia cu peliculă groasă sau cu peliculă subțire sunt numite „circuite hibride”. Circuitele hibride au fost produse ca componente ale produselor de producție proprie; fiecare producător avea propriul design, dimensiuni și scopuri funcționale; nu au intrat pe piața liberă și, prin urmare, sunt puțin cunoscute.

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

Micromodulul a devenit un circuit integrat hibrid în momentul în care au fost utilizate tranzistori și diode neambalate în el, iar structura a fost sigilată într-o carcasă comună. Acest lucru a făcut posibilă automatizarea semnificativă a procesului de asamblare a acestora, reducerea drastică a prețurilor și extinderea domeniului de aplicare. Pe baza metodei de formare a elementelor pasive, se disting GIS cu film gros și film subțire.

Primul GIS din URSS

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

Fără îndoială, modulele Kvant au fost primele din lumea GIS cu integrare pe două niveluri - au folosit circuite integrate semiconductoare, mai degrabă decât tranzistori discreti, ca elemente active. Este probabil să fi fost și primele din lumea GIS - produse complete din punct de vedere structural și funcțional cu mai multe elemente, furnizate consumatorului ca produs comercial independent. Cele mai vechi produse similare străine identificate de autor sunt modulele IBM Corporation SLT descrise mai jos, dar au fost anunțate în anul următor, 1964.

Primul GIS din SUA

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

Deja cunoscute la acea vreme în cercurile de specialitate, seria IC semiconductoare „Micrologic” de la Fairchild și „SN-51” de la TI (vom vorbi despre ele mai jos) erau încă inaccesibil de rare și prohibitiv de costisitoare pentru aplicații comerciale, cum ar fi construcția de un calculator mare. Prin urmare, corporația IBM, luând ca bază proiectarea unui micromodul plat, și-a dezvoltat seria de GIS cu peliculă groasă, anunțată sub denumirea generală (spre deosebire de „micromodule”) - „module SLT” (Solid Logic Technology - solid tehnologie logică. De obicei, cuvântul „solid” este tradus în rusă ca „solid”, ceea ce este absolut ilogic. Într-adevăr, termenul „module SLT” a fost introdus de IBM spre deosebire de termenul „micromodul” și ar trebui să reflecte diferența lor. Dar ambele modulele sunt „solide”, adică această traducere nu este. Cuvântul „solid” are alte semnificații – „solid”, „întreg”, care subliniază cu succes diferența dintre „modulele SLT” și „micromodulele” - modulele SLT sunt indivizibile, nereparabil, adică „întreg.” Nu am folosit traducerea general acceptată în rusă: Tehnologia Solid Logic - tehnologie a logicii solide).

Modulul SLT a fost o microplacă ceramică pătrată cu peliculă groasă de jumătate de inch cu pini verticali presați. Conductoarele de conectare și rezistențele au fost aplicate pe suprafața sa prin serigrafie (conform diagramei dispozitivului în curs de implementare) și au fost instalate tranzistoare neambalate. Condensatorii, dacă era necesar, au fost instalați lângă modulul SLT de pe placa dispozitivului. În timp ce în exterior sunt aproape identice (micromodulele sunt puțin mai înalte, Fig. 2.), modulele SLT se deosebeau de micromodulele plate prin densitatea lor mai mare de elemente, consumul redus de energie, performanța ridicată și fiabilitatea ridicată. În plus, tehnologia SLT era destul de ușor de automatizat, prin urmare puteau fi produse în cantități uriașe la un cost suficient de mic pentru a fi utilizate în echipamente comerciale. Este exact ceea ce avea nevoie IBM. Compania a construit o fabrică automatizată în East Fishkill, lângă New York, pentru producția de module SLT, care le-a produs în milioane de exemplare.

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

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

Primele circuite integrate semiconductoare

Până la sfârșitul anilor 1950, industria a avut toate oportunitățile de a produce elemente ieftine de echipamente electronice. Dar dacă tranzistoarele sau diodele erau făcute din germaniu și siliciu, atunci rezistențele și condensatorii erau fabricate din alte materiale. Mulți credeau atunci că la crearea circuitelor hibride nu vor fi probleme în asamblarea acestor elemente, fabricate separat. Și dacă este posibil să se producă toate elementele de dimensiune și formă standard și, prin urmare, să se automatizeze procesul de asamblare, atunci costul echipamentului va fi redus semnificativ. Pe baza unui astfel de raționament, susținătorii tehnologiei hibride au considerat-o drept direcția generală pentru dezvoltarea microelectronicii.

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

Ideea este extrem de simplă și complet evidentă. Dar, așa cum se întâmplă adesea, numai după ce cineva a anunțat-o mai întâi și a dovedit-o. A dovedit că simpla anunțare a ei este adesea, ca și în acest caz, nu suficientă. Ideea unui IC a fost anunțată încă din 1952, înainte de apariția metodelor de grup pentru fabricarea dispozitivelor semiconductoare. La conferința anuală privind componentele electronice, desfășurată la Washington, un angajat al Oficiului Regal Radar Britanic din Malvern, Jeffrey Dummer, a prezentat un raport privind fiabilitatea componentelor radar. În raport, el a făcut o declarație profetică: „ Odată cu apariția tranzistorului și munca în domeniul tehnologiei semiconductoarelor, este în general posibil să ne imaginăm echipamente electronice sub forma unui bloc solid care nu conține fire de conectare. Unitatea poate consta din straturi de materiale izolatoare, conductoare, de rectificare si armare in care sunt decupate anumite zone astfel incat acestea sa poata indeplini direct functii electrice.”. Dar această prognoză a trecut neobservată de experți. Și-au amintit-o abia după apariția primelor circuite integrate semiconductoare, adică după demonstrarea practică a unei idei mult mediatizate. Cineva trebuia să fie primul care reinventează și implementează ideea IC semiconductoare.

