rumah > unggul > Sejarah penciptaan papan sirkuit terpadu. Sejarah basis komponen elektronik domestik (ECB). Elektronik dan jenis elektronik


Sejarah penciptaan papan sirkuit terpadu. Sejarah basis komponen elektronik domestik (ECB). Elektronik dan jenis elektronik




B.V. Malin

Baru-baru ini, B. V. Malin, salah satu spesialis Rusia pertama di bidang mikroelektronika, pengembang dan pencipta sirkuit terpadu domestik seri pertama, meninggal dunia.

Sesaat sebelum kematiannya, atas permintaan editor dan staf Departemen Mikroelektronika MEPhI, Boris Vladimirovich mulai mengerjakan sebuah artikel tentang pembuatan sirkuit terpadu domestik pertama.

Membayar hutang terakhir kepada orang yang luar biasa, spesialis, guru, kami menerbitkan draf artikel penulis, yang sayangnya masih belum selesai.

A. Osipov, editor ilmiah

Prasyarat untuk pembuatan- adanya produksi transistor bipolar dan unipolar, teori perhitungan transistor tersebut oleh Shockley, Desay dan Ross, Tesner. Perkembangan lembaga transistor terkemuka - NII-35 (NII "Pulsar"). Dalam teknologi dalam negeri untuk pengembangan dan produksi transistor, periode hingga awal tahun 60-an ditandai dengan penggunaan kristal tunggal germanium sebagai bahan awal dan hanya produksi transistor bipolar. Transistor unipolar tidak diproduksi. Teknologi sirkuit terpadu membutuhkan kehadiran kedua jenis transistor sebagai elemen aktif sirkuit mikroelektronika untuk berbagai keperluan fungsional dan pengenalan teknologi kristal tunggal silikon. Pada periode 1957–1961. penulis mengembangkan transistor unipolar germanium dari seri 339, dan atas dasar karya ini sebuah disertasi dipertahankan.

Konsep miniaturisasi dan pengembangan mikroelektronika - teknologi mikromodular dan proyek Amerika "Tinkertoy" dari Angkatan Darat AS, yang dikuasai di KB-1. Bersamaan dengan pengembangan produksi transistor bipolar dan penggunaannya dalam teknologi pertahanan dan ruang angkasa, Head Transistor Research Institute-35 mengembangkan teknik dan teknologi untuk aplikasi sirkuit mereka, terutama sebagai elemen sirkuit struktural standar sesuai dengan program mikromodul - utama pengembang Barkanov (KB-1) dan Nevezhin (NII-35). Itu didasarkan pada prinsip miniaturisasi transistor dan komponen radio, serta prinsip mengotomatiskan perakitan satu set blok standar dari berbagai sirkuit dari bagian standar miniatur (mirip dengan proyek Tinkertoy Angkatan Darat AS).

Menguasai Critical Technology pada Silicon– teknologi silikon planar. MEP. Terobosan strategis di Amerika Serikat di bidang transistor dan sirkuit terintegrasi harus dipertimbangkan pengembangan dan implementasi produksi teknologi silikon, terutama teknologi kritis seperti planar. Dalam praktik produksi dalam negeri, perkembangan teknologi planar praktis baru dimulai pada tahun 1962 dari nol.

Dorongan yang signifikan untuk pengembangan pekerjaan adalah penemuan sirkuit terpadu silikon pada tahun 1959 di Amerika Serikat oleh Jack Kilby dan produksinya oleh perusahaan Amerika Texas untuk digunakan dalam sistem panduan rudal Minuteman. Upaya pembuatan sirkuit domestik terintegrasi volumetrik pada germanium dilakukan oleh penulis di NII-35 tahun 1959-1962. Sejak 1959, pengembangan sirkuit terpadu silikon dalam negeri, pada kenyataannya, merupakan proses berkelanjutan dari perjuangan korespondensi kompetitif dengan Jack Kilby.

Ada konsep pengulangan dan penyalinan pengalaman teknologi Amerika - metode yang disebut "rekayasa balik" MEP. Prototipe dan sampel produksi sirkuit terpadu silikon untuk reproduksi diperoleh dari AS, dan penyalinannya diatur secara ketat atas perintah MEP (Menteri Shokin). Konsep penyalinan dikontrol ketat oleh Menteri selama lebih dari 19 tahun, selama itu penulis bekerja dalam sistem MEP, hingga tahun 1974.

Ini berlaku tidak hanya untuk pengembangan mikroelektronika, tetapi juga untuk penciptaan teknologi komputer atas dasar itu, misalnya, saat mereproduksi komputer seri IBM-360 - (seri domestik "SERIES 1-2"). Bantuan teknologi terbesar diberikan oleh proses penyalinan sampel sirkuit terpadu silikon asli Amerika. Penyalinan dilakukan setelah depresurisasi dan pelepasan penutup dari sampel, penyalinan pola transistor dan resistor datar (planar) di sirkuit, serta setelah memeriksa struktur semua area fungsional di bawah mikroskop. Hasil penyalinan diterbitkan dalam bentuk gambar kerja dan dokumentasi teknologi.

