Особое место среди инновационных электронных технологий занимают решения в области гибкой печатной электроники и фотоники. Современной аппаратно-программной платформой для экспресс-прототипирования и производства изделий микротехники нового поколения является кластер гибкой печатной электроники.

sitemap
Наш сайт использует cookies. Продолжая просмотр, вы даёте согласие на обработку персональных данных и соглашаетесь с нашей Политикой Конфиденциальности
Согласен
Поиск:

Вход
Архив журнала
Журналы
Медиаданные
Редакционная политика
Реклама
Авторам
Контакты
TS_pub
technospheramag
technospheramag
ТЕХНОСФЕРА_РИЦ
© 2001-2025
РИЦ Техносфера
Все права защищены
Тел. +7 (495) 234-0110
Оферта

Яндекс.Метрика
R&W
 
ISSN 1993-8578
ISSN 2687-0282 (online)
Книги по нанотехнологиям
 
Вход:

Ваш e-mail:
Пароль:
 
Регистрация
Забыли пароль?
Книги по нанотехнологиям
Под редакцией д.т.н., профессора Мальцева П.П.
Жигачев А.О., Головин Ю.И., Умрихин А.В., Коренков В.В., Тюрин А.И., Родаев В.В., Дьячек Т.А. / Под общей редакцией Ю.И. Головина
Другие серии книг:
Мир материалов и технологий
Библиотека Института стратегий развития
Мир квантовых технологий
Мир математики
Мир физики и техники
Мир биологии и медицины
Мир химии
Мир наук о Земле
Мир электроники
Мир программирования
Мир связи
Мир строительства
Мир цифровой обработки
Мир экономики
Мир дизайна
Мир увлечений
Мир робототехники и мехатроники
Для кофейников
Мир радиоэлектроники
Библиотечка «КВАНТ»
Умный дом
Мировые бренды
Вне серий
Библиотека климатехника
Мир транспорта
Мир фотоники
Мир станкостроения
Мир метрологии
Мир энергетики
Книги, изданные при поддержке РФФИ
Выпуск #3/2014
П.Афанасьев, О.Бохов, В.Лучинин
Создание технологического кластера гибкой печатной электроники
Просмотры: 5340
Особое место среди инновационных электронных технологий занимают решения в области гибкой печатной электроники и фотоники. Современной аппаратно-программной платформой для экспресс-прототипирования и производства изделий микротехники нового поколения является кластер гибкой печатной электроники.
Технологические маршруты современного радиоэлектронного производства организуются по принципам модульности конструкторско-технологической реализации изделий, унификации и применения бескорпусной электронной компонентной базы, использования многокристальных модулей, гибких и 3D-субстратов-подложек, а также внедрения 3D-интеграции и межвидовой интеграции электронных, оптических и механических компонентов.

Как отмечалось ранее [1], термин "гибкая электроника" (полимерная, печатная) отражает две основные составляющие данного направления. Во-первых, материаловедческий базис – конструктивно-материаловедческие особенности подложек, систем коммутации-изоляции и функциональных элементов. Во-вторых, технологический базис – комплекс способов формирования функциональных элементов и систем коммутации-изоляции, основанных на печатных рулонных трафаретных и (или) капельно-струйных технологиях.

Принципы реализации технологического кластера гибкой печатной электроники

Для формирования высокотехнологичной аппаратно-программной платформы производства изделий микро- и нанотехники на основе технологий гибкой электроники и фотоники необходимо решить следующие задачи [1]:

•внедрить современные технологии сквозного проектирования изделий нового поколения, обеспечивающие эффективное конструкторско-технологическое масштабирование классических макропрототипов для перехода к изготовлению изделий микро- и нанотехники;
•сформировать и освоить современную технологическую базу синтеза изделий микро- и нанотехники с преимущественной ориентацией на бескорпусную элементную базу, 3D-интеграцию элементов и использование гибких бесшаблонных струйных печатных технологий;
•освоить технологические маршруты, реализуемые на основе гибкой инфраструктурной организации широкой номенклатуры технологических модулей с высокой степенью автоматизации процессов, обеспечивающих динамичность перестройки и быстроту адаптации операций;
•осуществить экспресс-прототипирование и организовать производство широкой номенклатуры изделий нового поколения с ранее недостижимыми масс-габаритными, энергетическими и техническими характеристиками при минимизации временных и экономических затрат. Последнее достигается путем внедрения новой культуры проектирования и технологической реализации изделий в условиях высокой степени автоматизации оборудования и возрастании роли интеллектуальной составляющей человеческого фактора на этапе подготовки производства.
Технологические кластеры гибкой печатной электроники целесообразно ориентировать на производство таких изделий, как сверхминиатюрные радиотехнические модули, в том числе интегрированные с сенсорами и системами для сбора и передачи информации (включая идентификацию личности и объектов), миниатюрные навигационно-ориентационные системы для автономной навигации и позиционирования, микроаналитические системы типа "лаборатория на чипе" матричного и капиллярного типов для биомедицинского и технического контроля биотехносферы, интеллектуальная высокоинтегрированная мультифункциональная одежда, в том числе с эпидермальной и (или) внутриорганизменной распределенной сенсорно-исполнительной системой, распределенные, гибкие и иные миниатюрные источники энергии, включая рекуператоры из эфира и окружающей среды, микроробототехнические средства наземного и воздушного базирования.