Ca și în cazul tranzistorului, creatorii recunoscuți în general de circuite integrate semiconductoare au avut predecesori mai mult sau mai puțin de succes. Dammer însuși a încercat să-și realizeze ideea în 1956, dar a eșuat. În 1953, Harvick Johnson de la RCA a primit un brevet pentru un oscilator cu un singur cip, iar în 1958, împreună cu Torkel Wallmark, a anunțat conceptul de „dispozitiv integrat cu semiconductor”. În 1956, Ross, un angajat al Bell Labs, a fabricat un circuit de contor binar bazat pe structuri n-p-n-p într-un singur cristal. În 1957, Yasuro Taru de la compania japoneză MITI a primit un brevet pentru combinarea diferitelor tranzistoare într-un singur cristal. Dar toate acestea și alte dezvoltări similare au fost de natură privată, nu au fost aduse în producție și nu au devenit baza dezvoltării electronicii integrate. Doar trei proiecte au contribuit la dezvoltarea PI în producția industrială.

Fericiții au fost deja menționatul Jack Kilby de la Texas Instruments (TI), Robert Noyce de la Fairchild (amândoi din SUA) și Yuri Valentinovich Osokin de la biroul de proiectare al Uzinei de dispozitive de semiconductori din Riga (URSS). Americanii au creat mostre experimentale de circuite integrate: J. Kilby - un prototip de generator IC (1958), iar apoi un declanșator pe tranzistori mesa (1961), R. Noyce - un declanșator folosind tehnologia plană (1961) și Yu. Osokin – IC-ul logic „2NOT-OR” a intrat imediat în producție de masă în Germania (1962). Aceste companii au început producția în serie de IP aproape simultan, în 1962.

Primele circuite integrate semiconductoare din SUA

IP de Jack Kilby. Seria IS SN - 51”

În 1958, J. Kilby (un pionier în utilizarea tranzistorilor în aparatele auditive) s-a mutat la Texas Instruments. Nou-venitul Kilby, ca proiectant de circuite, a fost „aruncat” în îmbunătățirea umplerii micromodulare a rachetelor prin crearea unei alternative la micromodule. A fost luată în considerare opțiunea de asamblare a blocurilor din piese de formă standard, similară cu asamblarea modelelor de jucării din figurile LEGO. Cu toate acestea, Kilby a fost fascinat de altceva. Rolul decisiv a fost jucat de efectul unui „aspect proaspăt”: în primul rând, el a declarat imediat că micromodulele sunt o fundătură, iar în al doilea rând, după ce a admirat structurile mesa, a ajuns la ideea că circuitul ar trebui (și poate) fi implementat dintr-un material - un semiconductor. Kilby știa despre ideea lui Dummer și încercarea lui nereușită de a o implementa în 1956. După ce a analizat, a înțeles motivul eșecului și a găsit o modalitate de a-l depăși. „ Meritul meu este că am luat această idee și am transformat-o în realitate.”, a spus J. Kilby mai târziu în discursul său Nobel.

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

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

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

Primul circuit cu adevărat integrat al lui Kilby, realizat dintr-o singură bucată de germaniu monolitic, a fost IC experimental de declanșare de tip 502 (Fig. 3). A folosit atât rezistența de volum a germaniului, cât și capacitatea joncțiunii p-n. Prezentarea sa a avut loc în martie 1959. Un număr mic de astfel de circuite integrate au fost fabricate în condiții de laborator și vândute unui cerc restrâns pentru 450 USD. CI conținea șase elemente: patru tranzistoare mesa și două rezistențe, plasate pe o placă de siliciu cu un diametru de 1 cm. Dar CI Kilby avea un dezavantaj serios - tranzistoarele mesa, care sub formă de coloane microscopice „active” se ridicau deasupra. odihnă, parte „pasivă” a cristalului. Conectarea coloanelor mesa între ele în Kilby IS a fost realizată prin fierbere de fire subțiri de aur - „tehnologia păroasă” urâtă de toată lumea. A devenit clar că cu astfel de interconexiuni nu se poate realiza un microcircuit cu un număr mare de elemente - rețeaua de sârmă se va rupe sau se va reconecta. Și germaniul la acea vreme era deja considerat un material nepromițător. Nu a fost nicio descoperire.

Până în acel moment, Fairchild dezvoltase tehnologia de siliciu planar. Având în vedere toate acestea, Texas Instruments a trebuit să lase deoparte tot ceea ce făcuse Kilby și să înceapă, fără Kilby, să dezvolte o serie de circuite integrate bazate pe tehnologia siliciului planar. În octombrie 1961, compania a anunțat crearea unei serii de circuite integrate de tip SN-51, iar în 1962 și-a început producția și livrările în masă în interesul Departamentului de Apărare al SUA și al NASA.

