Компьютерные микросхемы или чипы конец 1950 х гг

Обновлено: 05.07.2024

Интегральная микросхема (или просто микросхема, чип, микрочип) представляет собой пластину полупроводникового кристалла ( Si — кремния, Ge — германия, GaAs — арсенида галлия), внутри которого сформирован (создан) набор активных (диоды, биполярные и полевые транзисторы) и пассивных (резисторы, конденсаторы) элементов. Соединение отдельных компонентов в нужном порядке происходит с помощью напылённых металлических дорожек. Эти технологии позволили совершить революцию в аналоговой и цифровой электронике.

Развитию научно-технологического и производственного потенциала микроэлектроники в СССР уделялось огромное внимание.

Немного истории или "ты помнишь как всё начиналось"

Пионерские работы, давшие начало эре микроэлектроники, были сделаны в США:

Первый образец микросхемы (МС) на германиевой пластине был спроектирован инженером-электронщиком Д.Килби в 1959 г. (фирма Texas Instruments );
В 1960г. Р.Нойс (фирма Fairchild ) реализовал планарную технологию, с помощью которой изготовил схему триггера на одном кремниевом кристалле;
В 1962 г. в США стартовало массовое производство МС.

Научно-технический потенциал Советского Союза и умение руководства страны в кратчайшие сроки реализовывать самые амбициозные проекты (ракетостроение, атомная бомба) позволили быстро создать необходимые мощности для изготовления отечественных микрочипов:

В 50-60-х годах прошлого века разработка планарной технологии велась в Москве (НИИ "Пульсар", НИИ-35 и НПО "Алмаз");
В 1962 г. ленинградский НИИ Радиоэлектроники занимался созданием малогабаритной ЭВМ в рамках оборонного заказа. Для реализации проекта была необходима логическая микросхема 2НЕ-ИЛИ. Изготовление МС было поручено Рижскому заводу полупроводниковых приборов (РЗПП). Специалисты завода под руководством Ю.В.Осокина в кратчайшие сроки наладили серийный выпуск микрочипа Р12-2 (заводская маркировка). К концу 1962 г. завод выдал "на гора" первые 5000 микросхем;
На базе Р12-2 впервые в мире был создан бортовой авиационный компьютер "Гном". Микросхема нашла своё применение и в гражданской аппаратуре (в квазиэлектронных АТС), тиражировалась в течение 30 лет;
В 1961 г. в Таганрогском радиотехническом институте была создана одна из первых отечественных МС;
В это же время в НИИ-35 (позже переименован в НИИ "Пульсар") была изготовлена кремниевая микросхема ТС-100, состоявшая из 37 элементов;
В 1962 г. на уровне ЦК КПСС было принято решение об организации научного центра микроэлектроники в Зеленограде.

Можно уверенно утверждать, что в 1962 г. в СССР практически одновременно с США стартовало промышленное производство микросхем.

Сделано в СССР

Советскими микросхемами называют те, которые были разработаны на предприятиях разных союзных республик до 26 декабря 1991 г. Многие микрочипы находят своё применение до сих пор в различных электронных приборах промышленного, бытового и военного назначения. В короткой статье трудно представить данные о судьбе нескольких десятков предприятий, поэтому ограничимся примерами самых известных производителей микрочипов:

1. ОАО "Ангстрем"

Это одно из самых крупных предприятий, "выживших" в 90-е годы прошлого века. Расположено в Зеленограде. Акционировалось на базе НПО "Научный центр", который был основан в 1963 г. Более 1000 сотрудников на современном оборудовании разрабатывают и производят широкую номенклатуру изделий от дискретных транзисторов, операционных усилителей до микропроцессоров и микроконтроллеров. Приведем некоторые примеры изделий (полный перечень представлен на сайте компании):

Егор Морозов | 14 Февраля, 2018 - 13:51

Сегодня, 14 февраля, не только День всех влюбленных — больше 70 лет назад, 14 февраля 1946 года, был запущен первый в мире электронный компьютер — ENIAC. Его можно считать пра-пра-прадедушкой всех современных вычислительных устройств, так что давайте сегодня поговорим о различных микрочипах, которые серьезно повлияли и даже изменили индустрию компьютеров.

