Расплетин

МИНИАТЮРИЗАЦИЯ РЭА

Система С-25, которая была принята на вооружение 7 мая 1955 года, вобрала в себя все лучшее, что было в то время в электронике, технологии, материаловедении, но она же обнажила грани возможного при использовании того, что есть. К этому времени особенно явным стал конфликт между возрастающими ТТТ к радиоэлектронным системам оборонного назначения и ее комплектующими изделиями и РЭА на их основе. Нужны были новые способы миниатюризации элементной базы и РЭА. Этому способствовала и международная обстановка, требовавшая скорейшего оснащения армии и флота новой военной техникой. С целью их решения высшее руководство страны создало в 1955 году Спецкомитет СССР под председательством В. Я. Рябикова, членами комитета стали В. Д. Калмыков, А. И. Шокин, А. А. Расплетин и другие видные организаторы промышленности и военной техники. На одном из заседаний Спецкомитета рассматривался вопрос создания мобильных радиотехнических средств за счет уменьшения весов и габаритов РЭА. Основным инициатором такого рассмотрения стал А. А. Расплетин, рассказавший о трудностях создания перевозимой системы С-75 на базе технических средств системы С-25. Существующая технология изготовления военной радиоаппаратуры не давала кардинальных решений, удовлетворяющих разработчиков с точки зрения создания мобильной аппаратуры. Подводя итоги обсуждения вопроса создания мобильных средств, В. М. Рябиков подчеркнул, что сокращение массы и габаритов аппаратуры в десятки и сотни раз по сравнению с существующими означало бы подлинный технический переворот не только в военном деле, но и в самых разнообразных областях человеческой деятельности.

Особое место в зарождении новых направлений в области микроминиатюризации РЭА занимал А. А. Расплетин. Его положение обязывало внимательно следить за всеми новыми техническими направлениями, не только быть идеологом тематических направлений КБ-1, но и вовремя поддерживать и направлять в нужное русло новые технические решения, осуществляя комплексную политику и тактику конструирования радиотехнической аппаратуры и технологии их массового производства для новых систем ЗУРО с учетом обеспечения запросов генерального заказчика.

С технологией массового производства РЭА А. А. Расплетин впервые столкнулся при серийном выпуске знаменитой коротковолновой радиостанции «Север», изготавливаемой в суровых условиях блокадного Ленинграда на Заводе им. Козицкого.

Одним из способов уменьшения габаритов РЭА был метод конструирования аппаратуры на основе печатного монтажа. Применение методов печатного монтажа в РЭА было необходимым, но недостаточным. Требовались новые решения.

В. М. Рябиков поручил членам Спецкомитета Расплетину и Шокину, а также военным специалистам подготовить предложения по новым принципам создания РЭА для резкого сокращения весов и габаритов аппаратуры с высокой эксплуатационной надежностью и низкой стоимостью изготовления, широкой автоматизацией процессов производства.

К этому времени в стране наметились два направления развития РЭА: функционально-узловой метод конструирования РЭА с уплотненным монтажом (микромодули); использование пленочных и полупроводниковых схем.

Работы в области микроминиатюризации РЭА Расплетин поручил вести начальнику ОКБ-4 Андрею Александровичу Колосову. Это был известный ученый, главный конструктор первой категории, автор более 200 научных трудов, 30 патентов и авторских свидетельств на изобретения, пяти монографий, один из патриархов советской радиолокации, активный участник разработки системы ПВО Москвы. Кроме того, он — потомок одной из лучших дворянских семей России, ведущей свою родословную от Y века, двоюродный племянник В. Набокова. Колосов вошел в историю радиолокации как один из соратников Расплетина, инициатор первых работ по микроэлектронике в СССР, основоположник отечественной микроэлектроники. Он очень гордился званием главного конструктора первой категории. Такое звание имели считаные люди в стране: А. Туполев, А. Микоян. П. Сухой, А. Расплетин. Этому званию соответствовал колоссальный по тому времени оклад в восемь тысяч рублей.

А. А. Колосов с энтузиазмом взялся за новую, очень интересную, перспективную работу, требовавшую нестандартных решений. Однако с самого начала работ Расплетину и Колосову было ясно, что применение микромодулей может дать лишь краткосрочный эффект и не будет способствовать развертыванию творческой инициативы разработчиков в дальней перспективе.