Penciptaan sirkuit terpadu silikon domestik pertama terkonsentrasi pada pengembangan dan produksi dengan penerimaan militer dari serangkaian sirkuit silikon terintegrasi TC-100 (37 elemen - setara dengan kompleksitas sirkuit pemicu, analog dari seri IC Amerika SN-51 dari Texas Instruments). Pekerjaan itu dilakukan oleh NII-35 (direktur Trutko) dan pabrik Fryazinsky (direktur Kolmogorov) di bawah perintah pertahanan untuk digunakan dalam altimeter otonom dari sistem panduan rudal balistik.

Pengembangannya mencakup enam sirkuit planar silikon terintegrasi tipikal dari seri TS-100 dan, dengan organisasi produksi percontohan, memakan waktu tiga tahun di NII-35 (dari 1962 hingga 1965). Butuh dua tahun lagi untuk menguasai produksi pabrik dengan penerimaan militer di Fryazino (1967). Analisis implementasi siklus teknologi planar (lebih dari 300 operasi teknologi) dalam praktik rumah tangga menunjukkan bahwa teknologi kritis ini harus dikuasai dari tingkat nol dan praktis mandiri, tanpa bantuan dari luar, termasuk untuk peralatan teknologi. Sebuah tim yang terdiri dari 250 orang dari departemen ilmiah dan teknologi NII-35 dan bengkel eksperimental yang dibuat khusus di departemen tersebut bekerja untuk memecahkan masalah ini. Pada saat yang sama, departemen tersebut berfungsi sebagai tempat pelatihan bagi para spesialis dari banyak perusahaan MEP, yang menguasai teknologi ini. Misalnya, spesialis pabrik semikonduktor Direktorat Utama ke-2 Kementerian Energi di Voronezh (direktur Kolesnikov, pemimpin - Nikishin) dilatih di departemen ini.

Perhatian utama dalam pengembangan teknologi planar diberikan pada pengembangan industri fotolitografi industri dengan resolusi optik tinggi, hingga 1000–2000 garis per milimeter. Pekerjaan ini dilakukan bekerja sama erat dengan spesialis optik dari LITMO (Kapustina) dan Pemerintah Indonesia (Leningrad).

Peran penting juga dimainkan oleh pengembangan departemen otomatisasi teknologi planar dan desain peralatan teknologi khusus (perancang terkemuka Zakharov). Unit otomatis untuk pemrosesan bertahap wafer teknologi silikon (pencucian, penerapan photoresist, oksidasi konveyor, dll.) Dikembangkan berdasarkan penggunaan otomatisasi pneumatik dan pneumatik.

Pada tahun 1964, departemen ilmiah dan teknologi NII-35 untuk pengembangan sirkuit terpadu dikunjungi oleh Ketua kompleks industri militer Smirnov. Setelah kunjungan ini, departemen tersebut menerima peralatan ilmiah Jepang, yang digunakan dalam pengembangan lanjutan. Pada musim semi tahun 1965, kunjungan dilakukan ke bengkel eksperimental departemen ilmiah dan teknologi NII-35 untuk pengembangan sirkuit terpadu silikon oleh Ketua Dewan Menteri Kosygin. Selama masa pembangunan dari tahun 1962 sampai dengan tahun 1967, penulis selaku ketua jurusan harus berkali-kali melaporkan kemajuan pekerjaannya kepada Ketua Panitia Negara Iptek dan Deputi. Ketua Dewan Menteri Rudnev, Presiden Akademi Ilmu Pengetahuan Keldysh, dan juga selalu berhubungan dengan departemen sains kompleks industri militer dan departemen pertahanan Komite Sentral, pada saat itu departemen peralatan penerbangan dari Kementerian Pertahanan, yang memimpin organisasi penerimaan militer.

Penciptaan Zelenograd. Zelenograd adalah pusat mikroelektronika yang terdiri dari 6 perusahaan dengan pabrik percontohan, analog domestik Silicon Valley di California. Penulis pada awal tahun 1963 membacakan kursus kuliah kepada direktur Zelenograd saat ini, wakilnya. Menteri Kementerian Energi dan Ekonomi F.V. Lukin, atas dasar proposal teknis yang disusun untuk pengembangan teknik semikonduktor untuk Zelenograd, khususnya, untuk proses termal dan fotolitografi (untuk direktur Savin), untuk pembelian peralatan teknologi untuk impor (grup Nazaryan dan Struzhinsky), termasuk termasuk, untuk pabrik percontohan di Fryazino.

Hasil pengembangan Penulis dicatat dan dikonfirmasi oleh sejumlah laporan ilmiah dan teknologi NII-35, sertifikat hak cipta, sejumlah artikel yang diterbitkan dalam koleksi "Perangkat Semikonduktor dan Penerapannya", "Mikroelektronika", serta buku dan brosur yang diterbitkan untuk periode tersebut. sampai tahun 1974.