В разработке микропроцессоров, как и в жизни, иногда незначительные мелочи превращаются в значительные открытия. Придумайте хитроумную микросхему, вытравите ее в кусочке кремния, и ваше маленькое изделие может привести к технологической революции. Среди многих замечательных микроконтроллеров, появившихся на заводах в течение полувекового правления интегральных схем, выделяется небольшая группа чипов. Их конструкция оказывается настолько передовой, что некоторые из них используются до сих пор, на протяжении многих десятилетий. В итоге мы подготовили список из 25 микрочипов, которые, по нашему мнению, заслуживают почетное место на каминной полке, построенной Робертом Нойсом и Джеком Килби (изобретателями интегральной схемы).

Таймер Signetics NE555 (1971)

Шло лето 1970 года. Разработчик микропроцессоров Ганс Камензинд мог много рассказать вам о китайских ресторанах, ведь его маленький офис был зажат между двумя из них в центре Саннивейла, Калифорния. Он работал консультантом в Signetics, местной полупроводниковой фирме. Доходы его оставляли желать лучшего — он получал менее 15000 долларов США в год, при этом имел жену и четырех детей. И ему действительно нужно было придумать что-то хорошее, чтобы удержаться на плаву.

И он смог. Он придумал один из величайших чипов своего времени. NE555 был простой интегральной схемой (ИС), которая могла функционировать как таймер или осциллятор. Он стал бестселлром среди аналоговых полупроводниковых схем — его использовали в кухонных приборах, игрушках, даже в космосе!

«А ведь я был в шаге от того, чтобы отказаться от этой затеи», — вспоминает Камензинд, который в свои 75 лет все еще разрабатывает чипы, хотя уже и вдали от всяких китайских ресторанов.

Идея о создании 555-ого пришла к нему, когда он работал над системой, называемой контуром с фазовой синхронизацией. С некоторыми изменениями схема могла работать как простой таймер: вы запускаете ее, и она будет работать в течение определенного периода времени. Это может показаться простым, но тогда ничего подобного еще не было.

Сначала инженерный отдел Signetics отверг эту идею — компания уже продавала компоненты, которые клиенты могли использовать для создания таймеров. Все могло закончиться на этом, но Ганс настаивал. Он отправился к Арту Фьюри, менеджеру по маркетингу в Signetics. И Фьюри эта идея понравилось.

Камензинд провел почти год, тестируя прототипы, рисуя компоненты схемы на бумаге и вырезая их из пленочных фотошаблонов Rubylitha. «Все было сделано вручную, без компьютера», — говорит он. В окончательной интегральной схеме было всего 23 транзистора, 16 резисторов и 2 диода.

Когда в 1971 году 555-ый вышел на рынок, он стал сенсацией. В 1975 году Signetics был поглощен Philips Semiconductors (теперь NXP), которая утверждает, что были проданы миллиарды этих чипов. Инженеры по-прежнему используют 555-ый для создания полезных электронных модулей — к примеру, для создания подсветки решеток машин в стиле «Рыцаря дорог».

Синтезатор голоса Texas Instruments TMC0281 (1978)

Если бы не TMC0281, инопланетянин из одноименного фильма Стивена Спилберга никогда не смог бы «позвонить домой». А все из-за того, что TMC0281, первый одночиповый синтезатор речи, был сердцем (хотя, скорее, ртом) игрушки Speak & Spell от Texas Instruments. В фильме инопланетянин использует ее (а также вешалку для одежды, кофейную банку и циркулярную пилу) для создания своего межпланетного коммуникатора.

TMC0281 синтезировал голос, используя технологию кодирования с линейным предсказанием. Звук при этом получался комбинацией жужжания, шипения и щелчков. Это было необычным решением для чего-то, что «невозможно сделать на интегральной схеме», — говорит Джин А. Франц, один из четырех инженеров, которые разработали игрушку и все еще работает в TI. Различные модификации этого чипа использовались в аркадных играх Atari и K-cars Chrysler. В 2001 году TI продал свою линейку чипов-синтезаторов речи Sensory, которая прекратила их выпуск в конце 2007 года. Но если вам когда-нибудь понадобится совершить телефонный звонок на очень-очень большое расстояние, вы можете найти игрушку Speak & Spell в отличном состоянии на eBay за

50 долларов США.

Прорывом, по словам Билла Менша, создавшего 6502 вместе с Педдлом, был минимальный набор инструкций в сочетании с новым процессом изготовления, который давал на выходе «в 10 раз больше рабочих чипов, чем у конкурентов». 6502 практически в одиночку вынудил других производителей опустить цены на свои чипы, что дало толчок к запуску революции персональных ПК. Этот чип до сих пор используется в некоторых встроенных системах. К тому же, он служит электронным мозгом Бендера, развращенного робота из «Футурамы», о чем говорится в эпизоде за 1999 год (почитать об этом можно здесь).