Наиболее востребованными изделиями гибкой электроники и фотоники являются гибридные миниатюрные устройства, интегрирующие сенсорные и исполнительные микросистемы с инфокоммуникационными кристаллами-чипами для сбора, обработки и передачи информации (например, ориентационно-навигационные или биомедицинские модули). Перспективными направлениями следует признать микроробототехнику, интеллектуальную одежду и "лаборатории на чипе". Весьма эффективно использование технологий гибкой электроники и фотоники для производства излучателей и преобразователей оптического излучения на гибком субстрате, а также органо-неорганических гибких аккумуляторов. Большой интерес представляет развитие специальных текстильных технологий с использованием микро- и нановолокон с различными физико-химическими, теплофизическими, электрическими, оптическими и биологическими свойствами.

Базовыми тенденциями изменения технических и эксплуатационных характеристик изделий нового поколения следует признать снижение массо-габаритных показателей, сокращение энергопотребления и увеличение времени автономного функционирования, повышение стойкости к внешним воздействиям, вариабельность конструктивного исполнения для оперативной адаптации изделия при изготовлении и использовании. Выбор состава технологического оборудования для формирования технологического кластера гибкой печатной электроники определяется возможностью производства на нем широкого класса изделий по типовым унифицированным базовым технологическим маршрутам.

Анализ совокупности технологических операций и решений, используемых в производстве гибкой электроники и фотоники, позволил сформулировать ряд рекомендаций относительно выбора технологий [2]:

•наиболее динамично перестраиваемой технологией в отношении топологической локализации и состава осаждаемого материала является капельно-струйная печать, обеспечивающая микронное разрешение;
•формирование трехмерных конструкций с достаточно высоким микронным пространственным разрешением обеспечивается объемной лазерной стереолитографией;
•наиболее высокую скорость формирования сложной коммутации на поверхности 2D- и 3D-объектов обеспечивает лазерная конверсия (модификация) металлосодержащего полимерного субстрата.
Технологический кластер гибкой печатной электроники в СПбГЭТУ (ЛЭТИ)

С целью эффективного использования научно-технологического и кадрового потенциала Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета (ЛЭТИ) в 2011 году на базе вуза был создан "Межвузовский центр прототипирования и контрактного производства микро- и нанотехники" (МЦКП) [3]. Центр специализируется в области технологий гибкой электроники и получил от ряда зарубежный производителей оборудования право представлять их интересы в России. В частности, МЦКП является официальным дистрибьютором фирм Roth&Rau, Amicra и Asyril (см. клапан обложки).

Компания Amicra изготавливает оборудование для современных микропроизводств. Следует особо отметить системы для монтажа кристаллов, которые позволяют применять передовые технологии 3D-сборки, технику перевернутого кристалла, системы для нанесения "чернил" на подложку.

Фирма Roth&Rau производит технологическое оборудование для создания различных покрытий, в том числе с применением струйной печати.

Asyril разрабатывает миниатюрные мехатронные устройства для автоматизации в области микро- и нанотехнологий, биотехнологий и медицины. Компания предлагает компактные высокопроизводительные системы сборки и упаковки.

В 2013 году ЛЭТИ создал совместную исследовательскую лабораторию с финской компанией Beneq – одним из ведущих производителей промышленного и исследовательского оборудования для получения покрытий методом атомно-молекулярной сборки и спрей-технологий. Инновации Beneq в области получения тонких пленок – системы непрерывного рулонного осаждения слоев (Roll-to-Roll) и высокопроизводительного аэрозольного нанесения покрытий (nAERO) – позволили привлечь инвестиции "Роснано" для развития данных технологий в России.

Несмотря на отсутствие в нашей стране как комплекса системно упорядоченных НИОКР в области гибкой печатной электроники, так и российского технологического оборудования для вышеуказанных целей, коллективу ЛЭТИ и МЦКП удалось разработать технологический кластер гибкой печатной электроники, элементы которого проходят опробование на базе Центра микротехнологии и диагностики ЛЭТИ.

Предполагается, что ЛЭТИ возьмет на себя проектирование изделий, разработку технологических маршрутов, отработку технологических операций и обучение персонала. МЦКП, как центр прототипирования и контрактного производства, обеспечит поставку и наладку оборудования, установку программного обеспечения, отработку технологических операций и маршрутов у заказчика, гарантийное обслуживание оборудования, а также кадровое сопровождение аппаратно-программного комплекса.

Отличительные особенности проекта формирования и развертывания технологического кластера гибкой печатной электроники в ЛЭТИ:

•базовыми материалами для изделий нового поколения станут нанокомпозиции (расходные материалы для струйной печати токопроводящих элементов коммутационных систем, микроантенн, энергонезависимых радиоидентификаторов, металло-полимерных источников питания) с применением углеродных, металлических, полупроводниковых и магнитных наночастиц;
•процессы синтеза и формообразования материалов будут реализованы по технологиям атомно-слоевого осаждения, удаления и модифицирования (печатные технологии формирования нанослоевых композиций для гибких излучателей, фотоприемников и источников питания);
•позиционирования ЭКБ в сборочных операциях с микро- и наноразмерной точностью (создание сверхминиатюрных высокоинтегрированных технических средств на основе элементной базы фотоники и интегральной оптики с высокими требованиями по точности позиционирования объектов при сборке).
Литература

1.П.Афанасьев, О.Бохов, В.Лучинин. Научно-технологический комплекс экспресс- прототипирования изделий гибкой электроники и фотоники. – Наноиндустрия, 2013, №6 (44), с.94-104.
2.В. Лучинин. Гибкая электроника. – Наноиндустрия, 2013, №8 (46), с.26-32.
3.Афанасьев П. В., Бохов О.С., Кутузов В.М., Лучинин В.В., Шестопалов М.Ю. Реализация инновационного потенциала вуза. Центр прототипирования и контрактного производства микро- и нанотехники. – Наноиндустрия, 2012, №6 (36), с.52-60.
 
 Отзывы читателей
Разработка: студия Green Art