Почему в современной микроэлектронике до сих пор используются радиоэлементы 1970-х годов разработки

  Развитие микроэлектроники уже с довольно давних пор сопряжено с безудержной гонкой за снижением технологических процессов производства полупроводниковых радиокомпонентов. Микропроцессоров, транзисторов и многих других компонентов. В 2001 году – это 130 нм техпроцесс у десктопных процессоров Intel Pentium III, в 2013 году – это уже 22 нм у процессоров Intel 4-го поколения «Haswell», а в 2023 году – это рекордные 7 нм у процессоров 13-го поколения «Raptor Lake». То есть мерилом развития микроэлектроники является именно техпроцесс производства, чем он ниже, тем выше уровень развития. 

  Поэтому весьма странно встретить в современной российской аппаратуре наряду с высокотехнологичными радиокомпонентами весьма древние элементы, 1970-х годов разработки. То есть произведенные не в 1970-х годах, а в нашу современность, но по технологии производства 1970-х. Как вот, например, на фото две микросхемы 1НТ251.

  Одна микросхема 1975 года выпуска, а другая 2016 года. Итого разница в 41 год. И эта разница только дат выпуска указанных на имеющихся фото, которые быстро удалось найти. А по факту, данные микросхемы начали выпускаться еще до 1975 года, и выпускаются, по сей день. Итого период их производства  составит уже лет 50 точно. 

  И да, год выпуска микросхемы справа на фото именно 2016, и 8 неделя, а не 2008 год и 16 неделя. Так сейчас маркируются микросхемы. Первые две цифры – год, третья и четвертая – неделя, а на старых микросхемах наоборот. Для неверующих приведу еще один пример этой микросхемы 1991 года выпуска, где первые две цифры «91», что никак неделей быть не может, ибо в году всего 52 недели, следовательно, это год.

   Вот еще пример транзистора – долгожителя КТ825. Слева на фото 1979 год выпуска (третья и четвертая цифра), справа 2015 год (первые две цифры). Итого разница в 39 лет.

  И неудивительно, что факт присутствия подобных древних радиокомпонентов в современной аппаратуре наводит на очевидную мысль о несостоятельности российской микроэлектроники. И если не вникать досконально в этот вопрос, то все вполне объясняется технической отсталостью отечественных производителей микроэлектроники и низким уровнем специалистов этой отрасли.

  Но прежде чем делать такие выводы, давайте посмотрим, происходит ли подобное в других индустриально развитых государствах. Например, в США, главного нашего недруга. И неожиданно да, там точно также применяются старые, 1970-х годов разработки элементы в современной аппаратуре. 

  Например, микросхема SN7400, которая сих пор выпускаемая американской компанией «Texas  Instrument». Кстати она является полным аналогом нашей отечественной микросхемы К155ЛА3. На фото ниже представлена данная американская микросхема SN7400 с самой ранней и поздней датами выпуска, которые мне удалось найти, 2019 и 1973 годов выпуска.

  Итого разница в 46 лет, и это только по тем датам на фото, которые мне удалось найти, а так-то ее жизненный цикл еще больше. 

  Так почему же эти раритетные радиоэлементы до сих пор живее всех живых и активно используются в аппаратуре различного назначения, как у нас, так и в других странах. Тут, вполне очевидно, что такую популярность они заслужили своей высокой надежностью, дешевизной производства и неплохими техническими параметрами. Выдающимися их параметры, конечно, не назовешь, здесь пальму первенства держат современные радиоэлементы, зачастую с сомнительной надежностью. Но для задач не связанных с большой вычислительной нагрузкой их параметры достаточны. 

  А их производство по устаревшим «толстым» технологическим процессам значительно увеличивает надежность и сроки службы. Вспомним, что деградация радиокомпонентов произведенных по передовым техпроцессам происходит значительно быстрее, чем по устаревшим «толстым». В двух словах это происходит как раз из-за очень малых размеров транзисторов, токопроводящих дорожек, диэлектрика между ними, и других составляющих, как микропроцессоров, так и самих транзисторов. Дело в том, что при малых размерах транзистора увеличивается плотность тока проходящего через него. Это приводит, например, в случае с полевым транзистором, к ускоренному переносу (диффузии) при протекании тока через него ионов металла из области истока в полупроводниковый канал. При этом электропроводность канала необратимо увеличивается. Это приводит к увеличению тока утечки через него, чрезмерному нагреву канала и к еще более ускоренной деградации. А она в свою очередь приводит к частичной или полной потере работоспособности радиокомпонента. Этот эффект называется электромиграцией.          

  Также этому эффекту подвержены и токопроводящие шины. Протекающий через них ток физически перемещает ионы металла из одного места в другое. 

  При этом в одних местах создаются утолщения металла вплоть до соприкосновения с другими шинами и возникновения короткого замыкания, а в других местах возникают разрывы. И чем тоньше эти дорожки, тем быстрее произойдет их разрушение. 

  Диэлектрик, расположенный между шинами и имеющий по передовым техпроцессам малую толщину, итак изначально имеет низкую электрическую прочность, так еще и сблизившиеся токопроводящие шины создают гораздо более сильные электрические поля. Воздействуя на «ослабленный» диэлектрик усилившееся электрическое поле приводит к его ускоренной деградации. 

  И это еще не все аспекты ускоренного разрушения радиокомпонентов производимых по современным техпроцессам. 

  Поэтому все эти «устаревшие» микросхемы, транзисторы и другие элементы разработок 1970-х годов применяются в современной микроэлектронике не от бедности государства и отсталости промышленности. А по причине их удачной конструкции проверенной годами, адекватными затратами на их производство и высокой надежностью. 

  Кроме всего прочего они обладают еще и повышенной радиационной стойкостью по сравнению с современными высокотехнологичными компонентами, разумеется, того же класса и назначения. Хотя они и не являются по классу радиационно стойкими. 

  Применяются они в оборонном секторе, средствах связи, авиастроении и других отраслях и секторах требующих высокой надежности.

   Выпускаются такие микросхемы в России и Беларуси, и по сей день. В качестве доказательства приведу каталог 2020 года радиокомпонентов российской компании АО «Микрон», в котором на 82-84 странице перечислены распространенные микросхемы 133 серии производимые, начиная с 1970-х годов. И каталог 2021 года белорусской компании ОАО «Интеграл» ОАО «Интеграл», где на 28 странице можно увидеть все те же микросхемы 133 серии. А на других страницах подобные радиокомпоненты – долгожители.

  Есть еще и другие радиокомпоненты – электровакуумные приборы (радиолампы) производимые в СССР с 1919 года, которые до сих пор выпускаются в широкой номенклатуре. И во многих секторах применения они вовсе незаменимы и не имеют конкурентов. Но это тема другой статьи. 

  Надеюсь, моя статья была для вас интересна. Пишите в комментариях где вы встречали подобные «древние» радиокомпоненты в современной аппаратуре.