ЛР1 сапфир (Подборка отчетов по практике 2009)

Московский Энергетический Институт (ТУ).

ОАО НПП «Сапфир»: история,

научные разработки, производство.

Выполнила: ст. гр. ЭЛ-15-04

Ожогина Ю.М.

Проверила: Шеметова В.К.

Москва.

2008 г.

ОАО НПП «Сапфир» является базовым предприятием российской оборонной промышленности. Оно сосредоточило свои усилия на научно-производственном направлении по созданию радиационностойких КМОП КНС БИС микросхем, технология которых относится к задачам федерального уровня. "Сапфир" осуществляет поставки микропроцессоров для нужд Роскосмоса и Минатома Российской Федерации.

Предприятие имеет огромный опыт производства и разработки наукоемкой продукции, применяемой в бортовых системах и вычислительных комплексах баллистических ракет.

Сочетание традиционных и новых направлений в разработках и производстве полупроводниковой электроники, создание законченных изделий и устройств для первоочередных нужд народного хозяйства и обороны страны позволяет НПП «Сапфир» развивать науку и производство России.

История предприятия.

1951 год. в Москве Постановлением Совмина был организован НИИ-311, ориентированный на совершенно новое по тем временам направление – радиоэлектронику. Институт был создан на базе трех предприятий: радиозавода им. Красина, артели «Коопутиловец» и завода «Сирокко». В годы Великой отечественной войны предприятия выпускали военную продукцию: гранаты, авиа-снаряды, автозаправщики, редукторы к ракетным установкам «Катюша».

В 1956 году НИИ-311 переводится в Министерство радиотехнической промышленности и на него возлагается ответственность за разработку полупроводниковых диодов и тиристоров. Требования к институту возросли. В то же время у него не было ни одного подходящего для работы здания. Сложно представить, что на территории нынешнего предприятия на заре его становления находилось самое настоящее болото. На плечи первых директоров «Сапфира» (Л. Кирпичникова, М. Климанова, Б. Гуляева) легла непростая задача: перепрофилировать штамповочное производство в предприятие, отвечающее современным стандартам электроники по чистоте, точности обработки, сложности процессов.

Перепрофилирование заводских территорий и открытие НИИ-311 стало краеугольным камнем в общей концепции развития физики полупроводников в стране, мощным импульсом, к которому послужило открытие транзисторов.

Практически вслед за НИИ-311 была образована кафедра физики и полупроводников на физическом факультете МГУ им. Ломоносова. Сотрудники обоих научных центров до сих пор поддерживают тесные связи, а на заре становления новой науки ученые работали практически над одними и теми же стратегическими проблемами. Работы сыграли огромную роль в понимании физических процессов в кристаллических полупроводниках и использовались при разработке полупроводниковых приборов.

В 60-х годах на месте деревянных построек были возведены три новых корпуса.

Одновременно с созданием института появилась еще одна цель - готовить новые кадры для новой отрасли

В 60-70-х годах к производству подключили практически два десятка заводов по всей стране. НИИ начал заниматься не только производственной, но и обучающей деятельностью, передавая свой опыт другим предприятиям, обучая их кадры. До сих пор директора профильных предприятий Новосибирска, Орска, Минска и других городов вспоминают о помощи НИИ.
Многие получали образование инженеров без отрыва от производства.

За все время за успехи, достигнутые в разработке и производстве новых классов полупроводниковых приборов, более 30 специалистов предприятия удостоены Ленинских и Государственных Премий СССР, Премий Совета Министров СССР и Ленинского комсомола. Ряд сотрудников награжден орденами Ленина, Трудового Красного Знамени, Знак Почета и Дружбы народов.

Постепенно образовывался, рос и расширялся круг разработчиков, высококвалифицированных специалистов, профессионалов, способных создавать самые совершенные полупроводниковые приборы. Сотрудниками предприятия защищено 6 докторских и 115 кандидатских диссертаций.

На предприятии создана и до сих пор успешно функционирует базовая кафедра Московского института радиотехники, электроники и автоматики (МИРЭА – технический университет).

70-е годы можно назвать расцветом радиоэлектронной отрасли.

