Этот скромный германиевый кристалл, запаянный в металлическую чашечку диаметром всего три миллиметра, официально считается первенцем отечественной микроэлектроники. Его серийное производство началось в 1962 году на Рижском заводе полупроводниковых приборов, и именно с этого момента принято отсчитывать эру интегральных схем в Советском Союзе. Путь к этому событию не был прямым, а история создания Р12-2 долгие годы обрастала легендами и противоречиями. Новейшие исследования, признанные уже всеми участниками событий, раскрыли подлинную картину инженерного подвига, в котором переплелись талант, рвение и, что скрывать, человеческие амбиции. В этой истории есть место и ленинградской научной мысли, и рижской технологической смекалке, и даже колючкам акации, которые помогали создавать микроэлектронику вручную.
Долгое время считалось, что «отцом» Р12-2 являлся рижский инженер Юрий Осокин. Эту версию активно популяризировал историк электроники Борис Малашевич. Согласно ей, именно Осокин в 1962 году по заданию ленинградского НИИ-131 изобрел многоэлементную схему и к декабрю наладил ее выпуск в количестве пяти тысяч штук.
Но в 2019–2020 годах главный конструктор БЦВМ «Гном» Е. Ляхович и разработчик памяти В. Шнырин представили иную картину. Опираясь на документы и свидетельства, они доказали, что первенство принадлежит инженеру-физику НИИ-131 Льву Реймерову. В 2023 году Борис Малашевич публично признал свою ошибку. Современная историография утвердила следующую последовательность событий. Физика и схемотехника — Лев Реймеров, технология и серийное производство — Юрий Осокин.
В конце пятидесятых годов авиационная промышленность СССР столкнулась с критической проблемой. Существовавшие бортовые вычислительные машины, такие как «Пламя-263», были настолько тяжелыми и энергоемкими, что их применение в авиации оказалось практически невозможным. Требовалось кардинально новое решение, и им стал универсальный логический элемент 2ИЛИ-НЕ, известный как «стрелка Пирса». В мае 1960 года Лев Реймеров, проходивший практику на заводе «Светлана», предложил гениально простое решение. Диффузионно-сплавная технология завода позволяла создавать сдвоенные германиевые транзисторы, но не давала возможности изготавливать высокоомные резисторы. Реймеров придумал, как создать на том же кристалле слоистые диффузионные сопротивления. Уже в июне 1960 года инженер-технолог О. Веденеев, рискуя нарваться на взыскания, изготовил первую партию «ячеек Реймерова». Это были первые в СССР монолитные твердые схемы, способные работать без единого навесного элемента.
НИИ-131 не имел собственных производственных мощностей. В 1961 году заказ на выпуск опытной партии был размещен в Риге. По счастливому совпадению абонентский ящик завода совпал по номеру с ящиком института — 233, поэтому рижское изделие получило внутреннее обозначение ТС-233, что расшифровывалось как «твердая схема». Производство было ручным и фантастически кропотливым. Для переноса микроскопических кусочков фольги, которые при вплавлении формировали эмиттеры транзисторов, работницы использовали обычные шипы акации — никакой автоматики, только твердость руки и острота зрения. Вторая партия в пятнадцать тысяч штук была выпущена в 1962 году, и тогда же изделие получило официальное заводское обозначение Р12-2.
Р12-2 представляла собой монолитную германиевую схему, содержащую два p-n-p транзистора и два распределенных резистора. Кристалл имел характерную форму гитары или лопатки. «Черенок» лопатки выполнял функцию резистора R1, острие «штыка» — резистора R2, а сам «штык» являлся коллекторной областью. Техпроцесс включал три этапа фотолитографии. Сначала формировали эмиттер, затем маску под мезу, то есть травление для изоляции транзисторов, и наконец почти сквозное травление контура кристалла. Окончательное разделение пластины на отдельные «лопатки» происходило при шлифовке тыльной стороны. Выводы из золотой проволоки диаметром пятьдесят микрон приваривались термокомпрессией. Такая конструкция обеспечивала невероятную для того времени надежность, позволяя схемам работать в условиях тропиков и морского тумана. Любопытно, что параллельно существовали две схемотехники.
Первоначальная схема Реймерова была быстродействующей, но имела ограничения по температуре. Осокин, взяв за основу идею Реймерова, предложил вариант с объемным резистором. Это повысило рабочую температуру до семидесяти градусов, но снизило скорость переключения. Кристалл Осокина приобрел ту самую «лопатообразную» форму, ставшую визитной карточкой Р12-2.
У Р12-2 была серьезная проблема — их почти никто не умел монтировать. Тончайшие золотые выводы длиной в миллиметр пугали разработчиков аппаратуры, привыкших к крупным транзисторам. Выход нашелся в НИИРЭ в Ленинграде. В 1963 году в рамках опытно-конструкторской работы «Квант» под руководством А. Пелипенко и при участии того же Е. Ляховича была создана конструкция модуля. На плату из стеклотекстолита устанавливали от двух до четырех кристаллов Р12-2 в их родных корпусах-«таблетках». Плата помещалась в металлическую чашечку и заливалась компаундом. Снаружи оставались только жесткие выводы длиной четыре миллиметра.
Так родились гибридные интегральные схемы серии 116 «Квант». Это было революционное решение. Фактически советские инженеры создали систему двухуровневой интеграции: внутри «Кванта» работали монолитные схемы первого уровня. Плотность упаковки достигла сорока элементов на кубический сантиметр. На Западе подобные модули IBM анонсировала только в 1964 году.
Первым и главным заказчиком стала авиация. На базе модулей «Квант» построили БЦВМ «Гном» для пилотажно-навигационного комплекса «Купол». Машина, собранная на первых советских интегральных схемах, имела разрядность шестнадцать бит, производительность сто тысяч операций в секунду и потребляла всего семьдесят ватт. Эти вычислители встали на борт самолетов Ан-22 «Антей» и Ил-76. По свидетельствам специалистов, ЭВМ «Гном» на Р12-2 до сих пор исправно несут службу в штурманских кабинах некоторых модификаций Ил-76. Вторым крупным потребителем стал Рижский завод ВЭФ. Там использовали модули «Квант» для построения квазиэлектронных автоматических телефонных станций, в том числе для военно-морского флота, где требования к устойчивости к коррозии и влажности были исключительно высоки.
В 1968–1970 годах в СССР ввели единую систему обозначений интегральных микросхем. «Твердая схема» Р12-2 превратилась в полупроводниковую ИС серии 102. В документации она получила индексы 1ЛБ021В, 1ЛБ021Г и другие — рассортированные по электрическим параметрам варианты одного и того же логического элемента. Модули «Квант» стали серией 116, которая включала в себя триггеры, усилители мощности, логические элементы «запрет» и многофункциональные схемы. Всего насчитывалось пятьдесят восемь типономиналов.
В 1989 году Юрий Осокин, к тому моменту руководивший производственным объединением «Альфа», преемником РЗПП, — попытался снять устаревшие серии 102 и 116 с производства. Трудоемкость была высока, а технологии двадцатипятилетней давности безнадежно уступали кремниевым планарным схемам. Ответ Военно-промышленной комиссии был категоричен — «Самолеты летают надежно, замена исключается». Производство Р12-2 и модулей на их основе продолжалось вплоть до 1995–1997 годов. Микросхема-долгожительница провела на конвейере более тридцати лет, пережив и развитой социализм, и распад страны.
Поставим лайк первой советской микросхеме?
Читайте также: