Ангстрем – лидер советской МОП микроэлектроники

Малашевич Б.М.

НИИ Точной технологии с опытным заводом «Ангстрем»

25 июня 1963 г. приказом председателя Госкомитета по электронной техники А.И.Шокина в создаваемом в Зеленограде Центре микроэлектроники (ЦМ) был образован НИИ-336, получивший одновременно открытое наименование «Научно-исследовательский институт Точной технологии» (НИИТТ). Как и весь ЦМ – НИИТТ предназначен был стать отраслевым инновационным центром. Его основными задачами были создание принципиально новых тогда изделий – гибридных интегральных микросхем (ГИС), разработка и отладка на опытном производстве технологий их производства и передача для массового тиражирования на серийные заводы страны. В соответствии с этими задачами приказом №87 Министра от апреля 1964 г. с 1 мая при НИИТТ был образован опытный завод «Ангстрем», работавший первые годы, как и НИИТТ, на временных площадях. Основателями и первыми руководителями НИИТТ были главный инженер (сначала исполняющий и обязанности еще не назначенного директора) А.К. Катман, директор В.С. Сергеев и директор Ангстрема – С.Д. Папава. К концу 1963 года на предприятии работало уже более 100 сотрудников.

В 1963 г. в соседнем НИИ Микроприборов (НИИМП), образованном годом ранее, был разработан микроминиатюрный радиоприемник, названный – «Микро». Этот радиоприемник, выполненный по тонкопленочной гибридной технологии, был первым в стране конечным продуктом микроэлектроники. С 1964 г. он производился «Ангстремом» и поставлялся в розничную торговую сеть. Это было первое изделие микроэлектроники, экспортируемое Минэлектронпромом в Европу. Вот как вспоминает о нем первый директор НИИМП И.Н. Букреев: «Первая модель “Микро” была приемником прямого усиления, а вторая, чуть больше по размерам, уже супергетеродинным. У него была очень острая настройка и, так как в СССР радиостанций было тогда на средних и длинных волнах совсем мало, это казалось недостатком. Но когда в 1964 году я привез этот приемник в США на съезд радиоинженеров, он произвел там мировую сенсацию! Статьи в газетах, фотографии: как СССР смог нас обогнать? … в Нью-Йорке, где было около 30 местных радиостанций, острая настройка нашего приемника пришлась в самый раз. “Микро” продавали потом за валюту также во Францию, Англию, и везде там за ним в 60-е годы очереди стояли. В общем, “Микро” стал первой сенсацией для руководства. Хрущев брал их с собой за границу как сувениры, дарил Г. Насеру, королеве Елизавете…». «Ангстрем» выпустил их около 80 тыс. шт., после чего передал заводу Минрадиопрома в Минске. До середины семидесятых годов микроприемник «Микро» можно было купить в магазинах СССР и Франции.

В 1964 г. НИИТТ приступил к разработке первой серии ГИС «Тропа», главный конструктор (ГК) А.К. Катман. В зарубежном мире тогда была известна всего лишь одна серия ГИС – «SLT-модули» ф. IBM, анонсированные ею в 1964 г. Но образцов в СССР еще не было, фирма тогда использовала модули только для своих ЭВМ новой системы «IBM-360». Приступая к разработке ИС «Тропа» специалисты НИИТТ имели журнальные презентационные фотографии STL-модулей и опыт разработки и применения микромодулей по прежним местам работы (А.К. Катман ранее в КБ-1 занимался микромодулями и другими проблемами миниатюризации аппаратуры), которые были прототипом и американских, и зеленоградских ГИС. Этим определяется их внешнее сходство. Технический уровень ГИС «Тропа» и «STL-модулей» был практически одинаков и определялся уровнем интеграции до 20–50 элементов.

Первым серьезным испытанием серии было создание на основе «Тропы» бортового компьютера «Аргон11С» (тогда это называлось БЦВМ – бортовая цифровая вычислительная машина), созданного в московском НИИ Электронных машин (НИИЭМ, затем НИИ «Аргон»). ГИС «Тропа» были первыми в мире микросхемами, совершившими вояж вокруг Луны и вернувшимися на Землю (в составе космического аппарата «Зонд-7»). Впоследствии «Тропа» широко применялась в многочисленных электронных устройствах и системах, в частности в управлении рядом космических аппаратов, совершивших экспедиции к планетам Солнечной системы. Нашла она активное применение и в первом зеленоградском бортовом компьютере «Салют» для космических систем, разработанном в НИИМП (ГК Г.Я. Гуськов). Модули памяти для «Салюта» были разработаны в НИИТТ и производились заводом «Ангстрем». Последовавшие за «Тропой» серии ГИС «Трапеция», « Терек», «Посол», «Тактика» и др., также соответствовали мировому уровню.

