Продукция группы «АНГСТРЕМ». ОАО «Ангстрем»- прошлое, настоящее и будущее

Дшхунян В.Л., Малашевич  Б.М., Машевич  П.Р., Сухопаров  А.И.

Продукцию группы «Ангстрем» структурируется в несколько групп.

• По типу:
  • научно-техническая продукция,
  • промышленная продукция,
  • услуги.
• По направлениям:
  • традиционная для Ангстрема продукция,
  • новые развиваемые направления,
  • перспективные направления.

Научно-техническая продукция

К научно-технической продукции относятся выполняемые по заказам потребителей разработки ИЭТ, устройств и систем на их основе для их последующего производства на предприятиях группы «Ангстрем», его отечественных или зарубежных партнеров.

К научно-технической продукции относятся разработки, выполняемые по полному циклу (Front — End + Back — End проект), по частичному циклу ( Back — End проект), по созданию полузаказных ИС на основе БМК, по переводу ПЛИС-проектов в проекты полузаказных ИС на основе БМК и любые иные разработки по тематике группы «Ангстрем».

Промышленная продукция

К промышленной продукции относятся ИЭТ, устройства и системы («под ключ») на их основе, поставляемые потребителям предприятиями группы «Ангстрем».

Услуги

Группа «Ангстрем» оказывает следующие услуги:

• Полупроводниковое производство: производство полупроводниковых приборов в режиме foundry , в ыполнение комплекса или отдельных операций по химической, плазмохимической и другим видам обработки кремниевых пластин, изготовление промежуточных и рабочих фотошаблонов и пелликлов.
• Сборочное производство: сборка микросхем в металлокерамические, металлостеклянные корпуса, резка пластин Ø150 мм, разбраковка, упаковка кристаллов в вакуумную упаковку, разработка технологий по изготовлению корпусов и сборки микросхем, гальваничесоке покрытие: цинк, никель, воронение, литье пластмассовых изделий по пресс-форме заказчика и др. 
• Центр измерений: измерения параметров полупроводниковых приборов на пластинах Ø100 мм и Ø150 мм и в корпусах, разработка и изготовление средств измерений.
• Испытательно-сертификационный центр: Испытание ИЭТ заказчика на соответствие заданным требованиям по стойкости к различным внешним воздействиям по категориям: «коммерческие», «индустриальные», «военные», «космические» с выдачей соответствующих сертификатов.

Традиционная продукция

Традиционная продукция группы «Ангстрем» хорошо известна потребителям. Она включает:

• Процессоры: МП, МК, ЦОС.
• ОЗУ, ПЗУ, ЭСППЗУ, FLASH.
• Цифровые и аналого-цифровые полузаказные БИС на основе БМК.
• ИС стандартной логики.
• Аналого-цифровые ИС: ОУ, АЦП, ГУН, DC ...
• БИС управления ЖКИ.

Традиционная и новая развиваемая продукция группы «Ангстрем» находит широкое применение в различных сферах, например:

• в энергосберегающих системах,
• в системах идентификации объектов, обслуживания граждан и управления доступом,
• в потребительских товарах (электронные часы, детские игрушки и электронные игры, микрокалькуляторы, мобильные телефоны, системы освещения, подарочные изделия и др.),
• в различных компьютерах, контроллерах, в информационных и управляющих системах

и во многих иных видах электронной техники.

Полузаказные БИС

Одним из важных традиционных направлений, обеспечивающим потребителю интегральную реализацию его «know — how» являются полузаказные БИС на основе базовых матричных кристаллов (БМК).

Потребителям предлагается цифровые и цифро-аналоговые БМК с характеристиками:

• число ячеек от 3 000 до 100 000,
• число выводов от 14 до 208,
• тактовая частота от 10 до 50 МГц.

Для создания полузаказных БИС на основе БМК отработан многовариантный типовой маршрут проектирования (р ис. 16) , предоставляющий заказчику возможность определить свою степень участия в создании БИС от выдачи исходных данных на проектирование до полнообъемного Front — End проекта.

Рис. 16. Маршрут проектирования полузаказных БИС

В зависимости от сложности заказываемой БИС и типа БМК для нее на полный цикл «карта заказа — поставка первой партии» требуется от полутора до трех месяцев.

Производители электронной аппаратуры, построенной с применением ПЛИС фирм XILINX , ACTEL и ALTERA , имеют возможность перепроектировать их на полузаказные БИС на основе БМК Ангстрема (по типовому маршруту), получив при этом, в ряде случаев, заметный экономический эффект и увеличив плотность компоновки аппаратуры.