Цифровой сигнальный процессор Texas Instruments TMS32010 (1983)

Штат Техас известен многими вещами: ковбойской шляпой, стейком по-деревенски, доктором Пеппером, и, возможно, менее популярным микрочипом TMS32010. Созданный Texas Instruments, TMS32010 не был первым сигнальным процессором (его опередил DSP-1 от Western Electric, представленный в 1980 году), но он, несомненно, был самым быстрым. Он мог произвести умножение за 200 нс, что вызывало у инженеров приятную дрожь по всему телу. Более того, он мог выполнять инструкции как с ROM-чипа, так и с внешней RAM-памяти, в то время конкурирующие чипы такого не могли. «Это сделало разработку программ для TMS32010 гибкой, как и для микроконтроллеров и микропроцессоров», — говорит Ванда Гасс, член команды разработчиков DSP, которая все еще работает в TI. В США чип стоил 500 долларов, и за год было продано 1000 штук. В конечном итоге продажи увеличились, и DSP (цифровой сигнальный процессор) стал частью модемов, медицинских устройств и военных систем. Да, и еще одно применение — кудрявая кукла в стиле Чаки, Worlds of Wonder’s Julie, которая могла говорить и петь. Чип стал первым в семействе DSP, которое позволило сколотить TI целое состояние.

Microchip Technology PIC 16C84 Microcontroller (1993)

16C84 нашел применение в смарт-картах, пультах дистанционного управления и беспроводных автомобильных ключах. Он положил начало линейки микроконтроллеров, которые с радостью использовали как компании из списка Fortune 500, так и радиолюбители, паявшие что-нибудь у себя в гараже. Продажи чипа превышали 6 млрд копий, при этом использовали его в промышленных контроллерах и беспилотных летающих объектах, цифровых тестах на беременность, и даже в фейерверках.

Fairchild Semiconductor μA741 Op-Amp (1968)

Операционные усилители — это хлеб насущный в аналоговой разработке. Вам они всегда понадобятся, и вы всегда можете их объединить с чем-то еще и получить что-то «съедобное». Разработчики используют их для создания аудио и видео предусилителей, компараторов напряжения, прецизионных выпрямителей и многих других систем, которые являются частью повседневной электроники.

В 1963 году 26-летний инженер по имени Роберт Видлар разработал первый монолитный операционный усилитель, μA702, в Fairchild Semiconductor. Он продавался за 300 долларов США всем желающим. В дальнейшем Видлар усовершенствовал схему и назвал новый усилитель μA709, сократив стоимость до 70 долларов, что привело чип к огромному коммерческому успеху. История гласит, что Видлар после этого попросил у компании прибавку к зарплате. Однако он ее не получил, после чего и перешел работать в National Semiconductor, которая была рада нанять человека, который изобрел такой гениальный усилитель. В 1967 году Видлар создал для них еще более совершенный операционный усилитель, LM101.

В то время как менеджеры Fairchild беспокоились о неожиданно появившейся конкуренции, в их лаборатории недавно нанятый инженер Дэвид Фаллагар тщательно изучал LM101. Он понял, что у чипа, каким бы гениальным он ни был, было несколько недостатков. Чтобы избежать определенных искажений частоты, инженеры вынуждены были подключить к чипу внешний конденсатор. Более того, входная часть интегральной схемы, так называемый фронт-энд, был для некоторых чипов чрезмерно чувствительным к шуму из-за непостоянного качества полупроводников в то время. «Фронт-энд выглядел сделанным наспех», – говорил Фаллагар.

Дэвид занялся доработкой чипа. Для начала он нивелировал проблемы из-за некачественных полупроводников, включив в цепь конденсатор на 30 пФ. Теперь ему нужно было улучшить фронт-энд — но как это сделать? Решение было очень простым — «оно пришло мне в голову, когда я ехал в Тахо», — говорил Дэвид, и состояло оно из пары дополнительных транзисторов. Эта дополнительная схема делала усилитель более плавным и независимым от качества производства.

Фаллагар отнес свой чип главе лаборатории, парню по имени Гордон Мур, который и отправил его в коммерческое подразделение компании. Новый чип, названный μA741, стал стандартом для операционных усилителей. Он и другие интегральные схемы, созданные конкурентами Fairchild, продавались сотнями миллионов штук. И сейчас за 300 долларов, которые просили за 702-ой, можно купить тысячу 741-ых.

Всего в оригинальном материале 25 микрочипов — многовато для одной статьи. Но если вам, мои читателям, понравилось — я продолжу перевод.

