eng
Выпуск #7/2023
В. Малеев
ПРОДУКЦИЯ ГРАЖДАНСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ АО «НИИЭТ»: ОТ ТРАНЗИСТОРОВ И МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ
ПРОДУКЦИЯ ГРАЖДАНСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ АО «НИИЭТ»: ОТ ТРАНЗИСТОРОВ И МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ
Просмотры: 625
DOI: 10.22184/1992-4178.2023.228.7.102.111
Приводятся сведения о ряде разработок АО «НИИЭТ» в области микроконтроллеров и транзисторов гражданского применения, зарядных устройств для потребительского рынка, а также о планах создания производства по сборке ЭКБ в пластиковых корпусах.
Приводятся сведения о ряде разработок АО «НИИЭТ» в области микроконтроллеров и транзисторов гражданского применения, зарядных устройств для потребительского рынка, а также о планах создания производства по сборке ЭКБ в пластиковых корпусах.
Теги: chargers civil electronics electronic devices packaging in plastic microcontrollers transistors гражданская электроника зарядные устройства микроконтроллеры сборка экб в пластиковых корпусах транзисторы
Продукция гражданского
назначения АО «НИИЭТ»:
от транзисторов и микроконтроллеров
до зарядных устройств
В. Малеев
Чем больше объем производства продукции, тем ниже ее себестоимость. Этот закон работает в любой отрасли, но в микроэлектронике он проявляет себя особенно ярко. Без крупных серий невозможно ни достижение конкурентоспособности микроэлектронной продукции с точки зрения цены, ни обеспечение достаточного уровня доходности производства для инвестирования в новые технологии. Поэтому освоение гражданского направления, характеризующегося большим объемом рынка, является крайне важным для развития микроэлектронного предприятия.
Разработка гражданской продукции и освоение производственных технологий для данного сектора – одно из приоритетных направлений деятельности АО «НИИЭТ». За последние годы предприятием разработан и запущен в серийное производство ряд изделий ЭКБ гражданского назначения, ведутся разработки новых полупроводниковых приборов и ИС. В настоящее время институт реализует проект по созданию собственного сборочного производства транзисторов и микросхем в пластиковых корпусах. Кроме того, на рынке уже представлены первые устройства для широкого потребления, созданные АО «НИИЭТ».
Микроконтроллеры
гражданского применения
Область применения микроконтроллеров в настоящее время чрезвычайно широка, и потребность в них будет только возрастать. Этому способствуют растущие требования к функциональности, интеллектуальности и гибкости современной аппаратуры, а также распространение систем интеллектуального управления, сбора и обработки информации. Помимо этого, более широкое применение находят электроприводы, системы управления которых также строятся на основе микроконтроллеров.
Примерами российских микроконтроллеров, отвечающих современным требованиям рынка разработки гражданской электроники являются, в частности, две новые микросхемы разработки АО «НИИЭТ» К1946ВК028 и К1946ВК035. Это 32‑разрядные микроконтроллеры на основе RISC-ядра, выполненные в пластиковых корпусах. Они обладают широким функционалом и большим количеством встроенных интерфейсов и модулей, в том числе позволяющих осуществлять с их помощью управление электроприводами и другими электрическими системами, а именно модули ШИМ, блоки захвата, модули АЦП.
Данные микроконтроллеры могут применяться в различных областях, включая системы управления, средства связи, наблюдения, безопасности, автоматизации производства, медицинскую, железнодорожную технику, энергетику и др.
Кроме того, в мае 2021 года было подтверждено соответствие производства одного из микроконтроллеров предприятия стандарту IATF 16949:2016, устанавливающему требования к системе менеджмента качества предприятий автомобильной промышленности, что стало важным шагом к применению продукции АО «НИИЭТ» в электронных блоках автомобилей. Поскольку производство различных ИС предприятия основано на одних и тех же процессах, по мере формирования спроса на новые микроконтроллеры на рынке автоэлектроники может быть получено соответствующее подтверждение и для них.
ИС К1946ВК028 отличается повышенным быстродействием. Работая на тактовой частоте 200 МГц, она показывает производительность примерно на 25% выше, чем микроконтроллеры аналогичного класса компании STMicroelectronics. Особенностью ИС К1946ВК035 являются малые габариты – 6 × 6 мм. На момент выхода на рынок данный микроконтроллер являлся самым компактным 32‑разрядным отечественным микроконтроллером. На основе ИС К1921ВК035 – аналоге К1946ВК035, выпускаемом в другом корпусе – дизайн-центром «Восток» была создана программно-аппаратная платформа быстрой разработки электронных устройств Vostok UNO-VN035, pin-to-pin совместимая с существующими платами расширения для платформы Arduino UNO и предназначенная, в частности, для изучения основ программирования микроконтроллеров и других образовательных задач, а также для прототипирования и отладки решений для встраиваемых систем.