Для выполнения заказчиком своей доли работы по созданию полузаказных БИС, Ангстрем представляет ему соответствующую среду проектирования. Среда проектирования включает программные средства и библиотеки элементов различной сложности.

За годы развития этого направления были разработаны, изготовлены и поставлены заказчикам сотни типов различных полузаказных БИС.

Новые развиваемые направления

В последние годы группа «Ангстрем» начала активно работать в новейших для себя перспективных областях техники, освоенных в промышленном производстве и развиваемых далее:

• ИЭТ повышенной надежности;
• интеллектуальные средства и системы контактной и бесконтактной радиочастотной идентификации ( RFID );
• приборы силовой электроники;
• интегральные микроэлектромеханические системы (iMEMS);
• магнитно-резистивные датчики (МРД);
• СБИС с сегнетоэлектрической памятью ( FRAM -приборы);
• матричные неохлаждаемые ИК-приемники и др. 

ИЭТ повышенной надежности

Особое значение для многих стратегически важных систем России и стран СНГ имеет надежность ИЭТ и их стойкость к различным воздействиям окружающей среды. Это ИЭТ для применения в северных районах страны, в пустынях Средней Азии, в космических аппаратах, в подводных, подземных и наземных коммуникациях и т.п. Потребность в таких ИЭТ постоянно возрастает и удовлетворена она может быть только отечественным потребителем не только из соображения безопасности, но и в связи с существующим запретом в США и ряде других стран поставок таких ИЭТ в Россию. Поэтому ОАО «Ангстрем» рассматривает высоконадежные ИЭТ в качестве одного из важнейших своих направлений, является в нем лидером в России и СНГ.

Высоконадежные ИЭТ ОАО «Ангстрем» характеризуются:

• Стойкостью к климатическим, механическим и иным воздействиям окружающей среды.
• Высокой надежностью и помехоустойчивостью.
• Широким диапазоном питающих напряжений.

При производстве высоконадежных ИЭТ ОАО «Ангстрем» использует:

• Специальные схемотехнические, топологические и технологические решения при создании ИЭТ,
• Специальные методы и нормы испытаний и аттестации ИЭТ.

Совокупность применяемых мер обеспечивает потребителю получение ИЭТ для требуемых условий применения создаваемых им приборов и систем.

Приборы и системы идентификации

Предприятия группы «Ангстрем» активно включились в развитие нового направления электроники — средств и систем электронной идентификации различных объектов. За несколько лет была создана широкая номенклатура интегральных микросхем для радиочастотных идентификаторов ( RFID ), считывателей для них (ридеров) и идентификаторов с контактами, включая высокозащищенные микроконтроллеры для интеллектуальных карт (ИК, SmartCard ). Эти микросхемы поставляются потребителям и используются в идентификаторах и считывателях собственного производства.

Радиочастотная идентификация

Ангстрем производит постоянно развиваемый ряд БИС радиочастотных идентификаторов от килогерцового до гигагерцового диапазона частот. На их основе Ангстрем создает и поставляет потребителям разнообразные радиочастотные идентификаторы в виде меток, карт, брелоков и т.п., примеры таких идентификаторов приведены на рис. 17. 

Рис. 17. Примеры RFID транспондеров ОАО «Ангстрем»

Для обработки этих идентификаторов созданы и поставляются разнообразные радиочастотные считыватели (рис. 18).

Рис. 18. Примеры RFID ридеров ОАО «Ангстрем»

Все эти изделия производятся Ангстремом и поставляются потребителям либо в виде самостоятельной продукции, либо в виде систем «под ключ» ( рис. 19).

Рис. 19. Пример автоматизированной системы контроля и управления доступом, поставляемой Ангстремом

Идентификация с контактами по ISO/IEC 7816 

Рис. 20. Модули для ИК с контактами в ленте

Потребителю предлагается достаточно широкая номенклатура микросхем для идентификаторов с контактами по ISO/IEC 7816-ххх от простейших ИС памяти до высокозащищенных микроконтроллеров. Они применяются в ИК систем управления доступом, платежных системах с различным уровнем защиты, в социальных и медицинских картах, в важных персональных и фирменных электронных документах, в качестве банковских платежных средств и т.л. Поставляются такие микросхемы в виде модулей с 6 или 8 контактами в ленте ( рис. 20) .

Наиболее сложной микросхемой для ИК является разработанный группой «Ангстрем» микроконтроллер для электронного паспорта гражданина России (рис. 21) . Микроконтроллер характеризуется наличием средств криптозащиты хранимой и передаваемой по радиочастотному интерфейсу информации, большим объемом встроенной энергонезависимой памяти (128Кх8 бит) для хранения биопараметров гражданина, встроенной операционной системой. Кристалл микроконтроллера для электронного паспорта изготовлен по технологии 0,18 мкм и в дальнейшем будет переработан натехнологию 0,13 мкм для производства в ОАО «Ангстрем-Т». На конкурсе этот проект группы «Ангстрем» занял первое место и в настоящее время 15 тысяч модулей электронного паспорта уже передано заказчику.

