Ученые МФТИ разработали аэрозольный 3D-принтер для печати электроники

Технология позволяет печатать электронные платы направленными потоками наночастиц на поверхностях сложной формы, а также использовать недорогие полимерные подложки, то есть создавать интегрированную и гибкую электронику.

Как сообщает пресс-служба Московского физико-технического института, сотрудники лаборатории технологий 3D-печати функциональных микроструктур Физико-технической школы электроники, фотоники и молекулярной физики МФТИ разработали экспериментальный образец аэрозольного 3D-принтера с лазерным ассистированием и создали научные основы новой технологии аэрозольной печати 3D-микроструктур. В одном устройстве интегрированы три процесса: получение, локальная доставка и локальное лазерное спекание наночастиц на подложке.

В отличие от традиционных методов формирования электронных изделий, предполагающих использование большего количества технологических операций с удалением значительной части материалов, разработанное оборудование и технология предполагают быстрое изготовление изделий методом послойного нанесения материала в форме наночастиц с его последующей монолитизацией, используя локальное лазерное спекание наночастиц на подложке.  

Методика предполагает использование «сухих» химически чистых наночастиц размером 2-20 нм, получаемых в импульсно-периодическом газовом разряде. Через неподвижную головку частицы напыляются на подвижный субстрат и спекаются лазером, формируя рисунок. За счет размерного эффекта частиц становится возможным локальное лазерное спекание при пониженных температурах (400°C и ниже) и, таким образом, формирование принципиально новых электронных 3D-устройств на термочувствительных гибких полимерных подложках. 

Технология аэрозольной 3D-печати наночастицами с лазерным ассистированием имеет целый ряд преимуществ над существующими методами аддитивного производства микроструктур, предполагающими использование чернил с наночастицами. Аэрозольная 3D-печать обеспечивает более высокие значения удельной электрической проводимости и механической прочности микроструктур, так как на поверхностях «сухих» химически чистых наночастиц, получаемых в импульсно-периодическом газовом разряде, не содержатся остатки растворителей и поверхностно-активных веществ. Важным преимуществом является и сокращение количества этапов изготовления функциональных микроструктур, поскольку не требуется приготовление и просушивание наночернил перед лазерным спеканием. Получение, локальная доставка и локальное лазерное спекание наночастиц осуществляются одновременно. Пользователи имеют возможность варьировать типы материалов (металлы, полупроводники и диэлектрики), размер, форму и плотность укладки наночастиц за счет изменения материала электродов и режимов получения наночастиц в импульсно-периодическом газовом разряде.

«Уникальность разработанной нами технологии аэрозольной 3D-печати потоками наночастиц с локальным лазерным спеканием заключается в сочетании высокой разрешающей способности до 25 мкм, высокой массовой производительности до 300 мг/ч и низкой себестоимости формирования функциональных 3D-микроструктур, что будет определять дальнейший рост ее популярности», — поясняет ведущий научный сотрудник лаборатории технологий 3D-печати функциональных микроструктур МФТИ Алексей Ефимов. 

Разработанная технология и оборудование могут быть использованы для производства широкого спектра функциональных микроразмерных компонентов и изделий для электроники, фотоники, альтернативной энергетики, медицинской и аэрокосмической техники: микроантенн, пространственных 3D-межсоединений, микронагревателей, активных (транзистор, диод) и пассивных (резистор, конденсатор) электронных компонентов, светоизлучающих устройств (гибких дисплеев, ячеек OLED-матриц), элементов солнечных батарей, газовых, био-, температурных датчиков и так далее. Например, можно уменьшить габариты смартфонов, печатая антенны не на отдельных платах, а прямо на внутренних поверхностях корпусов. Наиболее же вероятно применение новой технологии в космической отрасли, по крайней мере на первых порах. 

Исследования выполнены совместно с АО «НИИ электронного специального технологического оборудования» в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы».

А у вас есть интересные новости? Поделитесь с нами своими разработками, и мы расскажем о них всему миру! Ждем ваши идеи по адресу news@3Dtoday.ru