Б.М. Малашевич

Кризис

В 1950-х годах прошлого столетия технология сборки радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) из дискретных элементов вступила в серьёзный кризис. Ручной монтаж РЭА из навесных дискретных элементов вошли в неразрешимое противоречие со всё возрастающей сложностью РЭА и неуклонно увеличивающимися объёмами потребности в ней, стали непреодолимым препятствием на пути дальнейшего развития. Во всем мире велись активные поиски путей выхода из этого кризиса. В СССР в центре этой работы оказался Александр Иванович Шокин, тогда советник министра электростанций и электропромышленности М.Г. Первухина.

Печатный монтаж

Первым шагом была замена ручного объёмного монтажа РЭА печатными платами. Печатный монтаж был изобретён американскими инженерами во время Второй мировой войны при создании радиовзрывателей. А затем распространился во всём мире. В СССР инициаторами широкого внедрения печатного монтажа были специалисты КБ-1 во главе с гл. инженером Ф.В. Лукиным. Эта инициатива была всемерно поддержана А.И. Шокиным. В результате были выпущены соответствующие Постановления ЦК КПСС и СМ СССР, даны задания на создание фольгированного пластика, необходимых материалов, оборудования, электронных компонентов соответствующей требованиям печатного монтажа конструкции и много другого. Применение печатного монтажа перевело производство изделий радиоэлектроники из ручного штучного или мелкосерийного в автоматизируемое крупносерийное. С внедрением печатного монтажа в практику аппаратостроения вошло понятие унифицированного (пока в рамках одного крупного проекта или одного предприятия) функционально-конструктивного модуля в виде типовых ячейки или блока. Всё это позволило коренным образом увеличить объёмы производства РЭА, повысить её качество и снизить стоимость.

Создание, развитие и внедрение технологии печатного монтажа РЭА потребовали проведения огромного комплекса разнообразнейших научно-технических и организационных мероприятий, во главе которых стоял А.И. Шокин. Этот опыт убедил его в необходимости комплексного подхода к созданию комплектующих изделий РЭА (позже названных “изделиями электронной техники”, ИЭТ), в необходимости унификации ИЭТ. На тот момент при создании ИЭТ еще широко процветало “натуральное хозяйство”, при котором изготовители РЭА самостоятельно обеспечивали себя многими видами ИЭТ. По прошествии нескольких лет убежденность А.И. Шокина в необходимости унификации ИЭТ вылилась в создание в 1961 г. Государственного комитета электронной техники (ГКЭТ), преобразованного в 1965 г. (при преобразовании Совнархозов и Госкомитетов в отраслевые министерства) в Министерство электронной промышленности (МЭП). Организатором и первым министром электронной техники был А.И. Шокин.

Транзисторы

Решающим шагом на пути миниатюризации и повышения технологичности производства РЭА было изобретение транзистора. И само замещение вакуумной электронной лампы маленьким транзистором привело к колоссальному многоплановому эффекту, но появление транзистора имело и пролонгированный эффект (в виде интегральной микросхемы, но об этом позже).

В течение 1950-х годов в стране была создана принципиально новая индустрия – полупроводниковая промышленность. Проблем при её создании было много больше, чем при внедрении печатного монтажа. Это и совершенно новые материалы, и сверхпрецизионное оптико-механическое оборудование, и невиданные ранее технологии, и множество других новаций. Всё это нужно было исследовать, разработать, проверить, отладить и внедрить в серийное производство. Опять комплекс сложнейших и принципиально новых проблем и решены они были под руководством А.И. Шокина.

Печатный монтаж и транзисторы привели к коренному преобразованию радиоэлектроники, превратив её продукцию из категории уникальных изделий в крупносерийные. Но жизнь предъявляла неуклонно возрастающие требования к функциональной сложности РЭА, т. е. требовала всё более мощных аппаратных ресурсов. Начались поиски новых путей уменьшения объёма и повышения технологичности производства РЭА, получивших названия “микроминиатюриза­ция”. И во главе этих работ в стране опять был А.И. Шокин.