Основные технические характеристики микроконтроллеров К1946ВК028 и К1946ВК035 приведены в табл. 1. 3D-модель ИС К1946ВК035 показана на рис. 1а.
Кроме того, институтом ведется разработка 8‑разрядного микроконтроллера К1946ВМ014 на архитектуре RISC в корпусе TQFP-44L, предназначенного для систем управления оборудованием, робототехники, сложных систем дистанционного управления, сетевых устройств, быстродействующих систем передачи и обработки данных, сложной бытовой техники, устройств ввода и отображения информации с сенсорным экраном и других многофункциональных устройств. Завершение данной разработки запланировано на конец текущего года.
Отметим, что возможность успешного применения микроконтроллеров АО «НИИЭТ» в системах управления уже подтверждена на практике. В частности, на двух микроконтроллерах предприятия построена система управления энергосистемой и электроприводами всесезонных электрических речных судов, которые начали перевозки пассажиров по Москве-реке в июне текущего года.
Разработки на основе RISC-V
Учитывая необходимость снижения зависимости от зарубежных проприетарных решений, одним из перспективных путей создания отечественных микропроцессоров и микроконтроллеров является использование открытых технологий, таких как архитектура RISC-V. Недавно АО «НИИЭТ» приступил к реализации двух проектов по созданию микроконтроллеров на данном ядре для различных задач, актуальных на гражданском рынке.
ОКР «Разработка и освоение серийного производства ультранизкопотребляющего микроконтроллера» выполняется с использованием программы субсидирования в соответствии с постановлением Правительства РФ от 24 июля 2021 года № 1252. Ее результатом станет 32‑разрядный микроконтроллер К1921ВГ015 со встроенным блоком управления режимами энергопотребления, низким током потребления в активном режиме и максимальной тактовой частотой до 80 МГц.
Ультранизкопотребляющие микроконтроллеры востребованы в таких перспективных областях, как Интернет вещей, системы сбора данных, автономные устройства управления – как стационарными объектами в труднодоступных местах, так и беспилотными транспортными средствами, которые находят всё более широкое применение, например, в сельском хозяйстве.
Одной из основных областей применения микроконтроллера К1921ВГ015 станут устройства учета потребления электроэнергии, воды и других ресурсов. Новая микросхема уже закладывается в проекты счетчиков электроэнергии. Микроконтроллер содержит криптографический сопроцессор с генератором случайных чисел, модулями вычисления контрольной суммы CRC32 и шифрования по алгоритмам AES 128/256, «Кузнечик», «Магма», HASH, а также датчик вскрытия корпуса устройства на три входа с питанием от батарейного домена, что позволяет строить на его основе устройства с защитой обрабатываемой и передаваемой информации, устойчивые в том числе к преднамеренным попыткам несанкционированного внесения изменений в само устройство и в собираемые им данные.
Первый этап его разработки завершен, сейчас она находится на этапе изготовления и испытания опытного образца.
Второй проект по созданию микроконтроллеров на основе архитектуры RISC-V – комплексный. Он также выполняется с использованием субсидии согласно постановлению Правительства РФ от 24 июля 2021 года № 1252. В его рамках разрабатывается четыре микроконтроллера:
двухъядерный 32‑разрядный контроллер;
универсальный энергоэффективный 32‑разрядный микроконтроллер с функциями управления двигателями;
универсальный 32‑разрядный микроконтроллер, предназначенный для применения в портативных системах с ограничениями по размерам;
32‑разрядный микроконтроллер с малым количеством выводов (32), предназначенный для построения на его основе систем Интернета вещей (IoT).
Все разрабатываемые микроконтроллеры обладают встроенной энергонезависимой памятью программ флеш-типа и широким набором интерфейсов и модулей для управления периферийными и исполнительными устройствами.
Основные планируемые технические характеристики ИС, разрабатываемых в рамках данных проектов, приведены в табл. 2. 3D-модель ИС К1921ВГ015 показана на рис. 1б. На все пять типов микроконтроллеров открыт прием предварительных заказов.
СВЧ- и силовые транзисторы
Разработка и производство полупроводниковых приборов, в частности СВЧ- и силовых транзисторов, – одно из традиционных направлений деятельности АО «НИИЭТ». В данной области, как и в сфере интегральных схем, институт постоянно совершенствует свои решения в соответствии с современным уровнем развития технологий. В частности, предприятием освоена технология LDMOS, широко востребованная в мире прежде всего в телекоммуникационном оборудовании и других радиотехнических устройствах. Также серийно выпускаются транзисторы разработки АО «НИИЭТ» на основе нитрида галлия на кремнии.
