Технология вакуумных СВЧ-приборов

Базовый технологический процесс современного СВЧ электровакуумного прибора содержит 5...8 тыс. технологических операций. Число деталей в приборе достигает 300...500 единиц. При разработке и производстве используются следующие процессы:

• электроискровая обработка замедляющих и резонаторных систем, сеток электронных пушек, магнитов и др., фотолитография, лазерная и прецизионная механическая обработка. Точность изготовления прецизионных деталей в пределах 1...10 микрон.

  Основные материалы деталей - медь и её сплавы, молибден, низкоуглеродистая и нержавеющая стали, сплав ковар, никель, тантал, титан, магнитные и катодные материалы и др.

• операции по сборке деталей и узлов с применением контактной и лазерной сварки. Сборка различных узлов приборов для последующих операций пайки и сварки.
  Монтаж катодов, электродов, сеток для электронных пушек и др.
• высотемпературная пайка припоями на основе Cu, Ag, Au (700...1100 °С) в защитной среде (водород, вакуум).

  Основные узлы - анодные блоки, выводы энергии, замедляющие системы, электронные пушки, коллекторы, металлокерамические узлы и др.

 

Диффузионная сварка разнородных металлов (T=900...1000°С, P=0,6...1,2 кг/мм). Многослойные композиции металлов, сплавов для различных узлов ЭВП: медь-железо, медь-молибден-железо, медь-константан и др.

Диффузионная низкотемпературная пайка (T=600...700°С, Р=0,1...0,3 кг/мм²) через прослойку золота (без применения припоев) для приборов мм-диапазона

 

Герметизация приборов:

Аргонодуговая сварка (диапазон токов 0...200 А).

Электронно-лучевая сварка (ток луча 40...200 мА, диаметр луча 0,2...0,4 мм, напряжение 25...50 кВ). Концентраторная высокочастотная пайка.

 

Откачка приборов

Термовакуумная обработка (500...600 °С) на откачных постах с турбомолекулярными насосами и напуском водорода
(Р =10^-2 Па). Высоковольтная тренировка (U_а = 10...60 кВ) межэлектродных зазоров в отпаянных приборах. Откачка современными магнитными электроразрядными насосами (скорость откачки S = 0,5...2,0 л/с, U = 4...5 кВ, индукция 0,2...0,3 Т).

Катодная электроника

Катодная электроника оказывает определяющее влияние на получение высоких параметров, надёжности и долговечности электровакуумных приборов:

Оксидные катоды

 

Металлопористые катоды

 

Металлосплавные катоды

 

Созданы основы конструирования и базовые унифицированные технологии всех современных типов высокоэффективных катодов.

Применение	Плотность тока, A/см2		Долговечность, ч
	постоянный режим	импульсный режим
Оксидные катоды создано 200 типов
Мощные усилительные клистроны	-	5	10000
ЭСУ и ЦЗУ ленточные катоды с молеулярно-напылённым оксидным слоем	3	-	1000
Сверхдолговечные ЛБВ	0,15	-	100000
Металлопористые катоды создано 150 типов
Многолучевые клистроны	-	10 15 30	20000 10000 5000
ЛОВ мм-диапазона	50	-	2000
ЛБВ	2	-	50000
Металлосплавные катоды создано 20 типов
ЛОВ мм-диапазона	100	-	2000
Магнетроны мм-диапазона	-	150	2000
Магнетронные усилители ("холодные" катоды)	-	5	20000

Предприятие обладает тридцатилетним опытом разработки и изготовления тонкопленочных микрополосковых плат и ГИС СВЧ на их основе.

Высоконадежная унифицированная технология, закрепленная соответствующими стандартами, обеспечивает выпуск надежной и качественной продукции.

Полный цикл технологических процессов: автоматизированное проектирование и изготовление фотошаблонов, вакуумное (резистивное, электронно-лучевое, магнетронное) напыление проводящих и резистивных пленок, прецизионная фотолитография, лазерная прецизионная прошивка отверстий и размерная обработка подложек, химическая металлизация отверстий и гальваническое наращивание слоев Cu, Ni, Au, прецизионная резка подложек алмазными дисками - обеспечивает ежемесячный выпуск около 10000 микрополосковых плат более 100 типоразмеров с основными характеристиками:

• материал подложек - поликор, феррит-гранат, кварц
• структура металлизации проводящих слоев: Cr, Cu, Ni, Au; Ti, Pd, Au
• минимальные размеры линий 20 мкм, точность ± 1,5 мкм
• минимальный диаметр металлизированных отверстий 0,15 мм
• коэффициент затухания (потери) в полосках на частоте 8 ГГц - 8 дБ/м

Линии сборки и испытаний ГИС и СВЧ-модулей: установка кристаллов активных и пассивных компонентов, микросварка (контактная, термокомпрессионная, ультразвуковая, термозвуковая), сборка модулей, термообезгаживание, герметизация модулей СВЧ, испытания на воздействие дестабилизирующих факторов - обеспечивает выпуск более 5000 СВЧ-модулей в год.

