В прошлом году воронежский Научно-исследовательский институт электронной техники отметил свой 60-летний юбилей. Но и 2022 год для предприятия тоже юбилейный: 40 лет назад НИИЭТ начал проводить испытания электронной компонентной базы.
Сравнительно недавно в развитие этого направления специалистами института был разработан стенд для испытаний транзисторов ответственного применения. Этот стенд, предназначенный для поведения термоэлектротренировки данных приборов в ускоренном режиме, в конце мая 2021 года прошел метрологическую экспертизу и был аттестован, а уже через месяц был успешно введен в эксплуатацию на предприятии и в настоящее время используется для проведения испытаний изделий собственного производства НИИЭТ, в первую очередь для космической отрасли.
Учитывая положительный опыт работы с новым стендом, было принято решение создать второй экземпляр данного оборудования для увеличения испытательных мощностей. К настоящему времени данная работа находится на финишной прямой: вторая установка уже практически готова.
Но НИИЭТ — не единственное предприятие, заинтересованное в подобном оборудовании. Применение силовых полупроводниковых приборов активно растет, требования к их характеристикам повышаются, что связано с целым рядом тенденций, таких как развитие электротранспорта, широкое внедрение промышленной автоматизации, а также рост мощности источников питания и потребность в сокращении времени зарядки аккумуляторных батарей. Вместе с увеличением объема производства и потребления таких компонентов растет и нагрузка на испытательные лаборатории — как производителей ЭКБ, так и компаний, специализирующихся на испытаниях.
Опыт, полученный при создании стендов для собственных нужд, может стать базой для разработки и производства испытательного оборудования, в котором заинтересована отечественная электронная промышленность, — так решили в воронежском институте и предложили создать линейку из шести стендов для проведения электротермотренировки и испытаний на безотказность силовых полупроводниковых компонентов, включая не только транзисторы, но и диоды, стабилитроны, линейные стабилизаторы и другие приборы. В состав линейки должны войти стенды, отличающиеся по режиму электрической нагрузки (статические и динамические) и количеству одновременно проходящих испытания приборов (30, 50 и 70 шт.).
В октябре 2021 года предприятие подало заявку на субсидию на проведение НИОКР по разработке данного оборудования в соответствии с Постановлением Правительства РФ от 16 декабря 2020 года № 2136, которая была удовлетворена. Сейчас работа над созданием линейки стендов идет полным ходом.
Какую же пользу принесет эта разработка промышленности? В первую очередь, стенды обеспечивают высокое качество испытаний, которое достигается благодаря контактному методу термостатирования с помощью теплоотводящих плит с жидкостным теплообменом. Теплоотводящие плиты контактируют с верхней поверхностью корпуса компонента, и излишнее тепло отводится посредством теплоносителя, циркулирующего во внутреннем контуре. Поскольку испытаниям могут подвергаться не только компоненты с большой рассеиваемой мощностью, требующие охлаждения при большой нагрузке, но и приборы, которые при работе выделают сравнительно малую мощность и которые необходимо дополнительно нагревать для обеспечения теплового режима испытаний, в стендах предусматривается использование нагревателей теплоносителя. При этом нагрев испытываемого прибора будет осуществляться с помощью тех же теплоотводящих плит.
Второй немаловажный фактор — стоимость оборудования. Ожидается, что она будет существенно ниже, чем у импортных аналогов, которые сейчас представлены на рынке. Основание для такого предположения есть: первый стенд, разработанный для собственных нужд, обошелся предприятию более чем в два раза дешевле, чем если бы НИИЭТ приобрел такое оборудование у зарубежного производителя, а при увеличении объемов производства себестоимость, вероятно, удастся дополнительно снизить. Меньшая цена позволит испытательным лабораториям легче расширять свои мощности и, как следствие, отвечать растущим потребностям в испытаниях силовой компонентной базы.
Более того, разрабатываемые стенды смогут применяться для испытаний не только дискретных силовых компонентов, но и сборок и микросхем, таких как, например, усилители. По большому счету функциональное назначение компонента не имеет значения; важно только то, что оснастка должна обеспечивать подведение напряжений, создающих наиболее нагруженный режим работы компонента. Для формирования необходимых напряжений питания в составе стендов планируется использовать несколько источников питания. Управляющие напряжения в стендах статического исполнения будут создаваться дополнительными источниками питания, а в динамических установках — программируемым генератором, формирующим импульсы с регулируемой длительностью и скважностью с возможностью модуляции импульса заданной частотой.
Но этим планы НИИЭТ по разработке испытательного оборудования не ограничиваются. Еще один тип разрабатываемого оборудования — автоматическая камера теплового удара. На проведение данной НИОКР также уже одобрена субсидия.
Эта камера предназначена для проведения испытаний интегральных схем и полупроводниковых приборов на воздействие резкого изменения температуры окружающей среды. В составе установки две камеры — тепла и холода — с жидкостной средой заданной температуры. Изменение температуры окружающей среды осуществляется перемещением испытываемого изделия из одной камеры в другую с помощью каретки, приводимой в движение шаговым двигателем.
Отличительной особенностью разрабатываемой установки является применение в качестве жидкости в камере холода воды, спирта или жидкого азота. С одной стороны, жидкий азот позволяет проводить испытания при температурах до —196 °С, что делает данную установку уникальной: большинство представленных на рынке камер могут обеспечивать температуру лишь до —60 °С. С другой стороны, если такие низкие температуры не требуются, для охлаждения могут применяться вода или спирт, что выгодно отличает это оборудование от зарубежных аналогов, в которых используются специализированные жидкости, обладающие высокой стоимостью и тем самым делающие дорогостоящей эксплуатацию установки.
Ведущиеся разработки испытательного оборудования, основанные на уже имеющемся у специалистов НИИЭТ опыте, нашедшем подтверждение на практике и отвечающем современным потребностям в данной сфере, позволят создать отечественные решения для испытательных лабораторий, которые не только будут обеспечивать необходимый уровень качества испытаний, но и будут доступны по цене, устраняя одно из ключевых препятствий при расширении мощностей испытательных лабораторий.