Американские создатели транзистора Уильям Шокли, Джон Бардин и Уолтер Браттейн обрели мировую славу и в 1956 году были удостоены Нобелевской премии. Немецким физикам Герберту Матаре и Генриху Велкеру, которые, работая во Франции, всего полугодом позже самостоятельно изготовили точечный транзистор, пришлось удовольствоваться французским патентом и весьма кратковременной известностью, не вышедшей за пределы Европы. Интегральная схема тоже имела независимых авторов. Как нередко случается, их имена известны широкой публике куда лучше конкретных обстоятельств изобретения микрочипа.

Тирания чисел

Первый полупроводниковый компьютер CDC-1604 состоял из 25 000 транзисторов. Он занимал огромный зал, выполнял 34 000 вычислительных циклов в секунду и потреблял 15 кВт электроэнергии.

И вот тут-то возникла неприятная проблема. Компоненты электронных схем соединяли проводами одним-единственным способом — с помощью пайки. Это была трудоемкая и недешевая ручная работа, чреватая многими ошибками (ведь ее делали не роботы, а люди). В начале транзисторной эры в принципе можно было спроектировать систему едва ли не любой степени сложности, но ее изготовление зачастую оказывалось непомерно трудной задачей. Более того, технологии сборки препятствовали продвижению сложных систем на рынок бытовой электроники, которому требовались крупные объемы производства, компактность и умеренные цены. Эти технологии всё хуже работали и для больших компьютеров, поскольку соединительные цепи длиной в километры снижали их быстродействие.

В общем, уже в середине 1950-х годов на пути к осуществлению надежд, возложенных на транзисторы, встало серьезное препятствие, которое называли проблемой межкомпонентных соединений или, неформально, тиранией больших чисел. Его пытались преодолеть путем уменьшения размеров элементов электронных схем и применения модульной сборки, однако без особого успеха. Требовалась принципиально новая идея. И она не заставила себя долго ждать.

Жаркое место

Джек Сент-Клер Килби родился 8 ноября 1923 года в городе Джефферсон-Сити в штате Миссури. Его отец был инженером-электриком, поднявшимся до поста президента Канзасской электрической компании. Сын пошел по стопам родителя: в 1947 году окончил университет штата Иллинойс с дипломом бакалавра-электротехника и нашел место в компании Centralab в городе Милуоки, а через три года получил степень магистра в Висконсинском университете.

Небольшая фирма, где работал Килби, в основном производила сравнительно несложные радиодетали. В 1952 году она приобрела у Bell Laboratories лицензию на изготовление транзисторов, и молодой инженер немало сделал для отладки новой технологии. Он получил около дюжины патентов, обрел отличную профессиональную репутацию, но вот работа ему наскучила. Килби не только понимал, что будущее твердотельной электроники зависит от победы над тиранией больших чисел, но и считал себя способным ее одержать. Для этого была нужна должность исследователя в компании с серьезными финансовыми ресурсами и интересом к новым разработкам. В начале 1958 года он разослал резюме по нескольким перспективным адресам и получил предложения от таких гигантов электронной индустрии, как IBM и Motorola. Однако Килби предпочел менее известную корпорацию Texas Instruments, где несколькими годами ранее физик Гордон Тил и физхимик Виллис Эдкок создали первую эффективную технологию изготовления кремниевых транзисторов (до этого их делали только на основе германия). В те времена фирмой руководил весьма дальномыслящий президент Патрик Хагерти, поручивший Эдкоку возглавить работы по радикальному устранению проблемы межкомпонентных соединений.

Первый микропроцессор Intel 4004 содержал 2300 транзисторов и выполнял 92 000 инструкций в секунду, потребляя менее 1 Вт.

В мае Килби перевез семью в Даллас и приступил к работе в свежеотстроенном корпусе, где еще даже не действовали кондиционеры. Жуткая техасская жара не помешала ему быстро найти решение поставленной задачи. Килби догадался, что из полупроводников можно сделать все основные компоненты электронной схемы, если правильно подобрать легирующие присадки. А раз так, то в принципе ничто не мешает разместить эти компоненты на общей матрице. 24 июля 1958 года он записал эту великую идею в лабораторном журнале в одной-единственной фразе, которая вошла в историю электроники.

