Горизонты техники для детей, 1972 №6

Электроника под микроскопом

Ребята, возьмите кусочек пилёного сахара. Представьте себе, что электронный усилитель, построенный на микромодулях, именно таких размеров. Вы, конечно, знаете, что электронный усилитель служит для усиления слабых электрических колебаний, а вот что такое микромодули? Слышали ли вы о них?

Раньше «сердцем» усилителя была электронная лампа. Наряду с множеством других электронных деталей каждый усилитель состоял из одной, двух, а иногда и бóльшего количества ламп. Я не случайно пишу «раньше, состоял», так как в настоящее время кроме ламповых усилителей существуют транзисторные. Даже небольшой ламповый усилитель по своим размерам примерно такой, как средний фотоаппарат. Но если вместо ламп мы используем транзисторы, размеры усилителя значительно уменьшатся. Именно благодаря миниатюризации электронных деталей удалось построить усилитель размером с кусочек сахара.

Как удалось добиться такой миниатюризации? Пожалуй, не стоит вас убеждать, что процесс миниатюризации электронных устройств вовсе не короток и не прост.

Попробуйте проследить, ребята, как постепенно изменялись радиоприемники. В довоенных приемниках устанавливались очень большие электронные лампы, после войны появились «пальчиковые» лампы, а применяемые в настоящее время лампы не больше напёрстка. Вот почему размеры ламповых радиоприемников постепенно уменьшались А так как транзисторы, разумеется, небольшой мощности, всего лишь с ноготь (не забывайте что «семья» транзисторов очень велика; радиоприемники на транзисторах намного меньше даже самых маленьких ламповых приемников. Вряд ли бы удалось настолько уменьшить размеры транзисторных приемников, что их можно носить в небольшом кармане, если бы не удивительный способ монтажа деталей — с помощью так называемых печатных схем.

В прошлом все основные элементы радиоприемника монтировали на шасси — металлическом основании, изогнутом в виде коробки без крышки. Сейчас этот метод монтажа применяется крайне редко. Собственно, ужо нет такой необходимости. Ведь раньше на довольно прочном шасси закреплялись подставки с большими электронными лампами и другими деталями радиосхем, которые соединялись между собой кусочками проводов.

Но вот появились транзисторы, по сравнению с лампами они более лёгкие и меньших размеров. Эти полупроводниковые приборы в отличие от ламп не нуждаются в таких высоких напряжениях и такой большой силе тока. Благодаря этому и другие электронные детали теперь могут быть меньших размеров и более лёгкими. Для перевозки тонны песку нужен грузовой прицеп, а вот несколько лопат песку можно перевезти и детской тачкой.

Зачем теперь прочное, довольно толстое шасси? Миниатюрные детали можно, пожалуй, монтировать на тонких пластинках из изоляционного материала. Только тогда как соединять между собой отдельные детали? И вот «родилось» сенсационное, поистине гениальное предложение. Разве соединения обязательно должны быть из проводов, проволоки? А что если воспользоваться линиями из тонких слоев проводника, непосредственно зафиксированными на изоляционных пластинках? Может быть, удастся печатать соединения на этих пластинках такой краской, которая способна проводить электрический ток? Именно так и сделали, и хотя ныне кроме печати существует несколько способов нанесения на пластинки соединений, все они получили общее название печатных схем.

Благодаря применению транзисторов и печатных схем удалось наконец так уменьшить размеры радиоприемников, что мы носим их в кармане. Но по сравнению с электронными устройствами, построенными на базе микромодулей, транзисторные приемники кажутся огромными. А нужны ли нам еще меньшие приемники? Пожалуй, ни к чему. Тогда зачем ученые и инженеры трудятся над дальнейшей миниатюризацией электронных систем? Не забывайте, ребята, что в настоящее время электронные устройства находят широкое применение не только в радиотехнике, но и во многих других областях науки и техники.

Возьмём к примеру электронно-вычислительные машины. Ведь они тоже состоят из множества электронных приборов и устройств. Первая созданная, разумеется, ламповая машина ENIAC весила 30 тонн и занимала поверхность более 140 м². Около 10 лет назад была построена транзисторная электронно-вычислительная машина, она уже весила менее 1600 кг и занимала поверхность около 25 м².

Теперь, я думаю, ребята, вы понимаете, какое важное значение для конструкторов компьютеров имеет наличие возможно меньших и более лёгких электронных деталей. Ведь от этого зависит уменьшение размеров самих компьютеров, а они по-прежнему остаются еще слишком громоздкими.

