RU2737342C1 - Integrated uhf circuit - Google Patents
Integrated uhf circuit Download PDFInfo
- Publication number
- RU2737342C1 RU2737342C1 RU2020102336A RU2020102336A RU2737342C1 RU 2737342 C1 RU2737342 C1 RU 2737342C1 RU 2020102336 A RU2020102336 A RU 2020102336A RU 2020102336 A RU2020102336 A RU 2020102336A RU 2737342 C1 RU2737342 C1 RU 2737342C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- integrated circuit
- dielectric substrate
- microwave
- metal conductor
- conductive metal
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Microwave Amplifiers (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электронной технике, и может быть широко использовано в электронной технике СВЧ, и прежде всего, для радиолокационных станций с фазированными антенными решетками.The invention relates to electronic technology, and can be widely used in electronic microwave technology, and primarily for radar stations with phased array antennas.
Основными техническими характеристиками интегральной схемы СВЧ и особенно в последнем случае ее использования являются электрические и массогабаритные характеристики.The main technical characteristics of a microwave integrated circuit and especially in the latter case of its use are electrical and weight and size characteristics.
Известна интегральная схема СВЧ, содержащая диэлектрическую подложку, на лицевой стороне которой выполнены пассивные элементы, в том числе шунтирующие, копланарные линии передачи, выводы и установлены активные элементы, диэлектрическая пластина расположена лицевой стороной на металлическое основание, в котором выполнена выемка,Known is an integrated microwave circuit containing a dielectric substrate, on the front side of which passive elements are made, including shunting, coplanar transmission lines, leads and active elements are installed, the dielectric plate is located on the front side on a metal base in which a recess is made,
в которой, с целью повышения электрических характеристик, надежности и уменьшения массогабаритных характеристик, активные элементы установлены на диэлектрическую подложку лицевой стороной.in which, in order to improve the electrical characteristics, reliability and reduce the mass and size characteristics, the active elements are installed on the dielectric substrate with the front side.
На лицевой стороне диэлектрической подложки в местах соединения шунтирующих элементов и в местах отвода тепла от активных элементов выполнены металлические столбы сечением и высотой 40-50 мкм, посредством которых диэлектрическая подложка установлена лицевой стороной на металлическое основание, а выемка в металлическом основании выполнена только под активными элементами. [Патент 2258330 РФ. СВЧ интегральная схема / Темнов A.M. и др. // Бюл. - 2005 - №22/].On the front side of the dielectric substrate, at the junctions of the shunting elements and in the places where heat is removed from the active elements, metal pillars with a cross section and height of 40-50 μm are made, by means of which the dielectric substrate is installed with the front side on a metal base, and a recess in the metal base is made only under the active elements ... [Patent 2258330 RF. Microwave integrated circuit / Temnov A.M. et al. // Bul. - 2005 - No. 22 /].
Наличие и указанное расположение упомянутых металлических столбов позволило:The presence and the indicated location of the mentioned metal pillars allowed:
максимально исключить проволочные соединения и тем самым максимально уменьшить разброс электрических характеристик, и тем самым повысить их воспроизводимость и соответственно - надежность интегральной схемы СВЧ,to exclude as much as possible wire connections and thereby to minimize the spread of electrical characteristics, and thereby to increase their reproducibility and, accordingly, the reliability of the microwave integrated circuit,
отвести тепло от активных элементов кратчайшим путем и тем самым улучшить отвод тепла, и тем самым уменьшить температуру рабочей области активных элементов интегральной схемы СВЧ, и в первую очередь мощных активных элементов и, как следствие, - улучшение электрических характеристик и повышение надежности интегральной схемы СВЧ.remove heat from the active elements in the shortest way and thereby improve heat removal, and thereby reduce the temperature of the working area of the active elements of the microwave integrated circuit, and primarily powerful active elements and, as a consequence, improve the electrical characteristics and increase the reliability of the microwave integrated circuit.
Данная интегральная схема СВЧ с достаточно высокими электрическими характеристиками нашла широкое применение в усилителях мощности СВЧ, генераторах СВЧ и различных преобразовательных схемах СВЧ.This integrated microwave circuit with sufficiently high electrical characteristics has found wide application in microwave power amplifiers, microwave generators and various microwave conversion circuits.
Однако ее использование в ряде случаев ограничено недостаточными электрическими характеристиками, в частности выходной мощностью и массогабаритными характеристиками.However, its use in some cases is limited by insufficient electrical characteristics, in particular, the output power and weight and size characteristics.