IP de Robert Noyce. Seria ISMicrologic”

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

La sfârșitul anului 1958, fizicianul D. Horney, care a lucrat la Fairchild Semiconductor, a dezvoltat tehnologia plană pentru fabricarea tranzistoarelor. Și fizicianul de origine cehă Kurt Lehovec, care a lucrat la Sprague Electric, a dezvoltat o tehnică de utilizare a unei joncțiuni n-p conectată invers pentru a izola electric componentele. În 1959, Robert Noyce, auzind despre designul IC al lui Kilby, a decis să încerce să creeze un circuit integrat prin combinarea proceselor propuse de Horney și Lehovec. Și în loc de „tehnologia păroasă” a interconexiunilor, Noyce a propus depunerea selectivă a unui strat subțire de metal deasupra structurilor semiconductoare izolate cu dioxid de siliciu, cu conexiune la contactele elementelor prin găurile lăsate în stratul izolator. Acest lucru a făcut posibilă „imersarea” elementelor active în corpul semiconductorului, izolându-le cu oxid de siliciu și apoi conectarea acestor elemente cu piste pulverizate de aluminiu sau aur, care sunt create folosind procesele de fotolitografie, metalizare și gravare la ultima etapă a fabricării produsului. Astfel, a fost obținută o versiune cu adevărat „monolitică” a combinării componentelor într-un singur circuit, iar noua tehnologie a fost numită „planară”. Dar mai întâi ideea trebuia testată.

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

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

În august 1959, R. Noyce a comandat Joy Last să dezvolte o versiune a IC bazată pe tehnologia plană. Mai întâi, ca și Kilby, au realizat un prototip de declanșator pe mai multe cristale de siliciu, pe care au fost realizate 4 tranzistoare și 5 rezistențe. Apoi, pe 26 mai 1960, a fost fabricat primul declanșator cu un singur cip. Pentru a izola elementele din acesta, caneluri adânci au fost gravate pe partea din spate a plachetei de siliciu și umplute cu rășină epoxidică. La 27 septembrie 1960, a fost fabricată o a treia versiune a declanșatorului (Fig. 4), în care elementele au fost izolate printr-o joncțiune p-n conectată invers.

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

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

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

Mai mult, industria IP din Statele Unite a început să se dezvolte într-un ritm rapid. În Statele Unite, a început un proces asemănător avalanșei de apariție a întreprinderilor orientate exclusiv „pentru planar”, ajungând uneori la punctul în care săptămânal erau înregistrate o duzină de companii. Luptă pentru veterani (firmele W. Shockley și R. Noyce), precum și datorită stimulentelor fiscale și serviciilor oferite de Universitatea Stanford, „noi veniți” s-au grupat în principal în Valea Santa Clara (California). Prin urmare, nu este de mirare că în 1971, cu mâna ușoară a jurnalistului și popularizatorul inovațiilor tehnice Don Hofler, a intrat în circulație imaginea romantic-tehnologică a „Silicon Valley”, devenind pentru totdeauna sinonimă cu Mecca revoluției tehnologice a semiconductoarelor. Apropo, în acea zonă există într-adevăr o vale care înainte era renumită pentru numeroasele sale livezi de caise, cireși și pruni, care înainte de apariția companiei Shockley avea o altă denumire, mai plăcută - Valley of Heart's Delight, acum, din păcate. , aproape uitat.

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

Primele circuite integrate semiconductoare din URSS

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

Ne va interesa una dintre noile fabrici - mai sus-menționată Uzina de Dispozitive Semiconductori Riga (RZPP, și-a schimbat denumirea de mai multe ori, pentru simplitate o folosim pe cea mai cunoscută, care este și astăzi în funcțiune). Clădirea școlii tehnice cooperatiste în construcție cu o suprafață de 5300 m2 a fost alocată ca rampă de lansare pentru noua fabrică și, în același timp, a început construcția unei clădiri speciale. Până în februarie 1960, fabrica crease deja 32 de servicii, 11 laboratoare și producție pilot, care a început în aprilie pentru a se pregăti pentru producția primelor dispozitive. Fabrica avea deja 350 de angajați, dintre care 260 au fost trimiși să studieze la Institutul de Cercetare Științifică din Moscova-35 (mai târziu, Institutul de Cercetare Științifică Pulsar) și la uzina Leningrad Svetlana în cursul anului. Și până la sfârșitul anului 1960, numărul de angajați a ajuns la 1.900 de oameni. Inițial, liniile tehnologice au fost amplasate în gimnaziul refăcut al clădirii școlii tehnice cooperatiste, iar laboratoarele OKB au fost amplasate în fostele săli de clasă. Fabrica a produs primele dispozitive (tranzistoare de germaniu aliat-difuzie și conversie P-401, P-403, P-601 și P-602 dezvoltate de NII-35) la 9 luni după semnarea comenzii pentru crearea sa, în martie 1960. Și până la sfârșitul lunii iulie, a fabricat primele mii de tranzistori P-401. Apoi a stăpânit producția multor alte tranzistoare și diode. În iunie 1961, a fost finalizată construcția unei clădiri speciale, în care a început producția de masă a dispozitivelor semiconductoare.

Din 1961, fabrica a început lucrări independente de dezvoltare tehnologică, inclusiv mecanizarea și automatizarea producției de tranzistori bazate pe fotolitografie. În acest scop, a fost dezvoltat primul repetor foto domestic (ștampilă foto) - o instalație de combinare și imprimare foto de contact (dezvoltată de A.S. Gotman). O mare asistență în finanțarea și fabricarea echipamentelor unice a fost oferită de întreprinderile Ministerului Industriei Radio, inclusiv KB-1 (mai târziu NPO Almaz, Moscova) și NIIRE. La acea vreme, cei mai activi dezvoltatori de echipamente radio de dimensiuni mici, neavând propria lor bază tehnologică de semiconductori, căutau modalități de a interacționa creativ cu fabricile de semiconductori nou create.