Но пока это была лишь теория. Когда Килби показал свои наброски Эдкоку, тот не выказал особого энтузиазма, но все же поручил Килби по-новому изготовить несложную радиосхему и пообещал санкционировать дальнейшие эксперименты, если она окажется удачной. Килби вызов принял и вручную встроил в германиевую пластинку детали стандартной электронной цепи, преобразующей постоянный ток в переменный (это был генератор гармонических колебаний с фазосдвигающей обратной связью). Выглядел он неуклюже, что и немудрено: для соединения блоков использовались навесные металлические провода. 12 сентября Килби показал свое детище большим боссам корпорации. На прибор подали ток от батареи, и на экране осциллоскопа высветилась зеленоватая синусоида. Первая в мире интегральная схема продемонстрировала свою работоспособность.

«Восьмерка предателей»

Третий сын конгрегационалистского пастора, чей предок приплыл в Америку на легендарном «Мэйфлауэре», Роберт Нортон Нойс появился на свет 12 декабря 1927 года в маленьком даже сейчас, а тогда вовсе крошечном Берлингтоне в штате Айова. Детские увлечения авиамоделизмом и радиотехникой привели его в аспирантуру Массачусетского технологического института, где в 26 лет он защитил докторскую диссертацию по физике. Еще в колледже он увлекся транзисторами и поэтому, остепенившись, пришел в филадельфийскую компанию Philco, которая занималась ими весьма серьезно.

Подобно Килби, Нойс быстро сделал себе имя в твердотельной электронике. В начале 1956 года его пригласил к себе в фирму Уильям Шокли, покинувший Bell Laboratories, чтобы заняться полупроводниковыми приборами, и Нойс перебрался в Калифорнию, в городок Маунтин-Вью, расположенный южнее Сан-Франциско в долине Санта-Клара, которую лет через 15 стали называть Кремниевой долиной. Впрочем, он там не задержался. Шокли оказался плохим менеджером и буквально распугал лучших сотрудников. В результате в 1957 году Нойс и еще семеро молодых талантов ушли на вольные хлеба и при финансовой поддержке промышленника и изобретателя Шермана Фэйрчальда основали компанию Fairchild Semiconductor Corporation. В «восьмерку предателей», как обозвал их Шокли, входили физико-химик Гордон Мур (да-да, тот самый, который позднее придумал «закон Мура») и родившийся в Швейцарии физик Жан Эрни. С него-то и началась цепочка технологических нововведений, которая привела Нойса к изобретению интегральной микросхемы.

Первый пример бытовой электроники - слуховой аппарат Arcadia от Zenith Radio Corporation

Поверх краски

Молодая компания производила транзисторы новейшим по тем временам методом диффузии легирующих примесей. При всех его достоинствах доля отбракованных из-за загрязнений изделий достигала 90%. Эрни предложил защищать кремниевые матрицы от повреждения с помощью тонкой пленки диоксида кремния. В процессе изготовления транзистора пленку зачищали в зонах диффузии, а затем для сохранения изоляции восстанавливали. Адвокат фирмы Джон Раллс усмотрел перспективность этой идеи и попросил составить патентную заявку с расчетом на возможность более широких приложений. Раллс не ошибся — метод Эрни лег в основу целого семейства полупроводниковых технологий, известных как планарные процессы.

Эти приложения и начал обдумывать Нойс, возглавивший исследовательский отдел фирмы. Тут-то он и догадался, что на оксидную пленку можно нанести тонкие полоски меди или иного металла, которые соединят транзисторы, конденсаторы и прочие элементы электронной схемы. А отсюда уже было недалеко до мысли, что и сами эти элементы можно встроить в кремниевую матрицу с помощью избирательного легирования. Сходная идея шестью месяцами ранее осенила и Килби, но Нойс пришел к ней другой дорогой. И оба пути пересеклись на рождении микрочипа.

Нойс регулярно обсуждал свои прозрения с Муром, который принимал их без особых возражений. 23 января 1959 года он описал свое изобретение на четырех страницах лабораторного журнала. Так родилась калифорнийская версия интегральной схемы — в отличие от техасской пока всего лишь на бумаге.

Тем временем в Далласе

Еще в сентябре 1958 года Килби и его помощники изготовили новым методом другой электронный прибор, полупроводниковый триггер. Тем не менее руководство Texas Instruments не пропагандировало новое изобретение и не планировало его использование. Более того, компания не спешила и с патентной заявкой.

