Изготовление кристалла в домашних условиях


Изготовление кристалла в домашних условиях

Изготовление кристалла в домашних условиях

Изготовление кристалла в домашних условиях


Лучшие новости сайта

 →   → 

За 100-летнюю историю мировой, и в том числе отечественной электроники, наиболее результативным периодом её развития был для нашей страны 30-летний период с 1955 по 1985 год.

За эти годы электроника СССР вышла на первое место в мире по полноформатному производству (производству всех классов электронных приборов), на второе место (после США) — по производству военной электроники и на третье место (после США и Японии) — по общему объёму производимой продукции. Именно в эти годы динамика отечественной радиоэлектроники достигла наивысших показателей.

Энциклопедическое определение, взятое из классической физики, гласит: «Динамика — раздел механики, посвященный изучению движения материальных тел под давлением приложенных к нему сил» [1].

Применительно к радиоэлектронике справедливым можно считать определение: «Динамика радиоэлектроники – интегральный процесс развития радиоэлектроники под влиянием базовых факторов, определяющих это развитие». К таким базовым факторам необходимо, в первую очередь, отнести:

  1. Государственную организационную и экономическую поддержку стратегически важного для государства направления.
  2. Эффективную систему управления научными, конструкторскими и производственными структурами направления.
  3. Понимание значения и обеспечение развития технологии как базы электронной промышленности и, как следствие, всей радиоэлектроники.
  4. Непрерывно совершенствующуюся систему подготовки кадров всех уровней для радиоэлектроники.

Вышедшая в 2007 году в издательстве «Техносфера» книга «Динамика радиоэлектроники» вызвала значительный читательский интерес по следующим причинам:

  • Впервые в отечественной литературе появилась информация о научно-техническом и организационном развитии (динамике) отечественной радиоэлектроники за период 1955—1985 годов.
  • Несмотря на то, что в книгу вошли статьи ведущих специалистов только некоторых направлений радиоэлектроники, а в разделе «Введение» были допущены спорные, а иногда и ошибочные суждения, она помогает заинтересованному читателю понять, благодаря каким организационным и научно-техническим действиям в нашей стране в условиях ограниченных ресурсов удалось за 30 лет создать современную и в значительной степени передовую радиоэлектронику.
  • И, наконец, тем читателям, которые надеются восстановить разрушенную действиями реформаторов отечественную радиоэлектронику, опыт авторов книги может подсказать пути реализации этих надежд.

Однако анализ материалов книги говорит о необходимости развития подобной тематики и уточнения некоторых положений.

О стратегическом для государства значении радиоэлектроники

Важное значение радиоэлектроники стало очевидным в первой половине ХХ века, в Эпоху Радио, ставшего тогда глобальным достижением человечества. Но стратегически важным это научно-техническое направление стало в критический период Второй мировой войны.

Первыми это поняли англичане, успевшие создать к сентябрю 1939 года вдоль всего восточного и, частично, южного побережья Англии цепь из 19 радиолокационных станций с дальностью обнаружения 110—170 миль. Это помогло истребителям ВВС Великобритании выиграть «битву за Британию» против втрое превышающей их по численности армады «Люфтваффе».

Учитывая мнение экспертов, что «безжалостная и неумолимая сила нацистов была создана техникой и только техникой её можно разрушить» [2], правительство США 24 июня 1940 года создало Национальный исследовательский комитет по вопросам обороны, в который вошли президенты Массачусетского и Калифорнийского технологических институтов и института Карнеги, Национальной академии наук, Гарвардского университета, представители армии и флота. Комитет привлек к разработкам военной техники 50 исследовательских центров.

Только на проект по радиолокационной технике было затрачено 3 млрд. долл., в то время как разработка ядерного оружия стоила 2 млрд. долл. [2].

Благодаря радиолокационной и гидролокационной технике, разработанной американцами совместно с англичанами, уже к середине 1942 года была выиграна «Битва за Атлантику» с подводным флотом Германии.

Датой создания отечественной радиоэлектроники считается 4 июля 1943 года, когда Сталин подписал сильно запоздавшее Постановление Государственного Комитета обороны «О радиолокации», в котором предусматривалась организация в Главном управлении радиолокационной промышленности Наркомата электропромышленности двух НИИ, одного КБ и пяти заводов [3]. До конца войны отечественная промышленность так и не успела организовать производство электронных систем вооружения.

Новый значительный импульс для развития военной радиоэлектроники дала кровопролитная и безрезультатная для обеих враждующих сторон Корейская война 1950—1953 годов. Итальянский специалист по электронным войнам де Арканжелис писал в книге «Murisia as la Guerra Electronica» в 1981 году: «Корейская война ещё раз продемонстрировала, как радиоэлектронная борьба может помочь сократить потери, особенно в воздухе. Поэтому немедленно после войны началось великое «электронное перевооружение». Все крупнейшие мировые державы обратили свои усилия на создание новых типов оборудования, которое позволило бы их бомбардировщикам прорываться в воздушное пространство противника, оставаясь необнаруженными для их РЛС, и применять боеприпасы с электронным наведением» [4].