В 1964–1965 гг. в НИИТТ была разработана и отлажена на «Ангстреме» базовая технология изготовления толстопленочных ИС. Разработка включала формирование соответствующих заданий НИИТМ, НИИМВ и другим предприятиям отрасли на создание нового оборудования и материалов с последующей их отладкой в технологическом процессе. Эта базовая технология была внедрена на многих серийных заводах отрасли. В последующем НИИТТ и «Ангстрем» создали немало базовых технологий промышленного производства гибридных и полупроводниковых ИС, а также корпусов для микросхем, внедренных на серийных заводах отрасли.

В 1965 г. были разработаны основные технологические процессы, позволившие в 1966 году впервые в стране получить МОП-транзистор (следует отметить, что словосочетания «впервые в стране» и «впервые в мире» применимы ко многим разработкам, выполненным в НИИТТ и освоенным Ангстремом). Тогда же были начаты работы по созданию КМОП приборов, а в 1967 г. была созданы первые в стране КМОП ИС. Показанные в 1968 году на выставке в Париже изделия предприятия вызвали удивление у зарубежных специалистов, твердо уверенных, что ничего подобного в СССР быть не может.

Создание научно-производственного комплекса «НИИТТ и завод «Ангстрем»« завершилось в 1968 году. К этому времени заводом было уже выпущено 600 тысяч интегральных схем, а технологии их производства переданы более чем на 100 предприятий отрасли и стран СЭВ. В этот период институтом были выполнены основополагающие исследования в области пленочных технологий, материалов и технологических процессов, разработаны и освоены в производстве бескорпусные транзисторы, диодные матрицы, полупроводниковые интегральные схемы, расширены работы по созданию схем на МОП-структурах, разработана технология и освоен выпуск ИС с жесткими выводами, развивались работы по машинному проектированию. Этапным в развитии предприятия стал 1972 год, когда было освоено новое направление – многослойные ИС «Талисман». Технология создания этих схем не имела мировых аналогов. Она обеспечивала резкое уменьшение габаритов и повышение быстродействия схем. Позже эта технология получила развитие при изготовлении многослойных керамических плат для устройств специальной техники.

К концу 1973 года на предприятии уже было выполнено 290 научно-исследовательских работ, создано и освоено в производстве более 200 типов ИС. 861 сотрудник был награждён орденами и медалями, восемь из них стали лауреатами Государственной премии СССР. В юбилейном 1973 году на предприятии были разработаны и внедрены в производство базовые технологические процессы изготовления полупроводниковых ИС и БИС, в результате НИИТТ и Ангстрем осуществили плавный переход от гибридных ИС к полупроводниковым. Одним из главных направлений деятельности стало создание ИС памяти, т.к. именно на них эффективнее отрабатывались новые полупроводниковые приборы и технологии их производства, а стабильность получения этих схем в мировой практике рассматривалась как признак владения технологией. Этапными событиями в этом направлении было создание в 1975 г. впервые в стране БИС ДОЗУ 4К бит, а в 1979 г. – 64К бит. На их основе были разработаны первые в стране блоки полупроводниковой электронной памяти «ОЗУ-64К» и «ОЗУ-256К» (по 64К и 256К 16-разрядных слов) для ЭВМ. Они вытеснили ферритовую память. Для страны, для народного хозяйства эффект от их создания был огромен – одна миниатюрная схема заменяла несколько огромных блоков ферритовых запоминающих устройств.

Лидирующая роль НИИТТ в области ИС памяти была закреплена его назначением головным предприятием в отрасли по этому направлению. В качестве головного предприятия, на основе заявок отраслей потребителей НИИТТ формировал раздел «Память» ежегодного отраслевого плана важнейших работ Минэлектронпрома. При этом заявки подверглись серьезной унификационной обработке с целью оптимизации номенклатуры ИС. С 1976 г. Минэлектронпром приступил к комплексно-целевому планированию развития микроэлектроники по пятилеткам. Одной из таких программ была КЦП «Память», которую, начиная с 1976 г. и до ликвидации Минэлектронпрома в 1991 г., формировал и координировал исполнение НИИТТ.

Создание и освоение КМОП технологии позволило решить две уникальные для того времени задачи:

• в 1973 г. были разработаны и освоены в массовом производстве пять специализированных БИС и первый в стране (второй в мире) микрокалькулятор «Электроника Б3-04» на их основе,
• в 1974–75 гг., в рамках общей программы Научного центра, была проведена конструктивно-технологическая разработка (архитектуру и схемотехникуы разрабатывал Специализированный вычислительный центр – СВЦ) первого в стране унифицированного микропроцессорного комплекта БИС (серия 532, позже переименованная в серию 587).