Однако 28 января 1959 года в Далласе зашевелились: прошел слух, что конкурирующая фирма RCA разработала собственный микрочип и вот-вот его запатентует. Информация оказалась ложной, но вызвала беспокойство. Корпорация обратилась к вашингтонской юридической фирме Stevens Davis Miller & Mosher, специализирующей на патентных делах, и поручила ей как можно быстрее оформить права на изобретение Килби. Ввиду особой важности дела им занялся сам Эллсворт Мошер, авторитетнейший юрист-патентовед. Для подготовки документации он потребовал монтажную схему микрочипа. Килби к этому времени уже осознал, что от внешней электропроводки необходимо избавиться, и приступил к разработке аналога планарного процесса (уже изобретенного Жаном Эрни). Тем не менее в качестве иллюстрации к патентной заявке Килби представил схему одного из первых чипов с навесными проводами из золота. Правда, он отметил, что проводящие цепи можно непосредственно накладывать на изолирующее покрытие, но на этом и остановился. 6 февраля Бюро патентов зарегистрировало заявку Килби.

Патентные войны

Этой вроде бы маловажной детали была суждена главная роль в патентной битве между Далласом и Кремниевой долиной. Fairchild Semiconductor Corporation в начале 1959 года выпустила в продажу свой первый оригинальный продукт — транзистор, изготовленный методом двойной диффузии. Интегральную схему Нойс оставил про запас — тогда ему казалось, что причин для спешки нет. Однако в начале марта он и его коллеги узнали, что корпорация Texas Instruments вскоре объявит о разработке интегрированных твердотельных схем. Так и произошло — изобретение Килби было продемонстрировано 24 марта в Нью-Йорке во время съезда Института радиоинженеров. К этому времени инженеры фирмы Texas Instruments изготовили ряд интегральных схем без навесных проводов, которые и были представлены на ее стенде. Хотя более подготовленной публики нельзя было и желать, новинка, как ни странно, никого особенно не заинтересовала. Даже профессиональный журнал Electronics упомянул о ней лишь через две недели, причем в одном-единственном абзаце.

Однако в Калифорнии мгновенно почувствовали, что Fairchild Semiconductor реально угрожает потеря приоритета. Нойс прекрасно понимал, что его заявка должна существенно отличаться от заявки конкурентов. Поэтому они с Раллсом особо подчеркнули, что изобретение Нойса делает излишним применение внешней проводки. Содержания заявки Килби они не знали (Бюро патентов США не раскрывает сведений на стадии рассмотрения документов), однако Нойс имел основания предполагать, что по этой части его фирма опередила техасских конкурентов.

Далее последовала судебная битва, растянувшаяся на десять лет. Юристы обеих сторон проявляли изощренное хитроумие, и в конце концов победа осталась за Нойсом. 6 ноября 1969 года апелляционный суд по делам патентов и таможенных сборов признал его единственным изобретателем микрочипа. Мошер апеллировал к Верховному суду США, но его петиция была отклонена.

Самое интересное, что решение суда практически ничего не изменило. И профессионалы, и политики, и публика уже прекрасно знали, что это великое изобретение имеет двух полноправных авторов. Оба получили за него National Medal of Science (Килби в 1969 году, Нойс — в 1979-м) и National Medal of Technology (соответственно в 1990 и 1987 годах). Более того, ничуть не пострадали и финансовые интересы обеих фирм. Еще в 1966 году Texas Instruments и Fairchild Semiconductor признали друг за другом равные права на интегральную схему (остальные фирмы, пожелавшие производить микрочипы, должны были покупать у них лицензии). Так что, по сути, многолетняя тяжба оказалась никому не нужна.

От ракет до калькулятора

Интегральные схемы были запущены в серийное производство в начале 1961 года, когда для этого появилась технологическая база. Первой их выпустила в продажу (в шести вариантах) фирма Fairchild под именем микрологических элементов. Через несколько недель на рынке появились и микрочипы от Texas Instruments — по терминологии корпорации, твердотельные цепи. Стоили они очень дорого (поначалу более $100) и потому для бытовой электроники никак не годились. Первые три года их закупали только федеральные ведомства, преимущественно Пентагон и NASA. Микрочипы стали основой электроники межконтинентальных ракет MinutemanII, запускаемых с подводных лодок баллистических ракет Polaris А2 и А3, бортовой авионики новых боевых самолетов — впрочем, всего не перечесть. В ноябре 1963 года был запущен спутник Explorer-18 — первый космический аппарат, начиненный микрочипами. В том году в США было продано полмиллиона интегральных схем, спустя год — уже два миллиона. Благодаря возросшим объемам производства средняя цена микрочипа в 1964 году снизилась до 18 долларов 50 центов. Стоит вспомнить, что тогдашние наиболее совершенные интегральные схемы содержали не больше шести десятков компонентов.