Sirkuit terpadu semikonduktor pertama Jack Kilby 12 September 2018

Pada tanggal 12 September 1958, Jack S. Kilby mendemonstrasikan sirkuit terintegrasi pertama yang berfungsi di Texas Instruments (AS). Untuk pertama kalinya, komponen elektronik diintegrasikan pada satu media. Perangkat ini adalah generator pada pelat germanium kecil berukuran 11,1 mm kali 1,6 mm. Saat ini, sirkuit terintegrasi adalah blok bangunan dasar dari hampir semua peralatan elektronik.
Untuk penemuan sirkuit terpadu, Jack Kilby dianugerahi Hadiah Nobel Fisika pada tahun 2000 dan National Medal of Science pada tahun 1970, dan pada tahun 1982 ia dinobatkan sebagai penemu kehormatan dari Hall of Fame Nasional AS.

Jack Kilby dengan jurnal laboratorium terbuka, di halaman-halamannya terdapat deskripsi sirkuit terintegrasi pertama yang dia buat.


Ini adalah sirkuit terintegrasi pertama Jack Kilby.

Di Uni Soviet pada tahun 1963 Pusat Mikroelektronika didirikan di Zelenograd. Pada tahun 1964, sirkuit terintegrasi pertama "Tropa" (seri 201), "Duta Besar" (seri 217) dikembangkan di sana di pabrik Angstrem, dibuat menggunakan teknologi film hibrida menggunakan transistor tanpa paket. Di pabrik Mikron di Zelenograd, pada akhir 1960-an, teknologi tersebut diterapkan dan produksi sirkuit terpadu monolitik pertama dimulai. Ini adalah paspor untuk batch percobaan sirkuit mikro pertama dari Mikron dengan topik "Logika-1"

Dan ini adalah sirkuit mikro itu sendiri, yang paspornya saya bawa

Itu diikuti oleh "Logic-2" (seri 133 - analog dari seri SN54 dari Texas Instruments). Secara khusus, chip M3300 yang terkenal atau lebih dikenal sebagai 1LB333, analog dari SN5400, kemudian dikenal sebagai 133LA3 atau dalam wadah plastik K155LA3 (SN7400) memiliki kelanjutan lebih lanjut, seperti rekan-rekan Amerikanya dalam hal meningkatkan seri ini dalam hal kecepatan dalam tema Tier - 530LA3 (SN54S00), ekonomi dalam tema "Isis KS" - 533LA3 (SN54LS00), dll. Bagaimana tidak mengingat sebuah artikel oleh Malin B.V., yang menulis: “Konsep pengulangan dan penyalinan pengalaman teknologi Amerika berlaku - metode yang disebut "rekayasa balik" dari MEP. Prototipe dan sampel produksi sirkuit terpadu silikon untuk reproduksi diperoleh dari AS, dan penyalinannya diatur secara ketat atas perintah MEP (Menteri Shokin). Konsep penyalinan dikontrol ketat oleh Menteri selama lebih dari 19 tahun, selama itu penulis bekerja dalam sistem MEP, hingga tahun 1974 ... "
Pada tahun 1973, pengembangan jam elektronik pada "Pulsar" dimulai. Pembimbing Ilmiah Pembangunan, Doktor Ilmu Teknik, Prof. Dokuchaev Yuri Petrovich. Tampilan internal jam elektronik CMOS Soviet pertama "Electronics-1" ditampilkan di foto.

Pada tahun 1973 yang sama, produksi serial kalkulator CMOS Soviet pertama dikuasai di Angstrem.

Pada tahun 1980, pabrik Mikron memproduksi 100.000.000 sirkuit mikro terintegrasi, dan pada tahun 1985, pabrik Angstrem mulai memproduksi secara massal komputer pribadi saku 16-bit "Electronics-85" dengan layar kristal cair.


Singkatnya, pada pertengahan 80-an terjadi puncak perkembangan elektronik radio Soviet. Ini dibuktikan dengan penerbangan unik dan pendaratan otomatis pesawat ruang angkasa Buran, di komputer terpasang "Biser-4" yang menggunakan mikroprosesor domestik. Dan di Riga yang sama, produksi prosesor sinyal domestik pertama dengan topik "Rina", "Wright", dan "Rosita" dikuasai.
Dan ini adalah foto notebook elektronik unik yang dipersembahkan kepada delegasi Kongres ke-27 CPSU pada Februari 1986.

Apa yang terjadi selanjutnya? Dengan munculnya Gorbachev berkuasa, elektronik Soviet mulai benar-benar runtuh di depan mata kita. Namun anehnya, semua yang dibicarakan sekretaris jenderal terakhir ini bersifat progresif, misalnya pada Kongres ke-27 CPSU tahun 1986, ia mencanangkan program untuk mempercepat kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi, tetapi pada kenyataannya terjadi sesuatu yang sama sekali berbeda. Penjarahan progresif properti negara dimulai, penutupan perusahaan, gaji tidak dibayar, kekacauan dan, akhirnya, runtuhnya Uni Soviet.
Namun, itu cerita lain.

Kapan dan oleh siapa sirkuit mikro pertama kali dibuat? jika tidak, mereka memberi tahu saya bahwa perangkat optik tidak memungkinkan laser untuk "memotong" menjadi satu kristal

Kembali ke akhir 40-an, Centralab mengembangkan prinsip dasar miniaturisasi dan menciptakan sirkuit hibrida tabung film tebal. Sirkuit dibuat pada satu substrat, dan zona kontak atau resistensi diperoleh hanya dengan menerapkan tinta perak atau arang cetak ke substrat. Ketika teknologi transistor paduan germanium mulai berkembang, Centralab mengusulkan untuk memasang perangkat yang tidak dikemas dalam cangkang plastik atau keramik, yang menghasilkan isolasi transistor dari lingkungan. Atas dasar ini, sudah dimungkinkan untuk membuat sirkuit hibrida transistor, "papan sirkuit tercetak". Namun nyatanya, itu adalah prototipe solusi modern untuk masalah pengemasan dan kesimpulan sirkuit terpadu.
Pada pertengahan 1950-an, Texas Instruments memiliki posisi yang baik untuk memproduksi bahan semikonduktor yang murah. Tetapi jika transistor atau dioda terbuat dari silikon, maka resistor di TI lebih disukai terbuat dari titanium nitrida, dan kapasitansi terdistribusi terbuat dari Teflon. Tidaklah mengherankan jika banyak yang kemudian percaya bahwa, dengan akumulasi pengalaman dalam membuat sirkuit hybrid, tidak ada masalah dalam merakit elemen-elemen ini, dibuat secara terpisah. Dan jika memungkinkan untuk membuat semua elemen dengan ukuran dan bentuk yang sama dan dengan demikian mengotomatiskan proses perakitan, maka biaya sirkuit akan berkurang secara signifikan. Pendekatan ini sangat mirip dengan proses jalur perakitan Henry Ford untuk mobil.
Dengan demikian, solusi rangkaian yang dominan saat itu didasarkan pada berbagai bahan dan teknologi untuk pembuatannya. Tetapi orang Inggris Jeff Dammer dari Royal Radar Establishment pada tahun 1951 menyarankan agar elektronik dibuat dalam bentuk satu blok menggunakan lapisan semikonduktor dari bahan yang sama, bekerja sebagai penguat, resistor, kapasitansi dan dihubungkan dengan bantalan kontak yang dipotong di setiap lapisan. . Bagaimana melakukan ini dalam praktiknya, Dummer tidak menunjukkannya.
Sebenarnya, masing-masing resistor dan kapasitansi dapat dibuat dari silikon yang sama, tetapi ini akan menjadi produksi yang agak mahal. Selain itu, resistor dan kapasitansi silikon akan kurang andal dibandingkan komponen yang dibuat menggunakan teknologi standar dan bahan yang sudah dikenal, seperti titanium nitrida atau Teflon. Tetapi karena pada prinsipnya masih memungkinkan untuk membuat semua komponen dari bahan yang sama, orang harus memikirkan sambungan listrik yang sesuai dalam satu sampel.
Pada tanggal 24 Juli 1958, Kilby merumuskan dalam sebuah jurnal laboratorium sebuah konsep yang disebut Ide Monolitik, yang menyatakan bahwa<... p-n-="">Kelebihan Kilby adalah implementasi praktis dari ide Dummer.

semikonduktor. Implementasi proposal ini pada tahun-tahun tersebut tidak dapat dilakukan karena perkembangan teknologi yang tidak memadai.

Pada akhir tahun 1958 dan paruh pertama tahun 1959, terjadi terobosan dalam industri semikonduktor. Tiga orang yang mewakili tiga perusahaan swasta Amerika memecahkan tiga masalah mendasar yang mencegah pembuatan sirkuit terpadu. Jack Kilby dari Texas Instrumen mematenkan prinsip penyatuan, menciptakan prototipe IS pertama yang tidak sempurna dan membawanya ke produksi massal. Kurt   Legovets dari Perusahaan Listrik Sprague menemukan metode isolasi listrik komponen yang dibentuk pada satu chip semikonduktor (isolasi oleh sambungan p-n (eng. P–n persimpangan isolasi)). Robert Noyce dari Semikonduktor Fairchild menemukan metode sambungan listrik komponen IC (pelapisan aluminium) dan mengusulkan versi isolasi komponen yang lebih baik berdasarkan teknologi planar terbaru oleh Jean Ernie (Eng. Jean Hoerni). 27 September 1960 Band Jay Last Jay Terakhir) dibuat pada Semikonduktor Fairchild pertama bekerja semikonduktor IP atas gagasan Noyce dan Ernie. Instrumen Texas, yang memiliki paten untuk penemuan Kilby, melancarkan perang paten melawan pesaing yang berakhir pada tahun 1966 dengan perjanjian lisensi lintas teknologi di seluruh dunia.