Микропроцессорный комплект серии 587 обеспечивал возможность построения самых разнообразных устройств обработки данных, с разрядностью, кратной четырем битам: простейших микроконтроллеров, микро-ЭВМ, мини-ЭВМ, многопроцессорных и многомашинных систем и многого другого. Он оказался настолько удачным, что более30 лет был востребован потребителями.

В те годы наиболее преуспевающей в МОП-технологии компанией была фирма Intel. По сравнению с ней НИИТТ и «Ангстрем» на ведущих направлениях сначала имели незначительное отставание в техникоэкономических показателях. Так, ангстремовская схема динамической памяти 4К бит поступила в массовое производство в 1975 году, Intel поставил аналогичную схему в 1974 году. Intel начал выпуск 16К в 1977 году, Ангстрем – в 1978; 64К Intel выпустил в 1979 году, Ангстрем – в том же 1979 году, сделав при этом два варианта (с тремя и одним источниками питания). У Intel себестоимость 4К была около 30 центов, у Ангстрема – 20 копеек за чип (по официальному курсу рубль и доллар тогда были примерно одинаковы). Переход к выпуску сложных полупроводниковых ИС потребовал переоснащения предприятия и создания систем автоматизированного проектирования (САПР) ИС, их топологии и изготовления фотошаблонов. И такие САПР на предприятии были разработаны, освоены и внедрены на предприятиях отрасли.

Серьезной проблемой в создании как гибридных, так и полупроводниковых ИС было их корпусирование. НИИТТ пришлось взять на себя роль головного предприятия в отрасли, заняться разработкой и организацией производства корпусов интегральных схем, широко используя свой уникальный в стране задел в области толстопленочной технологии ГИС. Потребовалось создание соответствующей нормативной базы, которая была разработана и внедрена в отрасли в виде комплекса государственных и отраслевых стандартов.

В 1976 году в результате реорганизации Зеленоградского Научного центра в состав НИИТТ влилась большая группа разработчиков ЭВМ из СВЦ. Эта группа принесла с собой новые направления – микропроцессоры, микро-ЭВМ и системы на их основе. Уже в НИИТТ были завершены начатые в СВЦ разработки: микропроцессорных комплектов серий 587, 588 (с НПО «Интеграл», Минск), 1883 (с ф. Роботрон, ГДР), 1802 (с НИИ МЭ и Микроном); микро-ЭВМ «Электроника НЦ-02, -02М, -03Т, -04Т, -05Т»; центра коммутации сообщений «Юрюзань», комплекса вычислительных средств «Связь-1» и др.

В 1979 г. в НИИТТ была разработана и начато производство 16-разрядной однокристальной ЭВМ (в современной терминологии – микроконтроллер) К1801ВЕ1. Одновременно 16-разрядная ОЭВМ К586ВЕ1была разработана и в ленинградском СКТБ «Светлана». В отчете по теме «Электроника НЦ-80Т» указано 5 лучших на то время из известных однокристальных ЭВМ. Из них только одна была 16-разрядной – TMS 9940 ф. Texas Instruments. Остальные были 8-разрядные, т.е. более низкой категории. Сравнение К1801ВЕ1 с TMS 9940 приведено в таблице рис. 1. Для своего времени обе наши ОЭВМ по характеристикам были лучше американской.

Таблица 1. Сравнение К1801ВЕ1 и TMS 9940.

В течение какого-то времени эти ОЭВМ были предметом гордости Минэлектронпрома: «утерли нос американцам». Но они несколько опередили свое время и практически не нашли применения. Отечественные потребители оказались не готовы к применению 16-разрядной ОЭВМ. Они не пытались применить их по назначению – для локального управления (т.е. в качестве микроконтроллера), а делали на их основе одноплатные ЭВМ. При этом часть устройств, имеющихся в кристалле, не находили применения, а ОЗУ даже создавало проблемы, мешая адресации. Поняв все это, в НИИТТ приняли решение о выделении из К1801ВЕ1 однокристального микропроцессора. В результате БИС была переработана, из нее извлекли ОЗУ, периферийные устройства и выпустили в виде однокристального n-МОП микропроцессора К1801ВМ1 с системной магистралью, совместимой с микро-ЭВМ «Электроника-60», но отличающейся мультипроцессорностью (до четырех процессоров). Был разработан так же базовый матричный кристалл (БМК) К1801ВП1 и более 30 БИС однокристальных контроллеров различных периферийных устройств на его основе со встроенной магистралью. Следом были разработаны более мощные микропроцессоры К1801ВМ2, ВМ3 и арифметический сопроцессор ВМ4. В результате получился уникальный по своим возможностям комплект БИС (серия К1801/К1809), не имевший зарубежных аналогов и получивший огромное применение в народном хозяйстве. В создании этого комплекта активное участие принимало ЛНПО «Светлана» (серия К1809). Затем были выпущены КМОП-варианты этого комплекта (серии 1806, 1836), широко применяемые в специальной технике.