Среди последних разработок института – серия из двух типов мощных СВЧ LDMOS-транзисторов новейшего поколения КП9171А и КП9171БС, предназначенных для усилителей сигналов цифрового телевизионного вещания стандартов DVB-T / DVB-T2. Учитывая требования данных стандартов, новые транзисторы обладают высокой линейностью, а также повышенным КПД и низким тепловым сопротивлением между кристаллом и корпусом. Хотя технология LDMOS была освоена предприятием еще в 2006 году, для достижения необходимых характеристик новых приборов при их проектировании была значительно усовершенствована конструкция СВЧ-кристаллов LDMOS, а процесс их изготовления был переработан, что позволило существенно повысить радиочастотную производительность, линейность и надежность транзисторов.
Транзистор КП9171А является аналогом прибора BLF881 и выполнен в корпусе КТ‑55С‑1. Его коэффициент усиления по мощности составляет не менее 20 дБ, коэффициент полезного действия стока – не менее 45%, коэффициент комбинационных составляющих третьего порядка – не более –30 дБ при выходной мощности в пике огибающей 140 Вт и напряжении питания 50 В на рабочей частоте 860 МГц.
Транзистор КП9171БС – аналог прибора BLF989Е в балансном корпусе КТ‑103А‑2. Он содержит согласующую цепь по входу. Коэффициент усиления по мощности транзистора составляет не менее 18,6 дБ, коэффициент полезного действия стока – не менее 50%, значение параметра IMDshldr – не более –33 дБ при непрерывной выходной мощности 180 Вт и напряжении питания 50 В на рабочей частоте 550 МГц.
Хотя основной областью применения новых приборов являются усилители телевизионных сигналов, их передовые характеристики, в частности большая выходная мощность в сравнении с транзисторами предыдущего поколения и повышенный КПД, позволят улучшить с их помощью параметры аппаратуры и в других областях, например в устройствах навигации.
Еще одна новая разработка АО «НИИЭТ», представленная рынку в прошлом году, – компактный мощный СВЧ-транзистор ПП9170Е на основе GaN для диапазона 6–6,4 ГГц, обладающий высоким потенциалом применения в перспективных телекоммуникационных системах. Прибор выполнен на основе двух транзисторных кристаллов с согласованием с помощью LC-цепей, что позволило реализовать транзистор с выходной импульсной мощностью не менее 50 Вт в корпусе КТ‑81С.
Нитрид-галлиевая технология находит широкое применение в бытовых силовых устройствах благодаря возможности создания на ее основе компактных изделий с высокой мощностью и КПД. Особенно многообещающей в гражданской сфере выглядит технология нитрида галлия на кремнии, поскольку она сочетает в себе высокие электрические характеристики нитрида галлия с технологичностью и невысокой стоимостью кремниевых оснований.
Недавно АО «НИИЭТ» завершил разработку серии силовых нормально закрытых ключевых транзисторов на основе нитрида галлия на кремнии ТНГ-К. Данная серия доступна как в металлокерамических, так и в пластиковых корпусах. Новые транзисторы обладают высокими скоростями переключения, рабочими токами и КПД, а применение индуцированного канала позволяет упростить схемотехнику драйвера, поскольку данные приборы не требуют отрицательного смещения на затворе для перевода в закрытое состояние. Основные характеристики транзисторов серии ТНГ-К приведены в табл. 3. Эти изделия производятся серийно и доступны для заказа.
Сборочное производство для корпусирования ЭКБ в пластик
Сборка в пластиковые корпуса является основной технологией корпусирования полупроводниковых электронных компонентов гражданского применения, что обусловлено оптимальным для данного рынка сочетанием надежности, защитных свойств и сравнительно низкой стоимости. В России большинство ИС и полупроводниковых приборов исторически собираются в металлокерамические корпуса, которые стоят значительно дороже, а их надежность и эксплуатационные характеристики избыточны для многих областей, в особенности для аппаратуры потребительского класса. Это является одним из факторов, препятствующих широкому применению отечественной ЭКБ в гражданской сфере, где цена оказывает существенное влияние на конкурентоспособность.
АО «НИИЭТ» обладает собственными технологическими возможностями по корпусированию ИС. В 2016 году были введены в эксплуатацию новые мощности предприятия по сборке ЭКБ и модулей в металлокерамические корпуса в рамках выполнения ФЦП «Техническое перевооружение производства СБИС и мощных СВЧ транзисторов».