Известна интегральная схема СВЧ, содержащая диэлектрическую подложку, на лицевой стороне которой выполнены только пассивные элементы либо - пассивные и активные элементы, линии передачи, выводы, при этом элементы соединены электрически, интегральная схема заземлена,Known is a microwave integrated circuit containing a dielectric substrate, on the front side of which only passive elements are made, or passive and active elements, transmission lines, terminals, while the elements are electrically connected, the integrated circuit is grounded,
в которой, с целью улучшения электрических характеристик, повышения надежности и уменьшения массогабаритных характеристик, диэлектрическая подложка выполнена из пластины алмаза толщиной равной 100-200 мкм, которая имеет металлизационное покрытие, при этом металлизационное покрытие выполнено в виде сплошного слоя на обратной и торцевых сторонах и локального слоя на лицевой стороне упомянутой диэлектрической подложки, при этом упомянутые слои металлизационного покрытия выполнены одинаковой толщины, равной каждый 3-7 глубин скин-слоя, а заземление интегральной схемы выполнено посредством упомянутого металлизационного покрытия [Патент 2474921 РФ. Интегральная схема СВЧ / Дудинов К.В и др. // Бюл. - 2013 - №4/] - прототип.in which, in order to improve electrical characteristics, increase reliability and reduce weight and size characteristics, the dielectric substrate is made of a diamond plate with a thickness of 100-200 microns, which has a metallization coating, while the metallization coating is made in the form of a continuous layer on the reverse and end sides and a local layer on the front side of the said dielectric substrate, while the said layers of the metallization coating are made of the same thickness, equal to each 3-7 depths of the skin layer, and the grounding of the integrated circuit is made by means of the mentioned metallization coating [Patent 2474921 RF. Microwave integrated circuit / Dudinov K.V. et al. // Bul. - 2013 -
Данная интегральная схема СВЧ с более высокими электрическими характеристиками нашла широкое применение в усилителях мощности СВЧ для радиолокационных станций с фазированными антенными решетками, в состав которых входят тысячи идентичных компонентов СВЧ, в том числе и прежде всего, усилителей мощности СВЧ.This integrated microwave circuit with higher electrical characteristics has found wide application in microwave power amplifiers for radar stations with phased antenna arrays, which include thousands of identical microwave components, including and above all, microwave power amplifiers.
Однако необходимость увеличения выходной мощности и коэффициента усиления интегральной схемы усилителя мощности СВЧ в частном случае ее выполнения неизбежно приводит:However, the need to increase the output power and the gain of the integrated circuit of the microwave power amplifier in the particular case of its implementation inevitably leads to:
во-первых, к нежелательным явлениям резонанса в полосе рабочих частот и внеполосным явлениям резонанса, что обуславливает ухудшение электрических характеристик,firstly, to undesirable resonance phenomena in the operating frequency band and out-of-band resonance phenomena, which leads to a deterioration in electrical characteristics,
во-вторых, к увеличению массогабаритных характеристик.secondly, to increase the weight and size characteristics.
Техническим результатом заявленной интегральной схемы СВЧ является улучшение электрических характеристик, повышение надежности, уменьшение массогабаритных характеристик.The technical result of the claimed microwave integrated circuit is to improve electrical characteristics, increase reliability, reduce weight and size characteristics.
Указанный технический результат достигается заявленной интегральной схемой СВЧ, содержащейThe specified technical result is achieved by the declared microwave integrated circuit, containing
диэлектрическую подложку из пластины алмаза толщиной более 100 мкм,a dielectric substrate made of a diamond plate with a thickness of more than 100 microns,
на лицевой и обратной сторонах которой выполнено металлизационное покрытие, при этом на лицевой стороне - в виде локального слоя,on the front and back sides of which a metallization coating is made, while on the front side - in the form of a local layer,
на лицевой стороне упомянутой диэлектрической подложки расположены только пассивные элементы, либо - пассивные и активные элементы, линии передачи, выводы, при этом элементы соединены электрически согласно электрической схеме, интегральная схема заземлена,on the front side of the said dielectric substrate there are only passive elements, or passive and active elements, transmission lines, leads, while the elements are electrically connected according to the electrical circuit, the integrated circuit is grounded,
в которойwherein
металлизационное покрытие на обратной стороне упомянутой диэлектрической подложки выполнено в виде сплошного либо локального слоя,the metallization coating on the reverse side of the said dielectric substrate is made in the form of a continuous or local layer,
между обратной стороной диэлектрической подложки и ее металлизационным покрытием в виде сплошного либо локального слоя выполнен соответственно, по меньшей мере, один высоко электротеплопроводный металлический проводник, углубленный в диэлектрическую подложку на его толщину, между высоко электротеплопроводным металлическим проводником и металлизационным покрытием выполнен слой диэлектрического материала толщиной менее 2 мкм, с относительной диэлектрической проницаемостью более 4,Between the reverse side of the dielectric substrate and its metallization coating in the form of a continuous or local layer, respectively, at least one highly electrically conductive metal conductor is made, deepened into the dielectric substrate by its thickness, between the highly electrically conductive metal conductor and the metallization coating, a layer of dielectric material with a thickness less than 2 μm, with a relative dielectric constant of more than 4,
в диэлектрической подложке выполнено, по меньшей мере, одно сквозное отверстие, заполненное высоко электро-теплопроводным металлом,the dielectric substrate has at least one through hole filled with a highly electrically thermally conductive metal,
выводы соединены электрически с высоко электротеплопроводным металлическим проводником, а интегральная схема заземлена посредством упомянутого сквозного отверстия,the leads are electrically connected to a highly electrically conductive metal conductor, and the integrated circuit is grounded through said through hole,
при этом металлизационное покрытие в виде локального слоя на лицевой и обратной сторонах диэлектрической подложки, высоко электротеплопроводный металлический проводник, сквозное отверстие выполнены согласно заданной топологии интегральной схемы СВЧ.in this case, a metallization coating in the form of a local layer on the front and back sides of the dielectric substrate, a highly electrically thermally conductive metal conductor, a through hole are made in accordance with a given topology of a microwave integrated circuit.