Рис. 21. Топология кристалла микроконтроллера электронного паспорта гражданина России

Приборы силовой электроники

Рис. 22. Пример фрагмента кремниевой пластины и кристалла транзистора в корпусе, группа «Ангстрем»

Рис. 23. Примеры силовых приборов группы «Ангстрем»

В современной и перспективной электронной аппаратуре в источниках питания и исполнительных устройствах различных систем управления широко применяются силовые диоды, транзисторы и другие полупроводниковые приборы, работающие в диапазонах больших токов (десятки и сотни Ампер) и высоких напряжений (сотни и тысячи Вольт). Фактически такой прибор представляется дискретным транзистором или диодом только для потребителя, получающего его в отдельном стандартном корпусе. В действительности такой прибор является интегральной схемой, в которой параллельно соединены сотни или тысячи диодов или транзисторов, в совокупности обеспечивающие требуемые характеристики (рис. 22). Площадь кристалла такого транзистора зачастую превышает 1см².

Ангстрем развивает следующие группы приборов силовой электроники (рис. 23):

1. Мощные МДП транзисторы ( MOSFET ):
   • Диапазоны напряжений, В — 20 ... 1200,
   • Диапазоны сопротивлений, Ом — 0,003 ... 7,0.
2. БТИЗ (IGBT):
   • Диапазоны напряжений, В — 600 ... 1700,
   • Диапазоны токов, А — 30 ... 100.
   • Время переключений, нс — 50 ... 400 
3. БВ диоды (FRD):
   • Диапазоны напряжений, В — 600 ... 1700,
   • Диапазоны токов, А — 30 ... 100,
   • Время переключений, нс — 50 ... 100.
4. СИ тиристоры (SIT):
   • Диапазоны напряжений, В — 200 ... 1200,
   • Диапазоны токов, А — 50 ... 100.

Перспективные направления

Традиционно вся микроэлектроника, и Ангстрем в том числе, занимались созданием интегральных схем для построения «интеллектуальной» части компьютеров и различных систем управления — микропроцессоров, памяти, логических и аналоговых схем. При этом долгое время не использовались такие уникальные свойства кремния, как:

• Светочувствительность в видимом, ИК и УФ диапазонах, позволяющая на основе кремниевых технологий изготавливать «глаза» для электронных систем — матричные и иные фотоприемные устройства, воспринимающие целостные изображения различных объектов при разных условиях освещения.
• Возможность путем введения «жертвенных слоев» и иными приемами получения в кристалле кремния микромеханических элементов в виде консольно закрепленных или свободно расположенных конструкций. Микромеханические устройства, обрамленные в том же кристалле соответствующей микроэлектроникой, образуют микроэлектронно-механические системы (МЭМС) — «органы чувств» (акселерометры, гироскопы, микрофоны и т.п.) и «руки» (электродвигатели) электронных систем.
• Возможность формирования на защищенной поверхности готового кристалла ИС проводящих и изолирующих структур позволяет создавать многокристальные монолитные модули с самой высокой плотностью упаковки.

В последние годы ОАО «Ангстрем» начало активно использовать эти свойства кремния для создания приборов в новейших для себя перспективных областях техники:

• Приборы для тепловидения.
• Микроэлектронно-механические системы.
• Многокристальные микромодули.

Приборы для тепловидения

К созданию неохлаждаемых фотоприемных устройств (ФПУ) для тепловидения Ангстрем приступил в 2000 г. Реализуется три этапа развития этого нового направления.

На первом этапе были разработаны и поставлялисб заказчикам фотомприемные диодные матрицы ИК-диапазона с разрешением 256x256 и 512x512 пикселей для охлаждаемых фотоприемных устройств. Однако необходимость охлаждения Ангстрем рассматривал как принципиальный недостаток таких ФПУ, поэтому Ангстрем активно включился в партнерство по созданию болометрического не охлаждаемого ФПУ с разрешением 160x120 пикселей, выполняемой ИФП СО РАН совместно с ЦНИИ «Циклон». Для этого ФПУ Ангстрем разработал и изготовил БИС мультиплексора, на основе которого в ИФП СО РАН была сделана болометрическая фокальная матрица и ФПУ (рис. 24).

Рис. 24. Мультиплексор, ФПУ и тепловые фотографии с разрешением 160в120 пикселей.

