eng
Выпуск #7/2018
К.Джуринский, О.Карлявина, С.Мосалова
Разработка и производство коаксиальных радиокомпонентов для микроэлектроники СВЧ
Разработка и производство коаксиальных радиокомпонентов для микроэлектроники СВЧ
Просмотры: 1724
Рассматривается элементная база коаксиальных радиокомпонентов для микроэлектроники СВЧ, разработанных и выпускаемых АО «НПП «Исток» им. Шокина», а также особенности импортозамещения в области радиочастотных соединителей.
DOI: 10.22184/1992-4178.2018.178.7.94.102
DOI: 10.22184/1992-4178.2018.178.7.94.102
Теги: adapters coaxial to microstrip transitions miniature hermetic microwave inputs адаптеры коаксиально-микрополосковые переходы миниатюрные герметичные свч-вводы
АО «НПП «Исток» им. Шокина» разработало и выпускает следующие типы герметичных коаксиальных радиокомпонентов.[1]
1. Коаксиально-микрополосковые переходы (КМПП) с предельной частотой 18 ГГц, «розетка» с метрической (М6 Ч 0,75) и дюймовой (0,250-36UNS) резьбой – 4 типа, в том числе 2 типа составных фланцевых КМПП, заменяемых в полевых условиях [1].
2. КМПП с предельной частотой 33 ГГц «розетка» и «вилка» с метрической (М6 Ч 0,75) и дюймовой (0,250-36UNS) резьбой – 4 типа (патент РФ на изобретение 1764477, приоритет от 2 января 1990 года).
3. КМПП составной фланцевый в канале 7,0 / 3,04 мм с предельной частотой 18 ГГц.
4. Адаптеры герметичные с предельной частотой 26 ГГц «розетка – розетка» с метрической и дюймовой резьбой – 4 типа (патент РФ на полезную модель № 131533, приоритет от 18 марта 2013 года).
5. Адаптеры герметичные с предельной частотой 18 ГГц «розетка – розетка» для работы при повышенном до 100 атмосфер давлении – 2 типа.
6. Микроминиатюрные защелкиваемые соединители типа SMP с предельной частотой 40 ГГц:
◦ кабельные «розетки» для отечественных и зарубежных кабелей: прямые с предельной частотой 40 ГГц – 3 типа, угловые с предельной частотой 26,5 ГГц – 3 типа;
◦ адаптер герметичный с предельной частотой 40 ГГц «вилка – вилка» (патент РФ на полезную модель № 130150, приоритет от 20 декабря 2012 года);
◦ «вилка» приборная герметичная с полным защелкиванием и скользящим соединением – 2 типа.
7. Миниатюрные герметичные СВЧ-вводы (волновое сопротивление 50 Ом) с центральными проводниками диаметром 0,3; 0,4; 0,5 и 0,6 мм – 21 тип.
8. Миниатюрные резьбовые и безрезьбовые герметичные фильтры помех с электрической емкостью 1 500–4 500 пФ и максимальной величиной вносимого затухания 60 дБ для цепей питания – 10 типов.
9. Миниатюрные герметичные фильтры помех с электрической емкостью 70…90 и 140…170 пФ и максимальной величиной вносимого затухания 20 дБ для цепей управления – 2 типа.
10. Миниатюрные низкочастотные вводы и изоляционные стойки с центральным проводником диаметром 0,6 мм – 15 типов.
11. Многовыводные (до 60 выводов) герметичные металлостеклянные узлы по техническим требованиям заказчиков.
РАДИОЧАСТОТНЫЕ СОЕДИНИТЕЛИ
Внешний вид и конструкции стандартных (в соответствии с ГОСТ РВ51914-2002) радиочастотных соединителей с метрической и дюймовой резьбой показаны на рис. 1 и 2, защелкиваемых микроминиатюрных радиочастотных соединителей типа SMP – на рис. 3 и 4, а технические характеристики соединителей приведены соответственно в табл. 1 и 2.