Учитывая опыт уже двух войн с широким применением электроники, в условиях прогрессирующей «холодной войны» Советский Союз в 1950-е годы активно включился в гонку электронного вооружения. По всей стране строились заводы радиоэлектронного профиля. В Москве, Ленинграде, Киеве, Минске, Риге, Горьком и других крупных городах создавались НИИ и КБ для разработки электронных приборов. Управление этими предприятиями соответствовало воззрениям партийного лидера страны Н.С. Хрущева и носило региональный характер (совнархозы) для заводов и отраслевой – для НИИ. Однако в 1961 году по настоянию генеральных конструкторов военной и авиационно-ракетной техники было принято весьма важное решение о разделении радиотехнической отрасли на два самостоятельных направления. Были созданы два Государственных комитета: радиотехники (ГКРТ) и электронной техники (ГКЭТ), которые в 1965 году были преобразованы в Министерство радиопромышленности (МРП) и Министерство электронной промышленности (МЭП).

Несмотря на сомнения некоторых специалистов в целесообразности этого разделения, можно сделать однозначный вывод: создание электронной промышленности обеспечило высокую динамику всего радиоэлектронного комплекса. Однозначность этого вывода подтверждается спецификой реального государственного управления в СССР и определяющим значением технологии в производстве электронных приборов.

Два аспекта электроники

Во второй половине ХХ века отечественная радиоэлектроника в её научно-технических и производственных составляющих развивалась такими высокими темпами, что её меняющиеся названия не успевали за сменой главных векторов её развития. Замена с 1950-х годов привычного понятия «радиотехника» на понятие «радиоэлектроника» произошло благодаря радиолокации и новым электронным приборам. Но новое понятие не учитывало появившиеся уже в 1960-е годы электронно-вычислительную технику, квантовую и функциональную электронику. Ещё большая терминологическая путаница сопровождала разработку и производство электронных приборов. Их последовательно именовали «электро-радиоэлементы» (ЭРИ), «электронные компоненты» (ЭК), «изделия электронной техники» (ИЭТ), «элементная база» (ЭБ), «электронная компонентная база» (ЭКБ) и т. д.

В США и других западных странах распространено обобщённо-упрощённое толкование понятия «электроника». Phaidon Concise Enciclopedia определяет электронику как «прикладную науку о различных приборах, в которых контролируется движение электронов» [5]. Такая редакция включает в понятие «электроника» все типы электронных приборов и все виды электронной аппаратуры. Характерно, что данный источник датой возникновения электроники определяет 1920-е годы, т. е. время появления первых эффективных систем радиосвязи.

В энциклопедической статье основателя и создателя отечественной электронной промышленности А.И. Шокина определено: «Электроника – наука о взаимодействии электронов с электромагнитными полями и о методах создания электронных приборов и устройств, в которых это взаимодействие используется для преобразования электромагнитно энергии в основном для передачи, обработки и хранения информации» [6].

В этом определении, опубликованном 30 лет назад, указаны два основных процесса электроники: взаимодействие электронов с электромагнитными полями и преобразование информации, а также названы два основных объекта (продукта) электроники: электронные приборы и электронные устройства (электронная аппаратура).

Из этих определений следуют два понятия, два аспекта электроники:

  1. Электронный прибор (ЭП) – прибор, в котором в различных средах (в вакууме, газоразрядной плазме, в твёрдом теле) происходит взаимодействие электронов с электромагнитным полем.
  2. Электронная аппаратура (ЭА) – обобщённое название технических средств для передачи, приёма, преобразования и обработки информации с использованием электронных приборов.

Понятие двух аспектов электроники было введено А.И. Шокиным, имевшим богатый опыт создания прецизионных электромеханических устройств и радиотехнических комплексов и понимавшим определяющее значение технологии в производстве электронных приборов.

Обобщающим обстоятельством для электроники необходимо считать то, что оба эти объекта – ЭП и ЭА – всегда используются только вместе.

Электронные приборы не могут использоваться вне электронной аппаратуры, а электронная аппаратура не может функционировать без электронных приборов. Поэтому, на первый взгляд, организация в 1961 году двух отраслей промышленности – радио- и электронной казалась нецелесообразной.

Но это только на первый взгляд.

Так как основные параметры ЭА определяются входящими в неё ЭП, то разработка и производство последних должны проводиться опережающими темпами. Именно это условие, как правило, не выполнялось в системе директивного управления промышленностью СССР до 1961 года.

