Почему без интегральных схем плохо жилось?

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com

Наверное для вас не станет новостью, что база для любой современной электроники — это транзисторы. Транзисторы бывают самыми разными и они совершенствуются, но наверное самый яркий момент в истории транзисторной электроники связан с переходом от ручных сборок к сборкам интегральным.

Красивая визуализация сборки
Красивая визуализация сборки
Автор: rawpixel.com Источник: ru.freepik.com

Полупроводниковые кремниевые транзисторы, будучи относительно недорогими и эффективными в работе, требовались в огромных количествах. Вот только процесс производства был не то, чтобы простой и эффективный. На предприятиях сотни низкооплачиваемых работников, проводили дни, сгорбившись над микроскопами в цехах и паяя эти кусочки кремния. Работали они в защитных костюмах и страдали от жары и духоты.

Процесс был одновременно дорогостоящим и малоэффективным, поскольку хрупкие соединения цепи неизбежно ломались или отсоединялись, что требовало повторного выполнения работы с самого начала. Альтернативы, однако, не существовало. Какой-то эффективный процесс сборки схемы подразумевал или новые подходы, или автоматизацию сборки посредством роботов. Но роботы тогда вряд ли бы справились со столь тонкой работой.

Ситуацию спас Джек Килби. Он впервые посетил сборочный цех в изнурительный жаркий июньский день. Как новому сотруднику ему не полагался летний отпуск, и когда тысячи работниц ушли на июльские каникулы, он оказался в полном одиночестве в своей лаборатории. Эта непривычная тишина натолкнула его на мысли о том, насколько абсурдно использовать столько людей для выполнения кропотливой монотонной работы. Без контроля со стороны начальства, у него появилось время развить и проработать идею, которая давно занимала его ум. Замышлял он не что иное, как первую интегральную схему.

Транзисторы были не единственными компонентами, подразумевающими ручную сборку в схему. Угольные резисторы и керамические конденсаторы также приходилось соединять бесчисленными медными проводками, придавая всей конструкции вид тарелки со спагетти. Всё это было ненадёжно и сложно собиралось.

Изобилие проводов и детали большого размера порой уничтожали сами себя. Громоздкие схемы раскачивались при движении и детали отваливались механически, на них накапливалась статика, они собирали пыль и конденсировали влагу. Потом всё это ржавело или покрывалось характерным налётом из цветных окислов.

Джек Килби использовал революционный подход. Вместо сборки отдельных элементов, он начал изготавливать все компоненты (резисторы, транзисторы и конденсаторы). Всё это формировалось из цельного куска полупроводникового материала. Зоны и участки этого фрагмента выполняли функцию конкретной детали.

Используя простую аналогию, можно сказать, что произошел переход от создания статуй путем скрепления множества отдельных фрагментов проволокой, к созданию скульптур, высеченных из единого куска мрамора. Это был переворот не только в технологии, но и в эстетике. Сборки стали выглядеть аккуратно и макрофакторы в виде вибраций и раскачиваний перестали вредить системе. Грязь на собиралась на платах, а вся система помещалось в один корпус.

Поскольку Килби не был уверен в пригодности кремния для изготовления резисторов и конденсаторов, он создал свой первый прототип на основе германия.

После доработки, интегральная схема избавила специалистов от изнурительной работы по сборке с паяльником. Поскольку все детали формировались из одного блока, отпала необходимость в ручной компоновке. Вскоре отпала и необходимость напрягать зрение. Новая технология позволила автоматизировать процесс травления и уменьшить размеры транзисторов до микроскопических, что стало первым шагом к созданию современных микрочипов.

Удивительно, но признание пришло к Килби не сразу. Лишь в 2000 году он был удостоен Нобелевской премии по физике за свое эпохальное изобретение. Впрочем, полезно узнать, что это изобретение связывается ещё и с именем Роберта Нойса, который разработал подобный подход параллельно и независимо от Килби.

Изображение в превью:
Автор: rawpixel.com
Источник: ru.freepik.com
Автор не входит в состав редакции iXBT.com (подробнее »)
Об авторе
Изучаю физику и стараюсь познать устройство мира с её помощью. Делюсь наработками и открытиями с вами. Кандидат наук, научный сотрудник и когда-то преподаватель. Автор научных статей в рецензируемых журналах. Рассказываю интересное про популярную науку и физику на YouTube, заходите в гости! Читайте мои статьи на этой страничке ixbt и в Telegram-канале!

2 комментария

i
Отличная история, жаль мало технических деталей, что за схемы были, и как быстро все это вошло в производство. Да, понятно, что можно и дипсик спросить для деталей, но ставить это бы хорошо дополнило.
112211529850381461918@google
Это кто такое сказал что плохо жилось?

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Завезли змей — стало больше пауков. Что случилось на Гуаме?

В этой истории пауков никто не привозил специально. Для них не создавали заповедник и не разводили насекомых на корм. На тихоокеанский остров Гуам попала змея — и спустя десятилетия...

Почему фламинго едят с перевёрнутой головой

Кормящийся фламинго опускает длинную шею и разворачивает голову теменем вниз. Птица водит клювом в воде, быстро открывает и закрывает его, а иногда начинает топтаться на одном месте. Эти движения...

Что позволяет коале есть ядовитые листья эвкалипта

Коала сидит в развилке дерева, подтягивает к себе ветку и неторопливо жуёт листья. Собирать плоды или искать насекомых ей не нужно: еда растёт прямо над головой. Но большинству травоядных такая...

Водяной клоп, который держит в страхе пресноводный водоем: как охотится Белостома

В тёплых прудах и заросших заводях прячется одно из самых необычных насекомых планеты — Белостома, гигантский водяной клоп. С виду клоп напоминает помесь таракана и богомола: плоское...

Что, если облака Венеры или камни Марса обитаемы? Найден единственный след, который не способна скрыть ни одна форма жизни

Все современные программы поиска жизни в космосе опираются на земной опыт. Космические агентства ищут планеты, которые находятся на комфортном расстоянии от своих звезд, где температура позволяет...

Уборка космоса отменяется: почему «орбитальные мусоровозы» не спасут нас от космического мусора

С декабря 2024 по май 2025 года спутники группировки Starlink выполнили 144 404 маневра уклонения от потенциальных столкновений. Согласно отчетам компании SpaceX для Федеральной комиссии по связи...