Технология изготовления антенн

Разработанные уникальные процессы высокотемпературной и низкотемпературной пайки позволили создать надежную технологию сборки и пайки плоских щелевых антенн диаметром 200...1000 мм с волноводной СВЧ - разводкой, а также микрополосковых антенн в диапазоне.

Эпитаксиальные структуры

Распределение примесей в структурах кремния для p-i-n-диодов, варикапов и лавинно-пролетных диодов (ЛПД)

Характеристики эпитаксиальных структур

Тип приборов	Тип структур	Вид примесей	Число слоёв	толщина слоёв, мкм	Уровень легирования, см-3
ЛПД	p++pp+n+nn++ p++pnn++ n++npp++p-	B; P; As	1...6	0,1...5	1015...1020
p-i-n-диод	p+++n-n++ n++p-p++	B; P	1...3	1...20	1013...1019
Варикап	p++n+n++	B; P; As	3...10	0,1...3	1015...1020

 

Технологический комплекс газофазной эпитаксии из металлоорганических соединений

Комплекс AIXTRON-G3 предназначен для производства гетероструктур Al_xGa_1-xAs/GaAs, In_yGa_1-yAs/GaAs, In_yAl_1-yAs/GaAs, In_yAl_1-yAs/InP (НЕМТ, PНЕМТ, МНЕМТ и др.) для дискретных приборов и МИС СВЧ.

Толщина слоев	2...1000 нм
Неоднократность по толщине	1,5%
По уровню легирования	3,0%
Подвижность 770К	не менее 80000 см2/vc
Производительность Ø76, Ø101	10 шт/смена

 

Диодные сборки

Предельно допустимые		Напряжение изоляции, В
Напряжение, В	Ток, мкА
600	100	1700
1200	50	1700
100	100	1700

 

Транзисторные сборки

Предельно допустимые		Напряжение изоляции, В
Напряжение, В	Ток, мкА
200	25	2500
100	25	2500
700	2000	6000
200	25	2500
200	25	2500

 

Металлизированные теплопроводы из CVD алмаза

Размеры AxB (мм)	Толщина (мм)	Высокоадгезионная металлизация со всех сторон	Электрическая изоляция между верхней и нижней металлизацией
3х3,5	0,1...0,5	+	+
5х5	0,1...0,5	+	+

Кристальное производство

Монолитные интегральные схемы СВЧ (МИС СВЧ)

На НПП "Исток" построена пилотная линия для промышленного производства монолитных интегральных схем и транзисторов СВЧ-диапазона на основе GаАs, предназначенных для применения в телекоммуникационной радиоэлектронной аппаратуре.

На предприятии освоены самые передовые технологические процессы изготовления МИС и транзисторов СВЧ: электронно-лучевая и проекционная фотолитография, ионная имплантация и плазмохимия, что позволяет довести объем выпуска кристаллов до 1 млн шт. в год.

 

Основные технологические процессы производства МИС СВЧ.

Формирование эпитаксиальных структур	Формирование канала	Формирование резисторов
Формирование контактов		Резисторы
Контакты	Канал	Формирование конденсаторов
Формирование мезоструктуры	Формироваие затвора
Мезоструктура	Затвор	Конденсаторы

 

Формирование металлизации и мостов	Формирование отверстий
Мосты	Формирование интегрального теплоотвода
Утонение подложки

Керамическое производство

Технология LTCC в СВЧ-приборостроении

Освоено опытное производство малогабаритных многослойных керамических плат с высокоинтегрированной объемной компоновкой цепей питания, управления и СВЧ-трактов в объеме платы. Новые материалы и разработанная технология позволят проектировать широкую номенклатуру компактных п/п приборов и устройств СВЧ с рабочей частотой до 40 ГГц, предназначенных для работы в составе приемо­передающих трактов аппаратуры связи, бортовых и наземных радиолокационных и радионавигационных систем гражданского и специального назначения.