Интегральная схема представляет собой гибридную либо гибридно-монолитную интегральную схему усилителя мощности СВЧ, приемопередающего устройства СВЧ различного назначения.The integrated circuit is a hybrid or hybrid-monolithic integrated circuit of a microwave power amplifier, a microwave transceiver for various purposes.
Пассивные элементы представляют собой мощный резистор, индуктивность, конденсатор, активные элементы - кристалл диода, транзистора, монолитной интегральной схемы различного назначения.Passive elements are a powerful resistor, inductance, capacitor, active elements - a crystal of a diode, transistor, monolithic integrated circuit for various purposes.
Алмазная пластина выполнена из природного алмаза либо искусственного CVD алмаза.The diamond plate is made of natural diamond or artificial CVD diamond.
Линии передачи выполнены в виде копланарной, либо микрополосковой, либо щелевой.Transmission lines are made in the form of coplanar, or microstrip, or slot.
Интегральная схема размещена в герметичном либо радиогерметичном корпусе, последний имеет металлизационное покрытие.The integrated circuit is housed in a sealed or radio-sealed case, the latter has a metallization coating.
Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the essence of the invention
Совокупность существенных признаков заявленной интегральной схемы СВЧ,The set of essential features of the declared microwave integrated circuit,
как ограничительной части - когда диэлектрическая подложка выполнена из пластины алмаза, который (материал алмаза):as a limiting part - when the dielectric substrate is made of a diamond plate, which (diamond material):
а) является лучшим диэлектрическим материалом из известных на сегодня,a) is the best dielectric material known today,
б) обладает наилучшей теплопроводностью (1000-2000 Вт/м×K), что в 2-4 раза лучше теплопроводности меди,b) has the best thermal conductivity (1000-2000 W / m × K), which is 2-4 times better than the thermal conductivity of copper,
в) имеет не высокую относительную диэлектрическую проницаемость 5,7 ед., что примерно в 2 раза меньше диэлектрической проницаемости поликора, сапфира и других известных диэлектрических материалов,c) has a low relative dielectric constant of 5.7 units, which is approximately 2 times less than the dielectric constant of polycor, sapphire and other known dielectric materials,
так и отличительной части - когдаand the distinctive part - when
металлизационное покрытие на обратной стороне упомянутой диэлектрической подложки выполнено в виде сплошного либо локального слоя,the metallization coating on the reverse side of the said dielectric substrate is made in the form of a continuous or local layer,
между обратной стороной диэлектрической подложки и ее металлизационным покрытием в виде сплошного либо локального слоя выполнен соответственно, по меньшей мере, один высоко электротеплопроводный металлический проводник, углубленный в диэлектрическую подложку на его толщину, между высоко электротеплопроводным металлическим проводником и металлизационным покрытием выполнен слой из диэлектрического материала толщиной менее 2 мкм, с относительной диэлектрической проницаемостью более 4,Between the reverse side of the dielectric substrate and its metallization coating in the form of a continuous or local layer, respectively, at least one highly electrically conductive metal conductor is made, deepened into the dielectric substrate by its thickness, between the highly electrically conductive metal conductor and the metallization coating, a layer of dielectric material with a thickness less than 2 microns, with a relative dielectric constant of more than 4,
в диэлектрической подложке выполнено, по меньшей мере, одно сквозное отверстие, заполненное высоко электро-теплопроводным металлом,the dielectric substrate has at least one through hole filled with a highly electrically thermally conductive metal,
выводы соединены электрически с высоко электро-теплопроводным металлическим проводником, а интегральная схема заземлена посредством упомянутого сквозного отверстия,the leads are electrically connected to a highly electrically conductive metal conductor and the integrated circuit is grounded through said through hole,
при этом металлизационное покрытие в виде локального слоя на лицевой и обратной сторонах диэлектрической подложки, высоко электротеплопроводный металлический проводник, сквозное отверстие выполнены согласно заданной топологии интегральной схемы СВЧ.in this case, a metallization coating in the form of a local layer on the front and back sides of the dielectric substrate, a highly electrically thermally conductive metal conductor, a through hole are made in accordance with a given topology of a microwave integrated circuit.
Это обеспечивает:This provides:
во-первых, улучшение отвода тепла и тем самым уменьшение температуры рабочей области активных элементов интегральной схемы СВЧ, и в первую очередь мощных активных элементов и, как следствие, - значительное улучшение электрических характеристик и, прежде всего, мощных активных элементов (в частности выходной мощности и коэффициента усиления мощных транзисторов СВЧ), повышение надежности интегральной схемы СВЧ;firstly, the improvement of heat removal and thereby a decrease in the temperature of the working area of the active elements of the microwave integrated circuit, and primarily of powerful active elements and, as a consequence, a significant improvement in electrical characteristics and, above all, of powerful active elements (in particular, the output power and the amplification factor of powerful microwave transistors), increasing the reliability of the microwave integrated circuit;
во-вторых, возможность расположения - интеграции на лицевой стороне одной диэлектрической подложки:secondly, the possibility of location - integration on the front side of one dielectric substrate:
как пассивных элементов - резистора(ов) (R), индуктивности(ей) (L), конденсатора(ов) (С), так и маломощных и мощных активных элементов - кристалла(ов) диода, транзистора, монолитной интегральной схемы СВЧ различного назначения, выполненных из различных материалов как полупроводниковых - (кремния (Si), арсенида галлия (GaAs), фосфида индия (InP), нитрида галлия (GaN), так и других материалов, например, из монокристаллического алмаза (С), что немало важно.both passive elements - resistor (s) (R), inductance (s) (L), capacitor (s) (C), and low-power and powerful active elements - crystal (s) of a diode, transistor, monolithic microwave integrated circuit for various purposes made of various materials such as semiconductor - (silicon (Si), gallium arsenide (GaAs), indium phosphide (InP), gallium nitride (GaN), and other materials, for example, from single-crystal diamond (C), which is very important.