Ряд операций, реализованных на данном производстве, может применяться и для изготовления ИС в пластиковых корпусах как часть технологического маршрута. Эти возможности используются при изготовлении продукции как самого предприятия, так и сторонних заказчиков. Среди данных операций – разделение пластин, монтаж шариковых выводов компонентов типа BGA, монтаж кристаллов по технологии flip-chip (сборка в стек от 2 до 6 кристаллов, монтаж типа «кристалл на кристалле», «кристалл на пластине», «кристалл на плате») и др.
Идея создать собственную производственную площадку с полным циклом корпусирования в пластик возникла в институте в 2021 году как ответ на возросшее количество заявок на ЭКБ для гражданского сектора. В феврале текущего года Фондом развития промышленности (ФРП) была одобрена заявка ООО «Сборочные системы» (дочернее предприятие АО «НИИЭТ») на создание этой площадки. В настоящее время ведутся активные работы по реализации данного проекта. Пробный запуск намечен на 1‑й квартал 2024 года, а серийное производство компонентов в пластиковых корпусах планируется начать уже во 2‑м квартале.
Целевая мощность площадки – 10 млн компонентов в год. Среди планируемых к выпуску изделий – микроконтроллеры, ИС преобразователей питания, кремниевые и нитрид-галлиевые СВЧ-транзисторы и другие компоненты в стандартных пластиковых корпусах QFP, QFN, SOT, SOIC, TO.
Площадку предполагается использовать для корпусирования как собственных изделий АО «НИИЭТ», так и продукции внешних заказчиков. Со стороны предприятий электронной промышленности уже есть обращения по вопросам сборки их изделий на создаваемом производстве. При этом институт открыт к обсуждению расширения ряда корпусов, в которые будет осуществляться сборка.
Введение в строй новой площадки позволит не только снизить стоимость ЭКБ производства АО «НИИЭТ» для гражданского рынка, что очень важно в данном сегменте, но и обеспечить больший контроль над процессом ее изготовления и, как следствие, повысить устойчивость поставок продукции заказчикам.
Устройства для широкого потребительского рынка
Как уже было отмечено, наибольшим потенциалом с точки зрения объемов производства обладает широкий потребительский рынок. АО «НИИЭТ» в настоящее время активно развивает это новое для себя направление.
В период пандемии COVID‑19, когда многие сотрудники различных компаний и организаций были переведены на удаленный режим работы, что дало импульс развитию онлайн-сервисов, в том числе видеоконференций, предприятием была разработана док-станция для мобильных устройств Sunflower Station S.08 с рядом функций, полезных при проведении ВКС и участии в удаленных совещаниях (рис. 2). Среди них – поворот станции по касанию сенсорного кольца и отслеживание положения докладчика по маркеру и источнику звука. На основе полупроводниковых приборов, выполненных по GaN-технологии в станции реализована эффективная беспроводная зарядка установленного в нее устройства.
Нитрид-галлиевая технология позволила достичь высоких характеристик и у самого популярного на данный момент изделия предприятия для потребительского рынка – автомобильного зарядного устройства для смартфонов, планшетов и других электронных устройств (рис. 3). Подключаемое в гнездо прикуривателя автомобиля устройство позволяет одновременно заряжать до трех гаджетов. Один из портов Type-C обеспечивает мощность зарядки 65 Вт, два других порта – Type-C и USB Type-A – по 30 Вт. Максимальная суммарная выходная мощность составляет 95 Вт. Характеристики устройства позволяют заряжать с его помощью в том числе ноутбуки, а поддержка ряда стандартов быстрой зарядки дает возможность заряжать за короткое время гаджеты различных производителей. При этом устройство по своим габаритам сравнимо с обычными зарядками, рассчитанными на меньшую мощность, что удалось достичь именно применением компонентов на основе нитрида галлия на кремнии.
Успешность данного продукта, помимо его технических характеристик, связана с тем, что для его продажи используется такой популярный канал, как маркетплейсы.
Недавно на рынок было выведено еще одно зарядное устройство разработки предприятия – сетевая зарядка мощностью 65 Вт (рис. 4), также основанная на нитрид-галлиевой технологии и содержащая три порта: один USB Type-A и два Type-C.
Кроме того, институтом разрабатываются стационарные стойки для зарядки гаджетов. В начале июля текущего года такие устройства были установлены в Воронежском государственном лесотехническом университете имени Г. Ф. Морозова.
