В.А. Иовдальский1, Н.В.Ганюшкина2, В.П. Марин3, И.Н. Аюпов4, П.А. Сторин5

1,2,4,5 АО «НПП «Исток» им. Шокина» (Моск. обл., г. Фрязино, Россия)
3 Российский технологический университет (РТУ) МИРЭА (Москва, Россия)
 

Постановка проблемы. В настоящее время актуальна проблема приобретения импортной электронной компонентной базы, например, GaN транзистора мощностью 70 Вт, производства США, вызванными санкционными ограничениями. Необходимо наладить ввоз этих транзисторов и производство усилителей мощности для их использования в России.

Цель. Указать пути реализации производства аналогичных усилителей мощности СВЧ-диапазона в нашей стране посредством модернизации конструкции усилителя с использованием доступной комплектации.

Результаты. Предложено для реализации поставленной цели предлагается использовать опыт отечественных специалистов прошлых лет в разработке гибридных интегральных схем СВЧ-диапазона. Рассмотрен вариант улучшение электрических и массогабаритных характеристик усилителей мощности путём замены проволочных соединений контактных площадок кристалла транзистора с проводниками пассивной части плат согласования входа и выхода усилителя на групповое их присоединение плоскими балочными выводами из гальванически осаждаемого золота толщиной 8 мкм. Отмечено, что это не только позволяет снизить паразитную индуктивность соединений и, тем самым, улучшить электрические характеристики усилителя, но также уменьшить габариты усилителя, а значит улучшить массогабаритные характеристики. Отмечено, что вторым техническим решением, которое использует первое решение и может быть полезным в данном случае, является применение составного двух ярусного полевого транзистора с барьером Шоттки, при котором GaN транзистор мощностью 70 Вт производства США заменяется двумя меньшими кристаллами транзисторов мощностью, например, 35 Вт, включенными параллельно, один кристалл над другим кристаллом, что позволяет модернизировать конструкцию усилителя мощности с применением более доступных для приобретения электронной компонентной базой, меньшей мощности с улучшением массогабаритных характеристик усилителя.

Практическая значимость. Полученные результаты показывают, что размеры усилителя мощности только за счёт использования плоских балочных выводов могут быть уменьшены на 45%, а при использовании дополнительно составных двух кристальных транзисторов по 35 Вт габариты могут быть уменьшены на 60%. Проведённые тепловые расчёты свидетельствуют о том, что максимальный нагрев GaN транзисторов в составном транзисторе составляет 234ºС, это обеспечивает запас по максимальной рабочей температуре в 66ºС. Это позволяет использовать менее мощные транзисторы, которые можно приобрести у производителей в более дружественных для России странах, и решить возникшую проблему за счёт использования опыта отечественных специалистов.

Иовдальский В.А., Ганюшкина Н.В., Марин В.П., Аюпов И.Н., Сторин П.А. Модернизация квазимонолитного усилителя мощности СВЧ-диапазона // Наукоемкие технологии. 2023. Т. 24. № 3. С. 12−22. DOI: https://doi.org/ 10.18127/j19998465-202303-02