Миниатюрные электронные элементы очень нужны конструкторам самолётов и космических кораблей.

Ведь на борту последних устанавливается всё бóльшее количество сложных электронных приборов, а экономия каждого грамма массы и каждого кубического сантиметра объёма имеет в данном случае огромное значение.

Уже эти два примера, а их можно привести гораздо больше, наглядно свидетельствуют о том, как нужны возможно меньшие электронные элементы. Только как добиться еще бóльшей миниатюризации?

И вот мы пришли с вами, ребята, к тому, с чего начали эту статью — к микромодулям. Что это такое?

Микромодуль — это часть электронного прибора, построенная так, как не строилось раньше ни одно электронное устройство. В них уже нет прочных стальных шасси, нет и меньших пластинок с печатными схемами. Микромодуль состоит из крошечных керамических пластинок, их толщина составляет всего лишь доли миллиметра. Каждая пластинка имеет форму квадрата, а его сторона равна нескольким миллиметрам. На квадратной пластинке расположены отдельные электронные детали: транзисторы, резисторы или конденсаторы. Но не думайте, ребята, что к пластинке прикрепляется трубочка резистора или конденсатора. Ничего подобного! Просто на пластинку наносится путём распыления очень тонкий слой металла, и сама пластинка начинает выполнять роль резистора или конденсатора, катушки индуктивности, диода или транзистора. Несколько пластинок укладывают друг на друга и соответствующим образом соединяют между собой. Получается что-то наподобие «вафли». Такая «мини-вафля» и называется микромодулем. Если сравнить часть электронного устройства, построенного при помощи транзисторов и печатных схем, с аналогичной «микромодульной» частью, окажется, что размеры последней в 25 раз меньше первой. Именно благодаря микромодулям можно построить электронный усилитель, который по своим размерам не больше пилёного кусочка сахара.

А можно ли еще уменьшить размеры и так уже крошечных электронных деталей? Пожалуй, невозможно. Не ведь вся история электроники полна подобных «невозможностей». Генрих Герц, открыв электромагнитные волны, не особенно верил в возможность передачи звука на расстояние с помощью радиоволн. Очень долго не верили в возможность усиления электроколебаний каким-либо другим прибором, кроме электронной лампы.

Вот и сейчас после продолжительных исследований, многочисленных научных экспериментов инженеры, физики и химики преодолели еще один предел, совершили то, что совсем недавно казалось невозможным.

В наш век миниатюризации электронный усилитель величиной с кусочек сахара электроники считают огромным устройством, так как они научились изготовлять дословно «микроскопические» детали и в таком объёме, какой занимает кусочек сахара, может поместиться несколько сотен аналогичных усилителей.

Интересно, а как собирают такие схемы? Неужели детали соединяют пайкой? Какими инструментами пользуются? Пожалуй, прежде всего нужен микроскоп.

Оказывается, при сборке современных электронных устройств, деталь вовсе не соединяют пайкой. В этих новых «интегральных схемах» каждый транзистор — уже не «грибок» и не крошечная пластинка, а всего-навсего пятнышко, измеряемое долями миллиметра. Такие же «микроскопические» резисторы, катушки индуктивности, конденсаторы. Собственно, в интегральных схемах речь идет не об отдельных деталях, а о целых наборах деталей. Кристаллику полупроводника, нанесённому на основание из изоляционного материала, придана такая форма, что он обладает свойствами нескольких транзисторов, резисторов и т. п. и в итоге представляет собой конкретную часть электронного устройства. Например, на поверхности менее двух квадратных сантиметров, в слое толщиной в два микрона можно поместить шесть тысяч диодов! Конечно, изобретателю диода А. Флемингу и не снилось, что когда-нибудь удастся добиться этого.

А что дальше?

Ведь ученые, по всей вероятности, не сказали последнего слова, еще не достигли предела, если он вообще существует, миниатюризации электронных элементов. Во всем мире инженеры продолжают работать над этим вопросом. Интегральные схемы находят всё более широкое применение в разных электронных устройствах.

Кто знает, может быть, в будущем у каждого из нас будет в распоряжении компьютер, вмонтированный в ручные часы.

Ребята, давайте условимся, лет через двадцать, хоть вы и будете уже взрослыми, вы купите наш журнал* мы. очевидно вернёмся к теме, начатой сегодня.

Итак, продолжение следует!

СТЕФАН ВИЙНФЕЛЬД