* * *
АО «НИИЭТ», обладая длительной историей в области разработки и производства полупроводниковых приборов и микросхем, использует свой опыт для создания изделий ЭКБ для гражданского рынка, а также развивает свою производственную базу и осваивает новые направления, такие как устройства для широкого потребления. В настоящее время для российских производителей открывается окно возможностей для создания востребованной гражданской продукции. Учитывающие потребности данного рынка электронные компоненты разработки института, часть из которых описана в данной статье, призваны помочь разработчикам гражданской аппаратуры в достижении высоких характеристик и конкурентоспособности их изделий. За более подробной информацией вы всегда можете обратиться к специалистам АО «НИИЭТ» через форму обратной связи на странице https://niiet.ru/contacts. ●
назначения АО «НИИЭТ»:
от транзисторов и микроконтроллеров
до зарядных устройств
В. Малеев
Чем больше объем производства продукции, тем ниже ее себестоимость. Этот закон работает в любой отрасли, но в микроэлектронике он проявляет себя особенно ярко. Без крупных серий невозможно ни достижение конкурентоспособности микроэлектронной продукции с точки зрения цены, ни обеспечение достаточного уровня доходности производства для инвестирования в новые технологии. Поэтому освоение гражданского направления, характеризующегося большим объемом рынка, является крайне важным для развития микроэлектронного предприятия.
Разработка гражданской продукции и освоение производственных технологий для данного сектора – одно из приоритетных направлений деятельности АО «НИИЭТ». За последние годы предприятием разработан и запущен в серийное производство ряд изделий ЭКБ гражданского назначения, ведутся разработки новых полупроводниковых приборов и ИС. В настоящее время институт реализует проект по созданию собственного сборочного производства транзисторов и микросхем в пластиковых корпусах. Кроме того, на рынке уже представлены первые устройства для широкого потребления, созданные АО «НИИЭТ».
Микроконтроллеры
гражданского применения
Область применения микроконтроллеров в настоящее время чрезвычайно широка, и потребность в них будет только возрастать. Этому способствуют растущие требования к функциональности, интеллектуальности и гибкости современной аппаратуры, а также распространение систем интеллектуального управления, сбора и обработки информации. Помимо этого, более широкое применение находят электроприводы, системы управления которых также строятся на основе микроконтроллеров.
Примерами российских микроконтроллеров, отвечающих современным требованиям рынка разработки гражданской электроники являются, в частности, две новые микросхемы разработки АО «НИИЭТ» К1946ВК028 и К1946ВК035. Это 32‑разрядные микроконтроллеры на основе RISC-ядра, выполненные в пластиковых корпусах. Они обладают широким функционалом и большим количеством встроенных интерфейсов и модулей, в том числе позволяющих осуществлять с их помощью управление электроприводами и другими электрическими системами, а именно модули ШИМ, блоки захвата, модули АЦП.
Данные микроконтроллеры могут применяться в различных областях, включая системы управления, средства связи, наблюдения, безопасности, автоматизации производства, медицинскую, железнодорожную технику, энергетику и др.
Кроме того, в мае 2021 года было подтверждено соответствие производства одного из микроконтроллеров предприятия стандарту IATF 16949:2016, устанавливающему требования к системе менеджмента качества предприятий автомобильной промышленности, что стало важным шагом к применению продукции АО «НИИЭТ» в электронных блоках автомобилей. Поскольку производство различных ИС предприятия основано на одних и тех же процессах, по мере формирования спроса на новые микроконтроллеры на рынке автоэлектроники может быть получено соответствующее подтверждение и для них.
ИС К1946ВК028 отличается повышенным быстродействием. Работая на тактовой частоте 200 МГц, она показывает производительность примерно на 25% выше, чем микроконтроллеры аналогичного класса компании STMicroelectronics. Особенностью ИС К1946ВК035 являются малые габариты – 6 × 6 мм. На момент выхода на рынок данный микроконтроллер являлся самым компактным 32‑разрядным отечественным микроконтроллером. На основе ИС К1921ВК035 – аналоге К1946ВК035, выпускаемом в другом корпусе – дизайн-центром «Восток» была создана программно-аппаратная платформа быстрой разработки электронных устройств Vostok UNO-VN035, pin-to-pin совместимая с существующими платами расширения для платформы Arduino UNO и предназначенная, в частности, для изучения основ программирования микроконтроллеров и других образовательных задач, а также для прототипирования и отладки решений для встраиваемых систем.
Основные технические характеристики микроконтроллеров К1946ВК028 и К1946ВК035 приведены в табл. 1. 3D-модель ИС К1946ВК035 показана на рис. 1а.