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

Cu toate acestea, companiile de hardware care colaborează cu RZPP, inclusiv NIIRE, au sperat la „tehnologia sărutului” și au planificat utilizarea acesteia. În primăvara anului 1962, când a devenit clar că implementarea sa a fost amânată pe termen nelimitat, inginer-șef al NIIRE V.I. Smirnov i-a cerut directorului RZPP S.A. Bergman să găsească o altă modalitate de a implementa un circuit 2NOR cu mai multe elemente, universal pentru construirea de dispozitive digitale.

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

Primele IS și GIS de Yuri Osokin. Schema solida R12-2(Seria IS 102 Și 116 )

Directorul RZPP a încredințat această sarcină tânărului inginer Yuri Valentinovich Osokin. Am organizat un departament format dintr-un laborator de tehnologie, un laborator de dezvoltare și producție de măști foto, un laborator de măsurare și o linie de producție pilot. La acel moment, tehnologia de fabricare a diodelor și tranzistoarelor cu germaniu a fost furnizată către RZPP și a fost luată ca bază pentru noua dezvoltare. Și deja în toamna anului 1962, au fost obținute primele prototipuri ale circuitului solid de germaniu 2NOT-OR (din moment ce termenul IS nu exista atunci, din respect pentru treburile acelor vremuri, vom păstra denumirea de „circuit dur” - TS), care a primit denumirea de fabrică „P12-2”. A supraviețuit o broșură publicitară din 1965 pe P12-2 (Fig. 6), informații și ilustrații din care vom folosi. TS R12-2 conținea două tranzistoare p - n - p cu germaniu (tranzistoare modificate de tip P401 și P403) cu o sarcină comună sub forma unui rezistor de tip p germaniu distribuit (Fig. 7).

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

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

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

Din punct de vedere structural, R12-2 TS (și R12-5 ulterioară) au fost realizate sub forma unei „tablete” (Fig. 9) dintr-o cupă metalică rotundă cu un diametru de 3 mm și o înălțime de 0,8 mm. Cristalul TC a fost plasat în el și umplut cu un compus polimeric, din care provin capetele exterioare scurte ale cablurilor din sârmă de aur moale cu diametrul de 50 de microni, sudate pe cristal. Masa de P12-2 nu a depășit 25 mg. În acest design, vehiculele au fost rezistente la umiditatea relativă de 80% la o temperatură ambientală de 40 ° C și la schimbările ciclice de temperatură de la -60 ° la 60 ° C.

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

Orez. 10. Grupele TS R12-2

Orez. 11. Caracteristicile electrice de bază ale R12-2

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

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

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

Orez. 12. Modul de 4 vehicule R12-2

În 1963, la NIIRE, în cadrul lucrărilor de proiectare și dezvoltare Kvant (GK A.N. Pelipenko, cu participarea lui E.M. Lyakhovich), a fost dezvoltat un proiect de modul care a combinat patru vehicule R12-2 (Fig. 12). De la două până la patru dispozitive R12-2 (într-o carcasă) au fost plasate pe o microplacă din fibră de sticlă subțire, care a implementat colectiv o anumită unitate funcțională. Până la 17 pini (numărul a variat pentru un anumit modul) cu o lungime de 4 mm au fost apăsați pe placă. Microplaca a fost plasată într-o ceașcă de metal ștanțată de 21,6 ? 6,6 mm și 3,1 mm adâncime și umplut cu un compus polimeric. Rezultatul este un circuit integrat hibrid (HIC) cu dublă etanșare a elementelor. Și, așa cum am spus deja, a fost primul GIS din lume cu integrare pe două niveluri și, poate, primul GIS în general. Au fost dezvoltate opt tipuri de module cu denumirea generală „Quantum”, care au îndeplinit diverse funcții logice. Ca parte a unor astfel de module, vehiculele R12-2 au rămas operaționale atunci când au fost expuse la accelerații constante de până la 150 g și la sarcini de vibrații în intervalul de frecvență de 5-2000 Hz cu accelerații de până la 15 g.

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

Modulele TS R12-2 și „Kvant” bazate pe acestea s-au dovedit bine și sunt utilizate pe scară largă. În 1968, a fost emis un standard care stabilește un sistem de desemnare unificat pentru circuitele integrate din țară, iar în 1969, Specificațiile tehnice generale pentru circuitele integrate semiconductoare (NP0.073.004TU) și hibride (NP0.073.003TU) cu un sistem unificat de cerințe . În conformitate cu aceste cerințe, Biroul Central pentru Aplicarea Circuitelor Integrate (TsBPIMS, mai târziu CDB Dayton, Zelenograd) la 6 februarie 1969 a aprobat noi specificații tehnice ShT3.369.001-1TU pentru vehicul. În același timp, termenul „circuit integrat” din seria 102 a apărut pentru prima dată în desemnarea produsului. TS R12-2 a început să fie numit IS: 1LB021V, 1LB021G, 1LB021ZH, 1LB021I. De fapt, era un singur circuit integrat, sortat în patru grupuri în funcție de tensiunea de ieșire și capacitatea de încărcare.

