Jack_Kilby

第一顆積體電路問世

第一顆積體電路問世

第一顆積體電路問世

1958 年的今天(9月12日),德州儀器多位高階主管聚集在工程師基爾比(Jack Kilby)的實驗桌前,等著看他的最新發明——積體電路(integrated circuit, 簡稱IC)。
德州儀器於 1952 年從貝爾實驗室取得電晶體的專利授權後,便積極投入研發製造,此一劃時代的發明無疑將取代笨重、耗電又易壞的真空管。不過初期電晶體的製造成本仍比真空管高非常多,因此只有不計成本的軍方率先用於飛彈、雷達、電腦等國防設備,一般民眾對電晶體仍相當無感。直到德州儀器於 1954 年推出第一台電晶體收音機 TR-1,體積只有手掌大小,可以隨身攜帶,才讓社會大眾感受到電晶體將帶來的巨大改變。

雖然電晶體相較於真空管已非常小巧,但電子產品除了電晶體,還要結合電阻、電容等元件,而這些元件必須個別封裝後,一一焊接在電路板上。除了元件本身所占的空間,連接元件的電路也浪費不少空間,以致電路板尺寸得維持一定大小以上,無法再縮小電子產品的體積。

IBM 於 1960 年代推出的電腦 7030所用的一塊電路板。圖片來源:wikipedia

基爾比在加入德州儀器前,就一直在思考著如何縮小電路板尺寸。他於 1947 年自伊利諾大學電機系畢業後,隨即到全球聯合(Globe Union)的實驗室上班。1952 年,全球聯合也取得貝爾實驗室的電晶體專利授權,負責技術移轉的便是基爾比。全球聯合是一家位於密爾瓦基的中型企業,基爾比認清公司資源難以讓他有所突破後,終於在 1958 年 5 月跳槽到德州儀器。

他剛進德州儀器沒多久,同事們就紛紛趁暑期度假去,基爾比還沒有年假可休,只能安分地每天進空蕩蕩的辦公室上班。不過他也因此手上都沒有任何待辦事項,可以一個人全心思考如何縮小電路。

沒多久,基爾比的腦海中浮現出一個大膽的想法:何不一開始就將各種元件做在一起?如此一來不但可減少個別封裝的元件體積,也可以縮短元件之間的接線,電路板自然就大幅縮小了。

這想法看似簡單,但畢竟當時的電子產品所用的元件還不多,所以沒有縮小體積的迫切需求,也就沒有人認真思考將元件整合在一起。況且理論歸理論,實際上是否能做得出來也還不知道。

基爾比等直屬主管八月休完假回來後,向他報告自己的想法。主管心想反正許多同事仍在度假,便同意他趁此空檔動手試作,確認可行性。8 月 28 日,基爾比先將電晶體、電阻與電容以金屬線連接在一起,證明這樣的電路沒問題後,開始著手打造積體電路。

暑假結束,大家終於都回到工作崗位。9月12日這一天,基爾比在主管們與同事面前拿出他的手工成品。這是一片包含三個電阻的赭晶體,再以金線將同樣是用鍺做成的一個電晶體與一個電容銲接在一起,外觀看起來相當醜陋,有些人不禁微皺眉頭。基爾比稍做解說後,接上示波器,接著小心地打開電源開關,示波器馬上出現預期的波形,在場人士一陣歡呼,他們見證了第一顆積體電路的誕生!

基爾本以手工打造的第一顆積體電路。圖片來源:Wikipedia。

9 月 12 日這一天因此被視為積體電路誕生的日子,但其實目前所用的積體電路並不是採用基爾比的設計,而是當時快捷半導體(Fairchild Semiconductor)總經理諾伊斯(Robert Noyce,後來成為英特爾創辦人之一)的發明。他比基爾比晚幾個月申請專利,採用平面製程,連接元件的線路直接做在晶片裡面,不必用金屬線銲接,更容易製造也更堅固耐用。

德州儀器和快捷半導體為了專利權大打官司,雙方纏訟多年,直到 1966 年才達成和解。這期間基爾比繼續埋頭研發,1961 年帶領團隊做出第一台用積體電路的電腦給空軍;1965 年發明熱感式印表機;1967 年和同事共同發明第一台口袋式計算機。1970 年,基爾比辦留職停薪,當一個獨立的發明家,後來有幾年到德州農工大學教書。

隨著積體電路在現代科技文明中扮演越來越重要的角色,2000 年的諾貝爾物理獎終於頒給基爾比,他成為極少數以工程師身分獲獎的人;諾伊斯則已於 1990 年因心臟病過世,所以無緣獲獎。當被問到得獎感想時,基爾比不計過去的專利恩怨,無私地提到:若是諾伊斯還活著的話,肯定會和他一起分享諾貝爾獎。

附註:諾伊斯不但發明積體電路,他和七位夥伴共同創立快捷半導體,後來開枝散葉,才有現在的矽谷。若對半導體科技的起源有興趣,可參閱我所寫的《蕭克利與八叛徒》。

參考資料:

  1. Jack Kilby | American engineer | Britannica
  2. Kilby demos all-semiconductor circuit, August 28, 1958 – EDN
  3. Integrated circuit – Wikipedia
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