В 1979 г. в рамках темы по созданию К1801ВЕ1 на ее основе было разработано и изготовлено 5 экземпляров того, что позже получило название «персональный компьютер» (ПК) – ЭВМ индивидуального пользования «Электроника НЦ-8010». Один экземпляр 28 октября 1979 г. был подарен министру А.И. Шокину, которому в этот день исполнилось 70 лет. Это был первый в стране ПК, причем полностью на отечественных БИС, с отечественной архитектурой типа «НЦ» (ЭВМ НЦ-02, -02М, -03Т, -04Т, -05Т). Однако вскоре в министерстве было принято решение о прекращении работ по архитектуре НЦ в пользу архитектуры СМ ЭВМ (фирмы DEC, США). ПК пришлось перерабатывать, но уже на основе микропроцессора К1801ВМ1, в результате родилась ЭВМ «Электроника БК-0010» – первая в стране серийно выпускаемая и наиболее массовая бытовая ЭВМ Она много лет производилась рядом заводов отрасли, в т.ч. для школьных компьютерных классов. Ее популярность была так высока, что породила многочисленные союзы пользователей, объединившиеся в «Страну БК-манию», ее сайты в Интернете активно действуют до сих пор.

Одновременно с микропроцессором К1801ВМ1 была разработана одноплатная ЭВМ «Электроника НЦ-8001Д». Она сыграла две важные роли: использовалась в качестве тестового стенда для проверки и отладки микропроцессора, а так же создавала первое применение микропроцессору, что позволяло сразу же переходить к его серийному производству. ЭВМ выпускалась в массовом производстве несколькими заводами отрасли, нашла широкое применение, в т.ч. стала основой одного из первых массовых отечественных ПК – диалогового вычислительного комплекса «ДВК-1» (термина ПК тогда еще не было). Позже аналогичные одноплатные ЭВМ были созданы на основе микропроцессоров К1801ВМ2 и ВМ3, в результате появились ПК ДВК-2, ДВК-3 и ДВК-4.

На основе КМОП вариантов разрабатывались специализированные вычислительные машины и комплексы.

В 1977-78 гг. на основе микропроцессорных ИС серии 587 и многослойных керамических плат (дальнейшее развитие толстопленочной технологии) для системы спутниковой навигации были разработаны и освоены в производстве БЦВМ «Электроника НЦ-04М» (обозначение заказчика – прибор «И-04») и блок памяти для нее «Электроника НУ-04У» (прибор «И-08»). На основе микропроцессора 1806ВМ2 для орбитальной космической станции «Мир» был разработан и поставлен Программируемый модуль обмена ПМО – периферийный процессор для центральной ЭВМ. ПМО проработал на ОКС более 15 лет до ее уничтожения.

Новым этапом в истории предприятия стало создание в 1986 году первого в стране 32-разрядного микропроцессорного комплекта (серия 1839) с архитектурой μWAX-11/750. Он обеспечивает возможность построения разнообразных высокопроизводительных и высоконадежных ЭВМ и систем, в том числе и с тройным аппаратным мажорированием. Этот комплект получил широкое применение в стране, особенно при создании аппаратуры специального назначения. Он востребован потребителями до сих пор.

Созданная научно-техническая и производственная база позволила в 1981 году приступить к разработке ДОЗУ емкостью 256К бит со степенью интеграции свыше двух миллионов транзисторов на кристалле. Выпуск схемы начался в 1983 году. В том же 1983 году началась разработка ДОЗУ емкостью 1М бит. Для ее производства требовалась технология уровня 1 мкм. Схема была разработана, но выпускать ее было не на чем: имеющиеся на «Ангстреме» чистые помещения и оборудование тогда не обеспечивали одномикронной точности. На своевременно поставленный вопрос о необходимости создания принципиально нового производства с микронными и субмикронными топологическими нормами руководство министерства не отреагировало. В результате оптимальный момент для перевооружения производства был упущен, с чего и началось неуклонное, все возрастающее отставание Ангстрема (и всей отечественной микроэлектроники) от мирового уровня микроэлектроники. Только в 1988 г., совместно с германской фирмой «Meissner&Wurst», было начато строительство нового производственного корпуса, ориентированного на субмикронные технологии. Он был построен, оснащен всем вспомогательным оборудованием. Но ситуация в стране резко изменилась и новый производственный корпус, равного которому нет в стране, до сих пор простаивает.