До организации самостоятельной электронной промышленности ЭП производились, как правило, на производственных участках заводов, выпускающих радиотехническую продукцию. Руководство таких заводов, ответственное за выпуск ЭА, не уделяло должного внимания специфическому производству ЭП. Те же немногочисленные самостоятельные заводы по производству ЭП рассматривались как не всегда обязательные поставщики комплектующих элементов, качество которых часто не соответствовало требованиям заказчиков.

Главной причиной для разделения промышленности на две отрасли, соответствующие двум аспектам электроники, было значение технологии для каждого из видов производств.

Если технология радиоаппаратуростроения 1920—1930-х годов была достаточно простой, доступной для реализации даже энтузиастами-радиолюбителями, то непрофессиональное и непроизводственное изготовление электронных приборов не продвинулось дальше изготовления в домашних условиях простейших детекторных кристаллов и детекторных приёмников на их основе.

В таблице приведены специфические для производства ЭП и ЭА характеристики.

Таблица

Характеристики Электронные приборы Электронная аппаратура

Параметр

Электронные
приборы (ЭП)

Электронная аппаратура (ЭА)

Количество

технологических операций

в производстве

102 -104

10 - 102

Количество типов

применяемых материалов

Сотни

Десятки

Требования к чистоте

применяемых материалов

10-2 -10-6%

10-2 -10-4%

Требования к точности

технологических операций

До 0,01%

До 1%

Требования к чистоте производственных помещений

До класса

10 - 1

До класса

1000 - 100

Возможность изменения

параметров готового

изделия (настройка)

Невозможно,

за редким

исключением

Возможно,

за редким

исключением

Ремонтопригодность

Невозможна

Возможна

Профессиональные

особенности специалистов

Технологические

Системо- и схемотехнические

Под базовыми технологиями (первая позиция) здесь понимается сумма технологий для производства специфического продукта. Так, для производства разных классов ЭП (электровакуумных, газоразрядных и полупроводниковых приборов, конденсаторов, резисторов и приборов квантовой и функциональной электроники) используются различные базовые технологии. В то же время в производстве электронной аппаратуры в основном используются два базовых технологических процесса: монтаж ЭП и сборка ЭА.

Структура управления производством ЭП (ГКЭТ – МЭП) учитывала технологические особенности каждого класса ЭП, а также необходимость создания специального электронного машиностроения и производства особо чистых материалов. Строительный главк ГКЭТ – МЭП проектировал и строил НИИ, КБ и заводы с учётом специфических требований производства ЭП к помещениям и энергоносителям. Тогда же, в 1960-е годы, были созданы МИЭМ, МИЭИ и МИРЭА – новые вузы, готовящие специалистов по электронике.

Новая, системно организованная электронная промышленность, развивалась рекордными темпами до середины 1980-х годов, наращивая объёмы производства на 15-20% в год.

Научно-технический уровень и качество производимых ЭП уже в начале 1970-х годов соответствовали западным аналогам, а по многим типам приборов превосходили их.

В течение всего рассматриваемого 30-летнего периода специалисты электронной промышленности, параллельно с совершенствованием электронных технологий, отрабатывали систему взаимоотношений с потребителями ЭП, число которых к началу 1980-х годов превысило 20000. Особую роль в этом сыграли созданные в электронной промышленности Центральные бюро применения (ЦБП) основных классов ЭП.

Совместно с разработчиками и производителями ЭА и конечными её потребителями ЦБП добивались оптимизации режимов работы ЭП в конкретных эксплуатационных условиях. Так, в 1954 году на базе НИИ-160 было создано ЦБП ЭВП во главе с В.П. Куклевым. Уже первые его совместные работы со структурами радиопромышленности и Министерства обороны позволили поднять срок службы системы противовоздушной обороны Москвы с 500 до 5000 ч.

Однако кроме проблем, связанных с эксплуатацией ЭА, между электронной промышленностью, с одной стороны, и восемью отраслями оборонной промышленности (МРП, МОП, МАП, МОМ, МСМ, МСП, ММ, МЭТП) и практически всеми отраслями народного хозяйства, от приборостроения до медицины и сельского хозяйства, с другой стороны, возникали, развивались и изменялись проблемы корпоративного, организационного, образовательного, психологического и, главное, технологического характера.

Ярким примером решения подобных проблем была разработка и принятие ГОСТ-27394-87 «Микросхемы интегральные заказные и полузаказные.

Порядок разработки и распределения работ между заказчиком и исполнителем» [7]. ГОСТ определял более 40 последовательных шагов совместной работы математиков, системо- и схемотехников, топологов и технологов, разработчиков ЭП и ЭА. Необходимость совместной разработки этого ГОСТа стала очевидной в связи с развитием микроэлектроники, объединяющей оба аспекта электроники.