1. Jeong J. et al. Quasi-MMIC high power amplifier with Silicon IPD matching network. Proceedings of the 48th European Microwave Conference. 2018.
2. Data Sheet CGHV1J070D, 2020.
3. Квазимонолитный 70-ваттный усилитель мощности для РЛС Х-диапазона // Инф. сборник. Новости СВЧ-техники. 2021. № 1. С. 9–15.
4. Патент РФ № 2191492 на изобретение. Выводная рамка для СВЧ и КВЧ полупроводникового прибора. Иовдальский В.А., Пчелин В.А. Приоритет 17.04.2000 г., МПК5 Н01L 23/48, регистрация в госреестре изобретений 10.06.2002 г.
5. Патент РФ № 2183366 на изобретение. Способ изготовления выводных рамок. Иовдальский В.А., Савон Е.Н., Щеглова И.А. Приоритет17.04.2000 г., МПК6 Н01L 23/48, регистрация в госреестре изобретений 10.06.2002 г.
6. Иовдальский В.А., Виноградов В.Г., Молдованов Ю.И., Моргунов В.Г. Применение выводных рамок балочных выводов полупроводниковых приборов для улучшения характеристик ГИС СВЧ-диапазона // Электронная техника. Сер. 1. СВЧ-техника. 2005. Вып. 2(486). С. 27–33.
7. GaN/SiC МИС-усилитель с выходной мощностью 27,5 дБм в полосе рабочих частот 1…42 ГГц // Инф. сборник. Новости СВЧ-техники. 2022. № 7. С. 11–13.
8. 50-ваттный GaN-усилитель с КПД 55% в разработке вьетнамских специалистов // Инф. сборник. Новости СВЧ-техники. 2021. № 1. С. 14–18.
9. GaN МИС-усилитель Х-диапазона в разработках турецких специалистов // Инф. сборник. Новости СВЧ-техники. 2021. № 3. С. 23–27.
10. Патент РФ №2298255 на изобретение. Мощная гибридная интегральная схема СВЧ-диапазона. Иовдальский В.А., Пчелин В.А., Лапин В.Г., Моргунов В.Г. Приоритет 12.08.2005 г., МПК5 Н01L 23/48, регистрация в госреестре изобретений 27.04.2007 г.
11. Иовдальский В.А. Новая концепция сложения мощности кристаллов ПТШ в ГИС усилителей мощности СВЧ-диапазона // Электронная техника. Сер. 1. СВЧ-техника. 2006. Вып. 1(487). С. 44–51.
12. Иовдальский В.А., Футьянов С.В., Лисицин А.А., Левашов А.В., Моргунов В.Г., Герасименко С.В., Аюпов И.Н., Киличенков Р.Б. Улучшение электрических характеристик широкополосных ГИС СВЧ за счёт оптимизации внутрисхемных соединений // «Intermatic-2012». Материалы Междунар. научно-техн. конф. «Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения». 3–7декабря 2012 г. М.: МИРЭА. 2012. С. 130–132.
13. Иовдальский В.А., Манченко Л.В., Моргунов В.Г., Герасименко С.В., Киличенков Р.Б. Дальнейшее совершенствование геометрии плоских балочных выводов компонентов ГИС СВЧ-диапазона // «Intermatic-2013». Материалы Междунар. научно-техн. конф. «Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения». 2–6 декабря 2013 г. М.: МИРЭА. 2013. С. 148–153.
14. Патент РФ № 2541725. Выводная рамка для многокристального полупроводникового прибора СВЧ. Иовдальский В.А., Дудинов К.В., Моргунов В.Г., Кудрова Т.С. Приоритет 23.07.2013 г. МПК6 Н01L 23/48, дата регистрации в госреестре изобретений 15.01.2015 г.
15. Иовдальский В.А., Лапин В.Г., Пчелин В.А. Двухъярусная транзисторная сборка для усилителей мощности СВЧ-диапазона // Электронная техника. Сер. 1. СВЧ-техника. 2009. Вып. 4(503). С. 38–41.
16. Иовдальский В.А., Пчелин В.А., Лапин В.Г. Составной двухъярусный транзистор для усилителей мощности СВЧ-диапазона // Электронная техника. Сер. 1. СВЧ-техника. 2010. Вып. 4(507). С. 65–71.
17. Иовдальский В.А., Манченко Л.В., Соколов И.А. Внутрисхемные соединения в ГИС СВЧ-диапазона: Учеб. пособие / Под ред. А.А. Борисова. М.: КУРС. 2019. С. 128.
18. Иовдальский В.А., Ганюшкина Н.В., Марин В.П., Соколов И.А. Тепловой анализ работы мощной ГИС СВЧ-диапазона // Наукоёмкие технологии. 2017. Вып. 2. Т. 18. С. 23–31.
19. Использование пластин «GaN-на-алмазе» для изготовления мощных СВЧ-приборов // Инф. сборник. «Новости СВЧ-тех­ники». 2019. № 4. С. 1–6.