Полосно-пропускающие фильтры
Диапазон частот, ГГц	1...4
Полоса пропускания, %	2...10
Потери в полосе пропускания, дБ	до 6
Заграждение, дБ	70...75
КСВН	менее 2,0
Проходная мощность, Вт	до 1

 

Многослойные коммутационные платы с СВЧ-трактом и малогабаритные корпуса СВЧ-транзисторов и интегральных схем
Число слоев	до 20
Диэлектрик	ε=7, tgδ=15·10-4
Проводники	драгметаллы

 

 

Базовые керамические материалы

Вакуум-плотная алюмооксидная керамика ВК94-1 Алюмооксидный материал А995 Монокристаллический лейкосапфир (металлизация) Керамика с высокой теплопроводностью ВеО, ВN (металлизация) Основные свойства: Низкие диэлектрические потери ε=6...10, tgδ=2...16·10-4; Высокая механическая прочность σ=25...39 кг/мм2; Радиационная стойкость; Теплопроводность λ=20...200 Вт/м·К; Рабочие температуры применения до 1500 °С.

 

Металлизированная керамика и металлокерамические узлы

На базе процессов толстопленочной и тонкопленочной металлизаций керамики и четырех методов соединения керамики с металлами посредством пайки припоями, стеклоприпоями, сварки при температурах от 180 до 1300 °С созданы унифицированные вакуум-плотные надежные конструкции металлокерамических узлов.

 

 

Функциональная керамика

ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ РЕЗОНАТОРЫ
Высокая добротность и термостабильность; Добротность Q от 2000 до 10000; ТКЧ от -3 до +10 ppm/°С; Точность задания ТКЧ ±2/1/0,5 ppm/°С; ε=30; 40; 80; Рабочий диапазон частот 2,6...32 ГГц;
КОАКСИАЛЬНЫЕ РЕЗОНАТОРЫ
Добротность Q=400...600; Рабочий диапазон частот F=0,6...2,4 ГГц;
ПОГЛОТИТЕЛИ СВЧ-ЭНЕРГИИ
Уровень поглощаемой мощности до 22 Вт/г; tgδ=от 0,03 до 1; ε=от 20 до 70; Рабочая температура 20...800 °С;
КЕРАМИКА НА ОСНОВЕ ALN
Теплопроводность λ=90...150 Вт/м·К; tgδ~4 · 10-3; ε~8,6; Прочность δизг~20 кг/мм2;

Химические технологии

Силиконовые компаунды для мощных приборов

Теплопроводный компаунд - теплопроводность 0,9 Вт/мк	Поглащающий компаунд - поглощение электромагнитной энергии 2 дБ/мм
Компаунд для виброакустической защиты - cнижает акустическое давление на 10...15 дБ, воздействие вибраций в 40...50 раз в диапазоне 100...200 Гц.	Защитный компаунд - электромеханическая прочность 15 кВ/мм. Механическая прочность более 20 кгс/см2

 

Микрополосковые платы для изделий миллиметрового диапазона

	Материал подложки	фторопласт, полиамид
	Толщина меди	5...9мкм
	Толщина плат	70...20 мкм
	Точность изготовления	+5 мкм
	Потери	0,1...0,2 дБ/см

 

Фотохимическое фрезерование

Материал	металлы и их сплавы
Толщина материала	0,01...0,2мкм
Размеры деталей	от 2 до 200 мм
Точность изготовления	±10% от толщины материала

 

Сетки, диафрагмы, растры и другие

Антенные полотна

 

Клеи

Механически прочные	80 мПа
Эластичные	относительное удлинение 20%
Поглощающие	СВЧ-энергию 2 дБ/мм
Электропроводные	ρU=2·10-5 Ом/см

Лазерные технологии

Автоматизированная лазерная технологическая установка (АЛТУ) "Каравелла" на базе лазера на парах меди

Удостоена золотых медалей на:

• IV Московском Международном Салоне инноваций и инвестиций (февраль 2004 г.)
• 53-м Всемирном Салоне инноваций, научных исследований и новых технологий "Brussels-Eureka"(ноябрь 2004 г.)
• Золотая медаль на VII Международном Форуме "Высокие технологии XXI века" (апрель 2006 г.)

Назначение: производительная прецизионная микрообработка тонколистовых материалов (0,02...1,0 мм), неметаллических - до 1,5...2мм.

