積體電路發明 56 週年紀念——誕生之路

作者 | 發布日期 2014 年 09 月 12 日 18:11 | 分類 市場動態 , 晶片
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Jack Kilby 成功發明的首個積體電路,是將一只電晶體、數個電阻器和一個電容器嵌置在一片不到半英尺長的鍺片上製成的。無論用哪種標準衡量,這種裝置都只能用粗糙來形容,但示波器螢幕卻顯示這塊積體電路確實能夠運作。



Jack Kilby 時常調侃說,如果他知道自己發明的首個可實際使用的積體電路在接下來的 40 年一直被人們所運用,他一定會「把它設計得美一點」。

一代又一代電氣工程師完成了他的這一願望,而未來的接班人還將繼續將他的原始設計變得更加完美。

但是,回到 1958 年,究竟是怎樣的技術元件幫助 Jack Kilby 將其粗略的設計從設想變成現實呢?

早在九年前,貝爾實驗室就發明了電晶體,由此打開了半導體電子學進步的大門。

貝爾的電晶體代替了此前體積大、成本高、易碎且功耗大的真空管。1950 年代中期,電晶體開始出現在消費性產品和軍事應用中。

然而,電晶體自身也存在弱點。部分應用要求將數千個電晶體與同樣成千上萬個傳統元件手工連接在一起,從而組成電路。這項工作不僅耗時、成本高昂而且可靠性也令人堪憂。

除此之外,電晶體還存在另一個問題,工程師將該問題稱為「數位暴力」,即電路系統中相互連接的電晶體與其他裝置的絕對數量將導致電晶體應用停滯不前。其體積與重量也往往會使得它們無法在包括空中軍事應用等眾多裝置中運行。只要一個元件出現問題,那麼整個系統都會徹底癱瘓。

全球各地的工程師都在尋求解決方案。德州儀器開展了大規模的研發工作,在整個美國廣招賢士,其中就包括 1958 年加盟的 Jack Kilby。當時,德州儀器正在探索一種名為「微模組」的設計,在該模組中電路所有組成部分的大小和形態完全相同。Jack Kilby 對該設計持懷疑態度,很大程度上是因為它沒有解決最基本的問題:減少電晶體元件的數量。

當同事們都在享受為期兩周的夏季休假時,初來乍到的 Jack Kilby 卻無緣長假,因而獨自一人在德州儀器辦公室研究替代性的解決方案。

德州儀器已經在矽應用方面投入了數百萬種機械和技術,所以 Jack Kilby 找到一種全新的製造方法,即將包括電容器和電阻器在內的所有電路元件都裝配在單片相同的材料上。1958 年 7 月 24 日,他在筆記本上繪出了首個積體電路的初步設計圖。

兩個月後,Jack Kilby 的主管們來到 Jack Kilby 的辦公室,見證了積體電路的首次成功演示,彼時,他們仍在專心致志地研究「微模組」理論。

基爾比的發明淘汰了手工焊接數千個元件的方法,使得亨利福特式的大規模生產成為可能。 雖然半導體產業最初對積體電路保持著懷疑的態度,然而 20 世紀 60 年代,美國軍方在機載電腦中運用積體電路晶片無疑穩固地樹立了該技術在電子系統中的全新支柱地位。

後面的事情就眾所周知了,Jack Kilby 的發明在解決當今世界面臨的一些關鍵難題中發揮了不可估量的作用。 

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