Orez. 13. CI din seriile 116 și 117

Și la 19 septembrie 1970, TsBPIMS a aprobat specificațiile tehnice AB0.308.014TU pentru modulele Kvant, desemnate IS seria 116 (Fig. 13). Seria a inclus nouă circuite integrate: 1ХЛ161, 1ХЛ162 și 1ХЛ163 – circuite digitale multifuncționale; 1LE161 și 1LE162 – două și patru elemente logice 2NOR; 1TP161 și 1TP1162 – unul și doi declanșatori; 1UP161 – amplificator de putere, precum și 1LP161 – element logic „inhibație” pentru 4 intrări și 4 ieșiri. Fiecare dintre aceste circuite integrate a avut de la patru până la șapte opțiuni de proiectare, care diferă în ceea ce privește tensiunea semnalului de ieșire și capacitatea de încărcare, pentru un total de 58 de tipuri de circuite integrate. Desenele au fost marcate cu o literă după partea digitală a desemnării IS, de exemplu, 1ХЛ161ж. Ulterior, gama de module sa extins. Circuitele integrate din seria 116 erau de fapt hibride, dar la cererea RZPP au fost etichetate ca semiconductor (prima cifră din denumire este „1”, cele hibride ar trebui să aibă „2”).

În 1972, printr-o decizie comună a Ministerului Industriei Electronice și a Ministerului Industriei Radio, producția de module a fost transferată de la Uzina Radio Zhigulevsky la RZPP. Acest lucru a eliminat posibilitatea de a transporta circuitele integrate din seria 102 pe distanțe lungi, așa că au abandonat nevoia de a sigila matrița fiecărui circuit integrat. Ca rezultat, designul ambelor circuite integrate din seria 102 și 116 a fost simplificat: nu a fost nevoie să ambalați circuitele integrate din seria 102 într-o cupă de metal umplută cu compus. Circuitele integrate neambalate din seria 102 în containere tehnologice au fost livrate la un atelier vecin pentru asamblarea circuitelor integrate din seria 116, montate direct pe microplaca lor și sigilate în carcasa modulului.

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

Al doilea IS și GIS de Yuri Osokin. Schema solida R12-5(Seria IS 103 Și 117 )

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

Din punct de vedere structural, R12-5 TS a fost o structură semiconductoare cu patru straturi (Fig. 14), unde substratul de tip n și emițătorii de tip p + erau conectați la o magistrală comună de masă. Principalele soluții tehnice pentru construirea vehiculului R12-5 sunt înregistrate ca invenție a lui Yu.V. Osokin, D.L. Mikhalovich. Kaydalova Zh.A și Akmensa Ya.P. (A.S. Nr. 248847). La fabricarea structurii cu patru straturi a TC R12-5, un know-how important a fost formarea unui strat p de tip n în placa originală de germaniu. Acest lucru a fost realizat prin difuzia zincului într-o fiolă de cuarț sigilată, unde plăcile sunt situate la o temperatură de aproximativ 900 ° C, iar zincul este situat la celălalt capăt al fiolei la o temperatură de aproximativ 500 ° C. Formarea ulterioară a structurii TS din stratul p creat este similar cu TS P12-2. Noua tehnologie a făcut posibilă evitarea formei complexe a cristalului TS. Napolitanele cu P12-5 au fost, de asemenea, măcinate din spate până la o grosime de aproximativ 150 de microni, păstrând o parte din napolitana originală, apoi au fost înscrise în cipuri IC dreptunghiulare individuale.

Orez. 14. Structura cristalului TS R12-5 din AS nr. 248847. 1 și 2 – masă, 3 și 4 – intrări, 5 – ieșire, 6 – putere

După primele rezultate pozitive ale producției de vehicule experimentale R12-5, proiectul de cercetare Mezon-2 a fost deschis din ordinul KB-1, având ca scop crearea unui vehicul cu patru R12-5. În 1965, s-au obținut probe de lucru într-o carcasă metal-ceramică plată. Dar P12-5 s-a dovedit a fi dificil de fabricat, în principal din cauza dificultății de a forma un strat p dopat cu zinc pe placa originală n-Ge. Cristalul s-a dovedit a fi nevoie de forță de muncă pentru a produce, procentul de randament este scăzut, iar costul vehiculului este ridicat. Din aceleași motive, R12-5 TC a fost produs în volume mici și nu l-a putut înlocui pe R12-2, mai lent, dar mai avansat din punct de vedere tehnologic. Iar proiectul de cercetare Mezon-2 nu a fost continuat deloc, inclusiv din cauza problemelor de interconectare.

Până în acest moment, Institutul de Cercetare Pulsar și NIIME desfășurau deja lucrări ample privind dezvoltarea tehnologiei de siliciu planar, care are o serie de avantaje față de tehnologia germaniului, principalul dintre acestea fiind un interval de temperatură de funcționare mai mare (+150°C). pentru siliciu și +70°C pentru germaniu) și prezența unui film protector natural de SiO 2 pe siliciu. Iar specializarea RZPP a fost reorientată către crearea de circuite integrate analogice. Prin urmare, specialiștii RZPP au considerat inadecvată dezvoltarea tehnologiei cu germaniu pentru producția de circuite integrate. Cu toate acestea, în producția de tranzistoare și diode, germaniul nu și-a pierdut poziția de ceva timp. În departamentul Yu.V. Osokin, după 1966, au fost dezvoltate și produse tranzistoarele cu microunde planare cu zgomot redus RZPP germaniu GT329, GT341, GT 383 etc.. Crearea lor a fost distinsă cu Premiul de Stat al URSS letonă.

Aplicație

Orez. 15. Dispozitiv aritmetic pe module cu circuit solid. Fotografie din broșura TS din 1965.

