От выращивания микрочипа до запекания в печи: как в Зеленограде создают карту «Тройка»
Московской «Тройке» уже больше 10 лет, с 2013 года выпустили свыше 50 миллионов таких транспортных карт. В этот небольшой и простой на вид кусочек пластика вложены достижения науки, огромный труд и сложные технологии.
«По поручению Сергея Собянина производство карты “Тройка” полностью локализовано в столице. Теперь выпуск транспортной карты не зависит от внешних факторов. Важно, что сама “Тройка” и чип для нее — на 100 процентов российская разработка, что обеспечит надежность и безопасность поездок наших пассажиров», — сообщил заместитель Мэра Москвы по вопросам транспорта Максим Ликсутов.
Корреспонденты mos.ru побывали на заводе «Микрон» в Зеленограде и узнали, какой путь проходит главная проездная карта страны, прежде чем попасть в кассы метрополитена.
Вырастить свой микрочип
Еще с советских времен Зеленоград является столицей отечественной микроэлектроники, а один из флагманов отрасли — завод «Микрон» — был создан при Научно-исследовательском институте молекулярной электроники в 1967 году для массового производства электронных компонентов. Сегодня оба предприятия входят в группу компаний «Элемент», крупнейший микроэлектронный центр страны. Именно здесь сейчас сосредоточены все ключевые этапы производства карты «Тройки», включая самый сложный из них — выращивание микрочипов, или микросхем. Раньше в проездных картах использовали зарубежные микрочипы, но с 2019 года «Микрон» начал разработку отечественных микросхем, и сегодня «Тройки» выпускают только с российской начинкой.
Как отметили в столичном Департаменте инвестиционной и промышленной политики, завод «Микрон» расположен в особой экономический зоне (ОЭЗ) «Технополис Москва». Статус резидента ОЭЗ дает доступ к ряду налоговых льгот: такие компании на 10 лет освобождаются от уплаты имущественного, транспортного и земельного налогов. Ставка налога на прибыль для них составляет всего два процента вместо 20. Это позволяет направлять дополнительные средства на развитие предприятий.
Завод напоминает маленький город. В корпусах, соединенных крытыми переходами, без навигации легко заблудиться. Нас интересует цех кристального производства, где стартует сложнейший процесс изготовления «Тройки» — выращивание микрочипа на кремниевой пластине.
Трехмесячный цикл производства начинается с кремниевой пластины с чистотой исходного материала — кремния — 99,99 процента.
Происходящее за прозрачными стеклами напоминает кадры из научно-фантастического фильма. В стерильной обстановке при искусственном освещении полностью упакованные в защитные костюмы и маски сотрудники манипулируют суперсовременным оборудованием и загадочными контейнерами.
«Это герметичные SMIF-контейнеры, в них помещается до 25 кремниевых пластин. Сотрудники загружают их в особой “чистой комнате”, где уровень стерильности в 100 раз выше, чем в операционной, и не открывают вплоть до завершения всего цикла нанесения микросхемы. Все процессы максимально автоматизированы, с пластинами работают исключительно роботы», — объясняет Марат Билданов, заместитель начальника цеха по управлению производством акционерного общества «Микрон».
Для таких сложных технологий, как производство микросхем, нужна особенная среда. Система напольных и потолочных фильтров, которые используются в цехе, очищает воздух постоянно. В помещении установлены датчики температуры, влажности, уровня кислорода, освещения и давления — за этими показателями в отдельной комнате следят операторы в онлайн-режиме.
На каждом SMIF-контейнере есть идентификатор и радиочастотная метка, которая позволяет отслеживать прохождение пластин по технологическому маршруту. При производстве микросхемы для «Тройки» осуществляют 33 этапа фотолитографии (одна из ключевых операций, которая определяет строение целого слоя), при этом нанесение одного слоя может длиться до 12 часов. Весь же процесс изготовления микрочипа занимает от трех до четырех месяцев.
«Выращивание микросхемы можно сравнить со строительством многоэтажного дома, только планировка на каждом этаже разная. Все слои должны быть одного размера и строго совмещаться друг с другом. Это прописано в алгоритмах и задается программой, а рабочий сервер консолидирует информацию со всех единиц оборудования и отображает текущее положение каждой пластины и прогресс ее прохождения по технологическому маршруту», — продолжает Марат Билданов.
Одна кремниевая пластина служит носителем для десятков тысяч микрочипов. Крошечные квадратики микросхем напоминают оконные сетки. Работа идет круглосуточно. На топовом оборудовании пластины проходят множество этапов: фотолитографию, химическое травление, ионное легирование, химико-механическую полировку, жидкостную очистку, осаждение диэлектрических и металлических слоев. Некоторые процессы выполняются в диффузионной печи при температуре извергающейся лавы — 1200 градусов. На каждом этапе работы проводят тестирование, чтобы проверить соответствие параметрам.