Более 150 НИИ и КБ электронной промышленности проводили разработки ЭП в интересах всего народного хозяйства, отдавая предпочтение оборонным задачам. Ежегодный план важнейших НИОКР, утверждаемый министром электронной промышленности и начальником заказывающего управления Министерства обороны, содержал 7000-8000 работ. Задание на эти НИОКР проходили многостадийное согласование. Наиболее важные или крупные работы согласовывались на заседаниях НТС ВПК и принимались военно-промышленной комиссией. Готовились и выходили Постановления ЦК КПСС и СМ СССР, в которых формулировались задачи, определялись сроки и решались задачи их ресурсного обеспечения.

Военно-политические и научно-технические конкуренты – государственные, оборонные, коммерческие и образовательные структуры США к поставленным целям шли и продолжают идти другим путём.

Главными различиями отечественной и американской систем развития электроники, т. е. её динамики, можно считать следующее:

  1. Отечественная электроника до начала 1990-х годов была полностью государственной, а американская – полностью частной, коммерческой. Однако уровень государственной ресурсной поддержки американских электронных фирм многократно превосходил аналогичные действия советского правительства даже в лучший для советской электроники 30-летний период.
  2. Американская электроника использовала широкую международную кооперацию, закупая в странах-союзниках не только электронные приборы определённых классов, но и технологическое оборудование, например, вакуумное и прецизионно-механообрабатывающее в Швейцарии, оптическое — в Японии и т. д.
    Российская электроника развивалась в изолированных системой «эмбарго» условиях, не имела достойных союзников и производила все классы электронных приборов (полноформатность), все виды электронного оборудования и 90% типов необходимых материалов.
  3. Важнейшую роль в развитии американской электроники, особенно в военные и послевоенные годы, играли американские университеты, эффективно поддерживаемые государством и коммерческими фирмами. Государство оснащало университеты США самым современным исследовательским, измерительным и испытательным оборудованием, самой мощной вычислительной техникой. Неудивительно, что, например, основные разработки СВЧ военной техники США были выполнены на базе исследований Массачусетского Технологического института. Советская высшая школа, не получавшая подобной государственной поддержки и необходимого оснащения, не имела существенных результатов в развитии электроники.
    Однако уровень подготовки специалистов в СССР был настолько высок, что президент США Кеннеди после запуска в СССР первого искусственного спутника Земли в 1957 году, существенно перестроил систему высшего образования США по советскому образцу.
    К сожалению, это преимущество отечественного образования неуёмные преобразователи планомерно ликвидируют, начиная с 1990-х годов.
  4. Наиболее существенное различие в развитии двух самых значительных электронных держав мира во второй половине XX века состояло в отношении к технологии.

«Америка круто замешана на технологии», – говорится в статье «Технологии и Америка» [8]. «Это – отличительная черта США со дня их основания. Мы изобрели все важнейшие технологии – массовое производство, стандартные компоненты, часовые пояса и многое другое. Многие страны, в особенности в Западной Европе и Азии, успешно осваивают технологии, но США по-прежнему остаются лидером технического прогресса, что, отчасти, объясняется готовностью идти на риск и духом предпринимательства, свойственным американцам. Вычислительная техника не только позволила открыть величайшие тайны жизни, от определения структуры человеческого генома и строения Вселенной до изменения методов ведения войны и обеспечила Соединенным Штатам технологическую гегемонию».

Хотя приведенная цитата наполнена присущим американцам духом превосходства над всем остальным миром, по сути необходимо признать тот факт, что 70% передовых научно-технических решений действительно имеют американское происхождение. Да и сами понятия «Hi-Tech» («высокие технологии»), «know how» (знать «как» — ни «что», ни «где», ни, даже, «за какую цену», а «как», по какой технологии) — это чисто американские словосочетания, принятые во всем мире.

Создание отечественной электронной промышленности в СССР в 1961 году, как уже отмечалось, было вызвано пониманием ответственными людьми роли технологии для каждого из видов производства. Однако это понимание долго не было всеобщим и не является таковым, к сожалению, и сегодня.

Академик К.А. Валиев, создавая в 1990-е годы Физико-технологический институт Академии наук, долго убеждал академическое сообщество в соответствии понятия «технология» научным, в том числе фундаментальным концепциям.

А приверженцы так называемой «рыночной» экономики, не понимая, что для получения прибыли сначала необходимо создать (или восстановить) технологически развитую промышленность (авиационную, судостроительную, приборостроительную, электронную и т. д.), уже более 20 лет перестраивают, сокращают, куда-то передают, разъединяют НИИ, КБ и заводы радиоэлектронного комплекса, окончательно разрушая его.

Роль технологии в электронной промышленности

Технологическое различие между двумя аспектами электроники – аппаратурном и приборном – обнаружилось в первые же годы истории электроники.

