Микроэлектроника наступает

Знаете ли Вы, сколько «весит» килограмм самолетного оборудования? Чтобы поднять его в воздух, нужно на 10—20 кг увеличить взлетный вес самолета. Еще хуже выглядит это соотношение для космических ракет. Здесь каждый килограмм «весит» в сотни раз больше самого себя, требует увеличения стартового веса ракеты на сотни килограммов. Уже к концу второй мировой войны радиоэлектронное   оборудование  тяжелого   самолета весило около тысячи килограммов. А на современных самолетах установлены куда более совершенные и сложные радиоэлектронные системы вплоть до электронных вычислительных машин. Если бы такое оборудование строилось старыми (20-летней давности) методами, из старых материалов и деталей, то не исключено, что самолет не смог бы поднять ничего, кроме своей радиоэлектронной аппаратуры. Во многих случаях оказалось важным уменьшить не только вес аппаратуры, но и ее объем.

Средний телевизор содержит около тысячи электронных приборов и радиодеталей. При подобной плотности радиоэлектронное оборудование на большом самолете, например на бомбардировщике дальнего действия, должно было бы занимать объем около 20 кубометров! Подобные цифры, по-видимому, не доставили бы особого удовлетворения авиационным конструкторам, а тем более конструкторам космических ракет. Увеличение веса и объема радиоэлектронных систем все чаще становилось главным препятствием к их внедрению во многие области техники. К этому прибавлялось еще и зловещее противоречие между возрастающей сложностью радиоаппаратуры и все более жесткими требованиями к ее надежности. В технике о значении надежности принято говорить языком цифр. Приведем такой пример. Радиоэлектронное оборудование типичной межконтинентальной баллистической ракеты содержит примерно 300 тыс. электронных приборов и деталей. Для того чтобы такая ракета нормально взлетела 9 раз из 10, каждая ее деталь должна иметь надежность (вероятность безотказной работы в течение заданного времени) не менее 99,99996%. Иными словами, какая-либо деталь «имеет право» выйти из строя 1 раз на каждые 2 500 000 (два с половиной миллиона!) запусков.

Автоматизация сборки радиоэлектронной аппаратуры, необходимость резко уменьшить ее габариты и вес, повысить надежность — все это были сложные проблемы, которые невозможно было решить в рамках традиционной технологии. Ученым и специалистам пришлось рвать с обременительными традициями и в первую очередь направить по принципиально новому пути развитие электронной техники. Правда, произошло это, не сразу. Технологическая революция в радиоэлектронике и электронной технике еще не закончена, но уже можно говорить о ее крупных победах. За последние годы в конструировании и технологии производства радиоэлектронной аппаратуры и изделий электронной техники не раз возникали новые направления, появлялись новые идеи и методы. Многие из них «осели» в промышленности и по сей день применяются довольно широко. И в то же время каждый новый метод создавал базу для дальнейшего наступления, а сам оставался лишь вехой на пути прогресса. Одна из таких вех — печатный монтаж. Он позволил одним ударом прокладывать соединительные цепи целого блока, открыл реальную возможность автоматизации монтажных процессов, но, к сожалению, не решил остальных проблем. Другая важная веха — модульное конструирование. Сущность его в том, что самые различные радиоэлектронные устройства собирают из отдельных стандартных по размерам ячеек — модулей. Каждый из них выполняет определенные функции (генератора, усилителя, триггера и т. д.) и в свою очередь состоит из нескольких плотно «упакованных» радиодеталей. Модульное конструирование резко (в 5—10 раз) повысило плотность монтажа радиоэлектронной аппаратуры.

У слова «модуль» вскоре появилась приставка «микро» — усилиями специалистов по электронной' технике были созданы сверхминиатюрные (часто говорят «микроминиатюрные») лампы, трансформаторы, переключатели, конденсаторы и другие детали, были найдены новые эффективные способы компоновки модулей. Постепенно плотность микромодульных конструкций достигла 10—20 дет./см3 и, таким образом, превысила плотность классического — навесного — монтажа из обычных радиодеталей примерно в 100 раз! Но сегодня и эта цифра уже не кажется нам очень большой. Дело в том, что полупроводниковый кристалл способен заменить не только одну лампу, а целый ламповый блок со множеством различных деталей. Такой кристалл мог бы стать основой для сверхнадежной и сверхминиатюрной аппаратуры совершенно нового типа, где функции электронных приборов выполняли бы небольшие группы отдельных молекул. Это на первый взгляд фантастическое направление электронной техники уже имеет первые реальные успехи. В их числе твердые, или, как их еще называют, интегральные схемы прямые потомки полупроводниковых диодов и транзисторов.

Высокий технологический уровень явился ключом к созданию в одном полупроводниковом кристалле целых электронных узлов — «твердых схем». Удается разместить в небольшом кристалле десятки переходов, которые выполняют роль диодов, транзисторов, конденсаторов. Подобными же методами, изменяя проводимость материала, создают резисторы — самые распространенные элементы схем. Многие резисторы «собственным телом» соединяют другие детали, образуя сложные электрические цепи. Там, где необходимо соединение «накоротко», в кристалл впрессовывают тончайшую проволоку или напыляют полоски металла.