Кроме того, институтом ведется разработка 8‑разрядного микроконтроллера К1946ВМ014 на архитектуре RISC в корпусе TQFP-44L, предназначенного для систем управления оборудованием, робототехники, сложных систем дистанционного управления, сетевых устройств, быстродействующих систем передачи и обработки данных, сложной бытовой техники, устройств ввода и отображения информации с сенсорным экраном и других многофункциональных устройств. Завершение данной разработки запланировано на конец текущего года.
Отметим, что возможность успешного применения микроконтроллеров АО «НИИЭТ» в системах управления уже подтверждена на практике. В частности, на двух микроконтроллерах предприятия построена система управления энергосистемой и электроприводами всесезонных электрических речных судов, которые начали перевозки пассажиров по Москве-реке в июне текущего года.
Разработки на основе RISC-V
Учитывая необходимость снижения зависимости от зарубежных проприетарных решений, одним из перспективных путей создания отечественных микропроцессоров и микроконтроллеров является использование открытых технологий, таких как архитектура RISC-V. Недавно АО «НИИЭТ» приступил к реализации двух проектов по созданию микроконтроллеров на данном ядре для различных задач, актуальных на гражданском рынке.
ОКР «Разработка и освоение серийного производства ультранизкопотребляющего микроконтроллера» выполняется с использованием программы субсидирования в соответствии с постановлением Правительства РФ от 24 июля 2021 года № 1252. Ее результатом станет 32‑разрядный микроконтроллер К1921ВГ015 со встроенным блоком управления режимами энергопотребления, низким током потребления в активном режиме и максимальной тактовой частотой до 80 МГц.
Ультранизкопотребляющие микроконтроллеры востребованы в таких перспективных областях, как Интернет вещей, системы сбора данных, автономные устройства управления – как стационарными объектами в труднодоступных местах, так и беспилотными транспортными средствами, которые находят всё более широкое применение, например, в сельском хозяйстве.
Одной из основных областей применения микроконтроллера К1921ВГ015 станут устройства учета потребления электроэнергии, воды и других ресурсов. Новая микросхема уже закладывается в проекты счетчиков электроэнергии. Микроконтроллер содержит криптографический сопроцессор с генератором случайных чисел, модулями вычисления контрольной суммы CRC32 и шифрования по алгоритмам AES 128/256, «Кузнечик», «Магма», HASH, а также датчик вскрытия корпуса устройства на три входа с питанием от батарейного домена, что позволяет строить на его основе устройства с защитой обрабатываемой и передаваемой информации, устойчивые в том числе к преднамеренным попыткам несанкционированного внесения изменений в само устройство и в собираемые им данные.
Первый этап его разработки завершен, сейчас она находится на этапе изготовления и испытания опытного образца.
Второй проект по созданию микроконтроллеров на основе архитектуры RISC-V – комплексный. Он также выполняется с использованием субсидии согласно постановлению Правительства РФ от 24 июля 2021 года № 1252. В его рамках разрабатывается четыре микроконтроллера:
двухъядерный 32‑разрядный контроллер;
универсальный энергоэффективный 32‑разрядный микроконтроллер с функциями управления двигателями;
универсальный 32‑разрядный микроконтроллер, предназначенный для применения в портативных системах с ограничениями по размерам;
32‑разрядный микроконтроллер с малым количеством выводов (32), предназначенный для построения на его основе систем Интернета вещей (IoT).
Все разрабатываемые микроконтроллеры обладают встроенной энергонезависимой памятью программ флеш-типа и широким набором интерфейсов и модулей для управления периферийными и исполнительными устройствами.
Основные планируемые технические характеристики ИС, разрабатываемых в рамках данных проектов, приведены в табл. 2. 3D-модель ИС К1921ВГ015 показана на рис. 1б. На все пять типов микроконтроллеров открыт прием предварительных заказов.
СВЧ- и силовые транзисторы
Разработка и производство полупроводниковых приборов, в частности СВЧ- и силовых транзисторов, – одно из традиционных направлений деятельности АО «НИИЭТ». В данной области, как и в сфере интегральных схем, институт постоянно совершенствует свои решения в соответствии с современным уровнем развития технологий. В частности, предприятием освоена технология LDMOS, широко востребованная в мире прежде всего в телекоммуникационном оборудовании и других радиотехнических устройствах. Также серийно выпускаются транзисторы разработки АО «НИИЭТ» на основе нитрида галлия на кремнии.