И, как следствие первого и второго, - значительное уменьшение массогабаритных характеристик интегральной схемы СВЧ.And, as a consequence of the first and second, there is a significant decrease in the weight and size characteristics of the microwave integrated circuit.
В-третьих, соединение выводов, расположенных на противоположных краях лицевой стороны диэлектрической подложки кратчайшим путем и соответственно подачу питания на них.Thirdly, the connection of the leads located on the opposite edges of the front side of the dielectric substrate in the shortest way and, accordingly, the supply of power to them.
В-четвертых, планарность элементов интегральной схемы СВЧ как на лицевой, так и обратной сторонах диэлектрической подложки и тем самым возможность применения типовых технологических методов тонкопленочной технологии и метода электронной литографии, в том числе, в условиях массового производства.Fourth, the planarity of the elements of the microwave integrated circuit both on the front and back sides of the dielectric substrate and thus the possibility of using standard technological methods of thin-film technology and the method of electron lithography, including in conditions of mass production.
В-пятых, возможность усиления, синтеза, преобразования, обработки аналоговых и цифровых сигналов, благодаря упомянутой интеграции.Fifth, the ability to amplify, synthesize, transform, process analog and digital signals, thanks to the mentioned integration.
Кроме того,Besides,
наличие между обратной стороной диэлектрической подложки и ее металлизационным покрытием в виде сплошного либо локального слоя соответственно, по меньшей мере, одного высоко электротеплопроводного металлического проводника, углубленного в диэлектрическую подложку на его толщину обеспечивает возможность создания дополнительного блокировочного конденсатора (Сбл.) на обратной стороне диэлектрической подложки и тем самым - улучшение развязки интегральной схемы СВЧ и, как следствие, - улучшение электрических характеристик и надежности интегральной схемы СВЧ.the presence between the reverse side of the dielectric substrate and its metallization coating in the form of a continuous or local layer, respectively, of at least one highly electrically thermally conductive metal conductor, deepened into the dielectric substrate to its thickness, makes it possible to create an additional blocking capacitor (Cb.) on the reverse side of the dielectric substrate and thereby - improving the decoupling of the microwave integrated circuit and, as a consequence, improving the electrical characteristics and reliability of the microwave integrated circuit.
Наличие между высоко электротеплопроводным металлическим проводником и металлизационным покрытием слоя из диэлектрического материала толщиной менее 2 мкм, с относительной диэлектрической проницаемостью более 4 обеспечивает с одной стороны надежную изоляцию между ними, а с другой стороны - большую удельную емкость упомянутого блокировочного конденсатора (Сбл.) и, как следствие, - улучшение электрических характеристик и надежности интегральной схемы СВЧ.The presence between the highly electrically thermally conductive metal conductor and the metallization coating of a layer of dielectric material with a thickness of less than 2 microns, with a relative dielectric constant of more than 4 provides, on the one hand, reliable insulation between them, and on the other hand, a large specific capacity of the said blocking capacitor (Cb.) And, as a consequence, the electrical characteristics and reliability of the microwave integrated circuit are improved.
Наличие в диэлектрической подложке, по меньшей мере, одного сквозного отверстия, заполненного высоко электро-теплопроводным металлом, обеспечивает:The presence in the dielectric substrate of at least one through hole filled with a highly electrically thermally conductive metal provides:
во-первых, выполнение сквозным(ми) отверстием(ями) одновременно двух функций;firstly, the through hole (s) perform two functions at the same time;
первая - соединение электрически выводов на лицевой и обратной сторонах диэлектрической подложки и тем самым - полное исключение проволочных соединений, и тем самым максимальное уменьшение разброса электрических характеристик и повышение их воспроизводимости и, как следствие, - повышение надежности и снижение массогабаритных характеристик интегральной схемы СВЧ,the first is the connection of the electrical terminals on the front and back sides of the dielectric substrate and thereby - the complete elimination of wire connections, and thereby the maximum reduction in the spread of electrical characteristics and an increase in their reproducibility and, as a consequence, - an increase in the reliability and decrease in the weight and size characteristics of the microwave integrated circuit
вторая - заземление интегральной схемы СВЧ и при этом герметичное, высоко технологичное и качественное и, как следствие, - повышение надежности интегральной схемы СВЧ.the second is the grounding of the microwave integrated circuit and, at the same time, hermetic, high-tech and high-quality and, as a consequence, increasing the reliability of the microwave integrated circuit.
Выполнение слоя диэлектрического материала толщиной более 2 мкм и с относительной диэлектрической проницаемостью менее 4 не желательно - в первом случае из-за увеличения пробивного напряжения, во втором из-за уменьшения удельной емкости блокировочного конденсатора (Сбл.) и соответственно ухудшения развязки.The implementation of a layer of dielectric material with a thickness of more than 2 microns and with a relative dielectric constant of less than 4 is not desirable - in the first case, due to an increase in breakdown voltage, in the second, due to a decrease in the specific capacity of the blocking capacitor (Cb.) And, accordingly, deterioration of decoupling.
Итак, заявленная интегральная схема СВЧ, в полной мере, обеспечивает заявленный технический результат, а именно - улучшение электрических характеристик, повышение надежности и уменьшение массогабаритных характеристик.So, the declared microwave integrated circuit fully provides the claimed technical result, namely, improved electrical characteristics, increased reliability and reduced weight and size characteristics.
Изобретение поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.
На фиг.1 (а, б, в) дана топология заявленной интегральной схемы СВЧ (частные случаи выполнения), когда она содержит:Figure 1 (a, b, c) shows the topology of the declared microwave integrated circuit (particular cases of execution), when it contains:
- только пассивные элементы и представляет собой интегральную схему СВЧ мощного резистора (фиг. 1 а);- only passive elements and is an integrated circuit of a microwave powerful resistor (Fig. 1 a);
- пассивные и активные элементы и представляет собой: интегральную схему мощного транзистора СВЧ с копланарными линиями передачи (фиг.1 б),- passive and active elements and is: an integrated circuit of a powerful microwave transistor with coplanar transmission lines (Fig. 1 b),
- интегральную схему усилителя мощности СВЧ (фиг.1 в), вид спереди и вид сверху соответственно и где:- an integrated circuit of a microwave power amplifier (Fig. 1 c), front view and top view, respectively, and where:
- диэлектрическая подложка из пластины алмаза - 1,- dielectric substrate made of a diamond plate - 1,
- металлизационное покрытие - 2 на лицевой и обратной сторонах диэлектрической подложки, на лицевой стороне - в виде локального слоя, на обратной стороне - в виде сплошного слоя,- metallization coating - 2 on the front and back sides of the dielectric substrate, on the front side - in the form of a local layer, on the back side - in the form of a continuous layer,
- пассивные элементы - 3,- passive elements - 3,
- активные элементы - 4,- active elements - 4,
- линии передачи - 5,- transmission lines - 5,
- выводы - 6,- conclusions - 6,
- по меньшей мере, один высоко электро-теплопроводный металлический проводник - 7,- at least one highly electrically thermally conductive metal conductor - 7,
- слой из диэлектрического материала - 8,- a layer of dielectric material - 8,
- по меньшей мере, одно сквозное отверстие - 9, заполненное высоко электро-теплопроводным металлом - 10,- at least one through hole - 9, filled with highly electrically heat-conducting metal - 10,
- крышка - 11 (а, б) герметичного корпуса и радиогерметичного корпуса с металлизационным покрытием - 12 соответственно.- cover - 11 (a, b) of a sealed case and a radio-sealed case with a metallization coating - 12, respectively.
На фиг. 2 (а, б, в) дана их электрическая схема соответственно.FIG. 2 (a, b, c) shows their electrical diagram, respectively.
На фиг. 3 даны зависимости от рабочей частоты выходной мощности (Рвых.) и коэффициента усиления (Ку) интегральной схемы усилителя мощности СВЧ кривая 1 и кривая 2 соответственно.FIG. 3 shows the dependences on the operating frequency of the output power (Pout.) And the gain (Ku) of the integrated circuit of the microwave power amplifier,
На фиг. 4 дана интегральная схема усилителя мощности СВЧ в герметичном корпусе с микрополосковыми выводами.FIG. 4 shows an integrated circuit of a microwave power amplifier in a sealed package with microstrip leads.
На фиг. 5 дана интегральная схема усилителя мощности СВЧ в радиогерметичном корпусе с копланарными выводами для поверхностного монтажа.FIG. 5 shows an integrated circuit of a microwave power amplifier in a radio-sealed package with coplanar leads for surface mounting.
Примеры конкретного выполнения заявленной интегральной схемы СВЧ.Examples of specific implementation of the claimed microwave integrated circuit.
Пример 1Example 1
Интегральная схема СВЧ представляет собой гибридно-монолитную интегральную схему усилителя мощности СВЧ (частный случай), содержащую диэлектрическую подложку 1 из поликристаллического CVD алмаза толщиной, равной 150 мкм.The integrated circuit of the microwave is a hybrid-monolithic integrated circuit of the microwave power amplifier (special case), containing a
На лицевой и обратной сторонах диэлектрической подложки сформирована заданная топология интегральной схемы усилителя мощности СВЧ методом электронной литографии.On the front and back sides of the dielectric substrate, a given topology of the integrated circuit of the microwave power amplifier is formed by the method of electron lithography.
