Микроэлектронные устройства СВЧ-диапазона (МЭУ СВЧ) - неотъемлемая часть современных радиоэлектронных средств (РЭС) связи и телекоммуникаций. Разработка и совершенствование элементной базы для МЭУ СВЧ совместно с другими микроэлектронными изделиями позволяет улучшить технические и эксплуатационные характеристики устройств, расширить их функциональные возможности, уменьшить габаритные размеры и массу, снизить энергопотребление, повысить надежность.
Элементная база электроники СВЧ условно может быть разделена на вакуумную и твердотельную, последняя (которой и посвящена данная часть пособия) представляет собой область микроэлектроники, связанную с разработкой и производством полупроводниковых микроэлектронных изделий, выполняющих определенные радиотехнические функции (генерирования, детектирования, усиления, преобразования, кодирования и др.) в диапазоне частот 0,3...300 ГГц.
Микроэлектроника СВЧ базируется на конструкторско-технологических принципах и методах полупроводниковой и гибридно-пленочной техники. Однако при проектировании конструкции и технологии изготовления МЭУ СВЧ необходимо учитывать ряд факторов:
- зависимость характеристик линий передачи СВЧ от свойств материалов подложек;
- необходимость согласования входящих в МЭУ СВЧ-элементов по импедансу;
- концентрацию электромагнитного поля в малом объеме и необходимость предотвращения его излучения в пространство;
- повышенные требования к точности геометрических размеров пленочных проводников и их взаимному расположению на поверхности платы;
- необходимость минимизации неоднородностей линий передачи, приводящих к искажению структуры электромагнитного поля.
Достижения в создании современных МЭУ СВЧ неразрывно связаны с совершенствованием схемотехнических решений, их конструкций и технологий изготовления.
Развитие МЭУ СВЧ шло по следующим направлениям:
- разработка и совершенствование полупроводниковых активных приборов, выполняющих функции генерирования, детектирования и усиления сигналов СВЧ, совместимых с пленочными линиями передачи;
- разработка микрополосковых линий передачи СВЧ на основе многослойных тонкопленочных структур или проводниковых паст, обеспечивающих минимальные потери мощности и высокие эксплуатационные характеристики;
- совершенствование сборочно-монтажных процессов с целью обеспечения прецизионной установки полупроводниковых приборов, «стыковки» плат между собой, соединения с СВЧ-соединителем и др.;
- разработка новых конструкций корпусов для МЭУ СВЧ, позволяющих создавать сложные многоплатные многоуровневые МЭУ СВЧ, и способов их герметизации.
Важным аспектом совершенствования МЭУ СВЧ является повышение их технологичности. В основе создания высокотехнологичных конструкций МЭУ СВЧ лежат принципы технологического проектирования:
- проектирование элементов производственной системы исходя из условия обеспечения высокой технологичности изделия;
- проектирование технологических процессов на основе анализа характеристик элементов конструкции и МЭУ СВЧ в целом;
- проектирование рациональных технологических маршрутов изготовления элементов и МЭУ СВЧ с учетом их конструктивных особенностей;
- накопление технологической информации и создание базы данных, с целью прогнозирования изменения сформированных свойств пленочных элементов и контактных соединений в процессе эксплуатации МЭУ СВЧ.
При технологическом проектировании также проводят оценку технологичности МЭУ СВЧ, которая включает расчет показателей технологичности, анализ технологических возможностей производственной системы, совершенствование конструкции с целью улучшения ее технологичности и др.
В шести разделах пособия рассмотрены: существующие элементы микросхем СВЧ; вопросы расчета и проектирования полосковых линий и элементов гибридных интегральных схем; особенности полупроводниковых ИС СВЧ; реальные неоднородности и элементы пассивных элементов и узлов; основные методы и приемы технологического исполнения полосковых устройств; главные активные устройства СВЧ и вопросы их расчета и конструирования.
В завершении учебного пособия приведены тестовые задания для самоподготовки студентов с таблицей правильных ответов и библиографическим списком.
Учебное пособие предназначено для магистров направления 210100.68 «Электроника и наноэлектроника», программа подготовки «Электронные микроволновые и квантовые приборы и устройства» и содержит все необходимые сведения, позволяющие разрабатывать микроволновые устройства на различных линиях передачи.
Курс изучается во втором и третьем семестрах и содержит вопросы проектирования и технологии производства микроэлектронной компонентной базы устройств СВЧ в гибридном и интегральном исполнении на полосковых линиях передачи. Рассматриваются как принципы работы устройств для систем радиотехнической электроники, радиолокации, навигации и ретрансляции сигналов, так и вопросы анализа и синтеза устройств таких систем на основе различных полупроводниковых приборов и линий передач.
Учебное пособие ориентировано на изучения соответствующих разделов курса и для выполнения курсовых и выпускных квалификационных работ и проектов бакалаврами, специалистами и магистрами.