Почему без интегральных схем плохо жилось?

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.

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.