Программа исследований технологической платформы «свч технологии»

Утверждена 31 июля 2015 года

на заседании Наблюдательного совета

технологической платформы «СВЧ технологии»

под председательством М.И. Критенко Заместителя начальника

Департамента планирования и промышленной политики

Государственной корпорации «Ростех»

Москва, 2015

Стратегии развития электронной промышленности России на период до 2025 года;

Концепции долгосрочного социально-экономического развития Российской Федерации на период до 2020 года;

Основ политики Российской Федерации в области развития науки и технологий на период до 2020 года и дальнейшую перспективу;

Основ политики Российской Федерации в области развития электронной компонентной базы на период до 2010 года и дальнейшую перспективу;

Государственной программы вооружения на период до 2020 года,

а также результаты фундаментальных, прикладных и прогнозных исследований, результаты реализации и планы выполнения НИОКР и капитального строительства в рамках федеральных целевых программ «Развитие электронной компонентной базы и радиоэлектроники» на 2008-2015 годы, «Развитие оборонно-промышленного комплекса Российской Федерации на 2011-2020 годы», комплексных целевых программ развития СВЧ электроники для обеспечения перспективных и существующих систем вооружения и военной техники, радиоэлектронной аппаратуры двойного и гражданского (общепромышленного) применения, достигнутый к настоящему времени и планируемый на программный период технический уровень изделий отечественной СВЧ электроники и научно-технический и производственно-технологический уровень предприятий СВЧ подотрасли, входящих в Холдинг ОАО «Российская электроника», а также предприятий и организаций СВЧ подотрасли, являющихся стратегическими партнерами Холдинга (в первую очередь, это организации Российской академии наук и предприятия оборонного промышленного комплекса, разрабатывающие и серийно производящие СВЧ устройства и компоненты).

Кроме того, использованы сведения о достигнутом к настоящему времени и планируемом на программный период техническом уровне отечественных высокоскоростных и телекоммуникационных технологий, технологий создания средств связи и цифрового телевидения, а также о научно-техническом и производственно-технологическом уровне отечественных предприятий подотрасли.

Изделия СВЧ электроники включают широкий спектр различных групп приборов, отличающихся по назначению, физическому принципу действия, конструкции и технологии изготовления. Это электровакуумные приборы СВЧ – ЭВП СВЧ (магнетроны, усилители М-типа, лампы бегущей и обратной волны, клистроны, клистроды, гироприборы); твердотельные приборы СВЧ в дискретном, монолитном, гибридном и гибридно-монолитном исполнении (СВЧ транзисторы и диоды, малошумящие СВЧ усилители, усилители СВЧ мощности, генераторы, синтезаторы частот, фазовращатели, аттенюаторы, переключатели, модуляторы, преобразователи частот (умножители, делители, смесители), модули СВЧ приемные, передающие, приемо-передающие); ферритовые приборы СВЧ (вентили, фазовращатели, фильтры, циркуляторы и пр.); комплексированные изделия СВЧ (электровакуумные, твердотельные и вакуумно-твердотельные, с применением в своем составе ЭВП СВЧ, твердотельных дискретных приборов и модулей СВЧ, ферритовых приборов СВЧ, изделий силовой и микроэлектроники). Отдельным сегментом выделяются законченные радиоэлектронные устройства, функционирующие в СВЧ и КВЧ диапазонах.

Именно поэтому в области СВЧ-электроники необходим такой инструмент межведомственного, межотраслевого и межвидового объединения российских предприятий и организаций, как «технологическая платформа».

Актуальная информация по развитию, новостям, участникам и мероприятиям технологической платформы «СВЧ технологии» представлена на сайте http://isvch.ru/tp/ .

Раздел 1. Текущие тенденции развития рынков и технологий

в сфере деятельности платформы
1.1. Описание текущего состояния рынков отраслей и секторов экономики по основным показателям (объемы рынков и их основных сегментов, динамика их роста и др.)