Если от изобретения радио А.С. Поповым в 1895 году до начала серийного производства французской фирмой Дюкре в 1898 году искровых радиостанций по его системе прошло всего три года, то от изобретения Ли де Форестом электровакуумного триода в 1906 году до первых устойчиво работающих ламп с улучшенным вакуумом в 1915 году прошло девять лет.

Отечественная технологическая школа производства электронных ламп была заложена С.А. Векшинским в отраслевой лаборатории при ленинградском заводе «Светлана» на рубеже 1920-1930-х годов.

Опыт НИИ-160 – «Исток»

Дальнейшее развитие электронные технологии получили в НИИ-160, отрабатывающем различные технологии на самых сложных СВЧ ЭВП. В институте разрабатывались различные особо чистые и катодные материалы, разнообразные керамические составы, методы обработки металлов от вакуумного переплава до электроискровой обработки, люминофорные составы, методы получения высокого и сверхвысокого вакуума и другие электронные технологии.

В 1968 году в этом главном для всей электронной промышленности научно-техническом центре были опубликованы результаты комплексных разработок технологических процессов производства ЭВП [9]. Инициатором и руководителем этой определяющей для производства всех типов ЭВП работы был талантливый ученый и многолетний директор НИИ-160 – «Исток» С.И. Ребров. Переименование НИИ-160 в НИИ «Исток» стало символичным – на основе технологического и организационного опыта «Истока» были созданы основные НИИ, КБ и заводы СВЧ-направления.

Дальнейшие технологические работы «Истока» и его последователей в 1970-е годы носили уже системотехнический характер. Речь идет о создании сложных комплексированных узлов радиолокационной аппаратуры, в которых технологии СВЧ-приборов сочетались с ферритовыми и диэлектрическими технологиями, а также отрабатывались технологии эффективных межприборных согласований.

В начале 1970-х годов требования заказчика к оборонной радиоэлектронной аппаратуре, особенно бортовой самолётной, не могли быть выполнены традиционными методами ее построения.

С.И. Ребров пишет в книге «Динамика радиоэлектроники»: «Специалистами НПП «Исток» было предложено неординарное решение: используя возможности электронных технологий разработать на базе НПП «Исток» комплексированное изделие «Альтернатива» в виде единого двухчастотного моноблока из трёх клистронов и элементов их соединения, поставляемых по кооперации из НПО “Фазотрон”» [10].

В той же статье приводится определение комплексированных СВЧ-изделий: «Комплексированное изделие (КИ) представляет собой взаимозаменяемое компактное устройство, состоящее из двух или более активных электронных приборов СВЧ и пассивных СВЧ-элементов, функциональных и конструктивно связанных между собой. Настройка КИ производится специалистами в условиях завода-изготовителя СВЧ-приборов. СВЧ-приборы сопрягаются не по типовым, а по индивидуальным характеристикам, т. е. подбор приборов производится селективно по их функционально связанным параметрам» [10]. (Подчеркнуто В.П.). КИ СВЧ при значительном уменьшении массогабаритных характеристик СВЧ бортовых передатчиков выполняет до 6-8 функций.

Оптимизация режимов работы ЭП в КИ (ЭА) позволила исключить регулировки КИ в условиях эксплуатации и повысить его эксплуатационную надежность. С середины 1970-х годов разработка и серийное производство КИ, в том числе с предварительными полупроводниковыми каскадами, стало основным направлением НПП «Исток» и других ОКБ и заводов СВЧ-техники.

Наивысшим достижением направления КИ стала разработанная в НПП «Исток» в 1980-е годы радиолокационная головка самонаведения 50Э для ракет класса «воздух-воздух», полностью на отечественных ЭП. Бортовой вычислитель «Символ» для этого КИ разрабатывался на интегральных схемах НПО «Интеграл», ЛОЭП «Светлана» и ПО «Элькор» в Таганрогском радиотехническом институте под руководством А.В. Каляева. Совместно с МНИИ «Агат» НПП «Исток» поставил на экспорт в составе ракеты РВВ-АЕ более 1500 изделий 50Э [10], что помогло НПП «Исток» выжить в тяжёлые годы разрушения отечественной электронной промышленности. Опыт работы НИИ-160 («Исток») может быть использован для создания модели эффективных научно-производственных и приборно-аппаратурных структур для разработки и производства специальной, в том числе бортовой, электронной аппаратуры.

Технологии комплексирования, вместе с одновременно развивающимися технологиями микроэлектроники, стирали грани между приборным и аппаратурным аспектами электроники. Это стирание граней между двумя аспектами электроники стало важнейшим фактором динамики электроники.

И если в комплексированных СВЧ-устройствах интеграция приводила к созданию законченного продукта массой в сотни килограмм, то в микросхемах в нескольких граммах кристалла кремния, с развитием технологии, размещалось всё больше и больше транзисторов, интегрируемых во все более сложные аппаратурные узлы. Да и само название микроэлектронных приборов: «микросхема», «интегральная схема» говорит о динамическом процессе интеграции двух аспектов электроники.