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

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

Modulele TS R12-2 și „Kvant” bazate pe acesta au fost primele microcircuite din țară. Și în lume au fost printre primii - doar în SUA Texas Instruments și Fairchild Semiconductor au început să producă primele lor circuite integrate semiconductoare, iar în 1964 IBM Corporation a început să producă circuite integrate hibride cu peliculă groasă pentru computerele sale. În alte țări, IP nu s-a gândit încă. Prin urmare, circuitele integrate au fost o curiozitate pentru public; eficiența utilizării lor a făcut o impresie izbitoare și a fost jucată în publicitate. Broșura supraviețuitoare a vehiculului R12-2 din 1965 (pe baza aplicațiilor reale) spune: „ Utilizarea circuitelor P12-2 cu stare solidă în dispozitivele de calcul de bord face posibilă reducerea greutății și dimensiunilor acestor dispozitive de 10-20 de ori, reducerea consumului de energie și creșterea fiabilității operaționale. ... Utilizarea circuitelor solide P12-2 în sistemele de control și comutarea căilor de transmitere a informațiilor din centralele telefonice automate face posibilă reducerea volumului dispozitivelor de control de aproximativ 300 de ori, precum și reducerea semnificativă a consumului de energie electrică (30-50). ori)". Aceste afirmații au fost ilustrate prin fotografii ale dispozitivului aritmetic al computerului Gnome (Fig. 15) și o comparație a suportului ATS bazat pe relee produs de fabrica VEF la acea vreme cu un bloc mic pe palma fetei (Fig. 16) . Au existat alte numeroase aplicații ale primelor circuite integrate de la Riga.

Productie

Acum este dificil să restabiliți o imagine completă a volumelor de producție ale seriei IC 102 și 103 pe an (astăzi RZPP s-a transformat dintr-o fabrică mare într-o producție mică și multe arhive s-au pierdut). Dar conform memoriilor lui Yu.V. Osokin, în a doua jumătate a anilor 1960, producția s-a ridicat la multe sute de mii pe an, în anii 1970 - milioane. Conform notelor sale personale supraviețuitoare, în 1985, au fost produse circuite integrate din seria 102 - 4.100.000 buc., module din seria 116 - 1.025.000 buc., CI din seria 103 - 700.000 buc., module din seria 1170 buc. .

La sfârșitul anului 1989, Yu.V. Osokin, atunci directorul general al Asociației de Producție Alpha, a apelat la conducerea Comisiei Militar-Industriale din cadrul Consiliului de Miniștri al URSS (MIC) cu o solicitare de a scoate din producție seriile 102, 103, 116 și 117 din cauza lor. uzură și intensitate ridicată a muncii (în 25 de ani, microelectronica este departe de a fi mers înainte), dar a primit un refuz categoric. Vicepreședinte al Complexului Militar-Industrial V.L. Koblov i-a spus că avioanele zboară fiabil, înlocuirea este exclusă. După prăbușirea URSS, seriile IC 102, 103, 116 și 117 au fost produse până la mijlocul anilor 1990, adică timp de mai bine de 30 de ani. Calculatoarele Gnome sunt încă instalate în cabina de navigație a Il-76 și a altor avioane. „Acesta este un supercomputer”, piloții noștri nu sunt pe picior când colegii lor străini sunt surprinși de interesul lor față de acest dispozitiv fără precedent.

Despre prioritati

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

R. Kilby și J. Noyce, prin firmele lor, au depus cereri de brevet pentru invenția unui circuit integrat. Texas Instruments a solicitat un brevet mai devreme, în februarie 1959, iar Fairchild nu a făcut acest lucru până în iulie a acelui an. Dar brevetul cu numărul 2981877 a fost eliberat în aprilie 1961 către R. Noyce. J. Kilby a dat în judecată și abia în iunie 1964 și-a primit brevetul numărul 3138743. Apoi a avut loc un război de zece ani cu privire la priorități, în urma căruia (într-un caz rar) „prietenia a câștigat”. În cele din urmă, Curtea de Apel a susținut pretenția lui Noyce privind primatul tehnologic, dar a decis că J. Kilby ar trebui să fie creditat cu crearea primului microcircuit de funcționare. Și Texas Instruments și Fairchild Semiconductor au semnat un acord privind tehnologiile de licențiere încrucișată.

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

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

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

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

Iar lucrările lui Yu. Osokin nu sunt apreciate nu numai de Comitetul Nobel. Sunt uitate și la noi, prioritatea țării în crearea de microelectronice nu este protejată. Și, fără îndoială, a fost.

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

Din păcate, nu s-au putut găsi mostre de vehicule și dispozitive pe baza acestora, necesare muzeelor. Autorul ar fi foarte recunoscător pentru astfel de mostre sau fotografii ale acestora.

Clasificarea circuitelor integrate

După design și design tehnologic, acestea se disting circuite integrate semiconductoare, de film și hibride.

