У радаров возросла острота зрения

 

Воронеж является крупнейшим центром страны, где создается радиоэлектроника военного назначения. Так, именно в Воронеже расположен ЦНИИ РЭБ, где рождаются и испытываются средства радиоэлектронной борьбы, не имеющие в мире аналогов. И не случайно новейшую РЛС наблюдения за пусками МБР, разработанную в Москве, назвали «Воронежем».

В этом городе находится концерн «Созвездие», входящий в Объединенную приборостроительную корпорацию, которая, в свою очередь, принадлежит госкорпорации Ростех.

«Созвездие» объединяет 20 предприятий из 11 регионов России. Среди них отличившийся на прошлой неделе воронежский Научно-исследовательский институт электронной техники (НИИЭТ), который создал мощный СВЧ-транзистор, не имеющий аналогов в стране. Этот транзистор по своим характеристикам стал равноценен продуктам европейской компании STMicroelectronics (STM), штаб-квартира которой расположена в Женеве. А STM является одним из мировых лидеров в данном сегменте электронных компонентов. К мировым лидерам, производящим мощные СВЧ-транзисторы относится и калифорнийская компания Integra Technologies, работающая исключительно на военных. В своей новой разработке НИИЭТ «дотянулся» и до нее.

Значение мощных СВЧ-транзисторов в качестве компонентов для военной радиоэлектроники сложно переоценить. Они являются «кровеносной системой» РЛС, как бортовых, так и стационарных, средств РЭБ, аппаратуры связи и передачи данных. Чем более мощный сигнал будет формировать транзистор, тем дальше и отчетливее сможет «видеть» РЛС, тем надежнее будет связь с максимально удаленными объектами приема/передачи данных.

Работы по созданию мощного импульсного СВЧ-транзистора проводилась по теме «Дискрет-29». Транзистор получил наименование 2П9120ВС. Частотный диапазон, на который он рассчитан, — до 500 МГц. Обеспечивает получение на выходе мощности в 1200 Вт. Минимальный коэффициент усиления мощности — 16 дБ. КПД — 45% min. Напряжение питания — 50 В.

Транзистор имеет значительный запас «прочности». Предельно допустимое импульсное значение рассеиваемой мощности — 2 кВт, импульсного тока — 41А. Максимально допустимое постоянное напряжение между стоком и истоком — 100 В. Диапазон рабочих температур — от минус 60 до плюс 125 градусов. При этом сам транзистор может нагреваться до 180 градусов.

Однако это не предел того, на что способен НИИЭТ. Генеральный директор института Дмитрий Кожанов утверждает, что в обозримом будущем в линейке мощных кремниевых СВЧ-транзисторов должны появиться изделия с мощностью в 2000 Вт и усилением в 20 дБ.

В рамках ОКР «Дискрет-29» созданы еще два транзистора. Один при выходной мощности в 1000 Вт обеспечивает усиление в 18 дБ, второй — на 500 Вт дает усиление в 21 дБ. Эти изделия также работают в диапазоне частот до 500 МГц.

Новая серия транзисторов выполнена по LDMOS-технологии (Laterally Diffused Metal Oxide Semiconductors), которая стала внедряться в радиоэлектронной промышленности в начале 90-х годов, вытесняя широко распространенную в то время биполярную технологию, бурно развивавшуюся в 70-е годы. Главное ее отличие заключается в использовании заземленного экрана для обеспечения изоляции стока от затвора и уменьшения емкости обратной связи.

LDMOS-транзисторы обладают более высоким усилением и КПД и значительно более высокой линейностью. Еще одно крайне полезное качество — меньшая температура нагрева транзистора. Это очень ценно в военной аппаратуре, где приходится очень плотно компоновать радиоэлектронные элементы. Благодаря более щадящему, по сравнению с биполярными кремниевыми транзисторами, режиму работы выросла и надежность. Для LDMOS-транзисторов средней мощности среднее время наработки на отказ составляет 3 тыс. лет. Для РЛС с активной фазированной антенной решеткой это качество крайне актуально, поскольку каждый из нескольких сотен излучателей обслуживает свой усилитель.

С момента появления LDMOS-технологии уже много воды утекло. Ведущие производители постоянно улучшали ее. И к настоящему моменту повсеместно используется LDMOS-технология седьмого поколения. В ней размер транзистора снижен с 0,4 мкм до 0,3 мкм. Благодаря этому удалось повысить плотность мощности на 20% и снизить тепловое сопротивление на 25%.

Однако технологический лидер — нидерландская компания NXP Semiconductors, 10 лет назад отпочковавшаяся от Philips, — уже освоила восьмое поколение LDMOS, где размеры транзистора снизились до 0,14 мкм.

Ее транзистор BLF578XR, работающий в диапазоне до 500 МГц, имеет очень солидный коэффициент усиления, равный 24 дБ. При этом в импульсном режиме он выдает мощность в 1400 Вт.

Поколение LDMOS-технологии, которое используется воронежскими конструкторами, не сообщается. Было сказано лишь, что оно новое, впервые примененное на территории России. Можно предположить, что это если не «восьмерка», то наверняка «семерка».

При создании мощных СВЧ-транзисторов значительную роль играет не только технология выращивания переходов в чипе, но и конструкция корпуса, в который помещается чип. Воронежцы используют герметичный металлокерамический корпус КТ-103А-2. Это предопределено недоверием военных заказчиков к пластмассовым корпусам, которые, как им кажется, менее надежны. Особенно, когда идет речь о большом тепловом рассеивании.

В то же время на Западе производители при изготовлении мощной СВЧ-электроники перешли на пластмассовые корпуса. Компании неоднократно проводили сравнительные испытания двух типов корпусов, которые продемонстрировали соответствие пластмассовых корпусов жестким требованиям, предъявляемым к военной продукции, работающей в экстремальных условиям.

Более того — пластмасса при определенных условиях способна давать прирост технических параметров изделий. Вышеупомянутая европейская компания STM запатентовала технологию сборки корпуса с воздушной полостью STAC (ST Air Cavity Packaging). В сравнении с традиционным керамическим корпусом он не требует высокой температуры сборки. Тепловое сопротивление переход-корпус на 20% ниже, в связи с чем лучше отводится тепло. Также повышается коэффициент усиления, выходная мощность и надежность. Время наработки на отказ у корпусов STAC выше в 4 раза. А вес снижается до 75%, что крайне важно для бортовой аппаратуры.

И в заключение необходимо сказать об отставании России в области микроэлектроники и в частности — в области СВЧ-компонентов. Да, воронежский институт приблизился к ведущим зарубежным производителям. Но, как известно, один в поле не воин. В США работают 8 компаний, которые используют последние технологические достижения в области мощных СВЧ-транзисторов. В Европе — 4. В Японии — 3.

В России можно назвать лишь две такие компании: НИИЭТ и московское НПП «Пульсар». Остальные пять производителей застряли в прошлом веке, используя биполярную технологию. Однако достижения воронежцев позволяют надеяться на то, что отрасль начала двигаться в нужном направлении.