Динамика микроэлектроники – уникальное явление в истории науки и техники. Ни одна технология не развивалась так стремительно и не оказывала такого влияния на развитие человеческого общества, как информационные технологии, рожденные технологиями микроэлектроники.

Примером понимания государством перспективности электроники было создание и развитие в 1960—1970-х годах в нашей стране Научного центра микроэлектроники в Зеленограде.

Научный центр микроэлектроники развивался интенсивно и комплексно. Одновременно строились и набирали потенциал институты: Молекулярной электроники, Точной технологии, Машиностроения, Материаловедения и Электронного аппаратуростроения с опытными заводами при каждом НИИ. Развивался нетипичный для отраслевой науки институт фундаментальных исследований — НИИ физических проблем (НИИФП). Был создан специализированный вуз — Московский институт электронной техники и важное для взаимодействия с производителями электронной аппаратуры Центрального бюро применения интегральных схем («Дейтон»).

В 1972 году американские эксперты исследовали несколько типов зеленоградских интегральных схем, переданных им для оценки. Согласно их заключению, технология советских ИС соответствовала мировому уровню, а схемотехнические решения, входящие в задачу разработчиков ЭА, отставали от лучших зарубежных образцов на 1-2 года. (Были переданы микросхемы серийного производства, т. е. разработки 2-3-летней давности. прим. ред.)

В нелучшие для зеленоградского Научного центра 1993-1994 годы группа американских специалистов по электронике во главе с Чаком Педлом (Chuck Peddle) – консультантом японского и южнокорейского правительств по развитию электроники, отмечала уникальность комплексности Научного центра, организованного эффективнее, чем стихийно созданная кремниевая долина в Калифорнии, центр Мацусита под Осака в Японии и комплексы Samsung и LG в Южной Корее.

Опыт НИИМП — «Элас»

Особую роль в структуре Научного центра выполнял НИИ микроприборов с заводом «Компонент», вскоре преобразованный в научно-производственное объединение «ЭЛАС» (электронное аппаратуростроение).

Главной задачей организованного в 1962 годы НИИМП было создание опытных образцов микроэлектронной аппаратуры с использованием достижений отечественной микроэлектроники с последующим их внедрением в серийное производство. Одним из первых результатов работы НИИМП был самый миниатюрный в мире двухдиапазонный радиоприёмник «Микро», разработанный в 1964 году с использованием тонкоплёночных технологий.

В 1967 году НИИМП возглавил специалист по созданию ракетно-космической техники Г.Я. Гуськов, и именно это направление стало основным в деятельности НИИМП – «Элас» до начала 1990-х годов, когда один из самых эффективных НИИ космической микроэлектронной аппаратуры был раздроблен на «модные» малые предприятия, большинство из которых, не имея технологической базы, вскоре прекратили своё существование.

В течение более 20 лет НИИМП «Элас» разрабатывал и внедрял на заводах конструктивные принципы и технологические процессы комплексной микроминиатюризации микроэлектронной аппаратуры.

Г.Я. Гуськов в статье «НИИМП «Элас»: истоки и эволюция космического микроэлектронного аппаратостроения» так описывает направленность этих работ [11]:

  • «системно-методический подход к созданию МЭА, предусматривающий создание максимально возможного количества узлов, блоков и устройств на базе интегральных микросхем (ИС), высокоинтегрированных конструкций и интегральных технологий, обеспечивающих предельную функциональную насыщенность при минимальных массогабаритных характеристиках и высокой надежности;
  • широкое использование бескорпусных изделий электронной техники (ИЭТ), что обеспечивает значительный выигрыш в массогабаритных характеристиках. Основной эффект здесь достигается за счет увеличения плотности размещения кристаллов на микросборках и коммутационных платах. При этом надёжность МЭА обеспечивается герметизацией на уровне блоков или устройств, заполняемых инертным газом;
  • специальные методы коммутации на всех конструктивных уровнях МЭА с применением в коммутационных платах многослойных тонкоплёночных структур, а для соединения между собой ячеек и блоков – гибких шлейфов. Это позволило сократить разрыв в плотности упаковки аппаратуры по сравнению с кристаллами ИС и обеспечить предельно высокую плотность монтажа на всех конструктивных уровнях МЭА;
  • специальные методы резервирования, испытаний и отбраковки потенциально ненадежных элементов, гарантирующие высокую надежность  МЭА;
  • машинное проектирование топологий для широкой номенклатуры изделий электронной техники и устройств на базе специальных систем автоматизированного проектирования;
  • внедрение в производство МЭА групповых технологических процессов создания микроэлектронных изделий;
  • организацию собственной разработки ряда специализированных изделий электронной техники (ИС и БИС частного применения), оказывающих принципиальное влияние на уровень тактико-технических характеристик аппаратуры».