Материалы и покрытия
• корпус – нержавеющая сталь, бериллиевая бронза, сплав 29НК, латунь, покрытие – износостойкое золото;
• гнездовой контакт – бериллиевая бронза, покрытие – износостойкое золото Н1.Зл-Ко(99,9)3 – сплав золото-кобальт по подслою никеля; центральный проводник – сплав 29НК, покрытие – износостойкое золото.
КМПП или СВЧ-ввод соединяются с МПЛ тонкой перемычкой, припаянной или приваренной к торцу центрального проводника и полоску МПЛ. Область соединения – уязвимое место при циклическом изменении температуры и механических воздействиях. Для повышения надежности и улучшения технологии сборки разработано соединение с применением скользящего контакта – рис. 5 [1].
Скользящий контакт представляет собой покрытую золотом миниатюрную цангу из термически упрочненной бериллиевой бронзы БрБ2, оканчивающуюся лепестком для соединения с МПЛ. При сборке скользящий контакт надевают на центральный проводник, а лепесток припаивают или приваривают к полоску МПЛ. При воздействии температуры и вибрации контакт скользит по поверхности центрального проводника соединителя, что предотвращает образование напряжений в соединении с МПЛ. АО «НПП «Исток» им. Шокина» разработало конструкцию скользящего контакта (патент РФ на полезную модель № 162470, приоритет 12 октября 2015 года), которая реализована Иркутским релейным заводом [2].
МИНИАТЮРНЫЕ ГЕРМЕТИЧНЫЕ СВЧ-ВВОДЫ
Герметичные металлостеклянные вводы с волновым сопротивлением 50 Ом используют для внутрисхемных и межблочных соединений, а также в составе составных коаксиально-микрополосковых переходов в изделиях микроэлектроники СВЧ. Внешний вид и конструкции разработанных СВЧ-вводов показаны на рис. 6 и 7, а их геометрические размеры и состав покрытия металлических поверхностей приведены в табл. 3.
Технические характеристики
Потери СВЧ, менее.............................................. 0,1 дБ
Сопротивление изоляции, более................. 5 000 МОм
Герметичность ..................................... 1,3 · 10–11 м3 Па / с
Диапазон рабочих температур...................... –60…125 °C
МИНИАТЮРНЫЕ ГЕРМЕТИЧНЫЕ НИЗКОЧАСТОТНЫЕ ВВОДЫ
И ИЗОЛЯЦИОННЫЕ СТОЙКИ
Герметичные низкочастотные вводы предназначены для ввода напряжений питания и низкочастотных сигналов, изоляционные стойки – для обеспечения внутренних вибропрочных соединений в герметизированных изделиях микроэлектроники СВЧ. Внешний вид и конструкции разработанных в АО «НПП «Исток» им. Шокина» низкочастотных вводов, изоляционных стоек и некоторых многовыводных металлостеклянных узлов показаны на рис. 8, а их геометрические размеры и состав покрытия металлических поверхностей приведены в табл. 4.
Технические характеристики
Сопротивление изоляции, не менее.............. 5 000 МОм
Герметичность..................................... 1,3 · 10–11 м3 Па / с
Диапазон рабочих температур..................... – 60…125 ° C
МИНИАТЮРНЫЕ ГЕРМЕТИЧНЫЕ ПОМЕХОПОДАВЛЯЮЩИЕ ФИЛЬТРЫ
Помехоподавляющие фильтры предназначены для подавления межсистемных и внутрисистемных электромагнитных помех в цепях питания, а также для развязки по СВЧ в радиоэлектронной аппаратуре. АО «НПП «Исток» им. Шокина» выпускает не имеющие отечественных аналогов миниатюрные герметичные резьбовые и безрезьбовые L–C-фильтры нижних частот, а также кабельный фильтр для подвода питающего напряжения при помощи радиочастотного кабеля.
Внешний вид и конструкции помехоподавляющих фильтров АО «НПП «Исток» им. Шокина» показаны на рис. 9, а их технические характеристики приведены в табл. 5.
Технические характеристики
Герметичность..................................... 1,3 · 10–11 м3 Па / с
Сопротивление изоляции, не менее.............. 5 000 МОм
Допустимая температура
кратковременного нагрева.................................. 260 °С
Номинальное напряжение.................................... 100 В
Номинальный ток................................................... 5 А
Диапазон рабочих температур...................... –60…125 °C
Покрытие металлических поверхностей.... Н3.Пд-Н(80)6
Масса, не более....................... 0,6 г; 1,4 г (фильтр № 10)
Кабельный фильтр «розетка» работает в сочетании со стандартными вилками СР‑50-724 ФВ, СР‑50-726 ФВ, выпускаемыми по техническим условиям ВРО.364.049 ТУ.
ОБ ИМПОРТОЗАМЕЩЕНИИ РАДИОЧАСТОТНЫХ СОЕДИНИТЕЛЕЙ
Оборонно-промышленному комплексу (ОПК) страны нужны собственные радиочастотные соединители [3]. Но полная замена всех зарубежных соединителей в настоящее время не по силам отечественной промышленности, так как номенклатура импортных изделий разрослась до многих сотен наименований. К тому же некоторые перспективные зарубежные соединители невозможно воспроизвести в разумные сроки вследствие многолетнего отсутствия нужных специалистов, необходимых материалов, технологий и оборудования.
По нашему мнению, объектом разработки и серийного производства в ближайшее время должны стать миниатюрные герметичные радиочастотные соединители широкого применения, работающие в широком диапазоне частот 0…50 ГГц. Соединители должны быть радиационно- стойкими (для устройств космического назначения), изготовлены из отечественных материалов, предусматривать модификации для поверхностного монтажа на печатные платы.
Проблемы, возникающие при воспроизведении зарубежных соединителей, рассмотрены в работе [4]. Отметим главную из них – отсутствие производства в нашей стране ряда стратегически важных материалов, необходимых для создания указанных соединителей, а именно:
• радиационно-стойких полимерных изоляционных материалов для замены широко применяемого фторопласта Ф4. За рубежом разработаны и широко применяются радиационно-стойкие полимеры Torlon, Ultem, Noryl (PPO) и др. [5];
• стекла с диэлектрической проницаемостью 4,0–4,1 и тангенсом угла диэлектрических потерь 20 · 10–4 – аналога зарубежного стекла Corning 7070. Большая часть герметичных зарубежных соединителей с предельной частотой 26,5–65 ГГц выполнена с применением стекла Corning 7070 [1];
• клея-герметика с диэлектрической проницаемостью приблизительно 2,9 и допустимой температурой нагрева 270…290 °C, необходимого при разработке миниатюрных соединителей для поверхностного монтажа на печатные платы.
Кроме того, необходимо корректировать присоединительные размеры и электрические параметры, предусмотренные отечественными стандартами на радиочастотные соединители: ГОСТ РВ 51914-2002, ГОСТ 13317-89 и ГОСТ 20265-83. В ГОСТ РВ 51914-2002 и 20265-83 требуется ввести широко применяемый тип соединителей 2,92 мм с предельной частотой 40 ГГц [1].
ЛИТЕРАТУРА
1. Джуринский К. Б. Современные радиочастотные соединители и помехоподавляющие фильтры / Под ред. д. т.н. Борисова А. А. – СПб: Изд-во ЗАО «Медиа Группа Файнстрит».2014. 426 с.
2. www.irkirz.ru. Новые разработки.
3. Евсеев В., Наливкин И. Импортозамещение ЭКБ и развитие радиоэлектроники. Обсуждение проблемы // ЭЛЕКТРОНИКА: Наука, Технология, Бизнес. 2014. № 8. С. 156–159.
4. Джуринский К. Радиочастотные соединители. Импортозамещение или снижение зависимости от импорта // ЭЛЕКТРОНИКА: Наука, Технология, Бизнес. 2017. № 8. С. 66–71.
5. Джуринский К., Прокимов А., Смирнова Ю. Перспективные изоляционные материалы для радиочастотных кабелей и соединителей // Компоненты и технологии. 2017. № 2. С. 105–113.
1. Коаксиально-микрополосковые переходы (КМПП) с предельной частотой 18 ГГц, «розетка» с метрической (М6 Ч 0,75) и дюймовой (0,250-36UNS) резьбой – 4 типа, в том числе 2 типа составных фланцевых КМПП, заменяемых в полевых условиях [1].
2. КМПП с предельной частотой 33 ГГц «розетка» и «вилка» с метрической (М6 Ч 0,75) и дюймовой (0,250-36UNS) резьбой – 4 типа (патент РФ на изобретение 1764477, приоритет от 2 января 1990 года).
3. КМПП составной фланцевый в канале 7,0 / 3,04 мм с предельной частотой 18 ГГц.
4. Адаптеры герметичные с предельной частотой 26 ГГц «розетка – розетка» с метрической и дюймовой резьбой – 4 типа (патент РФ на полезную модель № 131533, приоритет от 18 марта 2013 года).
5. Адаптеры герметичные с предельной частотой 18 ГГц «розетка – розетка» для работы при повышенном до 100 атмосфер давлении – 2 типа.
6. Микроминиатюрные защелкиваемые соединители типа SMP с предельной частотой 40 ГГц:
◦ кабельные «розетки» для отечественных и зарубежных кабелей: прямые с предельной частотой 40 ГГц – 3 типа, угловые с предельной частотой 26,5 ГГц – 3 типа;
◦ адаптер герметичный с предельной частотой 40 ГГц «вилка – вилка» (патент РФ на полезную модель № 130150, приоритет от 20 декабря 2012 года);
◦ «вилка» приборная герметичная с полным защелкиванием и скользящим соединением – 2 типа.
7. Миниатюрные герметичные СВЧ-вводы (волновое сопротивление 50 Ом) с центральными проводниками диаметром 0,3; 0,4; 0,5 и 0,6 мм – 21 тип.
8. Миниатюрные резьбовые и безрезьбовые герметичные фильтры помех с электрической емкостью 1 500–4 500 пФ и максимальной величиной вносимого затухания 60 дБ для цепей питания – 10 типов.
9. Миниатюрные герметичные фильтры помех с электрической емкостью 70…90 и 140…170 пФ и максимальной величиной вносимого затухания 20 дБ для цепей управления – 2 типа.
10. Миниатюрные низкочастотные вводы и изоляционные стойки с центральным проводником диаметром 0,6 мм – 15 типов.
11. Многовыводные (до 60 выводов) герметичные металлостеклянные узлы по техническим требованиям заказчиков.
РАДИОЧАСТОТНЫЕ СОЕДИНИТЕЛИ
Внешний вид и конструкции стандартных (в соответствии с ГОСТ РВ51914-2002) радиочастотных соединителей с метрической и дюймовой резьбой показаны на рис. 1 и 2, защелкиваемых микроминиатюрных радиочастотных соединителей типа SMP – на рис. 3 и 4, а технические характеристики соединителей приведены соответственно в табл. 1 и 2.
Материалы и покрытия
• корпус – нержавеющая сталь, бериллиевая бронза, сплав 29НК, латунь, покрытие – износостойкое золото;
• гнездовой контакт – бериллиевая бронза, покрытие – износостойкое золото Н1.Зл-Ко(99,9)3 – сплав золото-кобальт по подслою никеля; центральный проводник – сплав 29НК, покрытие – износостойкое золото.
КМПП или СВЧ-ввод соединяются с МПЛ тонкой перемычкой, припаянной или приваренной к торцу центрального проводника и полоску МПЛ. Область соединения – уязвимое место при циклическом изменении температуры и механических воздействиях. Для повышения надежности и улучшения технологии сборки разработано соединение с применением скользящего контакта – рис. 5 [1].
Скользящий контакт представляет собой покрытую золотом миниатюрную цангу из термически упрочненной бериллиевой бронзы БрБ2, оканчивающуюся лепестком для соединения с МПЛ. При сборке скользящий контакт надевают на центральный проводник, а лепесток припаивают или приваривают к полоску МПЛ. При воздействии температуры и вибрации контакт скользит по поверхности центрального проводника соединителя, что предотвращает образование напряжений в соединении с МПЛ. АО «НПП «Исток» им. Шокина» разработало конструкцию скользящего контакта (патент РФ на полезную модель № 162470, приоритет 12 октября 2015 года), которая реализована Иркутским релейным заводом [2].
МИНИАТЮРНЫЕ ГЕРМЕТИЧНЫЕ СВЧ-ВВОДЫ
Герметичные металлостеклянные вводы с волновым сопротивлением 50 Ом используют для внутрисхемных и межблочных соединений, а также в составе составных коаксиально-микрополосковых переходов в изделиях микроэлектроники СВЧ. Внешний вид и конструкции разработанных СВЧ-вводов показаны на рис. 6 и 7, а их геометрические размеры и состав покрытия металлических поверхностей приведены в табл. 3.
Технические характеристики
Потери СВЧ, менее.............................................. 0,1 дБ
Сопротивление изоляции, более................. 5 000 МОм
Герметичность ..................................... 1,3 · 10–11 м3 Па / с
Диапазон рабочих температур...................... –60…125 °C
МИНИАТЮРНЫЕ ГЕРМЕТИЧНЫЕ НИЗКОЧАСТОТНЫЕ ВВОДЫ
И ИЗОЛЯЦИОННЫЕ СТОЙКИ
Герметичные низкочастотные вводы предназначены для ввода напряжений питания и низкочастотных сигналов, изоляционные стойки – для обеспечения внутренних вибропрочных соединений в герметизированных изделиях микроэлектроники СВЧ. Внешний вид и конструкции разработанных в АО «НПП «Исток» им. Шокина» низкочастотных вводов, изоляционных стоек и некоторых многовыводных металлостеклянных узлов показаны на рис. 8, а их геометрические размеры и состав покрытия металлических поверхностей приведены в табл. 4.
Технические характеристики
Сопротивление изоляции, не менее.............. 5 000 МОм
Герметичность..................................... 1,3 · 10–11 м3 Па / с
Диапазон рабочих температур..................... – 60…125 ° C
МИНИАТЮРНЫЕ ГЕРМЕТИЧНЫЕ ПОМЕХОПОДАВЛЯЮЩИЕ ФИЛЬТРЫ
Помехоподавляющие фильтры предназначены для подавления межсистемных и внутрисистемных электромагнитных помех в цепях питания, а также для развязки по СВЧ в радиоэлектронной аппаратуре. АО «НПП «Исток» им. Шокина» выпускает не имеющие отечественных аналогов миниатюрные герметичные резьбовые и безрезьбовые L–C-фильтры нижних частот, а также кабельный фильтр для подвода питающего напряжения при помощи радиочастотного кабеля.
Внешний вид и конструкции помехоподавляющих фильтров АО «НПП «Исток» им. Шокина» показаны на рис. 9, а их технические характеристики приведены в табл. 5.