СВЧ-электроника сегодня является одним из основных векторов развития всей индустрии электроники. Это глобальный тренд, охватывающий все возможные области электроники - от изучения и создания технологий производства материалов, приборных структур, электронных компонентов до создания радиоэлектронной аппаратуры, конечных изделий, а также систем и комплексов (например, связных) их основе. С СВЧ-электроникой тесно связан ряд смежных направлений, относящихся практически ко всем видам материального производства, прежде всего - к контрольно-измерительному и аналитическому оборудованию, телекоммуникационной индустрии, транспортной промышленности (авиация, железнодорожный, автодорожный и водный транспорт), медицинской технике, машиностроительному оборудованию, решениям для пищевой, химической, горнодобывающей и перерабатывающей промышленности и т.д. В силу развития технологий и материалов, сегодня СВЧ-электроника начинает играть ту же роль, которую с середины 1970-х годов и начала играть "традиционная" электроника, базирующаяся на планарной технологии СБИС.

В 2014 г., согласно данным аналитической компании WSTS, общемировой объем продаж полупроводниковых приборов превысил 333,6 млрд. долл., и в 2015 г. составит 347 млрд. и 370 млрд. долл. - к 2017 г. Причем предсказываемый общий рост рынка относительно невелик - на уровне 3% в год. Однако отдельные направления полупроводниковой электроники, такие как оптоэлектроника и аналоговая электроника (все это - направления СВЧ-электроники) по прогнозу WSTS будут развиваются опережающими темпами - 8,3 и 5,6% в год, соответственно. Отметим, что за первые 5 месяцев 2015 года рост полупроводниковой электроники в целом по отношению к тому же периоду 2014 года составил 6,2%. В 2014 году рост по отношению к 2013 составил почти 10%, лидерами роста были память, аналоговые компоненты, дискретные полупроводники и оптоэлектронные компоненты. Таким образом, мы видим относительное замедление общего темпа роста рынка полупроводников и начало усиления значимости на этом рынке именно СВЧ-технологий.

Развитие микроэлектронных СВЧ-технологий обуславливает появление новых радиоэлектронных устройств и систем на их основе как конечного продукта. Важность создания СВЧ-радиоэлектронных устройств для связи, радиолокации, медицины, транспорта и т.п. осознавалась специалистами с середины прошлого века. Однако массогабаритные, энергетические, стоимостные характеристики устройств, которые тогда можно было создать, не соответствовали как требованиям массового рынка, так и требованиям, предъявляемым к системам ВВСТ. Зачастую уровень технологий просто не позволял даже ставить задачу на разработку СВЧ РЭИ. Ситуация кардинально изменилась с бурным развитием микроэлектронных технологий - как в направлении кремниевых КМОП, таки и в области создания и промышленного освоения новых материалов. Вместе с ними развились новые технологии корпусирования, гибридизации - например, появились трехмерные гибридные интегральные схемы, "системы в корпусе", развились технологии 3D-интеграции, а сегодня уже идет речь о трехмерных гетерогенных интегральных схемах на одном кристалле.

Важно отметить, что в середине 1980-х годов, на которые приходится начало массового освоения новых материалов и технологий СВЧ-электроники, рынок был преимущественно связан с военными комплексами и системами. Однако уже через 10 лет, в середине 1990-х мировой рынок потребления продукции СВЧ-электроники стал преимущественно гражданским. Во многом это было обусловлено появлением и массовым распространением телекоммуникационных систем - прежде всего, сетей сотовой связи, а к началу 2000-х - локальных систем беспроводной связи, таких как Wi-Fi. Тогда речь шла преимущественно и приборах на основе GaAs-, позднее - на основе SiGe-технологий.

С тех пор тенденция развития гражданского, коммерческого рынка СВЧ-электроники только усиливается. В 2003 году военный и космический секторы рынка потребляли лишь 9% всех мощных (свыше 20 Вт), 76% потребления таких приборов было связано с сегментом базовых станций сотовой связи. Сегодня (2014 г.) в мире объем рынка полупроводниковых СВЧ-приборов, по различным источникам, оценивается на уровне 9 млрд. долл. Из них доля рынка военных систем составляет 4,7%. Доминирует рынок систем сотовой связи (65,9%) и других беспроводных телекоммуникационных систем (20,5%). Другие значимые рынки - ВОЛС (3,7%), бытовая электроника (3,9%). В самом начале развития находится рынок СВЧ-технологий для автомобильной промышленности - менее 1,8%. С точки зрения технологий, на рынке доминируют решения на основе GaAs (6,6 млрд. долл.), причем направление GaAs бурно растет примерно с 2004 года в среднем на 11% в год.

Конечно, СВЧ-электроника - как в России, так и за рубежом - в огромной степени определяет и ТТХ современных систем ВВСТ. Поэтому технологии создания изделий СВЧ-электроники отнесены к критичным технологиям. Важность этого направления едва ли уместно измерять долей рынка, поскольку идет речь о безопасности государства. Однако концентрация только на военном применении СВЧ-электроники означает ровно тот факт, что остальные области применения (сегодня - более 95%) оказываются просто неохваченными, т.е. отданными на откуп зарубежным производителям. Кроме того, специфика микроэлектронных технологий такова, что стабильные характеристики элементной базы, ее качество и надежность можно обеспечить только при массовом выпуске - штучное производство здесь невозможно.

Поэтому при развитии СВЧ-электроники необходимо в равной степени ориентироваться как на потребности коммерческого рынка, так и на требования создания современных ВВСТ, диктуемые государством. При этом целесообразно использовать государственные программы, связанные с созданием ВВСТ (помимо выполнения основной задачи), именно как инвестиции в НИКОР, и концентрироваться на получении прибыли на массовых коммерческих рынках. Причем речь идет именно о массовых рынках (связь, вычислительная техника, бытовая электроника и т.д.), но не о гражданских рынках, в основном контролируемых государством - просто в силу несопоставимости размеров этих рынков. Сегодня эти российские рынки в основном заняты продукцией зарубежных производителей, и конкурировать в рамках уже ставшей массовой продукции с ними практически невозможно. Поэтому именно развивающаяся СВЧ-электроника, формирующая сегодня новые направления, новые продукты и новые рынки, позволяет новым игрокам (в данном случае - российским компаниям) занять на них достойное место, что и явилось причиной и целью создания технологической платформы "СВЧ-электроника".

Именно возможности новых микроэлектронных СВЧ-технологий и тесно связанных с ними цифровых микроэлектронных технологий (которые сегодня по существу тоже являются "сверхвысокочастотными", но оперируют не аналоговыми сигналами, а информационными потоками) позволили развиться многим направлениям электроники, машиностроения, аналитического приборостроения, биомедицины и др. областей.

В свою очередь, развивающиеся на базе СВЧ-электроники направления диктуют все новые требования к СВЧ-элементной базе - по частотам, широкополосности, мощности, КПД, уровню шумов, массогабаритным и стоимостным характеристикам. Это неразрывный взаимосвязанный процесс - от конечных массовых применений до исследований в области материалов и технологий СВЧ-электроники. Поэтому говоря о развитии СВЧ-электроники, нужно говорить именно о комплексном подходе, о кооперации разработчиков материалов, создателей приборных структур, разработчиков элементной базы, производителей РЭА, создателей и эксплуататоров различных систем на их основе (телекоммуникационных, телеметрических, медицинских, оборонных и т.п.). Поскольку СВЧ-электроника в России, как и во всем мире, является критически важной технологией (не только с военной точки зрения, но и с позиции экономического развития и технологической независимости), необходима тесная работа с государственным структурами - регуляторами, законодателями, институтами инвестиционного развития и т.д.
1.2. Описание основных технических и технологических решений, в целом характеризующих текущий уровень развития рынков и технологий

СВЧ-электроника включает широкий спектр различных направлений, связанных с разработкой, производством и внедрением СВЧ элементной базы, конечных устройств и систем.

В области элементной базы можно назвать широкую группу приборов, отличающихся по назначению, физическому принципу действия, конструкции и технологии изготовления. Это

- электровакуумные приборы СВЧ (ЭВП СВЧ): магнетроны, усилители М-типа, лампы бегущей и обратной волны, клистроны, клистроды, гироприборы;

- твердотельные приборы СВЧ в дискретном, монолитном, гибридном и гибридно-монолитном исполнении: СВЧ транзисторы и диоды, малошумящие усилители, усилители мощности, генераторы, синтезаторы частот, фазовращатели, аттенюаторы, переключатели, модуляторы, преобразователи частот (умножители, делители, смесители),

- модули СВЧ: приёмные, передающие, приемо-передающие;

- ферритовые приборы СВЧ (вентили, фазовращатели, фильтры, циркуляторы и пр.);

- комплексированные изделия СВЧ: электровакуумные, твердотельные и вакуумно-твердотельные, с применением в своём составе ЭВП СВЧ, твердотельных дискретных приборов и модулей СВЧ, ферритовых приборов СВЧ, изделий силовой и микроэлектроники.

Сегодня можно говорить о появлении нового класса элементной базы СВЧ-электроники - высокоинтегрированной, совмещающей аналоговую и цифровую часть и даже фазированные антенные решетки в рамках одной монолитной микросхемы. Это - один из прорывов в области элементной базы, в корне меняющий принципы конструирования и построения радиоэлектронных устройств. Основная проблема работы с СВЧ-компонентами - особые требования к материалам подложек, объединительных плат, сложность конструирования СВЧ-узлов из-за необходимости учета СВЧ-эффектов, необходимость в волноводах, потребность в дорогостоящем контрольно-измерительном оборудовании, средствах САПР и т.д. С появлением новой СВЧ элементной базы все эти проблемы отпадают, поскольку инженер получает в свое распоряжение законченный функциональный СВЧ-модуль с цифровым интерфейсом и аналоговым СВЧ-портом для работы с полностью сформированным СВЧ-сигналом. Более того, появляются компоненты с интегрированными антеннами, в том числе - с динамически перестраиваемыми диаграммами направленности, что вообще исключает необходимость работы с аналоговыми СВЧ-трактами.

Подобная интеграция означает примерно то же, что и появление планарной технологии для всей электроники в целом, а затем - и создание на ее основе высокоинтегрированных микросхем, прежде всего - микропроцессоров и микроконтроллеров. Причем сегодня развиваются программы (например, DAHI под управлением DARPA), направленные на 3D-интеграцию в рамках одного кристалла функциональных элементов, созданных на основе различных технологий и материалов (например, кремниевый КМОП-процессор и СВЧ-трансивер на основе GaN и/или InP).

За рубежом (США, Франция, Япония и др.) при сохранении общего потенциала СВЧ-электроники в последние годы особенно бурное развитие получила твердотельная СВЧ-электроника и мощные вакуумные СВЧ приборы миллиметрового и террагерцового диапазона.

В США в результате реализации программ MIMIC, MASFET и др. технология МИС СВЧ с длиной затвора 0,25 мкм (для МИС, работающих на частотах до 30-40 ГГц) стала стандартом, многие фирмы освоили технологии
0,1…0,15 мкм для МИС миллиметрового диапазона. Промышленные сверхширокополосные монолитные усилители достигли коэффициента шума менее 3 дБ в полосе 2-18 ГГц, выпускаются широкополосные монолитные усилители с частотами до 100 ГГц, созданы монолитные усилители мощности с выходной мощностью до 5 Вт с кристалла в полосе 6-18 ГГц и КПД до 60%. Перешли в стадию испытаний гибридные вакуумно-твердотельные усилители с удельной мощностью свыше 80-100 Вт/кг в полосе 6-18 ГГц и КПД 25-40%. Освоен выпуск многофункциональных МИС с площадью 20-40 мм² при выходе годных 50-75%. Многими фирмами освоена технология выпуска МИС на базе гетероструктурных биполярных транзисторов, обеспечивающих 1,5…2-кратное увеличение КПД и удельной мощности широкополосных МИС. Промышленно выпускаются псевдоморфные гетероструктурные полевые транзисторы с мощностью до 1,5 Вт на частоте 18 ГГц при КПД 50% и усилении 9,5 дБ. Заканчивается переход на серийный выпуск пластин арсенида галлия диаметром 150-200 мм. Практически стандартизованы системы САПР МИС СВЧ, включающие средства объемного электродинамического моделирования, нелинейного анализа и подготовки шаблонов, реализованные на мощных рабочих станциях.

В результате реализации ряда программ в США и в Европе по созданию бортовых РЛС с АФАР (URR - Ultra Reliable Radar, AMSAR - Airborne Multirole multifunction Solid-state Active array Radar, GTAR - GAC Thomson Airborn Radar, HDMP – High Density Microwave Packaging Program, AVIP – «интеграция авионики» и др.) в рамках проектов F-22, YF-23, JSF проведен комплекс работ по созданию технологий и разработке T/R СВЧ приемо-передающих модулей для АФАР высокой плотности компоновки с применением керамики высокотемпературного (HTCC) и низкотемпературного (LTCC) обжига для создания многослойных плат, согласования, разводки и компоновки пассивных и активных (МИС) элементов СВЧ схем. В своей основе АФАР состоит из сотен, иногда тысяч (в зависимости от задач) отдельных приемо-передающих элементов, выполненных в виде приемопередающих модулей (ППМ). Управление данными, получаемыми от такого большого количества элементов, оказалось возможным благодаря большим вычислительным мощностям, которые стали доступны при небольших габаритах бортовых вычислителей. Поскольку стоимость самой антенны составляет около 52% от стоимости всей РЛС, фирмы-разработчики делают основные инвестиции именно в технологию изготовления ППМ. Начиная с 1994 г., к настоящему времени толщина ППМ фирмы Raytheon (США) уменьшилась на 90% и составляет 8 мм, масса снизилась на 83%, а стоимость упала на 82%. Это обусловлено архитектурными изменениями в ППМ, а также автоматизированной сборкой и испытаниями, которые сократили время производства.

Снижение стоимости является мощным стимулом применения технологии HDMP в начале 2000-х гг. Динамика снижения стоимости модуля такова, что при стоимости в начале 90-х  годов приблизительно несколько тыс. долл., сегодня стоимость T/R-модуля находится в пределах 600 - 800 долл. и продолжает снижаться, и через несколько лет снизится до порога в 200 долл. за модуль, после которого усовершенствования, по оценкам некоторых специалистов в аэрокосмической области, будут дороже ожидаемой экономии. В то же время, уже представлены первые образцы ППМ, реализованные в виде отдельной МИС (например, MAMF 011015 компании MACOM - ППМ-модуль Х-диапазона в пластиковом корпусе PQFN-44. Усиление по приему 9 дБ, по передаче - 26 дБ, мощность насыщения 23 дБм, диапазон сдвига фазы - 5,6), это направление будет интенсивно развиваться в ближайшие годы, поэтому мы вправе ожидать появления МИС ППМ с ценой ниже 100 долл.

Основные материалы, используемые сегодня для чипов интегральных схем СВЧ, – кремний (для низкочастотных или маломощный высокочастотных), арсенид галлия, (для высокочастотных), фосфид индия, нитрид галлия (для МИС мм диапазонов), кремний-германий (для низкочастотных МИС, включающих в свой состав схемы цифрового управления и обработки). При этом в количественном соотношении наиболее массовыми являются СВЧ приборы на основе арсенида галлия. В самой емкой рыночной нише (усилители мощности сотовых телефонов) – им принадлежит 80% всего мирового рынка. Причем когда сегодня говорят о GaAs, имеют в виду прежде всего гетероструктуры – AlGaAs/GaAs, InGaAs/GaAs и т.д. – и созданные на их базе транзисторы − биполярные и полевые с барьером Шоттки (HEMT). Арсенид галлия традиционно рассматривался как основной материал для СВЧ-приборов. Подвижность электронов (8500 см²/(В·с)), ширина запрещенной зоны и напряженность поля пробоя (1,42 эВ и 4·10⁵ В/см, соответственно) – делают GaAs предпочтительнее кремния в области СВЧ. Это был первый освоенный промышленностью материал из группы полупроводников A^IIIB^V, с которыми и сегодня связаны многие перспективы СВЧ-электроники.

Более 95% рынка монокристаллов GaAs составляют два типа материалов, приблизительно одинаковых по объему производства: полуизолирующий (ПИ) GaAs с удельным электросопротивлением >10⁷ Ом·см, используемый при производстве СВЧ ИС и дискретных приборов и сильно легированный кремнием (10¹⁷-10¹⁸ см^-3) GaAs с низкой плотностью дислокаций, применяемый при изготовлении светодиодов и лазеров.

Несмотря на опережающий рост эпитаксиальных технологий, основным методом изготовления активных слоев СВЧ приборов пока остается ионная имплантация непосредственно в подложку GaAs. Именно эта технология задает основные требования к ПИ материалу: высокое удельное сопротивление, обеспечивающее надежную изоляцию активных областей (>10⁷ Ом·см); низкое содержание фоновых примесей, присутствие которых может снижать концентрацию носителей заряда в активном слое; высокая однородность распределения электрофизических параметров по поперечному сечению слитка, выращенного в кристаллографическом направлении.

В объемном материале удовлетворить этим требованиям трудно, поэтому была предложена технология создания буферных слоев, при использовании которой на полуизолирующей подложке выращивается относительно толстый эпитаксиальный слой с высоким удельным сопротивлением. Активный слой создается либо дальнейшим эпитаксиальным наращиванием, либо методом ионной имплантации в буферном слое. Данная методика позволяет маскировать нежелательные свойства подложки, но при этом усложняется процесс и увеличивается стоимость изготовления. Практической целью исследований полуизолирующего GaAs является возможность образования активного слоя непосредственно на подложке, удовлетворяющего всем требованиям.

Помимо этого, экономические соображения производства ИС требуют использования пластин большой площади. Поэтому в середине 90-х годов в мировом производстве произошел переход на использование пластин ПИ GaAs диаметром 100 мм, а с конца 90-х годов начался переход на использование пластин диаметром 150 - 200 мм. Кристаллы такого диаметра и массой до 30 кг производятся с использованием промышленных технологий.

Прогресс в изучении электрических свойств полуизолирующего GaAs сдерживается трудностями, связанными с проведением измерений и интерпретацией результатов для высокоомных материалов. Даже сегодня еще существуют противоречия, касающиеся механизма проводимости в этих материалах и роли собственных дефектов или комплексов, связанных с примесями.

Материалы группы GaN со своими уникальными характеристиками - это серьезное научно техническое завоевание конца 20 – начала 21 века, которое помимо оптоэлектронных приборов (светодиодов, лазеров, ультрафиолетовых фотоприемников) открыло потенциальные возможности для создания высокочастотных, высокомощных и высокотемпературных электронных приборов. Речь идет, прежде всего, о полевых транзисторах на AlGaN/GaN -гетероструктурах.

Создание любого качественного полупроводникового изделия начинается с монокристаллической пластины, используемой в качестве подложки для дальнейшего наращивания приборной структуры. Структурное качество и однородность свойств подложечного материала определяет как параметры отдельного прибора, так и процент выхода годных приборов с пластины в целом. Как правило, для того чтобы выращивать структуры с минимальным содержанием дислокаций несоответствия используются подложки того же материала, что и наращиваемые эпитаксиальные слои, т.е. для соблюдения правила минимального рассогласования периодов решетки. Отсюда возникает проблема получения высококачественных однородных, в том числе полуизолирующих монокристаллических подложек, которые используются в многочисленных приборах и устройствах как СВЧ-электроники, так и оптоэлектроники, вычислительной и лазерной техники, силовой электроники, электроэнергетики, микро- и наноэлектроники. Актуальным остается вопрос получения подложек с высокими значениями удельного сопротивления, подвижности макро- и микро-однородностью распределения свойств по пластине. К приборам работающих в условиях жесткой радиации к этим требованиям добавляется еще требование по радиационной стойкости изделия.

Радиационное модифицирование полупроводниковых материалов, т.е. направленное изменение их свойств воздействием быстрых электронов, гамма-квантов, нейтронов, протонов, альфа-частиц, является одним из наиболее перспективных и бурно развивающихся в последние годы физико-технологических методов. Контролируемое введение как легирующих примесей, так и дефектов в полупроводниковые материалы радиационными методами в сочетании с последующими термическими обработками позволяет в широких пределах изменять их электрофизические, оптические, структурные характеристики. Одним из основных методов, позволяющих получать полупроводниковые материалы с высокой однородностью распределения примеси по объему, и соответственно свойств, является метод ядерного легирования.

В последние годы активно ведутся работы по созданию СВЧ полупроводниковых приборов и устройств на основе алмазных структур, обладающих уникальными теплопроводными свойствами и радиационной стойкостью. Преодоление ряда технологических трудностей, связанных с физикой работы этих структур и их обработкой, позволяет с уверенность заявлять об их скором появлении в составе радиоэлектронной аппаратуры.

Наряду с разработкой активной СВЧ электронной компонентной базы, включающей создание базовых технологий производства транзисторов и монолитных сверхвысокочастотных микросхем на основе гетероструктур материалов группы А₃В₅, приемо-передающих сверхвысокочастотных субмодулей L-, S-, C- и X-диапазона, многофункциональных сверхвысокочастотных интегральных схем на основе нитридных гетероэпитаксиальных структур, гетероструктур «кремний – германий» и т.д., неотъемлемой частью и важным направлением развития СВЧ электроники является СВЧ пассивная электронная компонентная (СВЧ ПЭК).

В состав СВЧ ПЭК входят: СВЧ резисторы, поглотители, аттенюаторы, делители мощности, СВЧ конденсаторы, СВЧ индуктивности, СВЧ акустоэлектронные компоненты (СВЧ АЭК) и др.

Основными системами, в которых возможно применение СВЧ ПЭК на частотах от нескольких МГц до 20 ГГц, являются следующие: AMPS, глобальная система связи с подвижными объектами (GSM), NMT450 - 900 MHz, DECT, системы многостанционного доступа с кодовым разделением каналов (CDMA), цифровая сотовая связь (DCS), персональная радиотелефонная связь (PCN), беспроводная локальная вычислительная сеть (Wireless LAN), сотовые базовые станции (cellular mobile base stations) и абонентские подвижные радиостанции (private mobile radios): TETRA, PMR, UMTS.

Из всего многообразия СВЧ ПЭК наиболее выгодно отличаются по функциональным возможностям акустоэлектронные компоненты (АЭК). На их основе традиционно во всем мире изготавливаются элементы для радиотехнических систем, мобильной и сотовой связи и т.д. (фильтры, резонаторы, линии задержки и др.). Этим можно объяснить наиболее продвинутый уровень их производства - более 8 млрд. долларов США в 2001 году. Ежегодно разрабатывается свыше тысячи типономиналов акустоэлектронных устройств на поверхностных акустических волнах (ПАВ) с объемом производства более 1000 млн. в год. В мире более 60 компаний имеют дело с изготовлением либо использованием устройств на ПАВ. В основном предел рабочих частот АЭК на ПАВ ограничивается значением 2 ГГц, что связано с технологическими пределами применимости фотолитографических процессов при изготовлении встречно-штыревых преобразователей, являющимися основными элементами для приема и возбуждения ПАВ в пьезокристаллической подложке. Повышение рабочих частот (до 20 ГГц) СВЧ АЭК связано с разработкой акустоэлектронных компонентов нового поколения, работающих на нетрадиционных типах акустических волн (вытекающие акустические волны, Объемные акустические волны (ОАВ) в тонкопленочных пьезоструктурах (AlN. GaN, ZnO и т.д.), а также на новых видах пьезоакустических материалов.