С использованием этих принципов конструирования и технологических процессов производства НИИМП «Элас» за указанный период разработал и организовал производство:

  • радиомаяков для спускаемых космических аппаратов «Соната» и бортовой телеметрической аппаратуры «Сириус» со снижением в 2-4 раза по сравнению с прототипами массогабаритных характеристик и энергопотребления;
  • бортовых цифровых ЭВМ семейства «Салют» для различных космических систем;
  • систем мобильной (для основных видов транспорта) государственной связи «Сургут» с применением активных фазированных антенных решеток;
  • систем высокоэффективного космического зондирования и картографирования поверхности Земли «Сплав».

Структура НИИМП «Элас», практика разработки специальных технологических процессов и опыт внедрения разработок на серийных заводах могут рассматриваться как модель создания научно-производственных структур, производящих электронную аппаратуру космического применения.

Опыт НИИ-35 «Пульсар»

55-летняя история главного (головного) Института полупроводниковых приборов – история непрерывных разработок специфичных полупроводниковых технологий. Основные виды технологий – сплавная, диффузионная, сплавно-диффузионная и массовая планарная непрерывно совершенствовались, обеспечивая разработку основных классов полупроводниковых приборов на передовом научно-техническом мировом уровне. Полупроводниковые приборы «Пульсара» и серийных заводов полупроводникового профиля в нарастающих количествах поставлялись многочисленным потребителям, и в том числе для комплексированной и микроэлектронной аппаратуры.

Однако министр электронной промышленности А.И. Шокин, реализуя стратегию сближения двух аспектов электроники, поручил НИИ «Пульсар» разработку первой серии отечественных гибридных интегральных схем «Посол» для вычислительной техники, приёмо-передающих модулей АФАР для РЛС «Памир» (1960-е гг.), первых отечественных электронных часов (1973 г.) и самолетного ответчика «единой системы государственного радиолокационного опознавания» (1979 г.) [12].

Заместитель директора по научной работе НИИ «Пульсар» Ю.А. Кузнецов пишет в книге «Динамика электроники»:

«Накопленный в 1970-е годы опыт разработки аппаратуры и комплексированных изделий позволил в 1990-е годы начать новые работы в этом направлении с аппаратостроительными предприятиями. Вместе с Лианозовским машиностроительным заводом (ЛЭМЗ) «Пульсар» впервые в России создал радиолокационные станции для систем управления воздушным движением на основе твердотельных СВЧ-приборов собственной разработки и изготовления. Первая такая станция была создана и поставлена ЛЭМЗ-ом и «Пульсаром» в аэропорт «Домодедово». Это было началом возрождения НПП «Пульсар» как фирмы, занимающейся элементной базой в условиях рыночной экономики» [10].

Опыт НПП «Пульсар» по разработке полупроводниковых приборов и созданию совместно с ЛЭМЗ электронной аппаратуры на основе твердотельных СВЧ-приборов может рассматриваться как модель научно-производственных структур, производящих полностью полупроводниковую электронную аппаратуру.

Современные модели развития и создания эффективных электронных производств

Описанные выше три модели научно-производственных структур, производящих электронную аппаратуру на электронных приборах собственной разработки, могут быть использованы для выполнения государственных заказов в первую очередь по созданию специальной техники. Однако за последние 15-20 лет в России и некоторых странах СНГ были созданы и развивались негосударственные электронные структуры, имеющие статус акционерных обществ.

Особенность этих предприятий состоит в том, что, выпуская различную потребительскую электронную аппаратуру, они, как правило, используют электронные приборы зарубежного производства.

Это объясняется глубоким 20-летним «реформаторским» кризисом отечественной электронной промышленности.

Эти негосударственные предприятия, как правило, выпускают продукцию с высокими технико-экономическими показателями, эффективно используя полученную прибыль для расширения собственного производства и сбыта продукции.

Уже к концу первого года после организации в «Ассоциацию производителей электронной аппаратуры и приборов» входило 28 негосударственных предприятий с годовым оборотом более 40 млрд. руб.

В качестве модели такого типа электронных производств могут рассматриваться:

  • НП «Холдинговая компания «ИНКОТЕКС» (счётчики электроэнергии, электронное торговое оборудование, дисплейные приборы, экраны коллективного пользования, источники питания и др.);
  • ОАО «Альтоника» (охранные системы, медицинское оборудование и др.);
  • ЗАО «Связь инжиниринг» (источники питания);
  • ОАО «ЛВС» (автоэлектроника, охранные системы и др.);
  • ЗАО «Фаствелл» (автоматизированные системы управления, в т. ч. технологическими процессами).

Все эти предприятия имеют хорошо развитое контрактное производство, т. е. производство печатных плат любой сложности с установленными на них электронными приборами.