«Ангстрем» развивался высокими темпами. Так, в 75-80 годах объем производства на заводе вырос в 40 раз, с 1980 по 1985 год – в 10 раз. Другого такого предприятия в Союзе не было. НИИТТ и Ангстрем неоднократно занимали классные места в социалистическом соревновании, награждены орденом Октябрьской революции, 3150 членов коллектива награждены орденами и медалями Советского Союза, 23-м работникам присуждена Государственная премия СССР, присвоено звание Героев социалистического труда первому директору НИИТТ В.С. Сергееву и главному инженеру НИИТТ (позже директору) А.Т. Яковлеву.

Однако начатые в середине восьмидесятых годов в стране реформы прервали эту динамику. Внутренний рынок ИС в стране практически свернулся, хлынул неограниченный поток зарубежных ИС. Перед предприятием встал вопрос «быть, или не быть». «Ангстрем», организация которого была ориентирована на выпуск БИС памяти и микропроцессоров массовыми тиражами, не мог в тех условиях перестроить свое производство на выпуск разнообразной номенклатуры БИС. Пришлось обратить внимание на внешний рынок, прежде всего на бурно развивающуюся Юго-восточную Азию (ЮВА) Здесь в те годы массовыми тиражами выпускались электронные часы, игры и микрокалькуляторы. Были проведены соответствующие маркетинговые исследования, заключены контракты, разработаны и освоены новые БИС. В 1992 г. началась их поставка в ЮВА. С тех пор основной объем разработок и производства (в отдельные годы до 90%) были направлены на экспорт. «Ангстрем» встал в ряд мировых лидеров поставок ИС для микрокалькуляторов, электронных игр и часов, вытеснив таких гигантов, как Samsung. В отдельные годы объем продукции «Ангстрема» на мировом рынке ИС для калькуляторов достигал 95 %. В 1993 г. НИИТТ и «Ангстрем», в результате преобразования в ОАО «Ангстрем», получили полную самостоятельность. К тому моменту «Ангстрем» располагал мощностями для производства кристаллов ИС на пластинах диаметром 100 мм по КМОП, БиКМОП, и n-МОП технологиям с топологическими нормами 1,5-2,0 мкм (фабрика 1).

Успешная деятельность на внешнем рынке позволила Ангстрему:

• Сохранить в кризисные годы основной интеллектуальный и промышленный потенциал предприятия.
• Практически освоить правила и законы мирового рынка и вытекающие из них требования к внутрифирменным порядкам.
• Переструктурировать предприятие в соответствии с требованиями международного стандарта качества ISO 9001, пройти сертификацию на соответствие его требованиям.
• Создать в 1996 г. новое полупроводниковое производство (фабрика 2) на пластинах 150 мм с топологическими нормами 0,8 – 1,2 мкм для производства кристаллов КМОП и БиКМОП ИС
• Сохранить ранее построенный корпус для полупроводникового производства с субмикронными проектными нормами.

ОАО «Ангстрем»

Сегодня ОАО «Ангстрем» – предприятие полного цикла разработки, производства, сборки, испытаний и сертификации изделий микроэлектроники, электронных устройств и систем на их основе. В его состав входят:

• блок научно-дизайнерских подразделений (дизайн-центры по созданию СБИС, силовых приборов, приборов микромеханики и тепловидения, устройств RFID техники, технологические дизайн-центры, дизайн-центры САПР, измерительных систем и инструментального оснащения),
• блок производственных подразделений (полупроводниковые производства на пластинах диаметром 100 (фабрика 1) и 150 мм (фабрика 2), сборочное производство, аппаратное производство, инструментальное производство, испытательно-сертификационный центр),
• блок вспомогательных подразделений,
• менеджмент.

С 2000 г. ОАО «Ангстрем» сертифицировано на соответствие требованиям международного стандарта ISO 9001 в области: «Разработка и производство полупроводниковых приборов и интегральных микросхем». Ангстрем имеет также все российские сертификаты и лицензии, необходимые для деятельности по созданию изделий микроэлектроники и устройств на их основе.

Об авторе: ОАО «Ангстрем»
mbm@angstrem.ru

Материалы международной конференции SORUCOM 2011 (12–16 сентября 2011 года)
Статья помещена в музей 26.04.2013 с разрешения авторов