Проведенный военными анализ существующих видов РЭА показал, что плотная компоновка радиодеталей внутри блока позволяет получить достаточно большой эффект в уменьшении габаритов аппаратуры. С учетом уплотненного монтажа и заливкой схем связующим веществом, таким как эпоксидная смола или пенополиуретан, плотность монтажа могла быть увеличена до 2–3 деталей на 1 кубический сантиметр по сравнению с плотностью заполнения со стандартными радиодеталями 0,02—0,06 деталей на 1 кубический сантиметр. Если же использовать конструкции модулей специальной формы — микромодули, плотность заполнения могла быть увеличена до 5—15 деталей на 1 кубический сантиметр, а при использовании специальных радиодеталей в микромодульном исполнении плотность монтажа могла быть увеличена еще в 3–7 раз. Цифры оказались весьма убедительными. Такой метод конструирования был очевидным, а пути его реализации достаточно ясными.

Между тем Колосов, перед которым Расплетин поставил задачу создания элементной базы на основе микроэлектроники, очень быстро с этой задачей определился. После активных консультаций и обсуждений с Расплетиным основных положений идеологии создания твердых тел на основе микроэлектроники Колосов в начале 1959 года подготовил для рассмотрения рукопись своей книги «Вопросы молекулярной электроники», изданной отделом научно-технической информации КБ-1в 1960 году. В ней Андрей Александрович блестяще обосновал необходимость и своевременность начала широкомасштабных работ по исследованию проблем, связанных с созданием твердых схем, и изложил новые принципы создания радиоэлектронной аппаратуры. Новое направление в создании радиоэлектронных устройств получило название «Молекулярная электроника». В этой работе А. А. Колосов дал краткое описание физических основ работы устройств молекулярной электроники. Это была первая в мире работа такого рода. В предисловии к изданию А. А. Колосов писал:

Сущность этих новых принципов заключается в отказе от построения систем в виде блоков, состоящих из совокупности большого числа активных и пассивных элементов, и переходе на моноблоки твердого тела, которые за счет создания в этом твердом теле соответствующих областей, слоев и зон с требуемыми свойствами преобразования электрического сигнала смогут выполнять те же функции, что и обычные электронные блоки, состоящие из набора отдельных элементов… создание РЭА на основе устройств молекулярной электроники, на основе использования свойств твердого тела позволит уменьшить объем и соответственно вес РЭА в сотни и тысячи раз, обеспечить широкую автоматизацию процессов производства аппаратуры, значительно снизить ее стоимость.

Указанные направления работ по микроминиатюризации РЭА нашли поддержку председателя НТС ВПК А. Н. Щукина, председателя ГКРЭ В. Д. Калмыкова и заказчика.

В результате вышел приказ ГКРЭ № 401 от 20 августа 1960 года:

В целях широкого развития научно-исследовательских работ по созданию функциональных блоков на основе свойств твердого тела, обеспечивающих сокращение в сотни раз объемов и весов РЭА, существенного повышения ее надежности, появления новой технологии, предусматривающей широкую автоматизацию производств для массового изготовления РЭА, приказываю:

1. Назначить КБ-1 головной организацией по научно-исследовательской работе в области молекулярной электронике (шифр «Блок»), а также по разработке схемных решений и использованию их в радиоэлектронных устройствах.

2. Назначить научным руководителем темы «Блок» доктора технических наук, главного конструктора первой степени Колосова А. А., освободив его от обязанностей начальника и главного конструктора СКБ-41 КБ-1 ГКРЭ.

В соответствии с этим приказом в КБ-1 был создан научный отдел «Прикладной физики» со штатом на 1960 год — 100 человек. Начальником и научным руководителем этого отдела был назначен А. А. Колосов. Кроме этого, КБ-1 было рекомендовано организовать НТС по молекулярной электронике с привлечением ведущих специалистов из других отраслей.

Однако военные посчитали, что в работе «Блок» недостаточно внимания уделено унификации микромодулей. Расплетин согласился с их доводами, и по инициативе военных уже 1 августа 1961 года выходит постановление ЦК КПСС и СМ СССР № 695–292, в котором КБ-1 была поручена новая опытно-конструкторская работа «Разработка комплекта унифицированных микромодулей для конструирования радиоэлектронной аппаратуры (тема «Модуль-1»)» в кооперации с двадцатью НИИ и КБ страны.

В соответствии с этим постановлением по рекомендации А. А. Расплетина приказом по ГКРЭ главным конструктором ОКР был назначен начальник отдела КБ-1 И. А. Барканов.

В результате выполнения НИР «Модуль-1» были разработаны 104 типа микромодулей, позволяющих конструировать на их основе различные радиоэлектронные устройства военного назначения.

Модульное исполнение РЭА в КБ-1 нашло применение только в бортовой аппаратуре, где разработчики КБ-1 были соисполнителями. Что касается разработчиков наземной аппаратуры, то микромодули применения не нашли, так как значительно ограничивали их творческие возможности.