К модели третьего типа можно отнести дизайн-центры, созданные при ряде вузов. Наиболее интересен опыт зеленоградской фирмы «Элвис».

Проблемы системных и схемотехнических решений при реализации потенциала микроэлектроники долгое время не находили должного решения в отечественной практике, подтверждая тезис о двух различных аспектах электроники.

Разработчики аппаратуры вместо передачи технологам микроэлектронного производства разработанных ими схемотехнических данных на носителях информации, пригодных для генерации топологических внутрикристалльных элементов и коммутаций, требовали просто повторить определенную зарубежную микросхему.

Создание современных дизайн-центров позволяет проектировать микроэлектронные приборы любой сложности, вплоть до «систем-на-подложке» и «систем-на-кристалле».

Выводы

  1. Технология – основа развития электроники. Непрерывное совершенствование электронных технологий за период 1961-1985 годов вывело отечественную электронную промышленность на передовой мировой уровень.
  2. Совместные работы отрасли электронного приборостроения и отраслей электронного аппаратостроения по созданию комплексированных изделий СВЧ и микроэлектронной аппаратуры на основе электронной технологии доказали возможность создания эффективных приборо-аппаратурных предприятий современной электронной промышленности.
  3. Описанные в данной статье три модели построения эффективных производственных структур в электронной промышленности не исчерпывают возможности создания других перспективных моделей и организационно-технических приемов. В частности, интерес представляет опыт совместной работы ОАО «Светлана» с Физико-техническим институтом им. А.Ф.Иоффе РАН по организации производства гетероструктурных полупроводников и опыт ФГУП НИЦ «МАТИ» – РГГУ им. К.Э. Циолковского «Малошумящие устройства СВЧ-диапазона».
  4. Работы, выполняемые в интересах государства, должны иметь адекватное и опережающее ресурсное обеспечение.
  5. Учитывая особо важное государственное значение электроники, государство должно:
    • повысить эффективность подготовки кадров всех уровней для электронной промышленности;
    • создать и финансировать развитие исследовательских работ высшей школы и Академии наук в интересах электроники, включая её оснащение исследовательским и другим необходимым оборудованием;
    • создать государственную систему предприятий электронной промышленности, способствующую ее эффективному развитию.

Выполнение перечисленных условий обеспечит дальнейшую динамику отечественной приборно-аппаратурной электроники.

Литература

  1. БСЭ т. 8, с. 268. –М.: Изд-во «Советская Энциклопедия», 1972.
  2. «Электроника – прошлое, настоящее, будущее». –М.: Мир, 1980.
  3. Пролейко В. О значении электроники. Военный аспект. – Электроника: Наука, Технология, Бизнес», 2003, № 4 (46).
  4. Де Аржантелис. Радиоэлектронная война. – Изд-е ФНЦП КНИРТИ, 2000.
  5. Phaidon Consise Encyclopedia of Science and Technology. – Phaidon Press Ltd, Oxford, 1978.
  6. БСЭ, т. 30, с. 75. –М.: Изд-во «Советская Энциклопедия», 1978.
  7. ГОСТ 27394-87. Микросхемы интегральные заказные и полузаказные. Порядок разработки и распределения работ между заказчиком и исполнителем. –М.: Изд-во Государственного комитета СССР по стандартам, 1987.
  8. Гутерман Д. Технология и Америка. – PC Magazine/Russian Edition, 2002, № 6.
  9. Повышение надежности электронных приборов СВЧ в процессе их производства/Под ред. С.И. Реброва. – Изд-е НИИ-160, 1968.
  10. Динамика радиоэлектроники. – М.: Техносфера, 2007.
  11. Гуськов Г.Я. «НИИМП – «Элас»: истоки и эволюция космического микроэлектронного аппаратуростроения. «Зеленоград в воспоминаниях», НИЦ Ладомир, 1998.
  12. «Пульсар» – прошлое, настоящее, будущее». –М.: Техносфера, 2008.

Впервые опубликована в сборнике «Динамики радиоэлектроники», вып. 2, М. Техносфера, 2008, 376 стр.
Опубликовано в сборнике «ИСТОРИЯ ОТЕЧЕСТВЕННОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ», том 2, М.
ЗАО «Издательский дом «Столичная энциклопедия», 2012.

Здесь статья представлена в авторской редакции (т. е. до редактирования в издательстве).
Помещена в музей 27.02.2013


Источник: http://www.computer-museum.ru/histekb/dinamika.htm


Изготовление кристалла в домашних условиях

Изготовление кристалла в домашних условиях

Изготовление кристалла в домашних условиях

Изготовление кристалла в домашних условиях

Изготовление кристалла в домашних условиях

Изготовление кристалла в домашних условиях

Изготовление кристалла в домашних условиях

Изготовление кристалла в домашних условиях

Похожие записи: