Исторические этапы микроэлектроники

Микроэлектроника - это современная квинтэссенция электроники, в которой ее информационные свойства достигают максимума, то есть плотность потоков информации на единицу веса намного превосходят таковую в остальной электронике, а тем более в электротехнике. Задача микроэлектроники - сугубо обработка информации.

Также, как в свое время электроника выделилась из электротехники своими информационными функциями, - сначала лишь передачей информации (телеграфия XIX века, телефония на рубеже XIX - XX веков, радиотехника в первой половине XX века), а затем управлением (релейная техника, управление электрическими сетями и электроприводом), сбором и обработкой информации, так же и микроэлектроника выделилась из электроники, как ее передовая часть, с еще большим превалированием информационных потоков над энергетическими и вещественными. Микроэлектроника родилась не сразу, а эволюционно, в течение многих десятилетий.

Рассматривая это развитие в ключе электронного конструктива и монтажа, можно выделить следующие этапы развития.

1. На первом этапе технология электроники опиралась на навесной радиотехнический монтаж: навесные детали, паяные соединения монтажным проводом, клеммники, разъемы. Этот этап длился около столетия - с середины XIX века по середину XX века и прочно связан с двумя понятиями: электровакуумные приборы и первое поколение ЭВМ.

2. В 1940-х годах появилась новая технология - печатные платы. Их изготовляли методом фотолитографии с последующим травлением фольгированных диэлектрических листов, печатных плат. Новая технология позволила сократить затраты ручного труда на пайку и монтаж. Появились автоматизированные монтажные линии, осуществлявшие автоматическую сборку деталей на печатных платах и пайку волной, то есть кратковременным погружением в кювету с припоем. Электронные устройства стали более миниатюрными, модульными, легкими, устойчивыми к механическим воздействиям, более надежными благодаря замене навесных проводов печатными проводниками, плотно приклеенными к основанию платы. В связи с изобретением точечного германиевого транзистора в 1948 году в лаборатории Bell Telephone Laboratories и созданием плоскостных кремниевых транзисторов в 1953 году на фирме Texas Instrument Incorporation и налаживанием их группового производства, которые в отличие от электронных ламп не рассеивали большого количества тепла. Этот этап длился около двух десятилетий - 1950-е - 1960-е гг. и прочно связан с двумя понятиями: полупроводниковые приборы и второе поколение ЭВМ.

3. В конце 1950-х годов появилась технология микромодульного монтажа, когда сложный интегральный модуль собирался в виде этажерки отдельных микромодулей - маленьких печатных плат стандартного размера. При этом достигалась высокая плотность упаковки электронных компонентов. Однако эта технология быстро изжила себя в связи с появлением следующего поколения монтажа, но впоследствии возродилась в виде многослойных печатных плат. В 1960-х годах появились первые микросхемы - гибридные интегральные схемы на основе тонкопленочной технологии, когда проводники изготавливались напылением металла на тонкие диэлектрические (обычно стеклянные) пластинки - подложки. На них пайкой монтировались бескорпусные электронные компоненты: транзисторы, диоды, емкости и резисторы. Последние часто изготавливались напылением резистивного слоя на стеклянную подложку.

После создания первой интегральной схемы на основе монокристаллической полупроводниковой технологии в 1961 году на фирме Fairchild Semiconductor, представляющей собой триггер, состоящий из четырех биполярных транзисторов и двух резисторов, началось развитие настоящих полупроводниковых микросхем, которые вначале часто использовались как электронные компоненты гибридных микросхем. Таким образом, в 1970-х годах произошел поворот электронной промышленности к разработке всё более сложных микросхем, использующих лишь единственный кристалл кремния ("чип"). Этот этап длился около двух десятилетий - 1970-е - 1980-е гг. и прочно связан с двумя понятиями: кремниевые микросхемы и третье поколение ЭВМ.

4. В конце 1970-х годов сложность микросхем и разработка технологии многослойного печатного монтажа позволили перейти к устройствам на одной большой микросхеме, обрамленной набором вспомогательных микросхем и компонентов. Это ознаменовало эру микропроцессоров, однокристалльных ЭВМ и создание электроники на базе БИС. Этот этап длился около двух десятилетий - 1990-е - 2000-е гг. и прочно связан с двумя понятиями: БИС и четвертое поколение ЭВМ.

Знаете ли Вы, как разрешается парадокс Ольберса?
(Фотометрический парадокс, парадокс Ольберса - это один из парадоксов космологии, заключающийся в том, что во Вселенной, равномерно заполненной звёздами, яркость неба (в том числе ночного) должна быть примерно равна яркости солнечного диска. Это должно иметь место потому, что по любому направлению неба луч зрения рано или поздно упрется в поверхность звезды.
Иными словами парадос Ольберса заключается в том, что если Вселенная бесконечна, то черного неба мы не увидим, так как излучение дальних звезд будет суммироваться с излучением ближних, и небо должно иметь среднюю температуру фотосфер звезд. При поглощении света межзвездным веществом, оно будет разогреваться до температуры звездных фотосфер и излучать также ярко, как звезды. Однако в дело вступает явление "усталости света", открытое Эдвином Хабблом, который показал, что чем дальше от нас расположена галактика, тем больше становится красным свет ее излучения, то есть фотоны как бы "устают", отдают свою энергию межзвездной среде. На очень больших расстояниях галактики видны только в радиодиапазоне, так как их свет вовсе потерял энергию идя через бескрайние просторы Вселенной. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.