IC logika awal dari seri yang disebutkan dibuat secara harfiah dari standar komponen, dimensi dan konfigurasinya ditentukan oleh proses teknologi. Insinyur sirkuit yang merancang IC logika dari keluarga tertentu beroperasi dengan dioda dan transistor tipikal yang sama. Pada tahun 1961-1962 paradigma desain dipatahkan oleh pengembang utama Sylvania Tom Longo, untuk pertama kalinya menggunakan berbagai konfigurasi transistor tergantung pada fungsinya di sirkuit. Pada akhir tahun 1962 Sylvania meluncurkan keluarga pertama logika transistor-transistor (TTL) yang dikembangkan oleh Longo - secara historis jenis logika terintegrasi pertama yang berhasil mendapatkan pijakan di pasar untuk waktu yang lama. Dalam sirkuit analog, terobosan level ini dilakukan pada tahun 1964-1965 oleh pengembang penguat operasional anak yang adil Bob Vidlar.

Sirkuit mikro domestik pertama dibuat pada tahun 1961 di TRTI (Institut Teknik Radio Taganrog) di bawah kepemimpinan L. N. Kolesov. Acara ini menarik perhatian komunitas ilmiah tanah air, dan TRTI disetujui sebagai pemimpin dalam sistem Kementerian Pendidikan Tinggi dalam masalah pembuatan peralatan mikroelektronika dengan keandalan tinggi dan otomatisasi produksinya. L. N. Kolesov sendiri ditunjuk sebagai Ketua Dewan Koordinasi untuk masalah ini.

Yang pertama di sirkuit terpadu film tebal hibrida Uni Soviet (seri 201 "Tropa") dikembangkan pada 1963-65 di Research Institute of Precision Technology ("Angstrem"), produksi serial sejak 1965. Spesialis dari NIEM (sekarang NII Argon) ikut serta dalam pengembangan.

Sirkuit terpadu semikonduktor pertama di USSR dibuat berdasarkan teknologi planar, dikembangkan pada awal tahun 1960 di NII-35 (kemudian berganti nama menjadi NII Pulsar) oleh sebuah tim, yang kemudian dipindahkan ke NIIME (Micron). Penciptaan sirkuit terpadu silikon domestik pertama difokuskan pada pengembangan dan produksi dengan penerimaan militer dari serangkaian sirkuit silikon terintegrasi TC-100 (37 elemen - setara dengan kompleksitas sirkuit flip-flop, analog dari Amerika seri IC SN-51 perusahaan Texas Instrumen). Prototipe dan sampel produksi sirkuit terpadu silikon untuk reproduksi diperoleh dari AS. Pekerjaan itu dilakukan di NII-35 (direktur Trutko) dan Pabrik Semikonduktor Fryazinsky (direktur Kolmogorov) di bawah perintah pertahanan untuk digunakan dalam altimeter otonom dari sistem panduan rudal balistik. Pengembangannya mencakup enam sirkuit planar silikon terintegrasi tipikal dari seri TS-100 dan, dengan organisasi produksi percontohan, memakan waktu tiga tahun di NII-35 (dari 1962 hingga 1965). Butuh dua tahun lagi untuk menguasai produksi pabrik dengan penerimaan militer di Fryazino (1967).

Secara paralel, pekerjaan pengembangan sirkuit terpadu dilakukan di Biro Desain Pusat di Pabrik Perangkat Semikonduktor Voronezh (sekarang -). Pada tahun 1965, selama kunjungan ke VZPP oleh Menteri Industri Elektronik A. I. Shokin, pabrik tersebut diinstruksikan untuk melakukan pekerjaan penelitian tentang pembuatan sirkuit monolitik silikon - R & D "Titan" (Peraturan Menteri No. 92 tanggal 16 Agustus , 1965), yang lebih cepat dari jadwal selesai pada akhir tahun. Topik tersebut berhasil diserahkan ke Komisi Negara, dan rangkaian 104 sirkuit logika dioda-transistor menjadi pencapaian tetap pertama di bidang mikroelektronika solid-state, yang tercermin dalam urutan Kementerian Pembangunan Ekonomi 30 Desember, 1965 No.403.

Tingkat desain

Saat ini (2014), sebagian besar sirkuit terintegrasi dirancang menggunakan sistem CAD khusus, yang memungkinkan Anda untuk mengotomatiskan dan mempercepat proses produksi secara signifikan, misalnya, memperoleh topeng foto topologi.

Klasifikasi

Tingkat integrasi

Bergantung pada tingkat integrasi, nama sirkuit terpadu berikut digunakan:

  • sirkuit terpadu kecil (MIS) - hingga 100 elemen dalam kristal,
  • sirkuit terpadu menengah (SIS) - hingga 1000 elemen dalam kristal,
  • sirkuit terintegrasi besar (LSI) - hingga 10 ribu elemen dalam kristal,
  • sirkuit terintegrasi sangat besar (VLSI) - lebih dari 10 ribu elemen dalam kristal.

Sebelumnya, sekarang nama-nama usang juga digunakan: sirkuit terpadu berskala sangat besar (ULSI) - dari 1-10 juta hingga 1 miliar elemen dalam kristal dan, terkadang, sirkuit terpadu giga-besar (GBIS) - lebih dari 1 miliar elemen dalam kristal. Saat ini, di tahun 2010-an, nama "UBIS" dan "GBIS" praktis tidak digunakan, dan semua sirkuit mikro dengan lebih dari 10 ribu elemen diklasifikasikan sebagai VLSI.

Teknologi manufaktur

  • Sirkuit mikro semikonduktor - semua elemen dan interkoneksi dibuat pada kristal semikonduktor tunggal (misalnya, silikon, germanium, galium arsenida, hafnium oksida).
  • Sirkuit terintegrasi film - semua elemen dan interkoneksi dibuat dalam bentuk film:
    • sirkuit terpadu film tebal;
    • sirkuit terpadu film tipis.
  • Hybrid IC (sering disebut sebagai microassembly), berisi beberapa dioda telanjang, transistor telanjang dan/atau komponen aktif elektronik lainnya. Rakitan mikro juga dapat mencakup sirkuit terpadu yang tidak dikemas. Komponen perakitan mikro pasif (resistor, kapasitor, induktor) biasanya dibuat menggunakan teknologi film tipis atau film tebal pada substrat umum, biasanya keramik dari rangkaian mikro hibrida. Seluruh substrat dengan komponen ditempatkan dalam satu wadah tertutup.
  • Sirkuit mikro campuran - selain kristal semikonduktor, ia mengandung elemen pasif film tipis (film tebal) yang ditempatkan di permukaan kristal.

Jenis sinyal yang diproses

Teknologi manufaktur

Jenis logika

Elemen utama dari rangkaian analog adalah transistor (bipolar atau medan). Perbedaan teknologi pembuatan transistor secara signifikan mempengaruhi karakteristik sirkuit mikro. Oleh karena itu, teknologi manufaktur sering ditunjukkan dalam deskripsi rangkaian mikro untuk menekankan karakteristik umum dari sifat dan kemampuan rangkaian mikro tersebut. Teknologi modern menggabungkan teknologi transistor bipolar dan efek medan untuk mencapai kinerja chip yang lebih baik.

  • Sirkuit mikro pada transistor unipolar (bidang)  adalah yang paling ekonomis (dalam hal konsumsi saat ini):
    • Logika MOS (logika logam-oksida-semikonduktor) - sirkuit mikro dibentuk dari transistor efek medan N-MOS atau P-MOS jenis;
    • Logika CMOS (logika MOS pelengkap) - setiap elemen logis dari sirkuit mikro terdiri dari sepasang transistor efek medan pelengkap (pelengkap) ( N-MOS dan P-MOS).
  • Chip pada bipolar transistor:
    • RTL - logika resistor-transistor (usang, diganti dengan TTL);
    • DTL - logika dioda-transistor (usang, diganti dengan TTL);
    • TTL - logika transistor-transistor - sirkuit mikro terbuat dari transistor bipolar dengan transistor multi-emitor pada input;
    • TTLSH - logika transistor-transistor dengan dioda Schottky - TTL yang ditingkatkan yang menggunakan transistor bipolar dengan efek Schottky;
    • ESL - logika berpasangan emitor - pada transistor bipolar, yang mode operasinya dipilih sehingga tidak memasuki mode saturasi, yang secara signifikan meningkatkan kecepatan;
    • IIL - logika injeksi integral.
  • Sirkuit mikro menggunakan transistor efek medan dan bipolar:

Menggunakan jenis transistor yang sama, sirkuit mikro dapat dibangun menggunakan metodologi yang berbeda, seperti statis atau dinamis.

Teknologi CMOS dan TTL (TTLS) adalah logika chip yang paling umum. Di mana diperlukan untuk menghemat konsumsi saat ini, teknologi CMOS digunakan, di mana kecepatan lebih penting dan penghematan konsumsi daya tidak diperlukan, teknologi TTL digunakan. Kelemahan sirkuit mikro CMOS adalah kerentanan terhadap listrik statis - cukup menyentuh keluaran sirkuit mikro dengan tangan Anda, dan integritasnya tidak lagi dijamin. Dengan perkembangan teknologi TTL dan CMOS, sirkuit mikro mendekati parameter dan, sebagai hasilnya, misalnya, sirkuit mikro seri 1564 dibuat menggunakan teknologi CMOS, dan fungsionalitas serta penempatan dalam casing serupa dengan TTL teknologi.

Chip yang diproduksi menggunakan teknologi ESL adalah yang tercepat, tetapi juga paling memakan energi, dan digunakan dalam produksi teknologi komputer jika parameter terpenting adalah kecepatan perhitungan. Di Uni Soviet, komputer paling produktif dari tipe ES106x diproduksi di sirkuit mikro ESL. Sekarang teknologi ini jarang digunakan.

Proses teknologi

Dalam pembuatan sirkuit mikro, metode fotolitografi (proyeksi, kontak, dll.) Digunakan, sedangkan sirkuit dibentuk pada substrat (biasanya silikon) yang diperoleh dengan memotong kristal tunggal silikon menjadi wafer tipis dengan cakram berlian. Karena kecilnya dimensi linier elemen rangkaian mikro, penggunaan cahaya tampak dan bahkan radiasi ultraviolet dekat untuk penerangan ditinggalkan.

Prosesor berikut dibuat menggunakan radiasi UV (laser excimer ArF, panjang gelombang 193 nm). Rata-rata, pengenalan proses teknis baru oleh para pemimpin industri sesuai dengan rencana ITRS terjadi setiap 2 tahun, sambil menggandakan jumlah transistor per satuan luas: 45 nm (2007), 32 nm (2009), 22 nm (2011) , produksi 14 nm dimulai pada tahun 2014 , pengembangan proses 10 nm diharapkan sekitar tahun 2018.

Pada 2015, diperkirakan pengenalan proses teknis baru akan melambat.

Kontrol kualitas

Untuk mengontrol kualitas sirkuit terpadu, yang disebut struktur uji banyak digunakan.

Tujuan

Sirkuit terpadu dapat memiliki fungsionalitas yang lengkap dan rumit secara sewenang-wenang - hingga komputer mikro utuh (komputer mikro chip tunggal).

Sirkuit Analog

  • Filter (termasuk yang berdasarkan efek piezoelektrik).
  • Analog pengganda.
  • Attenuator Analog dan Amplifier Variabel.
  • Stabilisator catu daya: stabilisator tegangan dan arus.
  • Kontrol sirkuit mikro untuk mengganti catu daya.
  • Konverter sinyal.
  • Skema sinkronisasi.
  • Berbagai sensor (misalnya suhu).

Sirkuit Digital

  • Konverter buffer
  • (Mikro) prosesor (termasuk CPU untuk komputer)
  • Chip dan modul memori
  • FPGA (Sirkuit Terpadu Logika yang Dapat Diprogram)

Sirkuit terpadu digital memiliki sejumlah keunggulan dibandingkan sirkuit analog:

  • Mengurangi konsumsi daya terkait dengan penggunaan sinyal listrik berdenyut dalam elektronik digital. Saat menerima dan mengubah sinyal seperti itu, elemen aktif perangkat elektronik (transistor) beroperasi dalam mode "kunci", yaitu transistor "terbuka" - yang sesuai dengan sinyal level tinggi (1), atau "tertutup" - (0), dalam kasus pertama tidak ada penurunan tegangan pada transistor, dalam kasus kedua - tidak ada arus yang mengalir melaluinya. Dalam kedua kasus, konsumsi daya mendekati 0, berbeda dengan perangkat analog, di mana transistor sebagian besar berada dalam keadaan perantara (aktif).
  • Kekebalan kebisingan tinggi perangkat digital dikaitkan dengan perbedaan besar antara sinyal level tinggi (misalnya, 2,5-5 V) dan rendah (0-0,5 V). Kesalahan status dimungkinkan pada tingkat interferensi sedemikian rupa sehingga tingkat tinggi ditafsirkan sebagai tingkat rendah dan sebaliknya, yang tidak mungkin terjadi. Selain itu, dalam perangkat digital, dimungkinkan untuk menggunakan kode khusus yang memungkinkan Anda memperbaiki kesalahan.
  • Perbedaan besar dalam level status sinyal level tinggi dan rendah (logis "0" dan "1") dan rentang yang cukup lebar dari perubahan yang diizinkan membuat teknologi digital tidak peka terhadap penyebaran parameter elemen yang tak terelakkan dalam teknologi terintegrasi, menghilangkan kebutuhan untuk memilih komponen dan mengonfigurasi elemen penyesuaian dalam perangkat digital.

Sirkuit analog-ke-digital

  • konverter digital-ke-analog (DAC) dan analog-ke-digital (ADC);
  • transceiver (misalnya, sebuah interface converter ethernet);
  • modulator dan demodulator;
    • modem radio
    • decoder teleteks, teks radio VHF
    • Fast Ethernet dan transceiver jalur optik
    • panggilan modem
    • penerima TV digital
    • sensor mouse optik
  • chip catu daya untuk perangkat elektronik - stabilisator, konverter tegangan, sakelar daya, dll.;
  • atenuasi digital;
  • sirkuit frekuensi loop terkunci fase (PLL);
  • generator dan pemulih jam;
  • chip matriks dasar (BMC): berisi sirkuit analog dan digital;

Seri chip

Sirkuit mikro analog dan digital diproduksi secara seri. Seri adalah sekelompok sirkuit mikro yang memiliki desain tunggal dan desain teknologi dan dimaksudkan untuk penggunaan bersama. Sirkuit mikro dari seri yang sama, sebagai aturan, memiliki voltase catu daya yang sama, dicocokkan dalam hal resistansi input dan output, level sinyal.

Korps

Judul tertentu

Payung hukum

Undang-undang Rusia memberikan perlindungan hukum untuk topologi sirkuit terpadu. Topologi sirkuit terpadu adalah susunan spasial dan geometris dari totalitas elemen sirkuit terpadu dan hubungan di antara mereka tetap pada pembawa material (Pasal 1448

Pada hari-hari pertama Februari 2014, peringatan lima puluh lima kemunculan komunitas dunia dari bagian integral dari sirkuit modern sebagai sirkuit terintegrasi ditandai.