Среди последних разработок института – серия из двух типов мощных СВЧ LDMOS-транзисторов новейшего поколения КП9171А и КП9171БС, предназначенных для усилителей сигналов цифрового телевизионного вещания стандартов DVB-T / DVB-T2. Учитывая требования данных стандартов, новые транзисторы обладают высокой линейностью, а также повышенным КПД и низким тепловым сопротивлением между кристаллом и корпусом. Хотя технология LDMOS была освоена предприятием еще в 2006 году, для достижения необходимых характеристик новых приборов при их проектировании была значительно усовершенствована конструкция СВЧ-кристаллов LDMOS, а процесс их изготовления был переработан, что позволило существенно повысить радиочастотную производительность, линейность и надежность транзисторов.
Транзистор КП9171А является аналогом прибора BLF881 и выполнен в корпусе КТ‑55С‑1. Его коэффициент усиления по мощности составляет не менее 20 дБ, коэффициент полезного действия стока – не менее 45%, коэффициент комбинационных составляющих третьего порядка – не более –30 дБ при выходной мощности в пике огибающей 140 Вт и напряжении питания 50 В на рабочей частоте 860 МГц.
Транзистор КП9171БС – аналог прибора BLF989Е в балансном корпусе КТ‑103А‑2. Он содержит согласующую цепь по входу. Коэффициент усиления по мощности транзистора составляет не менее 18,6 дБ, коэффициент полезного действия стока – не менее 50%, значение параметра IMDshldr – не более –33 дБ при непрерывной выходной мощности 180 Вт и напряжении питания 50 В на рабочей частоте 550 МГц.
Хотя основной областью применения новых приборов являются усилители телевизионных сигналов, их передовые характеристики, в частности большая выходная мощность в сравнении с транзисторами предыдущего поколения и повышенный КПД, позволят улучшить с их помощью параметры аппаратуры и в других областях, например в устройствах навигации.
Еще одна новая разработка АО «НИИЭТ», представленная рынку в прошлом году, – компактный мощный СВЧ-транзистор ПП9170Е на основе GaN для диапазона 6–6,4 ГГц, обладающий высоким потенциалом применения в перспективных телекоммуникационных системах. Прибор выполнен на основе двух транзисторных кристаллов с согласованием с помощью LC-цепей, что позволило реализовать транзистор с выходной импульсной мощностью не менее 50 Вт в корпусе КТ‑81С.
Нитрид-галлиевая технология находит широкое применение в бытовых силовых устройствах благодаря возможности создания на ее основе компактных изделий с высокой мощностью и КПД. Особенно многообещающей в гражданской сфере выглядит технология нитрида галлия на кремнии, поскольку она сочетает в себе высокие электрические характеристики нитрида галлия с технологичностью и невысокой стоимостью кремниевых оснований.
Недавно АО «НИИЭТ» завершил разработку серии силовых нормально закрытых ключевых транзисторов на основе нитрида галлия на кремнии ТНГ-К. Данная серия доступна как в металлокерамических, так и в пластиковых корпусах. Новые транзисторы обладают высокими скоростями переключения, рабочими токами и КПД, а применение индуцированного канала позволяет упростить схемотехнику драйвера, поскольку данные приборы не требуют отрицательного смещения на затворе для перевода в закрытое состояние. Основные характеристики транзисторов серии ТНГ-К приведены в табл. 3. Эти изделия производятся серийно и доступны для заказа.
Сборочное производство для корпусирования ЭКБ в пластик
Сборка в пластиковые корпуса является основной технологией корпусирования полупроводниковых электронных компонентов гражданского применения, что обусловлено оптимальным для данного рынка сочетанием надежности, защитных свойств и сравнительно низкой стоимости. В России большинство ИС и полупроводниковых приборов исторически собираются в металлокерамические корпуса, которые стоят значительно дороже, а их надежность и эксплуатационные характеристики избыточны для многих областей, в особенности для аппаратуры потребительского класса. Это является одним из факторов, препятствующих широкому применению отечественной ЭКБ в гражданской сфере, где цена оказывает существенное влияние на конкурентоспособность.
АО «НИИЭТ» обладает собственными технологическими возможностями по корпусированию ИС. В 2016 году были введены в эксплуатацию новые мощности предприятия по сборке ЭКБ и модулей в металлокерамические корпуса в рамках выполнения ФЦП «Техническое перевооружение производства СБИС и мощных СВЧ транзисторов».
Ряд операций, реализованных на данном производстве, может применяться и для изготовления ИС в пластиковых корпусах как часть технологического маршрута. Эти возможности используются при изготовлении продукции как самого предприятия, так и сторонних заказчиков. Среди данных операций – разделение пластин, монтаж шариковых выводов компонентов типа BGA, монтаж кристаллов по технологии flip-chip (сборка в стек от 2 до 6 кристаллов, монтаж типа «кристалл на кристалле», «кристалл на пластине», «кристалл на плате») и др.
