Как два NPN-транзистора от Motorola стали стандартными для всего мира

Модели 2N2222 и 2N3904, зарегистрированные компанией Motorola в 1962 году и в середине 1960-х, выдержали конкуренцию с тысячами аналогов благодаря инновационным технологическим процессам, недорогим корпусам и системе нумерации JEDEC, которая превратила их в массовый товар, выпускаемый многими производителями.

Спустя более 60 лет после того, как Motorola Semiconductor впервые зарегистрировала их в EIA, 2N2222 и 2N3904 по-прежнему массово производятся как минимум шестью производителями, по-прежнему имеются в наличии у всех крупных дистрибьюторов и по-прежнему являются стандартными NPN-транзисторами малого сигнала, используемыми в любительских проектах, университетских лабораториях и цепочках поставок вооружённых сил США.

Практически все остальные дискретные транзисторы, выпущенные в тот же период, давно исчезли. Эти две детали выжили не потому, что технически превосходили конкурентов, а благодаря решениям Motorola относительно их производства, упаковки и лицензирования.

Кольцевой процесс Хэнихана

Транзистор 2N2222 был разработан Джеком Хэниханом, инженером компании Motorola, пришедшим в компанию в 1959 году, когда весь ассортимент транзисторов компании ещё состоял исключительно из германиевых моделей. Хэнихан возглавил команду, которая перевела Motorola на производство кремниевых NPN-транзисторов с использованием усовершенствованной кольцевой технологии, что позволило обеспечить надёжную работу при высоких напряжениях в компактном корпусе. Серию продемонстрировали на конгрессе IRE в марте 1962 года и зарегистрировали в EIA 5 марта того же года. Улучшенная версия, 2N2222A, появилась 17 февраля 1964 года.

Первоначально устройство поставлялось в металлическом корпусе TO-18. Это был кремниевый NPN-транзистор малой мощности и среднего напряжения с номинальным током коллектора 800 мА и граничной частотой в сотни мегагерц, достаточно быстрый для переключения и усиления малых сигналов в радиочастотном диапазоне. Такое сочетание скорости, токовой выдержки и низкой стоимости почти сразу сделало его стандартным NPN-транзистором. PNP-транзистор 2N2907 был представлен в качестве комплементарной пары, и в каталоге Motorola 1963 года оба устройства уже были указаны как предпочтительные детали.

Сегодня транзистор 2N2222 в металлическом корпусе по-прежнему можно приобрести в компаниях Mouser и DigiKey по цене около 1,88 доллара за штуку, в то время как герметичные версии в корпусе TO-18, соответствующие военным стандартам, продаются по цене от 60 долларов за штуку. Министерство обороны США поддерживает 22 отдельных номера NSN для всей серии радиационно-стойких, высоконадёжных и стандартных закупок, поставляемых в основном компаниями Onsemi и Microchip.

Удешевление TO-92 и 2N3904

Если 2N2222 доказал, что кремниевые NPN-транзисторы можно производить надёжно, то 2N3904 доказал, что их можно производить дёшево. Motorola зарегистрировала его в середине 1960-х годов наряду с PNP-аналогом 2N3906.

Ключевым нововведением стал корпус. Пластиковый корпус TO-92 позволил отказаться от металлического корпуса и герметичной прокладки, что резко снизило себестоимость единицы продукции и вывело деталь на рынок, недоступный для 2N2222 в металлическом корпусе.

Однако компромиссом стала производительность. 2N3904 рассчитан на ток коллектора 200 мА, что составляет примерно четверть запаса по току 2N2222, с граничной частотой 300 МГц и напряжением коллектор-эмиттер 40 В. Его статический коэффициент передачи тока (hFE) достигает максимума при гораздо меньшем токе (около 10 мА против 150 мА у 2N2222), что делало его более подходящим для усиления малых сигналов, чем для переключения более тяжёлых нагрузок. Вместе эти два устройства покрывали бóльшую часть потребностей разработчиков в универсальных NPN-транзисторах, а 2N3904, в частности, стал тем транзистором, с которым каждый студент-электронщик в США сталкивался в первую очередь.

Регистрация в JEDEC

Причина, по которой обе детали выдержали испытание временем, заключается в системе регистрации JEDEC. Когда Motorola зарегистрировала 2N2222 и 2N3904 в EIA, номера деталей стали общедоступными спецификациями. Любой завод, способный обеспечить заявленные характеристики, мог свободно поставлять детали под тем же номером, и многие так и поступали. Texas Instruments, Fairchild, Philips, ITT, National Semiconductor, румынская IPRS Băneasa и длинный список советских и азиатских производителей выпускали свои собственные версии. Советские клоны появлялись под внутренними номерами; японские вторичные источники поставлялись для промышленного оборудования; детали румынской компании IPRS оказывались в компьютерах стран Восточного блока.

В результате ни один поставщик никогда не контролировал ни одно из этих устройств, поэтому их наличие не зависело от корпоративной реструктуризации или от закрытия заводов и прекращения производства. Когда в 2016 году Fairchild приобрела Onsemi, поставки 2N3904 продолжались. Когда Motorola выделила Freescale, а затем продала свой бизнес по производству дискретных компонентов, поставки 2N2222 продолжались. Современные эквиваленты для поверхностного монтажа в корпусе SOT-23 поставляются в катушках по цене в доли цента за штуку, в то время как оригинальные корпуса TO-18 и TO-92 по-прежнему доступны для ремонта, обучения и прототипирования.

В этом и заключается настоящий урок, который можно извлечь из примера 2N2222 и 2N3904. Дискретные компоненты выживают не только благодаря своим техническим характеристикам. Их выживание зависит от стандартизации, наличия альтернативных поставщиков и готовности нескольких заводов продолжать поставки детали даже спустя много лет после того, как её разработчик ушёл из жизни. В начале 1960-х годов компания Motorola приняла правильные решения по обоим вопросам, и с тех пор отрасль пользуется плодами этих решений.