Лаборатория печатной электроники (Аддитив)

Руководитель: Артищев Сергей Александрович, кандидат технических наук

Год создания лаборатории: 2022

Описание лаборатории

Лаборатория создана в рамках гранта Министерства науки и высшего образования Российской Федерации «Создание новых лабораторий, в том числе под руководством молодых перспективных исследователей» национального проекта «Наука и университеты».

Объектом исследования лаборатории является технология принтерной печати толстоплёночных гибридных интегральных схем. Предмет исследования – возможность создания многослойных печатных плат с помощью прямой печати на принтере по цифровой модели.

Научные направления лаборатории

1. Проведение научных исследований и разработка технических средств для задач печатной интегральной электроники
2. Проектирование и изготовление технологических установок для прецизионного дозирования и послойного нанесения материалов
3. Разработка способов нанесения материалов печатной электроники и внедрение передовых технологий при изготовлении электронных средств
4. Разработка технологии получения материалов, применяемых для изготовления устройств по принтерной технологии
5. Проектирование 3D-моделей и изготовление прототипов изделий методом 3D-печати с высокой точностью для лабораторных исследований, натурных испытаний и промышленного применения

Результаты по тематике исследования, полученные за время работы лаборатории

В 2022 году лабораторией выполнен аналитический обзор и проведены патентные исследования по направлению разработки методов и средств дозирования вязких материалов. Рассмотренные примеры устройств, изготовленные по принтерным технологиям, демонстрируют разнообразие возможностей и перспективы применения данных технологий при создании готовых устройств. Изучены существующие аналоги технологических установок для нанесения паст. Результаты НИР могут найти применение в области радиоэлектроники для изготовления по принтерной технологии толстоплёночных пассивных компонентов и СВЧ-узлов, элементов силовой электроники.

В 2023 году проведено теоретическое исследование экструзии пасты, состоящей из порошка серебра и связующего вещества терпинеол, с целью понимания особенностей поведения системы и определения оптимальных условий работы дозатора; изготовлены тестовые платы и проведены их лабораторные испытания, по результатам которых определены технологические параметры изготавливаемых толстопленочных изделий, а также сформулированы технические требования к установке нанесения материалов; разработаны и изготовлены макеты основных функциональных узлов разрабатываемой технологической установки. По результатам численного моделирования процесса нанесения пасты по принтерной технологии были определены наиболее эффективные параметры работы печатающей системы. Изучены характеристики паст для трафаретной печати. Получены зависимости вязкости от скорости сдвига, на основании которых пасты можно охарактеризовать как псевдопластичные неньютоновские жидкости. Пасты обладают весьма высокой вязкостью – свыше 100 000 мПа∙с. Экспериментально установлено, что для принтерного нанесения следует использовать пасты с вязкостью 40 000-100 000 мПа∙с. Также в результате анализа паст выявлено, что средний арифметический диаметр частиц в пасте составляет 1-5 мкм. С учетом полученных сведений представляется возможным создать пасты, адаптированные для принтерной технологии нанесения. Результаты НИР могут найти применение в области радиоэлектроники для изготовления по принтерной технологии толстопленочных пассивных компонентов и СВЧ-узлов, элементов силовой электроники.

Наиболее значимые публикации

1. Труфанова Н.С., Рагимов Э.Р., Артищев С.А., Лощилов А.Г. Применение аддитивной принтерной технологии для изготовления многослойных печатных плат // Нанотехнологии: разработка, применение - XXI век. – Т. 14. – №4. – 2022. – С. 37–44. [DOI: 10.18127/j22250980-202204-04]
2. Trufanova N.S., Artishchev S.A., Ragimov E.R., Loschilov A.G., Malyshenko A.M. Technique for extraction of electric frequency parameters of conductive ink // Journal of Physics: Conference Series. IOP Publishing, 2022. V. 2291. №. 1. P. 7. [DOI 10.1088/1742-6596/2291/1/012015]
3. Loschilov A.G., Thanh T.T., Malyutin G.A., Trufanova N.S., Artishchev S.A., Chepko T.A. Expanding the horizon of additive printing technologies application in the technique of coupled strip lines with heterogeneous dielectric filling // 2022 IEEE 23rd International Conference of Young Professionals in Electron Devices and Materials (EDM), 2022. P. 256-261. [DOI: 10.1109/EDM55285.2022.9855103]
4. Федосов Д.С., Михайлова О.А., Труфанова Н.С., Горончко В.А., Артищев С.А., Юрьев С.А., Лапин А.Н., Михайлов М.М. Оптические свойства и радиационная стойкость печатного покрытия на основе серебра // Известия вузов. Физика. – 2023. – DOI : 10.17223/00213411/66/10/3.
5. Федосов Д.С., Михайлова О.А., Труфанова Н.С., Горончко В.А., Артищев С.А., Юрьев С.А., Лапин А.Н., Михайлов М.М. On the possibility of obtaining thermal control coatings for spacecraft by printing // Materials Chemistry and Physics. – 2023. – DOI : 10.1016/j.matchemphys.2023.128472.

Патенты и свидетельства на ​программы ЭВМ

1. Патент № 2801761 C1 Российская Федерация, МПК H05K 13/00, H05K 3/10, H05K 3/24. Способ и устройство для изготовления печатной платы : № 2022130784 : заявл. 26.11.2022 : опубл. 16.08.2023 / Э. Р. Рагимов, С. А. Артищев, А. Е. Здрок, А. Г. Лощилов
2. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2021680695 Российская Федерация. Программа для проведения диагностики системы управления установки принтерной печати для создания элементов толстопленочной электроники космической аппаратуры : № 2021680122 : заявл. 10.12.2021 : опубл. 14.12.2021 / Э. Р. Рагимов, А. А. Бомбизов
3. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2021611481 Российская Федерация. Auger PCB Printer v. 1.0.0 : № 2021610493 : заявл. 15.01.2021 : опубл. 28.01.2021 / А. М. Аллануров, С. А. Артищев, А. Г. Лощилов, И. М. Макаров

Сотрудничество с организациями реального сектора экономики

Промышленным партнёром лаборатории является АО «НПЦ «Полюс».

Совместно с АО «НПЦ «Полюс» изготовлены тестовые образцы керамических печатных плат и проведены их испытания. На основании полученных результатов разработаны проекты Технических требований и Технологического процесса изготовления керамических печатных плат.

Коллектив лаборатории работает с организациями консорциума «Аддитивные технологии в радиоэлектронике». Деятельность консорциума направленна на создание перспективного технологического оборудования прямой трехмерной печати компонентов и изделий ЭКБ и разработку технологий производства расходных материалов.

Результаты работы представлены и обсуждены в рамках рабочей встречи консорциума. Внесено предложение о необходимости формирования нормативных документов для стандартизации аддитивных методов изготовления электроники.