Технические характеристики
Герметичность..................................... 1,3 · 10–11 м3 Па / с
Сопротивление изоляции, не менее.............. 5 000 МОм
Допустимая температура
кратковременного нагрева.................................. 260 °С
Номинальное напряжение.................................... 100 В
Номинальный ток................................................... 5 А
Диапазон рабочих температур...................... –60…125 °C
Покрытие металлических поверхностей.... Н3.Пд-Н(80)6
Масса, не более....................... 0,6 г; 1,4 г (фильтр № 10)
Кабельный фильтр «розетка» работает в сочетании со стандартными вилками СР‑50-724 ФВ, СР‑50-726 ФВ, выпускаемыми по техническим условиям ВРО.364.049 ТУ.
ОБ ИМПОРТОЗАМЕЩЕНИИ РАДИОЧАСТОТНЫХ СОЕДИНИТЕЛЕЙ
Оборонно-промышленному комплексу (ОПК) страны нужны собственные радиочастотные соединители [3]. Но полная замена всех зарубежных соединителей в настоящее время не по силам отечественной промышленности, так как номенклатура импортных изделий разрослась до многих сотен наименований. К тому же некоторые перспективные зарубежные соединители невозможно воспроизвести в разумные сроки вследствие многолетнего отсутствия нужных специалистов, необходимых материалов, технологий и оборудования.
По нашему мнению, объектом разработки и серийного производства в ближайшее время должны стать миниатюрные герметичные радиочастотные соединители широкого применения, работающие в широком диапазоне частот 0…50 ГГц. Соединители должны быть радиационно- стойкими (для устройств космического назначения), изготовлены из отечественных материалов, предусматривать модификации для поверхностного монтажа на печатные платы.
Проблемы, возникающие при воспроизведении зарубежных соединителей, рассмотрены в работе [4]. Отметим главную из них – отсутствие производства в нашей стране ряда стратегически важных материалов, необходимых для создания указанных соединителей, а именно:
• радиационно-стойких полимерных изоляционных материалов для замены широко применяемого фторопласта Ф4. За рубежом разработаны и широко применяются радиационно-стойкие полимеры Torlon, Ultem, Noryl (PPO) и др. [5];
• стекла с диэлектрической проницаемостью 4,0–4,1 и тангенсом угла диэлектрических потерь 20 · 10–4 – аналога зарубежного стекла Corning 7070. Большая часть герметичных зарубежных соединителей с предельной частотой 26,5–65 ГГц выполнена с применением стекла Corning 7070 [1];
• клея-герметика с диэлектрической проницаемостью приблизительно 2,9 и допустимой температурой нагрева 270…290 °C, необходимого при разработке миниатюрных соединителей для поверхностного монтажа на печатные платы.
Кроме того, необходимо корректировать присоединительные размеры и электрические параметры, предусмотренные отечественными стандартами на радиочастотные соединители: ГОСТ РВ 51914-2002, ГОСТ 13317-89 и ГОСТ 20265-83. В ГОСТ РВ 51914-2002 и 20265-83 требуется ввести широко применяемый тип соединителей 2,92 мм с предельной частотой 40 ГГц [1].
ЛИТЕРАТУРА
1. Джуринский К. Б. Современные радиочастотные соединители и помехоподавляющие фильтры / Под ред. д. т.н. Борисова А. А. – СПб: Изд-во ЗАО «Медиа Группа Файнстрит».2014. 426 с.
2. www.irkirz.ru. Новые разработки.
3. Евсеев В., Наливкин И. Импортозамещение ЭКБ и развитие радиоэлектроники. Обсуждение проблемы // ЭЛЕКТРОНИКА: Наука, Технология, Бизнес. 2014. № 8. С. 156–159.
4. Джуринский К. Радиочастотные соединители. Импортозамещение или снижение зависимости от импорта // ЭЛЕКТРОНИКА: Наука, Технология, Бизнес. 2017. № 8. С. 66–71.
5. Джуринский К., Прокимов А., Смирнова Ю. Перспективные изоляционные материалы для радиочастотных кабелей и соединителей // Компоненты и технологии. 2017. № 2. С. 105–113.
Отзывы читателей