Работы по микромодулям в СССР в 1960-е годы были весьма востребованными. Это был первый этап работ по микроминиатюризации радиоаппаратуры и являлся интересной страницей в развитии технологической базы КБ-1 и микроминиатюризации РЭА в стране. Опыт разработки и применения микромодулей нашел отражение в достаточно большом числе публикаций.

Еще более впечатляющие результаты были получены в области миниатюризации РЭА в КБ-1 на базе гибридных и твердотельных схем. Эти работы находились под пристальным вниманием А. А. Расплетина.

Расплетин освободил Колосова от рутинной работы по НИР «Блок» (по выдаче ТЗ на микромодули), передав эти функции начальнику отдела КБ-1 Н. А. Барканову, рекомендовал все усилия направить на работы по микроэлектронике, дав ему большие полномочия и неограниченные финансовые ресурсы. Поскольку работы по микроэлектронике проводились в инициативном плане, только на кафедрах вузов и университетов страны, Расплетин предложил Колосову установить контакты с вузовскими учеными и заключить с ними финансовые договора. Это был очень важный шаг, позволивший резко продвинуться в решении ряда принципиальных вопросов создания микроэлектронных схем. Наибольший вклад в выполнение этих работ внес Таганрогский радиотехнический институт (ТРТИ), где под руководством профессоров В. Г. Дудко и Л. Н. Колесова были получены обнадеживающие результаты по созданию твердых схем и начата подготовка молодых специалистов по микроэлектронике. Серьезные исследования велись в ГГУ по пассивным тонкопленочным компонентам — резисторам и конденсаторам. В Томском государственном университете (ТГУ) проводились исследования арсенида галлия и возможности создания на его основе полупроводниковых диодов. Интересные работы велись в Бийске группой молодых физиков — выпускников ТГУ (И. Н Важенин, Д. Т. Колесников, В. Ф. Зорин, Г. А. Блинов, П. Е. Кандыба). Эта группа разрабатывала твердые схемы на основе МОП-транзисторов. Усилиями этой группы были заложены основы технологии создания пассивных компонентов гибридных схем. В Новосибирске под руководством профессора Э. Евреинова в Институте математики Сибирского отделения АН СССР велись исследования по пленочной технологии. В КБ-1 на очень хорошем уровне велись работы по разработке толстопленочной технологии создания пассивных компонентов ЕИС (А. К. Катман).

Роль вузов и университетов в начальный период зарождения микроэлектроники в СССР трудно переоценить, так как в них, по существу, готовились инженерные и научные кадры для микроэлектроники — научно-техническая интеллигенция новой отрасли, ее интеллектуальный потенциал.

Особую роль в начальный период зарождения микроэлектроники в СССР имели исследования и разработки, проводимые в Ленинграде под руководством Ф. Е Староса и И. В. Берга в возглавляемом им КБ-2. Оба они — эмигранты из США. История их появления в СССР описана в романе Д. Еранина «Бегство в Россию».

Хорошей базой для нарождающейся микроэлектроники были отраслевые полупроводниковые НИИ: НИИ-35 (Пульсар) и НИИ-311 (Сапфир), а также Томилинский электровакуумный завод (ТЭЗ), изготавливающий полупроводниковые диоды.

Но эти предприятия скорее были исключением, чем правилом в решении проблемы микроэлектроники. Колосов с одним из руководителей КБ-1 (это был заместитель главного инженера И. И. Аухтун) объездили основные московские институты подобного профиля. Колосов на встречах делал доклад «Что такое микроэлектроника и почему вашим НИИ надо ею заниматься?» Но отношение к новой работе было в основном негативным.

Видя, что личными уговорами ничего не добьешься, Расплетин и Колосов решили обратиться к заместителю министра электронной промышленности К. И. Мартюшову с предложением организовать в Ленинграде Первую Всесоюзную конференцию по микроэлектронике. Предполагалось собрать на конференцию всех руководителей зарождавшейся новой электронной промышленности страны. Колосов сделал вводный доклад, Ф. Старое — доклад о системах памяти, вел конференцию Мартюшов. Затем руководителей предприятия пригласили к А. И. Шокину, где обсудили необходимость создания единого центра по микроэлектронике. Разработанные предложения о создании центра были доложены А. И Шокиным В. М. Рябикову и Д. Ф. Устинову и представлены высшему руководству страны.

8 августа 1962 года вышло постановление ЦК КПСС и СМ СССР о создании в Зеленограде Научного цента микроэлектроники, а в октябре 1962 года А. И. Шокин провел первое большое отраслевое совещание конструкторов — разработчиков полупроводниковых приборов, на котором выступил с докладом.

С этих работ начался новый этап творческих контактов и совместных исследований разработчиков РЭА и создателей новых изделий молекулярной электроники.