Тогда же, в 1964 году, микрочипы начали использовать и в бытовой электронике — они дебютировали в слуховом аппарате Arcadia фирмы Zenith Radio Corporation. Но их подлинный триумф состоялся весной 1971 года, когда Texas Instruments выпустила в продажу первый в мире электронный калькулятор Pocketronic (интересно, что он появился в магазинах 14 апреля, как раз накануне официальной даты представления налоговых деклараций). Команда Килби разработала его четырьмя годами ранее — столь значительная задержка опять-таки была обусловлена трудностями массового производства. Стоила эта игрушка $150, весила больше килограмма, печатала результаты на термочувствительной бумаге (дисплея не было вовсе) и к тому же была обучена только четырем действиям арифметики. Тем не менее Pocketronic имел колоссальный успех — уже в 1972 году объем его продаж достиг пяти миллионов. А в ноябре того же 1971 года фирма Intel Corporation, созданная покинувшими корпорацию Fairchild Нойсом и Муром, представила первый в мире универсальный микропроцессор, знаменитый Intel 4004, начав новую — компьютерную — эру в истории человеческой цивилизации.

Интегра́льная (engl. Integrated circuit, IC, microcircuit, microchip, silicon chip, or chip), (микро)схе́ма (ИС, ИМС, м/сх), чип, микрочи́п (англ. chip — щепка, обломок, фишка) — микроэлектронное устройство — электронная схема произвольной сложности, изготовленная на полупроводниковом кристалле (или плёнке) и помещённая в неразборный корпус. Часто под интегральной схемой (ИС) понимают собственно кристалл или плёнку с электронной схемой, а под микросхемой (МС) — ИС, заключённую в корпус. В то же время выражение «чип компоненты» означает «компоненты для поверхностного монтажа» в отличие от компонентов для традиционной пайки в отверстия на плате. Поэтому правильнее говорить «чип микросхема», имея в виду микросхему для поверхностного монтажа. В настоящий момент (2009 год) большая часть микросхем изготавливается в корпусах для поверхностного монтажа.

Содержание

История

Изобретение микросхем началось с изучения свойств тонких оксидных плёнок, проявляющихся в эффекте плохой электро-проводимости при небольших электрических напряжениях. Проблема заключалась в том, что в месте соприкосновения двух металлов не происходило электрического контакта или он имел полярные свойства. Глубокие изучения этого феномена привели к открытию диодов а позже транзисторов и интегральных микросхем.

В 1958 году двое учёных, живущих в совершенно разных местах, изобрели практически идентичную модель интегральной схемы. Один из них, Джек Килби, работал на Texas Instruments, другой, Роберт Нойс, был одним из основателей небольшой компании по производству полупроводников Fairchild Semiconductor. Обоих объединил вопрос: «Как в минимум места вместить максимум компонентов?». Транзисторы, резисторы, конденсаторы и другие детали в то время размещались на платах отдельно, и учёные решили попробовать их объединить на одном монолитном кристалле из полупроводникового материала. Только Килби воспользовался германием, а Нойс предпочёл кремний. В 1959 году они отдельно друг от друга получили патенты на свои изобретения — началось противостояние двух компаний, которое закончилось мирным договором и созданием совместной лицензии на производство чипов. После того как в 1961 году Fairchild Semiconductor Corporation пустила интегральные схемы в свободную продажу, их сразу стали использовать в производстве калькуляторов и компьютеров вместо отдельных транзисторов, что позволило значительно уменьшить размер и увеличить производительность.

Первая советская полупроводниковая микросхема была создана в 1961 г. в Таганрогском радиотехническом институте, в лаборатории Л. Н. Колесова.

Первая в СССР полупроводниковая интегральная микросхема была разработана (создана) на основе планарной технологии, разработанной в начале 1960 года в НИИ-35 (затем переименован в НИИ "Пульсар") коллективом, который в дальнейшем был переведён в НИИМЭ (Микрон). Создание первой отечественной кремниевой интегральной схемы было сконцентрировано на разработке и производстве с военной приёмкой серии интегральных кремниевых схем ТС-100 (37 элементов — эквивалент схемотехнической сложности триггера, аналога американских ИС серии SN-51 фирмы Texas Instruments). Образцы-прототипы и производственные образцы кремниевых интегральных схем для воспроизводства были получены из США. Работы проводились НИИ-35 (директор Трутко) и Фрязинским заводом (директор Колмогоров) по оборонному заказу для использования в автономном высотомере системы наведения баллистической ракеты. Разработка включала шесть типовых интегральных кремниевых планарных схем серии ТС-100 и с организацией опытного производства заняла в НИИ-35 три года (с 1962 по 1965 год). Ещё два года ушло на освоение заводского производства с военной приёмкой во Фрязино (1967 год).[1]