Микромодули

Одним из примеров удачного решения проблемы микроминиатюризации, нашедшим дальнейшее развитие, было создание микромодулей. Их разработкой в 1956-59 гг. занимались в НИИ-35 (Невежин), КБ-1 (Н.А. Барканов) и НИИ-311. Массовое производство микромодулей различного функционального назначения по заказам Минобороны СССР было организовано на Павлово-Посадском заводе полупроводниковых приборов “Экситон” и ряде других заводов и продолжалось более 10 лет. Микромодуль представлял собой неделимое и неремонтируемое функционально-конструктивное многоэлементное изделие, реализующее простейший законченный функциональный модуль: усилитель, триггер, логический элемент и т.п. Конструкция микромодулей позволяло автоматизировать разработку и изготовление как самих модулей, так и РЭА на их основе. Это облегчало изготовление и ремонт РЭА, существенно повышало плотность компоновки и надежность, снижало стоимость аппаратуры. С появлением микромодулей родился функционально-узловой метод проектирования РЭА, освободивший разработчика аппаратуры от необходимости заниматься расчетами режимов работы отдельных дискретных элементов, т.е. повышающий начальный уровень разработки РЭА. Облегчалась автоматизация разработки и производства РЭА. Выпускались плоские, этажерочные (рис. 1), цилиндрические, таблеточные и другие виды микромодулей.

В микромодулях была впервые сформулирована и реализована идея неделимого и неремонтируемого функционально-конструктивного многоэлементного изделия, реализующего функционально законченный модуль: усилитель, триггер, логический элемент и т. п. Микромодули изготавливались и настраивались в соответствии с чёткой системой параметров (обеспечивающих их взаимозаменяемость без дополнительных подстроек и регулировок) на специальном производстве, для которого они были товарной продукцией. Конструкция микромодулей позволяло автоматизировать разработку и изготовление, как самих модулей, так и РЭА на их основе. Фактически микромодули были прототипом гибридных интегральных схем, выполненным на основе дискретных элементов.

Но и микромодули, и другие методы микроминиатюризации, построенные на основе дискретных элементов, только несколько смягчили проблему и не имели перспективы развития из-за невозможности существенного уменьшения размеров применяемых дискретных приборов. Требовалось принципиально новое решение, и оно было найдено в создании многоэлементных изделий – гибридных и полупроводниковых интегральных схем (микросхем). Наступало время нового этапа развития электроники – интегральной электроники, основой которой стала “святая троица” – транзистор, печатный монтаж и идея неделимого микромодуля.

А.И. Шокин и сложившаяся вокруг него команда единомышленников на протяжении многих лет напряжённо и продуктивно занимались созданием и внедрением каждого из элементов этой троицы. К началу 1960-х годов по квалификации, по опыту, по убеждениям и по пониманию проблемы они были готовы сделать важный шаг – приступить к созданию в стране интегральной электроники. И приступили.

Интегральные схемы

Транзистор имеет два специфических свойства, которые были использованы при создании интегральных схем:

• Размеры непосредственно кристалла транзистора многократно меньше его индивидуального корпуса. К этому времени уже были освоены технологии формирования на поверхности керамических плат печатных проводников, резисторов и конденсаторов методами шелкографии (толстоплёночная технология) и вакуумного напыления (тонкоплёночная технология). Размещение бескорпусных кристаллов транзисторов на таких миниатюрных керамических печатных платках с последующей герметизацией в общем корпусе (как в микромодулях) породило гибридные интегральные схемы (ГИС).
• Транзисторы уже промышленно выпускались на основе групповой технологии – на одной полупроводниковой пластине изготавливалось сразу множество транзисторов (или диодов). Затем пластина разрезалась на отдельные кристаллы транзисторов, которые размещались в индивидуальные корпуса. А затем изготовитель аппаратуры объединял транзисторы на одной печатной плате, добавляя элементы других типов. Нашлись люди, которым такой подход показался нелепым – зачем разъединять транзисторы, а потом снова объединять их. Нельзя ли их объединить сразу на полупроводниковой пластине? При этом многократно выиграть в габаритах и избавиться от нескольких сложных и дорогостоящих операций! Эти люди и придумали полупроводниковые интегральные схемы (ИС).

В начале 1960-х годов специалисты США и СССР начали активно использовать эти особенности транзисторов – создали первые интегральные микросхемы.

Первыми появились полупроводниковые микросхемы. Лидерами были Джек Килби из Texas Instruments (TI), Роберт Нойс из Fairchild (оба из США) и коллектив Юрия Валентиновича Осокина из КБ Рижского завода полупроводниковых приборов (РЗПП, СССР). У них были предшественники, которые либо выдвигали идеи построения ИС, либо даже делали экспериментальные образцы. Но промышленное развитие имели только работы указанных авторов. В начале 1962 г. серийное производство полупроводниковых ИС начали фирмы TI (серия SN-51) и Fairlchild (серия “Micrologic”), а во второй половине РЗПП (серия “Р12-2” позже переименованная в серию “102”). Следовательно 1962 г. следует считать годом рождения индустрии интегральной электроники в США, в СССР, в мире.