Dispozitivele semiconductoare includ SMC-uri (circuite integrate semiconductoare), toate elementele și conexiunile între elemente ale cărora sunt realizate în volumul sau pe suprafața semiconductorului. În funcție de metodele de izolare a elementelor individuale, se face distincție între PMS-urile cu izolație prin joncțiuni p-n și microcircuite cu izolație dielectrică (oxid). SLM poate fi, de asemenea, produs pe un substrat realizat din material dielectric bazat atât pe tranzistoare bipolare, cât și cu efect de câmp. De obicei, în aceste circuite, tranzistoarele sunt realizate sub formă de structuri cu trei straturi cu două joncțiuni p-n (tip n-p-n), iar diodele sunt realizate sub formă de structuri cu două straturi cu o joncțiune p-n. Uneori, în loc de diode, se folosesc tranzistori în conexiunea cu diode. Rezistoarele PMS, reprezentate de secțiuni ale unui semiconductor dopat cu două terminale, au o rezistență de câțiva kilo-ohmi. Rezistența inversă a unei joncțiuni p-n sau rezistența de intrare a repetitoarelor emițătoare sunt uneori folosite ca rezistențe de înaltă rezistență. Rolul condensatorilor în PMS este îndeplinit de joncțiuni p-rt polarizate invers. Capacitatea unor astfel de condensatoare este de 50 - 200 pF. Este dificil să creezi șocuri în PMS, așa că majoritatea dispozitivelor sunt proiectate fără elemente inductive. Toate elementele PMS sunt produse într-un singur ciclu tehnologic într-un cristal semiconductor. Conexiunile elementelor unor astfel de circuite se realizează folosind folii de aluminiu sau aur produse prin depunere în vid. Circuitul este conectat la bornele externe folosind conductori din aluminiu sau aur cu un diametru de aproximativ 10 microni, care sunt atașați la filme prin compresie termică și apoi sudați la bornele externe ale microcircuitului. Cipurile semiconductoare pot disipa o putere de 50 - 100 mW, pot funcționa la frecvențe de până la 20 - 100 MHz și oferă un timp de întârziere de până la 5 ns. Densitatea de instalare a dispozitivelor electronice pe PMS este de până la 500 de elemente pe 1 cm3. Un ciclu tehnologic de grup modern permite prelucrarea simultană a zeci de plachete semiconductoare, fiecare dintre ele conţinând sute de PMS-uri cu sute de elemente în cristal, conectate în circuite electronice date. Această tehnologie asigură o identitate ridicată a caracteristicilor electrice ale microcircuitelor.

Film integral(sau pur și simplu circuite de film PS) se numesc IC-uri, toate elementele și conexiunile dintre elemente sunt realizate numai sub formă de filme. Circuitele integrate sunt împărțite în peliculă subțire și groasă. Aceste scheme pot avea diferențe cantitative și calitative. Circuitele integrate cu grosimi de peliculă de până la 1 micron sunt clasificate în mod convențional ca film subțire, iar circuitele integrate cu grosimi de peliculă de peste 1 µm sunt clasificate ca peliculă groasă. Diferența calitativă este determinată de tehnologia de fabricație a filmului. Elementele IC cu peliculă subțire sunt depuse pe substrat utilizând depunerea în vid termic și pulverizarea catodică. Elementele circuitelor integrate cu peliculă groasă sunt fabricate în principal prin imprimare serigrafică, urmată de ardere.

Circuite integrate hibride(GIS) sunt o combinație de elemente radio active montate (microtranzistoare, diode) și elemente pasive de film și conexiunile acestora. De obicei, GIS conțin: baze izolante din sticlă sau. ceramică, rame, pe suprafața cărora se formează conductori de film, rezistențe și condensatori mici; elemente active cu cadru deschis montate (diode, tranzistoare); elemente pasive montate în design miniatural (choke, transformatoare, condensatoare de mare capacitate), care nu pot fi realizate sub formă de filme. Un astfel de GIS fabricat este sigilat într-o carcasă din plastic sau metal. Rezistoarele cu rezistență de la miimi de ohm la zeci de kilo-ohmi în GIS sunt realizate sub forma unei pelicule subțiri de nicrom sau tantal. Filmele sunt aplicate pe o bază izolatoare (substrat) și supuse recoacerii termice. Pentru a obține rezistențe cu o rezistență de zeci de megaohmi se folosesc amestecuri metal-dielectrice (crom, monoxid de siliciu etc.). Dimensiunile medii ale rezistențelor de film sunt (1 - 2) X 10 ~ 3 cm2. Condensatorii din GIS sunt fabricați din pelicule subțiri de cupru, argint, aluminiu sau aur. Aceste metale sunt pulverizate cu un substrat de crom, titan și molibden, asigurând o bună aderență la materialul izolator al substratului. Ca dielectric în condensatoare este folosită o peliculă de oxid de siliciu, beriliu, dioxid de titan etc.. Condensatorii cu film sunt fabricați cu o capacitate de la zecimi de picofarad la zeci de mii de picofarad cu dimensiuni cuprinse între 10~3 și 1 cm2. Conductoarele GIS, cu ajutorul cărora se realizează conexiuni între elemente și conexiuni la bornele de ieșire, sunt realizate sub forma unei pelicule subțiri de aur, cupru sau aluminiu cu un strat inferior de nichel, crom, titan, care asigură o aderență ridicată la baza izolatoare. Circuitele integrate hibride, în care grosimea peliculelor formate în timpul fabricării elementelor pasive este de până la 1 micron cu o lățime de 100 - 200 microni, sunt clasificate drept film subțire. Astfel de filme sunt produse prin pulverizare termică pe suprafața substraturilor în vid, folosind șabloane și vopsele. Circuitele integrate hibride cu o grosime de 1 micron sau mai mult sunt clasificate ca pelicule groase și sunt fabricate prin pulverizarea pastelor conductoare sau dielectrice pe substraturi prin șabloane de plasă, urmată de arderea lor în substraturi la temperaturi ridicate. Aceste circuite au dimensiuni mari și au o masă de elemente pasive. Elementele active montate constau din fire „bile” flexibile sau rigide, care sunt conectate la un cip de film prin lipire sau sudură.