Анализ новейших разработок ведущих мировых производителей СВЧ пассивных электронных компонентов, таких как Honeywell, Michelin,Texas Instruments Transense, Motorola, Murata, RFSAW, Fujitsu, Vishay, Epcos и др. позволяет выявить основные тенденции и перспективы развития рынка СВЧ пассивных электронных компонентов.

Главными из них являются:

- снижение габаритных размеров,

- выпуск практически всей номенклатуры в чип исполнении для поверхностного монтажа,

- расширение диапазона рабочих частот,

- повышение стабильности параметров в процессе эксплуатации и воздействии внешних факторов,

- постоянное расширение номенклатуры в области специального применения, в том числе создание широкой гаммы СВЧ резисторов, аттенюаторов, сумматоров.

Основные перспективы развития рынка СВЧ ПЭК основаны на появлении новых видов продукции:

- толстопленочных и тонкопленочных СВЧ -чип резисторов, поглотителей, аттенюаторов, делителей мощности,

- многослойных, пленочных и керамических СВЧ-чип конденсаторов,

- многослойных и пленочных СВЧ-чип индуктивности,

- интегрированных пассивных СВЧ-чип компонентов на основе пленочных и многослойных RLC структур,

- СВЧ АЭК (диапазон частот от 2 ГГц до 20 ГГц) (резонаторы и фильтры, дуплексоры на их основе и т.д.) нового поколения на основе тонкопленочных гетероэпитаксиальных структур AlN, GaN, ZnO, в английской транскрипции -FBAR, film bulk acoustic resonator, Например, только у фирмы «Avago Technologies» число проданных фильтров по технологии FBAR в 2008 году превысило миллиард шт.,

- систем радиочастотной идентификации (РЧИ, RFID-системы) на основе пассивных акустоэлектронных СВЧ ПАВ- меток, не требующих дополнительных источников питания,

- акустоэлектронных сенсоров физических и механических величин (температура, давление, ускорение, деформация, напряжение и т.д.), акустоэлектронных газоанализаторов типа «электронный нос», анализаторов жидкости, микробиосенсоров и т.д. для микросистемной техники.

Контроль параметров новых видов ЭКБ, как составная и неотъемлемая часть технологического процесса при их разработке и производстве, требует инновационного подхода к разработке и выпуску контрольно-измерительного оборудования (КИО). Оно должно обеспечивать сочетание традиционного подхода к разработке КИО, номенклатуре параметров и методам измерения со специфическими устройствами адаптации измеряемых изделий к измерительным системам (приборам) (контактные и зондовые устройства, вводы питания, согласующие трансформаторы, зондовые станции и др.). Именно по этому пути идут ведущие западные фирмы, например, Agilent Technologies, создавая на основе стандартных измерительных систем благодаря использованию соответствующих опций разнообразное специализированное оборудования для лабораторий и производства.

Выпуск новой продукции изделий электронной техники высокой функциональной сложности невозможен без опережающего развития метрологического обеспечения на всех этапах жизненного цикла изделия – от контроля качества исходных материалов до сертификации готовой продукции, включая испытания на надежность и долговечность. Одним из важных этапов в технологическом цикле изготовления радиоэлектронной аппаратуры в настоящее время является также входной контроль электронной компонентной базы (отечественного и иностранного производства) у потребителя.

Контрольно-измерительная техника, используемая в настоящее время при разработке ЭКБ, либо устарела, либо отсутствует, особенно в области создания ЭКБ для высокоточного оружия. До 90% парка КИО составляют приборы старше 15– 20 лет, новые поступления отечественного КИО составляют единицы. Контроль параметров новых видов ЭКБ (особенно твердотельной СВЧ электроники) возможен, только при наличии специфических устройств адаптации измеряемых изделий к измерительным системам (приборам) (контактные и зондовые устройства, вводы питания, согласующие трансформаторы, зондовые станции и др.).