 С конца 80-х годов в радиоэлектронике, как и во всем оборонно-промышленном комплексе России начался период упадка. За 15 лет перестройки и так называемой рыночной экономики и институт и электронная отрасль понесли значительные потери. Общее состояние российского ВПК было плачевным. Очень большое количество предприятий были вынуждены пойти на перепрофилирование и, забросив научные разработки, заняться производством товаров народного потребления. Практически без возможности творческой и научной реализации остались многие сотрудники институтов, составлявших гордость российской науки. Научный потенциал страны никогда не ставился под сомнение мировым сообществом. «Охотники за головами» российских ученых и изобретателей практически всех зарубежных стран никогда не сидели без дела. Утечка «мозгов», не нашедших себе применения в новых условиях хозяйствования, нанесла колоссальный урон электронной и оборонной отраслям. Для НПП «Сапфир» перестроечное время тоже было непростым. Устарело оборудование, снизилась эффективность работы, ухудшились экономические показатели. Тем не менее, предприятие сумело сохранить свой научно технический и производственный потенциал. Новое время требовало нового руководства.

В 1993 году произошло акционирование предприятия. Смена приоритетов в дальнейшем развитии электронной промышленности и обороны страны заставила ОАО НПП «Сапфир» искать свою нишу в современной экономике.

В 1995 и 1997 годах на основе КМОП КНС технологии разработаны и производятся специализированные интегральные микросхемы: БИС КМОП КНС микропроцессорного набора из 14 микросхем, включающих 16-разрядные микропроцессор и арифметический умножитель, статические ОЗУ емкостью 4 кбит, масочные ПЗУ емкостью 16 и 32 кбит, а также схемы интерфейса, позволяющие создавать законченные вычислительные комплексы. Помимо этого, предприятие стало выпускать измерители временных интервалов, быстродействующие ЦАП и параллельные АЦП на 10-12 двоичных разрядах с тактовой частотой 15...50 МГц. На основе КМОП КНС технологии разрабатываются высокотемпературные микросхемы (Т=200...250°С).

Конструкция быстродействующих КМОП КНС транзисторов, сохраняющих динамические параметры в особо жестких условиях эксплуатации, были отмечены в 1997 году Золотой медалью Всемирного салона изобретений в Брюсселе. Это была убедительная победа российских ученых в ситуации, когда государство практически не интересовалось отраслью. Ведь долгое время микросхемы не были востребованы, но в 2000-2001 гг. наметились тенденции в повышении заинтересованности у Министерства обороны РФ, Росавиакосмоса и Минатома к высокотехнологичным изделиям, разрабатываемым НПП "Сапфир", в том числе и к БИС КМОП КНС новых поколений. Сейчас эти государственные структуры – постоянные потребители продукции предприятия.

Кроме того, предприятие развивало следующие направления производственной и научной деятельности: энергосберегающее оборудование - высокоэффективные программируемые преобразователи частоты для электроприводов на базе асинхронных двигателей.
Разработанные предприятием микропроцессорные преобразователи частоты и сегодня успешно работают на предприятиях коммунального хозяйства Москвы, Московской области и других регионов страны.

За последний год "Сапфир" приобрел неплохую динамику развития.
Сочетание традиционных и новых направлений в разработках и производстве полупроводниковой электроники, создание законченных изделий и устройств для первоочередных нужд народного хозяйства и обороны страны позволяет НПП «Сапфир» развивать науку и производство России.

В настоящее время разработана и реализуется программа по созданию и развитию в стране структур поддержки малого наукоемкого предпринимательства на базе инновационных центров и так называемых инкубаторов бизнеса. Один из них – технопарк «Сапфир», созданный для того, чтобы ликвидировать имеющийся разрыв между научным сообществом, крупными промышленными предприятиями и малым наукоемким бизнесом. Другой задачей технопарка должно стать создание дополнительных рабочих мест. Структура будущего технопарка будет максимально соответствовать зарубежным кластерам (объединением малых предприятий под крылом одного крупного). Такое взаимовыгодное сотрудничество облегчит малым предприятиям решение многих проблем.

Научная деятельность.

В области микроэлектроники. Исследование общих вопросов развития КНС (КНИ) микросхем: перспективные сферы применения, экономики КНС- производства, перспективы совершенствования КНС-структур, маркетинг (включая экспортные поставки).

Исследование физико- технологических особенностей КНС-структур (роль дислокаций, внутренних напряжений, границы раздела и т.п.) с целью минимизации вредных факторов.

Исследование возможностей нанотехнологии для получения качественных сверхтонких ( меньше 100 нм) КНС- структур ( предприятие заинтересовано в соисполнителе – материаловедческом НИИ).

Исследование методов неразрушающего контроля качества бескорпусных КНС-микросхем на гибком полиимидном носителе.