При этом расположение:In this case, the location:
металлизационного покрытия 2 в виде локального слоя на лицевой и сплошного слоя на обратной сторонах диэлектрической подложки 1,
одного высоко электро-теплопроводного металлического проводника 7 на обратной стороне диэлектрической подложки,one highly electrically thermally
шестнадцати сквозных отверстий 9 определяют при формировании топологии интегральной схемы усилителя мощности СВЧ.sixteen through
На лицевой стороне диэлектрической подложки 1 выполнены:On the front side of the
металлизационное покрытие 2 - в виде локального слоя прямой последовательности системы хорошо проводящих металлов, титан (Ti)-никель (Ni)-золото (Au) общей толщиной 2-3 мкм;metallization coating 2 - in the form of a local layer of direct sequence of a system of highly conductive metals, titanium (Ti) -nickel (Ni) -gold (Au) with a total thickness of 2-3 microns;
пассивные элементы 3 - конденсаторы (блокировочные Сбл., развязывающие Ср., согласующие Сс);passive elements 3 - capacitors (blocking Sb., decoupling Wed, matching Ss);
линии передачи L 5 - микрополосковые линии передачи с разным волновым сопротивлением равным 30-100 Ом;transmission lines L 5 - microstrip transmission lines with different characteristic impedance equal to 30-100 Ohm;
выводы 6.
В диэлектрической подложке 1 выполнено 16 сквозных отверстий 9, диаметром 100 мкм, заполненных высоко электро-теплопроводным металлом 10 - медью (Cu), методом гальванического осаждения.In the
Установлены навесные активные элементы 4 - два мощных полевых транзистора с барьером Шотки (ПТШ) КРПГ.432151.009 ТУ посредством поверхностного монтажа (SMD).The mounted
На обратной стороне диэлектрической подложки 1 выполнены:On the reverse side of the
металлизационное покрытие 2 - в виде сплошного слоя прямой последовательности системы хорошо проводящих металлов титан (Ti)-никель (Ni)-золото (Au) общей толщиной 2-3 мкм;metallization coating 2 - in the form of a continuous layer of direct sequence of a system of highly conductive metals titanium (Ti) -nickel (Ni) -gold (Au) with a total thickness of 2-3 microns;
между обратной стороной диэлектрической подложки 1 и упомянутым металлизационным покрытием 2 - один высоко электротеплопроводный металлический проводник 7 из меди (Cu) методом вакуумного напыления (Марка УРМ.З 89.01), толщиной 5 мкм, углубленный в диэлектрическую подложку на его толщину - 5 мкм;between the reverse side of the
между высоко электротеплопроводным металлическим проводником 7 и упомянутым металлизационным покрытием 2 - слой из диэлектрического материала 8 нитрида кремния (Si3N4), толщиной 1 мкм, относительная диэлектрическая проницаемость которого равна 6.between the highly electrically
При этом выводы 6 соединены электрически с металлическим проводником 7 и интегральная схема заземлена посредством упомянутых сквозных отверстий 9.In this case, the
При этом все элементы интегральной схемы соединены электрически.In this case, all elements of the integrated circuit are electrically connected.
При этом упомянутые элементы выполнены посредством типовых технологических методов тонкопленочной технологии и метода электронной литографии.In this case, the mentioned elements are made by means of standard technological methods of thin-film technology and the method of electronic lithography.
Примеры 2-3.Examples 2-3.
Аналогично выполнены образцы интегральной схемы усилителя мощности СВЧ, но при других конструкционных параметрах, заявленных в формуле изобретения.The samples of the integrated circuit of the microwave power amplifier are similarly made, but with other design parameters stated in the claims.
Пример 4 соответствует прототипу.Example 4 corresponds to the prototype.
Работа интегральной схемы СВЧ рассмотрена относительно интегральной схемы усилителя мощности СВЧ.The operation of the microwave integrated circuit is considered relative to the integrated circuit of the microwave power amplifier.
Итегральная схема усилителя мощности СВЧ выполнена, как указано выше, на основе двух мощных полевых транзисторов с барьером Шотки 4 КРПГ.432151.009 ТУ, выполненных по схеме с общим истоком.The integrated circuit of the microwave power amplifier is made, as indicated above, on the basis of two powerful field-effect transistors with a
Итегральная схема усилителя мощности СВЧ содержит один каскад усиления, цепи согласования по входу и выходу.The integrated circuit of the microwave power amplifier contains one amplification stage, input and output matching circuits.
Согласование осуществляется с помощью согласующих конденсаторов Сс 3 и линий передачи L 5 в виде отрезков микрополосковой линии передачи.Matching is carried out using
Для развязки по постоянному току используются развязывающие конденсаторы Ср 3.For DC decoupling,
Для блокировки источников питания - блокировочные конденсаторы Сбл. 3.To block power supplies - blocking capacitors Sb. 3.
Интегральная схема усилителя мощности СВЧ питается от двух источников питания: первый положительной полярности питает цепь стоков, второй отрицательной полярности обеспечивает необходимое напряжение смещения на затворах полевых транзисторов с барьером Шотки.The integrated circuit of the microwave power amplifier is powered by two power sources: the first with positive polarity feeds the drain circuit, the second with negative polarity provides the required bias voltage at the gates of the field-effect transistors with a Schottky barrier.
При подаче на вход интегральной схемы усилителя мощности СВЧ входной мощности на его выходе реализуется усиленный сигнал СВЧ в рабочем диапазоне частот 9-10 ГГц.When the input power is supplied to the input of the integrated circuit of the microwave power amplifier, an amplified microwave signal is realized at its output in the operating frequency range of 9-10 GHz.
На образцах заявленной интегральной схемы усилителя мощностиOn samples of the declared integrated circuit of the power amplifier
СВЧ:Microwave:
- измерены зависимости от рабочей частоты 9-10 ГГц выходной мощности (Рвых.) и коэффициента усиления (Ку).- the dependences of the output power (Pout.) and the gain (Ku) on the operating frequency of 9-10 GHz were measured.
- проведена оценка надежности по методике ускоренных испытаний ЭТ-361, при этом коэффициент ускорения рассчитывается по формуле- the reliability assessment was carried out according to the ET-361 accelerated test method, while the acceleration factor is calculated by the formula
где:Where:
Еа - энергия активации,E a - activation energy,
Тосн.н - температура номинального режима,T main.n - temperature of the nominal mode,
Тосн.ф - температура форсированного режима.T main f - temperature of the forced mode.
Надежность оценивается временем безотказной работы интегральной схемы СВЧ.Reliability is assessed by the time of failure-free operation of the microwave integrated circuit.
Данные представлены на фиг. 3, где даны зависимости от рабочей частоты выходной мощности и коэффициента усиления интегральной схемы усилителя мощности СВЧ, кривая 1 и кривая 2 соответственно.The data are presented in FIG. 3, where the dependences on the operating frequency of the output power and the gain of the integrated circuit of the microwave power amplifier are given,
Из представленных зависимостей видно:From the presented dependencies you can see:
- образцы интегральной схемы усилителя мощности СВЧ, выполненные согласно заявленной формуле изобретения, имеют: резонансный характер, выходная мощность и коэффициент усиления в рабочей полосе частот 9-10 ГГц составляют примерно (1,5-3) Вт и (8-10) дБ (примеры 1-3, фиг. 3 кривая 1 и кривая 2) соответственно.- samples of an integrated circuit of a microwave power amplifier, made according to the claimed formula of the invention, have: resonant nature, output power and gain in the operating frequency band of 9-10 GHz are approximately (1.5-3) W and (8-10) dB ( examples 1-3, Fig. 3
Надежность - 13000 (тринадцать тысяч) часов.Reliability - 13000 (thirteen thousand) hours.
В отличие от образца прототипа, который имеет примерно выходную мощность 1 Вт и коэффициент усиления 15 дБ в рабочей полосе частот 9-10 ГГц (два каскада усиления).In contrast to the prototype sample, which has approximately an output power of 1 W and a gain of 15 dB in an operating frequency band of 9-10 GHz (two amplification stages).
Надежность - 10000 (десять тысяч) часов.Reliability - 10,000 (ten thousand) hours.
Таким образом, заявленная интегральная схема СВЧ по сравнению с прототипом обеспечит:Thus, the declared microwave integrated circuit, in comparison with the prototype, will provide:
во-первых, улучшение электрических характеристик, а именно повышение выходной мощности интегральной схемы усилителя мощности СВЧ примерно в 2,5 раза;first, the improvement of electrical characteristics, namely the increase in the output power of the integrated circuit of the microwave power amplifier by about 2.5 times;
во-вторых, повышение надежности примерно на 30 процентов;second, an increase in reliability by about 30 percent;
в-третьих, уменьшение массогабаритных характеристик примерно в 1,5-2 раза.thirdly, a decrease in weight and size characteristics by about 1.5-2 times.
Данная интегральная схема СВЧ с достаточно высокими электрическими характеристиками, высокой надежностью и малыми массогабаритными характеристиками особенно востребуема в радиолокационных станциях с фазированными антенными решетками, в состав которых, как указано выше, входит множество (порядка тысячи) идентичных интегральных схем СВЧ различного назначения.This integrated microwave circuit with sufficiently high electrical characteristics, high reliability and small weight and size characteristics is especially in demand in radar stations with phased antenna arrays, which, as indicated above, include many (about a thousand) identical microwave integrated circuits for various purposes.
Claims (14)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020102336A RU2737342C1 (en) | 2020-01-21 | 2020-01-21 | Integrated uhf circuit |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020102336A RU2737342C1 (en) | 2020-01-21 | 2020-01-21 | Integrated uhf circuit |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2737342C1 true RU2737342C1 (en) | 2020-11-27 |
Family
ID=73543560
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020102336A RU2737342C1 (en) | 2020-01-21 | 2020-01-21 | Integrated uhf circuit |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2737342C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2782184C1 (en) * | 2021-12-03 | 2022-10-21 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Исток" имени А.И. Шокина" (АО "НПП "Исток" им. Шокина") | Microwave integrated circuit |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA2062937A1 (en) * | 1991-04-04 | 1992-10-05 | Anthony Aloysius Immorlica Jr. | Optically patterned rf shield for an integrated circuit chip for analog and/or digital operation at microwave frequencies |
| RU2183367C2 (en) * | 1996-10-10 | 2002-06-10 | Самсунг Электроникс Ко., Лтд. | Microwave hybrid integrated circuit |
| RU2193260C1 (en) * | 2001-10-31 | 2002-11-20 | Сасов Юрий Дмитриевич | Method for manufacturing three-dimensional multicomponent electronic module |
| JP4363901B2 (en) * | 2003-06-02 | 2009-11-11 | 株式会社フジタ | Method for manufacturing electromagnetic wave absorbing panel and electromagnetic wave absorbing panel |
| RU2474921C1 (en) * | 2011-08-30 | 2013-02-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Исток" (ФГУП НПП "Исток") | Integrated microwave circuit |
| US9721909B1 (en) * | 2006-01-25 | 2017-08-01 | Lockheed Martin Corporation | Hybrid microwave integrated circuit |
| RU2654970C1 (en) * | 2017-05-02 | 2018-05-23 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Исток" имени А.И. Шокина" (АО "НПП "Исток" им. Шокина") | Microwave integrated circuit |
| RU2659752C1 (en) * | 2017-05-22 | 2018-07-03 | Андрей Александрович Григорьев | Power hybrid microwave integrated circuit |
-
2020
- 2020-01-21 RU RU2020102336A patent/RU2737342C1/en active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA2062937A1 (en) * | 1991-04-04 | 1992-10-05 | Anthony Aloysius Immorlica Jr. | Optically patterned rf shield for an integrated circuit chip for analog and/or digital operation at microwave frequencies |
| RU2183367C2 (en) * | 1996-10-10 | 2002-06-10 | Самсунг Электроникс Ко., Лтд. | Microwave hybrid integrated circuit |
| RU2193260C1 (en) * | 2001-10-31 | 2002-11-20 | Сасов Юрий Дмитриевич | Method for manufacturing three-dimensional multicomponent electronic module |
| JP4363901B2 (en) * | 2003-06-02 | 2009-11-11 | 株式会社フジタ | Method for manufacturing electromagnetic wave absorbing panel and electromagnetic wave absorbing panel |
| US9721909B1 (en) * | 2006-01-25 | 2017-08-01 | Lockheed Martin Corporation | Hybrid microwave integrated circuit |
| RU2474921C1 (en) * | 2011-08-30 | 2013-02-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Исток" (ФГУП НПП "Исток") | Integrated microwave circuit |
| RU2654970C1 (en) * | 2017-05-02 | 2018-05-23 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Исток" имени А.И. Шокина" (АО "НПП "Исток" им. Шокина") | Microwave integrated circuit |
| RU2659752C1 (en) * | 2017-05-22 | 2018-07-03 | Андрей Александрович Григорьев | Power hybrid microwave integrated circuit |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2782184C1 (en) * | 2021-12-03 | 2022-10-21 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Исток" имени А.И. Шокина" (АО "НПП "Исток" им. Шокина") | Microwave integrated circuit |
| RU2782187C1 (en) * | 2021-12-28 | 2022-10-21 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Исток" имени А.И. Шокина" (АО "НПП "Исток" им. Шокина") | Microwave integrated circuit |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Schmid et al. | Ultra-wideband GaN MMIC chip set and high power amplifier module for multi-function defense AESA applications | |
| Jia et al. | Multioctave spatial power combining in oversized coaxial waveguide | |
| TWI772360B (en) | 90-degree lumped and distributed doherty impedance inverter | |
| TWI772359B (en) | 90-degree lumped and distributed doherty impedance inverter | |
| US9721909B1 (en) | Hybrid microwave integrated circuit | |
| WO2018142176A1 (en) | Methods for combining doherty amplifier signals with 90-degree lumped and distributed impedance inverters | |
| Xu et al. | A 3-10-GHz GaN-based flip-chip integrated broad-band power amplifier | |
| CN110581690A (en) | Amplifier with stub circuit and amplifier module | |
| CN105141278A (en) | Amplification module formed by integration of transistor and film bulk acoustic resonators | |
| EP3849078A2 (en) | Multiple-stage power amplifiers and devices with low-voltage driver stages | |
| RU2737342C1 (en) | Integrated uhf circuit | |
| CN105322892A (en) | FBAR (Film Bulk Acoustic Resonator) based harmonic resonance amplifier | |
| RU2782184C1 (en) | Microwave integrated circuit | |
| Jeong et al. | Quasi-MMIC high power amplifier with silicon IPD matching network | |
| RU2782187C1 (en) | Microwave integrated circuit | |
| RU2654970C1 (en) | Microwave integrated circuit | |
| Liu et al. | Integrated AlGaN/GaN HEMTs in MCM-D technology | |
| Gu et al. | An X-band internally matched GaN power amplifier with 705W peak power and 51.7% PAE | |
| US4009446A (en) | Dual diode microwave amplifier | |
| Schuh et al. | X-band T/R-module front-end based on GaN MMICs | |
| RU2814895C1 (en) | Mosaic hybrid-monolithic multistage microwave power amplifier | |
| Wang et al. | A high power X-band GaN solid-state power amplifier with 55% PAE | |
| Bansal et al. | Design and development of X band GaN HEMT power amplifier | |
| RU2557317C1 (en) | Method for manufacturing microwave integrated circuit | |
| Wang et al. | A high-efficiency power amplifier using GaN HEMTs |