集成电路迈入六十周年,让我们重温发明者Jack Kilby的背后故事~


集成电路是电子产品里最重要的零件,也将人们的生活带到了充满科技的现代,而发明集成电路的幕后功臣Jack Kilby,从1958年推出粗略版的集成电路至今也已迈入六十周年了。本篇文章将分享Jack Kilby当初设计开发的历程,一同来瞧瞧这个伟大发明者的背后故事~







Jack Kilby 成功发明的首个积体电路是将一个电晶体、数个电阻器和一个电容器嵌置在一片不到 15.24 公分长的锗片上制成的。无论用哪种标准衡量,这种装置都只能用粗糙来形容,但示波器萤幕却显示这块积体电路确实能够运作。




Jack Kilby 时常调侃说,如果他知道自己发明的首个可实际使用的积体电路在接下来的40 年一直被人们所运用,他一定会「设计得更美一点」。




一代又一代电机工程师完成了他的这一愿望,而未来的接班人还将继续将他的原始设计变得更加完美。

但是,回到 1958 年,究竟是怎样的技术元件帮助 Jack Kilby 将其粗略的设计从设想变成现实呢?早在九年前,贝尔实验室 (Bell Laboratories) 就发明了电晶体,就此打开了半导体电子学进步的大门。贝尔的电晶体代替了以前体积大、成本高、易碎且功耗大的真空管。1950 年代中期,电晶体开始出现在消费性产品和军事应用中。




然而,电晶体自身也存在弱点。部分应用要求将数千个电晶体与同样成千上万个传统元件手工连结在一起,从而组成电路。这项工作不仅耗时、成本高昂而且可靠性也令人堪忧。




除此之外,电晶体还存在另一个问题,工程师将该问题称为 「数位暴力」,即电路系统中相互连结的电晶体与其他装置的绝对数量,将导致电晶体应用停滞不前。其体积与重量也往往会使得电路系统无法在包括空中军事应用等众多装置中运行。只要一个元件出现问题,那么整个系统都会彻底瘫痪。




全球各地的工程师都在寻求解决方案。德州仪器开展了大规模的研发工作,在整个美国广招工程师,其中就包括 1958 年加盟的 Jack Kilby。当时,德州仪器正在探索一种名为「微模组」的设计,在该模组中电路所有组成部分的大小和形态完全相同。Jack Kilby 对该设计持怀疑态度,很大程度上是因为并没有解决最基本的问题:减少电晶体元件的数量。




当同事们都在享受为期两周的夏季休假时,初来乍到的 Jack Kilby 却无缘长假,因而独自一人在德州仪器办公室研究替代性的解决方案。







德州仪器已经在矽应用方面投入了数百万种机械和技术,所以 Jack Kilby 找到一种全新的制造方法,包括电容器和电阻器在内的所有电路元件都装配在单片相同的材料上。




1958 年 7 月 24 日,他在笔记本上绘出了首个积体电路的初步设计图。




两个月后,Jack Kilby 的主管们来到 Jack Kilby 的办公室,见证了积体电路的首次成功示范,同时,他们仍在专心致志地研究「微模组」理论。Jack Kilby 的发明淘汰了手工焊接数千个元件的方法,使得亨利福特式的大规模生产成为可能。




虽然半导体产业最初对积体电路保持着怀疑的态度,然而 20 世纪 60 年代,美国军方在机载电脑中运用积体电路芯片无疑稳固了该技术在电子系统中的全新地位。后面的事情就众所周知了,Jack Kilby 的发明在解决当今世界面临的一些关键难题中发挥了不可估量的作用。