Исследование фотоэлектрических свойств КНС и КНС- приборов с целью создания сверхскоростных бескорпусных фотоэлектронных микросхем для бортовых систем управления 1V-V – поколений.

На основе КМОП КНС технологии разработаны и производятся 32 типа радиационно-стойких интегральных микросхем: 

 ИС КМОП КНС микропроцессорного набора, включающих 16-разрядные микропроцессор и арифметический умножитель, статические ОЗУ емкостью 4 и 16К бит, масочные ПЗУ емкостью 16 и 32К бит, а также схемы интерфейса, позволяющие создавать законченные радиационно-стойкие вычислительные комплексы; 

измерители временных интервалов с тактовой частотой до 75 МГц; 

быстродействующие ЦАП и АЦП на 8-10 двоичных разрядов с тактовой частотой 15...20 МГц. На основе КМОП КНС технологии исследуется возможность создания микросхем ( Т=200...250 град.С ). 

Конструкция быстродействующих КМОП КНС транзисторов, сохраняющих динамические параметры в особо жестких условиях эксплуатации, отмечена Золотой медалью Всемирного салона изобретений "Брюссель-Эврика 97" (1997г.). 

В области некогерентной оптики. Cуперяркие светоизлучающие приборы (СИД), знако-синтезирующие индикаторы, фотодиоды, оптопары и модули экранов красного, желтого и зеленого цветов свечения, предназначенные для использования в экономичных и высоконадежных дорожно-транспортных указателях и информационно-рекламных экранах. Разработанные СИД являются аналогами лучших зарубежных приборов и предназначены для замены импортных комплектующих в народном хозяйстве. 

Серия спектрофотометрических фотодиодов типа «Визор» (СФДФ-к, СФДФ-з, СФДФ-с) со специализированными спектральными характеристиками, обеспечивающими возможности цветового декодирования для использования в спектрометрических, колометрических и биомедицинских датчиках. 

Ведутся работы по разработке и налаживанию производства полупроводниковых приборов по новейшим технологиям таких, как OLED (см. рис) и производство сверхярких диодов особенно с синим свечением. В технологии OLED (organic light emitting diode — «органический светоизлучающий диод») для производства дисплеев используются полимеры с особой молекулярной структурой, которые способны излучать свет при подаче электрического напряжения, что избавляет от необходимости в подсветке, как у ЖК-дисплеев. Световые лучи, проходя сквозь красный, зеленый и голубой слои, преломляются и образуют на экране цветные точки. Рабочие образцы OLED-дисплеев были созданы довольно давно, но широкому применению долгое время мешало малое время "жизни" органических панелей.

По сравнению с TFT LCD, OLED-дисплеи более яркие, они тоньше, отличаются лучшей контрастностью и, по прогнозам аналитиков, смогут заменить жидкокристаллические дисплеи в ближайшие 5-10 лет, при условии преодоления всех проблем, связанным с их массовым производством.

Например, для производства диодов синего свечения в качестве подложки используют сапфир, а затем напыляют при 1000 ºС слои InGaN.

В области наукоемких дискретных приборов. Разработаны высокодобротные варикапы со сверхрезкими р – n переходами для метрового и дециметрового диапазонов длин волн и коммутационные диоды с малым дифференциальным сопротивлением. Эти изделия предназначены для создания перспективных селекторов каналов для отечественной теле- и видеоаппаратуры. Разработана и выпускается широкая номенклатура 6 вольтовых малошумящих ультрапрецизионных индивидуально-аттестуемых стабилитронов серии 2С117 Г-П; 2С108 Г-С; 2С122 А-Е; 2С123 А-Е классов точности 0,01-0,0002% за 1000 часов. Для обеспечения разработок и производства прецизионных дискретных и интегральных стабилитронов создан уникальный метрологический комплекс для аттестации точностных параметров этих приборов. В состав комплекса входят прецизионные многоканальные измерительные установки и системы для контроля параметров изделий, а также средства и поверки и передачи точности, включая образцовые меры. Созданы рабочие эталоны единиц ЭДС- Вольта, Ома, Кельвина. Достигнутый в настоящее время уровень точности производственных измерений составляет ±0,00005% за 1000 часов, что является наивысшим для промышленных предприятий в РФ и странах СНГ. Достижения в области создания средств метрологического обеспечения производства прецизионных стабилитронов удостоены – Серебряной и бронзовой медалей на Всемирном салоне "Брюсcель-Эврика 93" (1993г.). 

В области функциональных устройств разработаны микропроцессорные системы управления электродвигателями.