Идея создать собственную производственную площадку с полным циклом корпусирования в пластик возникла в институте в 2021 году как ответ на возросшее количество заявок на ЭКБ для гражданского сектора. В феврале текущего года Фондом развития промышленности (ФРП) была одобрена заявка ООО «Сборочные системы» (дочернее предприятие АО «НИИЭТ») на создание этой площадки. В настоящее время ведутся активные работы по реализации данного проекта. Пробный запуск намечен на 1‑й квартал 2024 года, а серийное производство компонентов в пластиковых корпусах планируется начать уже во 2‑м квартале.
Целевая мощность площадки – 10 млн компонентов в год. Среди планируемых к выпуску изделий – микроконтроллеры, ИС преобразователей питания, кремниевые и нитрид-галлиевые СВЧ-транзисторы и другие компоненты в стандартных пластиковых корпусах QFP, QFN, SOT, SOIC, TO.
Площадку предполагается использовать для корпусирования как собственных изделий АО «НИИЭТ», так и продукции внешних заказчиков. Со стороны предприятий электронной промышленности уже есть обращения по вопросам сборки их изделий на создаваемом производстве. При этом институт открыт к обсуждению расширения ряда корпусов, в которые будет осуществляться сборка.
Введение в строй новой площадки позволит не только снизить стоимость ЭКБ производства АО «НИИЭТ» для гражданского рынка, что очень важно в данном сегменте, но и обеспечить больший контроль над процессом ее изготовления и, как следствие, повысить устойчивость поставок продукции заказчикам.
Устройства для широкого потребительского рынка
Как уже было отмечено, наибольшим потенциалом с точки зрения объемов производства обладает широкий потребительский рынок. АО «НИИЭТ» в настоящее время активно развивает это новое для себя направление.
В период пандемии COVID‑19, когда многие сотрудники различных компаний и организаций были переведены на удаленный режим работы, что дало импульс развитию онлайн-сервисов, в том числе видеоконференций, предприятием была разработана док-станция для мобильных устройств Sunflower Station S.08 с рядом функций, полезных при проведении ВКС и участии в удаленных совещаниях (рис. 2). Среди них – поворот станции по касанию сенсорного кольца и отслеживание положения докладчика по маркеру и источнику звука. На основе полупроводниковых приборов, выполненных по GaN-технологии в станции реализована эффективная беспроводная зарядка установленного в нее устройства.
Нитрид-галлиевая технология позволила достичь высоких характеристик и у самого популярного на данный момент изделия предприятия для потребительского рынка – автомобильного зарядного устройства для смартфонов, планшетов и других электронных устройств (рис. 3). Подключаемое в гнездо прикуривателя автомобиля устройство позволяет одновременно заряжать до трех гаджетов. Один из портов Type-C обеспечивает мощность зарядки 65 Вт, два других порта – Type-C и USB Type-A – по 30 Вт. Максимальная суммарная выходная мощность составляет 95 Вт. Характеристики устройства позволяют заряжать с его помощью в том числе ноутбуки, а поддержка ряда стандартов быстрой зарядки дает возможность заряжать за короткое время гаджеты различных производителей. При этом устройство по своим габаритам сравнимо с обычными зарядками, рассчитанными на меньшую мощность, что удалось достичь именно применением компонентов на основе нитрида галлия на кремнии.
Успешность данного продукта, помимо его технических характеристик, связана с тем, что для его продажи используется такой популярный канал, как маркетплейсы.
Недавно на рынок было выведено еще одно зарядное устройство разработки предприятия – сетевая зарядка мощностью 65 Вт (рис. 4), также основанная на нитрид-галлиевой технологии и содержащая три порта: один USB Type-A и два Type-C.
Кроме того, институтом разрабатываются стационарные стойки для зарядки гаджетов. В начале июля текущего года такие устройства были установлены в Воронежском государственном лесотехническом университете имени Г. Ф. Морозова.
* * *
АО «НИИЭТ», обладая длительной историей в области разработки и производства полупроводниковых приборов и микросхем, использует свой опыт для создания изделий ЭКБ для гражданского рынка, а также развивает свою производственную базу и осваивает новые направления, такие как устройства для широкого потребления. В настоящее время для российских производителей открывается окно возможностей для создания востребованной гражданской продукции. Учитывающие потребности данного рынка электронные компоненты разработки института, часть из которых описана в данной статье, призваны помочь разработчикам гражданской аппаратуры в достижении высоких характеристик и конкурентоспособности их изделий. За более подробной информацией вы всегда можете обратиться к специалистам АО «НИИЭТ» через форму обратной связи на странице https://niiet.ru/contacts. ●
Отзывы читателей