Densitatea elementelor pasive și active cu aranjarea lor multistrat într-un GIS realizat folosind tehnologia stratului subțire ajunge la 300 - 500 de elemente pe 1 cm3, iar densitatea de instalare a dispozitivelor electronice pe un GIS este de 60 - 100 de elemente pe 1 cm3. Cu o astfel de densitate de instalare, volumul dispozitivului care conține 107 elemente este de 0,1 - 0,5 m3, iar timpul de funcționare fără probleme este de 103 - 104 ore.

Principalul avantaj al GIS este posibilitatea de integrare parțială a elementelor realizate folosind diverse tehnologii (bipolar, subțire și groasă etc.) cu o gamă largă de parametri electrici (putere scăzută, putere mare, activă, pasivă, etc.). de mare viteză etc.).

În prezent, hibridizarea diferitelor tipuri de circuite integrate este promițătoare. Cu dimensiuni geometrice mici ale elementelor de film și o suprafață mare de substraturi pasive, zeci sau sute de circuite integrate și alte componente pot fi plasate pe suprafața lor. În acest fel, circuitele integrate hibride cu mai multe cipuri sunt create cu un număr mare (câteva mii) de diode și tranzistori într-un element indivizibil. În microcircuite combinate este posibil să se plaseze unități funcționale cu caracteristici electrice diferite.

Comparația dintre PMS și GIS. Au primit prioritate microcircuitele semiconductoare cu un grad de integrare de până la mii sau mai multe elemente într-un singur cip. răspândirea. Volumul de producție de PMS este cu un ordin de mărime mai mare decât volumul de producție de GIS. În unele dispozitive este recomandabil să utilizați GIS din mai multe motive.

Tehnologia GIS este relativ simplă și necesită costuri de echipare inițiale mai mici decât tehnologia semiconductoare, ceea ce simplifică crearea de produse și echipamente non-standard, nestandard.

Partea pasivă a GIS este fabricată pe un substrat separat, ceea ce face posibilă obținerea de elemente pasive de înaltă calitate și crearea de circuite integrate de înaltă frecvență.

Tehnologia GIS face posibilă înlocuirea metodelor existente de asamblare a circuitelor imprimate multistrat atunci când plasați circuite integrate și LSI neambalate și alte componente semiconductoare pe substraturi. Tehnologia GIS este preferată pentru circuitele integrate de putere mare. De asemenea, este de preferat să se utilizeze un design hibrid de circuite integrate ale dispozitivelor liniare care asigură o relație proporțională între semnalele de intrare și de ieșire. În aceste dispozitive, semnalele variază pe o gamă largă de frecvențe și puteri, astfel încât circuitele lor integrate trebuie să aibă o gamă largă de evaluări care nu sunt compatibile într-un singur proces de fabricație a elementelor pasive și active. Circuitele integrate LSI mari permit combinarea diferitelor unități funcționale și, prin urmare, sunt utilizate pe scară largă în dispozitivele liniare.

Avantajele și dezavantajele circuitelor integrate.

• Avantajele circuitelor integrate sunt fiabilitatea ridicată, dimensiunea și greutatea reduse. Densitatea elementelor active în LSI ajunge la 103 - 104 pe 1 cm3. Când instalați microcircuite în plăci de circuite imprimate și le conectați în blocuri, densitatea elementului este de 100 - 500 pe 1 cm3, ceea ce este de 10 - 50 de ori mai mare decât atunci când utilizați tranzistori, diode și rezistențe individuale în dispozitive micromodulare.
• Circuitele integrate nu funcționează fără inerție. Datorită dimensiunii reduse a microcircuitelor, capacitățile și inductanțele interelectrode ale firelor de conectare sunt reduse, ceea ce le permite să fie utilizate la frecvențe ultra-înalte (până la 3 GHz) și în circuite logice cu timpi de întârziere mici (până la 0,1). ns).
• Microcircuitele sunt economice (de la 10 la 200 mW) si reduc consumul de energie electrica si greutatea surselor de alimentare.

Principalul dezavantaj Circuitul integrat are o putere redusă (50 - 100 mW).

În funcție de scopul funcțional, circuitele integrate sunt împărțite în două categorii principale - analog (sau liniar-puls) și digital (sau logic).

Analogic integrat Circuitele AIS sunt utilizate în dispozitivele tehnice radio și servesc la generarea și amplificarea liniară a semnalelor care variază conform legii unei funcții continue pe o gamă largă de puteri și frecvențe. Ca rezultat, circuitele integrate analogice trebuie să conțină elemente pasive și active cu evaluări și parametri diferiți, ceea ce complică dezvoltarea lor. Microcircuitele hibride reduc dificultățile de fabricație a dispozitivelor analogice în design microminiatural. Microcircuitele integrate devin elementul principal de bază pentru echipamentele radio-electronice.

Digital integrat Circuitele CIS sunt utilizate în calculatoare, dispozitive discrete de procesare a informațiilor și automatizare. Cu ajutorul sistemelor informatice digitale, codurile digitale sunt convertite și procesate. O variantă a acestor circuite sunt cipurile logice care efectuează operații pe coduri binare în majoritatea computerelor și dispozitivelor digitale moderne.

Circuitele integrate analogice și digitale sunt produse în serie. Seria include circuite integrate care pot îndeplini diverse funcții, dar au un singur design și design tehnologic și sunt destinate utilizării în comun. Fiecare serie conține mai multe tipuri diferite, care pot fi împărțite în evaluări standard care au un scop funcțional și un simbol specific. Combinația de valori nominale standard formează un tip IP.