Технические характеристики АЛТУ "Каравелла"

Наименование параметра	Каравелла-1М	Каравелла-2
Длины волн излучения, нм	510,6 и 578,2
Диаметр пучка излучения, мм	14
Частота повторения импульсов, кГц	12...15
Длительность импульса излучения (по уровню 0,5), нс	10...15
Средняя мощность излучения, Вт	20...25	5...7
Нестабильность средней мощности излучения в течении 4 часов, %	≤3
Импульсная энергия, мДж	0,5...1,5	0,3...0,6
Расходимость пучка излучения, мрад	0,1...0,2	0,1...0,2
Фокусное расстояние объектива, мм	50...150, 200...300	50...100
Диаметр рабочего пятна излучения, мкм	5...20
Перемещение координатного стола в плоскости XY, мм	150x150
Перемещение координатного стола по вертикальной оси Z, мм	60
Максимальная скорость перемещения координатного стола, мм/с	20
Погрешность позиционнирования по каждой оси при (20±1°С), мкм	±2
Время готовности, мин	60
Потребляемая мощность от трехфазной сети, кВт	≤5,3	≤3
Система охлаждения и расхода воды, л/мин	"вода-вода"	"вода"
	20	6
Габаритные размеры, мм	2600х2100х1650	2200х1700х1830
Масса, кг	≤1200	≤800
Гаратированная наработка без замены активных элементов, ч	>1500
Технический ресурс, лет	5
Толщина обрабатываемых материалов, мм
Металических	0,1...1	0,02-0,3
Неметалических	до 2	до 0,8

 

Спектр обрабатываемых материалов тугоплавкие металлы (W, Mo, Ta, Re) и их сплавы теплопроводные металлы (Cu, Al, Ag, Au) и их сплавы другие металлы (Ni, Zr, Ti, Fe) и их сплавы поликристаллические алмазы, графит, кремний, сапфир, композиты прозрачные материалы	Виды выполняемых операций прецизионная резка сверление микроотверстий скрайбирование модификация и чистка поверхностного слоя

Базовый состав установки

• Лазер на парах меди.
• Прецизионная трехкоординатная система перемещения с блоком управления.
• Оптическая система формирования, доставки и фокусировки пучка излучения в зону обработки.
• Технологическая камера.
• Система поддува технологического газа в зону обработки.
• Система удаления продуктов разрушения из зоны обработки.
• Несущая конструкция.

Преимущества

Технологические:

• бесконтактный способ обработки;
• малый размер обрабатывающего пятна (5...20 мкм);
• испарительный режим обработки (минимум жидкой фазы);
• малая шероховатость поверхности реза (1...2 мкм);
• малая зона термического воздействия (5...10 мкм);
• высокая точность обработки (4...10 мкм);
• отсутствие расслоений и сколов материала (Mo, W);
• высокая производительность(V_обр= 1...10 мм/с).

Конструктивные:

• быстродействующая электронная система прерывания мощности излучения;
• система наблюдения с использованием усилительного лазерного активного элемента;
• высокая повторяемость и стабильность параметров лазерных активных элементов;
• большая долговечность и возможность оперативной замены активных элементов;
• простота настройки установки.

Преимущества обеспечены:

• возможностью поимпульсной и пакетной модуляции лазерного излучения;
• отпаянной конструкцией лазерных активных элементов на парах меди;
• источником питания лазера с коммутирующим элементом на основе транзисторов IJBT;
• многолетним опытом применения излучения ЛПМ в технологии прецизионной обработки материалов.

Перспективные области применения

• Электронная промышленность: изготовление сеток, диафрагм, электродов и других деталей ЭВП, теплоотводов и элементов из искусственного алмаза, разделение подложек.
• Точное приборостроение: изготовление диафрагм, матриц и элементов конструкций, маркировка инструмента.
• Автомобильная промышленность: производство форсунок двигателей, термонагруженных датчиков.
• Химическая промышленность: производство фильер, тоновая маркировка изделий.
• Медицинская промышленность: катетеры, зонды, расширители артерий.
• Ювелирная промышленность: раскрой и обработка драгоценных материалов, изготовление сувениров и нанесение изображений в прозрачных средах и т.д.

Результаты прецизионной обработки

Пазы в вольфраме (W) толщиной 0,2 мм	Отверстия в псевдосплаве (МД-80) толщиной 0,6 мм	Рез кремния (Si) толщиной 1 мм	Фрагмент сферической сетки из молибдена (МЧ) толщиной 0,07 мм	Отверстия на меди (МВ) толщиной 0,3 мм	Рез поликристаллического алмаза толщиной 0,35 мм

Измерительный зонд из Ni толщиной 0,1 мм	Молибден 0,4 мм	ЧИП на сапфировой подложке 0,3 мм	Чистка поверхности керамики 22XC	Корректировка топологии. Материал - поликор, напыление - золото	Молибден 0,1-0,16 мм	Кремний 0,5 мм	Медь МВ 0,1...0,3 мм	Резка сапфировых подложек