Уровни проектирования

Физический — методы реализации одного транзистора (или небольшой группы) в виде легированных зон на кристалле.
Электрический — принципиальная электрическая схема (транзисторы, конденсаторы, резисторы и т. п.).
Логический — логическая схема (логические инверторы, элементы ИЛИ-НЕ, И-НЕ и т. п.).
Схемо- и системотехнический уровень — схемо- и системотехническая схемы (триггеры, компараторы, шифраторы, дешифраторы, АЛУ и т. п.).
Топологический — топологические фотошаблоны для производства.
Программный уровень (для микроконтроллеров и микропроцессоров) — команды ассемблера для программиста.

В настоящее время большая часть интегральных схем разрабатывается при помощи САПР, которые позволяют автоматизировать и значительно ускорить процесс получения топологических фотошаблонов.

Классификация

Степень интеграции

В СССР были предложены следующие названия микросхем в зависимости от степени интеграции (указано количество элементов для цифровых схем):

Малая интегральная схема (МИС) — до 100 элементов в кристалле.
Средняя интегральная схема (СИС) — до 1000 элементов в кристалле.
Большая интегральная схема (БИС) — до 10000 элементов в кристалле.
Сверхбольшая интегральная схема (СБИС) — до 1 миллиона элементов в кристалле.
Ультрабольшая интегральная схема (УБИС) — до 1 миллиарда элементов в кристалле.
Гигабольшая интегральная схема (ГБИС) — более 1 миллиарда элементов в кристалле.

В настоящее время название ГБИС практически не используется (например, последние версии процессоров Pentium 4 содержат пока несколько сотен миллионов транзисторов), и все схемы с числом элементов, превышающим 10000, относят к классу СБИС, считая УБИС его подклассом.

Технология изготовления

Полупроводниковая микросхема — все элементы и межэлементные соединения выполнены на одном полупроводниковом кристалле (например, кремния, германия, арсенида галлия).
Плёночная микросхема — все элементы и межэлементные соединения выполнены в виде плёнок:
- толстоплёночная интегральная схема;
- тонкоплёночная интегральная схема.
Вид обрабатываемого сигнала
- Аналоговые
- Цифровые
- Аналого-цифровые
Аналоговые микросхемы — входные и выходные сигналы изменяются по закону непрерывной функции в диапазоне от положительного до отрицательного напряжения питания.

Цифровые микросхемы — входные и выходные сигналы могут иметь два значения: логический ноль или логическая единица, каждому из которых соответствует определённый диапазон напряжения. Например, для микросхем ТТЛ-логики при питании +5 В диапазон напряжения 0…0,4 В соответствует логическому нулю, а диапазон 2,4…5 В соответствует логической единице. Для микросхем ЭСЛ-логики при питании −5,2 В: логическая единица — это −0,8…−1,03 В, а логический ноль — это −1,6…−1,75 В.

Аналого-цифровые микросхемы совмещают в себе формы цифровой и аналоговой обработки сигналов. По мере развития технологий получают всё большее распространение.

Технологии изготовления

Типы логики

Основным элементом аналоговых микросхем являются транзисторы (биполярные или полевые). Разница в технологии изготовления транзисторов существенно влияет на характеристики микросхем. Поэтому нередко в описании микросхемы указывают технологию изготовления, чтобы подчеркнуть тем самым общую характеристику свойств и возможностей микросхемы. В современных технологиях объединяют технологии биполярных и полевых транзисторов, чтобы добиться улучшения характеристик микросхем.

Компьютерные микросхемы или чипы конец 1950 х гг

Немного истории или "ты помнишь как всё начиналось"

Сделано в СССР

1. ОАО "Ангстрем"

Тирания чисел

Жаркое место

«Восьмерка предателей»

Поверх краски

Тем временем в Далласе

Патентные войны

От ракет до калькулятора

Содержание

История

Уровни проектирования

Классификация

Степень интеграции

Технология изготовления

Вид обрабатываемого сигнала

Технологии изготовления

Типы логики

Технологический процесс

Контроль качества

Назначение

Аналоговые схемы

Цифровые схемы

Аналогово-цифровые схемы

Серии микросхем

Корпуса микросхем

Специфические названия микросхем