В завершение процесса на пластины с микрочипами наносится защитный нитридный слой. Неприкрытыми остаются только участки для подключения проводников. После заключительного тестирования пластины перегружают обратно в транспортировочные контейнеры и передают на следующий этап.
Собянин: Карта «Тройка» стала многофункциональным помощником для москвичейСергей Собянин рассказал о новых производствах ОЭЗ «Технополис Москва»Мэр Москвы рассказал о развитии пассажирских сервисов в столичном метро
Начинка с медной антенной
На втором этапе (уже в соседнем здании) делают полную сборку карты. Производством занимается компания «Микрон Секьюрити Принтинг» (МСП) — совместное предприятие «Микрона» и Московского метрополитена. 50 процентов компании принадлежит метро. Самый важный процесс — это корпусирование микрочипов в COB-модули, которые обеспечат контакт микрочипа с антенной и будут защищать его от повреждений. Производственная линия МСП, резидента ОЭЗ «Технополис Москва», стала первой в России по корпусированию микросхем в СОВ-модули, ее открыли в конце прошлого года.
Полное название модуля — chip-on-board (чип на плате). Специальный робот переносит микросхемы с пластин на подложку из стеклотекстолита, которая напоминает пчелиные соты. Точными и быстрыми движениями с помощью иглы робот сначала наносит быстросохнущий клей. Затем он вакуумной присоской открепляет микросхему и монтирует ее на плату-подложку. За этим процессом оператор наблюдает на мониторе.
«За день робот может перенести на подложку порядка 100 тысяч микрочипов, толщина каждого из них меньше человеческого волоса. Затем с помощью специальной серебряной проволоки и ультразвука происходит разварка двух контактов микросхемы и спайка их с подложкой, чтобы обеспечить связь между ними. Следующий этап — нанести на подложку защитный герметик по типу эпоксидной смолы. Это нужно для того, чтобы обезопасить микросхему от внешних повреждений», — рассказывает начальник производства МСП Дмитрий Терентьев.
Чтобы подложка поместилась внутрь пластиковой карты, ее нужно сделать вдвое тоньше. Этот процесс выполняет шлифовальный аппарат. Дальше COB-модули тестируют на плате, проверяя электрический сигнал. Не прошедшие испытание маркируются. После того как вырубной штамп (это специальный инструмент с ножами) разделит подложку на отдельные модули, негодные отправляют на утилизацию, а годные расфасовывают по вакуумным упаковкам. Чтобы не повредить микрочипы, персонал цеха работает в антистатических халатах, обуви и перчатках. Даже мебель здесь с антистатическим покрытием.
Листы с заготовками, которые называются «инлеи», проходят тестирование и ламинируются под горячим прессом. Каждый день цех производит около 50 тысяч карт-заготовок.
Выбрать дизайн
Чтобы «Тройка» обрела прочность и привычный нам вид, ей нужна полиграфическая оболочка, которую делают в типографии. Она состоит из двух слоев пластика.
Дизайн проездных карт разрабатывают специалисты столичного Департамента транспорта и развития дорожно-транспортной инфраструктуры. Кроме стандартных синих «Троек» с лошадьми, ограниченными тиражами выпускаются карты с тематическим дизайном в честь известных людей или важных событий (например, к 300-летию Российской академии наук выйдет юбилейная карта «Тройка»). С 2013 года реализовано более двух тысяч видов таких карт.
Из типографии «Тройки» возвращаются на завод, чтобы пройти персонализацию. С конвейерной ленты карта попадает на кодирующее колесо. За три секунды специальные головки зашивают в память микрочипа персональный код. После этого «Тройка» возвращается на ленту. На ее обороте печатают уникальный номер, штрихкод и QR-код. Скорость колеса позволяет обрабатывать 19 тысяч карт в час. Персональный код заносится в базу данных Московского метрополитена. Он защищает карту от подделки и определяет весь ее дальнейший цикл: пополнение баланса, количество доступных поездок, льготы и ограничения.
Персонализированные «Тройки» пересчитывают, расфасовывают, упаковывают и отправляют в метрополитен.
По росту популярности «Тройка» обогнала мировые аналоги. Карта работает не только в Москве, но и более чем в 25 регионах страны. В этом году планируется перейти на российский чип нового поколения с увеличенной в три раза памятью и более совершенной системой безопасности.