А. А. Расплетин активно поддерживал создание научного центра микроэлектроники в Зеленограде. Одним из первых научно-исследовательских институтов научного центра был НИИмикроприборов, где А. А. Расплетин стал членом диссертационного совета.

Как вспоминал первый директор НИИМП И. Н. Букреев:

А. А. Расплетин был одним из самых активных членов диссертационного совета. На заседания совета он приезжал заранее и занимался изучением диссертационной работы, а бывая у руководства НЦ, вникал во все тонкости и трудности создания электронного центра.

К 1964 году конфликт между возрастающими тактико-техническими требованиями к радиоэлектронным системам различного назначения и ее комплектующим изделиям стал особенно заметен.

Справедливости ради, следует отметить, что в таком уважаемом среди специалистов энциклопедическом словаре «Электроника» в статье «Микромодули» было написано:

Микромодули не получили распространения из-за низкой технологичности и сравнительно невысокой надежности и в конце 1960-х гг. были вытеснены интегральными схемами. Даже планарные транзисторы не решали проблем. Но они дали мощный толчок к появлению нового технологического направления — формированию множества планарных элементов на одном, небольшом по размеру полупроводниковом кремниевом кристалле. Появились первые твердотельные интегральные полупроводниковые схемы (ИПС) — логические специальные схемы общего применения «Изумруд ТТЛ», «Логика-2», «Индекс» и специальные схемы: «Инструмент МУ, УИ, ЭК», «Исполин-2», «Ишим» и «Микроватт».

На базе этих схем в КБ-1 были разработаны типовые цифровые ячейки, на четырехслойных печатных платах размером 176x75 миллиметров с количеством микросхем на плате (с двух сторон) — 66.

Вскоре появились гибридно-пленочные схемы общего применения «Терек-2» с числом элементов в схеме 13 и «Посол» с числом элементов 16.

К этому времени у Расплетина окончательно оформилось мнение о необходимости разработки унифицированной системы ПВО, впоследствии получившей обозначение С-300. Но один вопрос не давал покоя А. А Расплетину: на какой элементной базе следует проектировать новую систему ПВО? Чтобы решить этот вопрос, он предложил на базе разработанных цифровых ячеек в сжатые сроки провести исследовательскую конструкторско-технологическую разработку для выявления преимуществ аппаратуры на интегральных полупроводниковых схемах. На себя он возложил обязанность главного конструктора. Это был беспрецедентный случай, когда генеральный конструктор предприятия возлагает на себя функции главного конструктора НИР. Были разработаны цифровой аналоговый блок на гибридно-пленочных схемах (ГПС) и цифровой блок на ИПС и проведены сравнительные испытания, которые показали заметное уменьшение габаритов, массы, потребляемой мощности, а также повышение надежности аппаратуры.

Результаты разработки и испытаний блоков на НС в конце 1966 года были рассмотрены на НТС КБ-1, где было принято принципиально важное решение о широком применении в новых разработках (системе С-300) твердотельных интегральных схем.

А. А. Расплетин очень внимательно следил за развитием производства НС и РЭА как у нас в стране, так и за рубежом. На созданной в КБ-1 по его инициативе в 1954 году базовой кафедре МФТИ было организовано чтение лекций не только по основам радиолокации, но и по применению полупроводниковых схем в РЭА. Курс подготовили и читали в 1961–1964 годах заведующий кафедрой МФТИ при КБ-1 профессор А. А. Колосов и его ученик кандидат технических наук Ю. Е. Наумов. По рекомендации А. А. Расплетина материалы лекций были переработаны и выпущены в виде учебного пособия. Это была первая попытка в СССР систематического изложения вопросов, относящихся к полупроводниковым твердым схемам.

В 1966 году внимание А. А. Расплетина привлекла книга американской фирмы «Моторола» по принципам конструирования ИС. Наиболее ценными разделами, по мнению А. А. Расплетина, были главы, посвященные всем этапам изготовления ИС — от получения кристаллической пластины, на которой формируется ИС, до сборки этих схем в корпус. Расплетин попросил Колосова организовать перевод и выпуск книги. Это пособие по ИС было выпущено и пользовалось большой популярностью у разработчиков ИС и РЭА.

В 1964 году в Зеленограде было организовано первое предприятие по созданию монолитных интегральных схем — НИИ молекулярной электроники (НИИ МЭ) с заводом «Микрон» и начался выпуск по ТЗ КБ-1 базовых ИС 133-й серии (ТТЛ ИС). На первом этапе совместных работ было проведено более 20 ОКР, что привело к разработке нескольких серий микросхем различного назначения и различной степени интеграции. В КБ-1 был разработан технологический процесс изготовления МПП и сборки субблоков на интегральных полупроводниковых схемах.