Kami mengingatkan Anda bahwa pada tahun 1959 Kantor Paten Federal Amerika Serikat mengeluarkan paten untuk Texas Instruments untuk pembuatan sirkuit terpadu.

Peristiwa ini tercatat sebagai lahirnya era elektronika dan segala manfaat yang ditimbulkan dari penggunaannya.

Memang, sirkuit terintegrasi adalah dasar dari sebagian besar peralatan listrik yang kita kenal.

Untuk pertama kalinya, ide membuat sirkuit terintegrasi muncul di awal tahun lima puluhan abad lalu. Argumen utama kemunculannya adalah miniaturisasi dan pengurangan biaya peralatan listrik. Untuk waktu yang lama, pemikiran tentang implementasinya hanya mengudara, terlepas dari kenyataan bahwa cabang sirkuit seperti televisi dan radio, serta teknologi komputer, secara aktif berkembang di dunia.

Penciptaan sirkuit terpadu berarti penolakan kabel tambahan, panel pemasangan, isolasi dalam produksi sirkuit berdasarkan dioda dan transistor semikonduktor. Namun, untuk waktu yang lama tidak ada yang bisa mewujudkan ide seperti itu. Hanya setelah pekerjaan aktif dari insinyur berbakat dan terkenal seperti Jack Kilby (pemenang Hadiah Nobel Fisika untuk penemuan sirkuit terpadu pada tahun 2000), pada tahun 1958 sirkuit mikro pertama diperkenalkan. Hampir enam bulan kemudian, penemuan itu dipatenkan oleh perusahaan tempat Kilby bekerja (Texas Instruments).

Tentu saja, sekarang kita dapat menyatakan fakta bahwa sirkuit mikro pertama ilmuwan Jerman Kilby sama sekali tidak dapat digunakan. Namun, semua sirkuit terintegrasi kemudian dibuat atas dasar itu, salah satunya adalah teknologi Robert Noyce - sirkuit mikro silikon planar.

R. Noyce memegang posisi tinggi di Fairchald Semiconductor, lebih tepatnya, dia adalah salah satu pendirinya. Karya Noyce dipatenkan segera setelah paten Kilby diberikan. Namun, tidak seperti chip Kilby, desain Noyce diminati oleh produsen listrik utama. Hal ini menyebabkan perselisihan antara Texas Instruments dan Fairchald Semiconductor dan litigasi berikutnya hingga tahun 1969. Alhasil, Noyce dinobatkan sebagai penemu pertama sirkuit mikro. Meski kombinasi keadaan seperti itu sama sekali tidak mengecewakan pemilik kedua perusahaan. Beberapa tahun sebelumnya, mereka mengambil keputusan dengan suara bulat dan mengakui kedua ilmuwan sebagai pendiri sirkuit terpadu dengan hak yang sama, memberi mereka penghargaan tertinggi dari komunitas ilmiah dan teknik AS - National Medal of Science dan National Medal of Science. Teknologi.

Jika Anda menggali jauh ke masa lalu, maka Anda dapat mengatakan dengan yakin bahwa sebelum Noyce dan Kilby memperkenalkan sirkuit mikro ke dunia, sejumlah besar ilmuwan mengerjakan ide ini, yang menawarkan desain yang tidak kalah canggihnya. Diantaranya adalah insinyur Werner Jacobi (Jerman). Perkembangannya bahkan dipatenkan pada tahun 1949. Dalam paten, insinyur membuat sketsa desain sirkuit mikro 5 transistor pada substrat umum. Belakangan, pada tahun 1952, prinsip pengintegrasian komponen sirkuit ke dalam satu unit dijelaskan oleh insinyur Inggris D. Dummer. Setelah lima tahun berikutnya, Jeffrey Dummer mengumumkan sampel kerja pertama dari rangkaian flip-flop terintegrasi berdasarkan empat transistor. Sayangnya, spesialis unit militer Inggris tidak menghargai penemuan Dammer, meskipun seharusnya begitu. Akibatnya, semua pekerjaan ilmuwan itu ditangguhkan. Belakangan, penemuan Dummer disebut sebagai nenek moyang dari sirkuit mikro modern, dan ilmuwan itu sendiri disebut sebagai nabi dari sirkuit terpadu.

Pada tahun 1957, di Amerika Serikat, insinyur lain Bernard Oliver mengajukan paten untuk teknologi yang dia gambarkan untuk produksi blok monolitik pada tiga transistor planar.

Di antara nama-nama nabi sirkuit mikro modern adalah inisial insinyur Harvick Johnson, yang mematenkan beberapa jenis pembuatan komponen sirkuit elektronik pada satu chip sekaligus, tetapi tidak pernah menerima satu dokumen pun yang memungkinkan untuk mewujudkan penemuannya. Salah satu metode ini digunakan oleh Jack Kilby, yang mendapatkan semua kemenangan dari Johnson.