В 2007 г. Ангстрем разработал и изготовил БИС мультиплексора с разрешением 320x240 пикселей, на основе которого в ИФП СО РАН была сделана болометрическая фокальная матрица и ФПУ. Примеры полученных этим ФПУ фотографий приведены на рис. 25. 

Рис. 25. Мультиплексор, ФПУ и тепловые фотографии с разрешением 320x240 пикселей. На его основе сделан прицел для стрелкового оружия и другие приборы тепловидения.

На основе полученного опыта Ангстрем приступил к реализации полного технологического цикла создания неохлаждаемых ФПУ, характеризуемых:

• Полным телевизионным форматом.
• Повышенной четкостью изображения.
• Расширенным динамическим диапазоном.

Приборы микромеханики и МЭМС

К созданию приборов микромеханики и МЭМС Ангстрем приступил в 2003 г. Работы были построены в два этапа.

Этап 1. Гибридные приборы

Рис. 26. Гибридный микроакселероментр АТ1104 на основе бескорпусной БИС 5511ХТ1АУН4-005 

На первом этапе Ангстрем работал в тесном сотрудничестве с ОАО «МНПК “Темп-Авиа”» по созданию гибридных МЭМС: микрогироскопов и микроакселерометров. Ангстрем разработал и поставляет партнеру 2 типа БИС управления приборами, а МНПК «Темп-Авиа» разработал и изготавливал миниатюрные механические датчики и микрогироскопы и микроакселерометры в целом. Пример гибридного микроакселерометра, управляемого БИС 5511ХТ1АУН4-005 Ангстрема, приведен на рис. 26. 

Параллельно Ангстрем разрабатывал конструкции и технологии создания микромеханических устройств.

Этап 2. Интегральные МЭМС

Рис. 27. Кристалл iМЭМС микроакселерометра и фрагменты его микромеханических структур

Рис. 28. Однокристальный iМЭМС микроакселерометр.

Второй этап решает задачу создания интегральных МЭМС, в которых и микромеханические датчики ( акселерометров, гироскопов, датчиков давления и т.п.) и БиКМОП микроэлектронные устройства преобразователей и управления изготавливаются в одном кристалле кремния в едином технологическом цикле ( i МЭМС технология).

В ОАО «Ангстрем» разработана базовая технология поверхностной микрообработки структурного поликремния и окисного жертвенного слоя, которая достаточно хорошо встраивается в БиКМОП процесс по схеме интеграции «МЭМС внутри БиКМОП». Отработан также и метод капсулирования свободно висящих микро-механических структур для защиты их от внешних механических воздействий. На этой основе получены первые экспериментальные образцы микросхем двухосевых однокристальных микроакселерометров (рис. 27 и 28).

Уже первые полученные образцы микроакселерометров по основным параметрам (чувствительность, линейность, потребляемая мощность и др.) соответствуют или близки к аналогичным зарубежным приборам.

Планарные многокристальные модули

Рис. 29. Планарный многокристальный модуль навигационного приемника спутниковых систем ГЛОНАСС/ GPS

Ангстрем освоил новую для себя технологию изготовления планарных многокристальных модулей (ПМКМ), существенно повышающую плотность компоновки электронной аппаратуры.

В ПМКМ (рис. 29) кристаллы БИС утоплены в подложку модуля таким образом, что поверхности подложки, кристаллов БИС и других элементов располагаются строго в одной плоскости. Соединения элементов ПМКМ по определенной схеме производится методом тонкопленочной технологии по единой поверхности подложки и внедренных в нее кристаллов. Для подложки могут быть применены различные материалы: пластмасса, керамика, металл, на которых можно получать углубления, соответствующие размерам кристаллов. После размещения кристалла в углубление подложки, на ее поверхности формируется слой диэлектрической пленки, обычно из полиимида, обеспечивающей планарность подложки и используемой в качестве межслойного диэлектрика. Эта конструкция обеспечивает достижение предельных величин по плотности упаковки компонентов и быстродействию ПМКМ, уменьшает толщину модуля и исключает из технологического процесса операции пайки или сварки.

ПМКМ предназначены для применения в особо компактной электронной аппаратуре: сотовых телефонах, приборах спутниковой навигационной системы «ГЛОНАСС», портативных RFID -терминалах, имплантируемых медицинских приборах и т.п.

«Ангстрем» — это стабильно работающие и тесно сотрудничающие коллективы опытных высококвалифицированных менеджеров, разработчиков, технологов и производственников. В свой 45-летний юбилей они уверенно смотрят в будущее.

ОАО «Ангстрем»- прошлое, настоящее и будущее
Статья помещена в музей 31.10.2008