Произведен анализ возможностей современных 3D MID-технологий (Three Dimensional Molded Interconnected Devices) для производства трехмерных электронных средств (ТЭУ). Определены основные сравнительные характеристики, достоинства и недостатки данных технологий. Предложена новая классификация 3D MID-технологии по дискретизации получения структур и номенклатуры используемых материалов.

DOI:10.22184/1993-8578.2016.65.3.90.96

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
Мартинес-Дуарт Дж. М., Мартин-Палма Р.Дж., Агулло-Руеда Ф.
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 #3/2016
А.Кондрашин, А.Лямин, В.Слепцов
4D-технологии производства интегральных трехмерных электронных устройств
Просмотры: 4149
Произведен анализ возможностей современных 3D MID-технологий (Three Dimensional Molded Interconnected Devices) для производства трехмерных электронных средств (ТЭУ). Определены основные сравнительные характеристики, достоинства и недостатки данных технологий. Предложена новая классификация 3D MID-технологии по дискретизации получения структур и номенклатуры используемых материалов.

DOI:10.22184/1993-8578.2016.65.3.90.96
На современном этапе микроминиатюризации электронных устройств возникла насущная необходимость использования любой внутренней "свободной" поверхности изделия электронной техники не только в качестве пассивного конструкционного элемента, но и в качестве материала, способного нести функциональную "нагрузку" (нанесение контактных площадок, проводников, монтаж активных элементов и т.д.), то есть в качестве подложки для формирования интегрально-объем­ной печатной платы – трехмерных электронных устройств (ТЭУ).

Традиционно в производстве ТЭУ различают два типа сложных объемных объектов:

•квазиобъемные фигуры, создаваемые из отдельных 2D-модулей на базе жестких или гибких подложек методами трафаретной печати, горячего тиснения, термотрансферного переноса и т.д. [1];
•жесткие объемные (3D) фигуры, которые делятся на два рода: создаваемые на базе жестких подложек традиционными промышленными методами (литье, штамповка) и формируемые послойно при помощи 3D-принтеров [2–6].

Все указанные типы традиционных 2D- (квази-3D) и 3D-технологий по созданию трехмерных электронных устройств (табл.1) обладают общим не устраняемым недостатком – отсутствием возможности формирования многослойных сложных 3D-объектов с использованием в качестве функциональных элементов всех граней, ребер и стенок.

В связи с этим в настоящее время начали развиваться технологии формирования 4D-объектов ТЭУ, позволяющих "in situ" (в процессе) формирования детали "выращивать" функциональные многослойные несущие конструкции. При этом снаружи и внутри любого "свободного" объема детали могут быть размещены слои или линии коммутирующих и микроэлектронных элементов. В настоящее время имеющиеся технологические возможности не позволяют изготавливать оригинальные 4D-объекты ТЭУ в едином производственном цикле.

Первым шагом при разработке технологий получения полноценных 4D-объектов ТЭУ стало создание квази-4D-объектов. Соответствующая группа технологий получила название 3D MID (Molded Interconnected Devices) или технологий изготовления трехмерных схем на базе литого монтажного основания [8–10]. В литературе отсутствует строгая классификация 3D MID-технологий, поэтому, с нашей точки зрения, их целесообразно разделить по дискретизации получения структур (табл.2):

•одноуровневые технологии;
◦V-3D MID (V – volume) или сплавные технологии (литье со вставкой);
◦S-3D MID (S – surface) или технологии обработки поверхности;
•гибридные (многоуровневые) технологии 1G 3D MID, где 1G – поколение миниатюризации.
В свою очередь, поверхностные S-3D MID-технологии (рис.1) можно разделить на жидкостные (LS-3D MID) и сухие (DS-3D MID) или газофазные. К жидкостным относятся:

•двухшаговая заливка или 2S-технология (Two Step или Two Shot Molding);
•лазерное структурирование (Laser direct structuring, LDS);
•струйно-аэрозольное напыление (Aerosol Jet или Maskless, Mesoscale, Material Deposition – M3D);
•струйное распыление;
•3D-фотолитография.
К сухим (газофазным) технологиям можно отнести газо-плазменную металлизацию (Flame con) и осаждение с помощью электродугового плазматрона (Plasma dust).

С нашей точки зрения, при рассмотрении 3D MID-технологий необходимо разделять понятия функционального и вспомогательного материалов. Если первый является основным рабочим материалом элемента конструкции, то вспомогательный напрямую не входит в состав рабочего материала, но может участвовать в его формообразовании, изготовлении или эксплуа­тации.

1. Сплавные 3D MID-технологии (V-3D MID)

Одним из наиболее часто применяемых технологий литья (или сплавных технологий), являет­ся литье под давлением с предварительно отформованными закладными деталями, которое включает несколько технологических разновидностей [11–13]:

•декорирование в пресс-форме (IMD);
•этикетирование в пресс-форме (IML);
•литье с закладкой (вставкой) пленочных заготовок (FIM);
•литье с закладкой (вставкой) пластиковых или иных готовых элементов (Insert Molding).
Разновидности литья со вставкой пленочных заготовок могут рассматриваться и в качестве отдельных технологий изготовления квази-4D-обьектов, и в качестве способов изготовления литых монтажных оснований (MID), например, для S-3D MID-технологий (табл.2).

Традиционно, основная идея литья со вставкой заключается в производстве многокомпонентной многослойной детали при сплавлении в стандартной пресс-форме двух термолабильных оснований с прослойкой между ними (рис.2а). Технически эта операция близка к процессу двухсторонней ламинации документов. В качестве прослойки может быть использован практически любой материал: металлические пластины, различные полимеры, жесткие или гибкие композиты и т.д. В качестве же оснований – термопластики, обладающие различными оптическими, электрическими, механическими и другими характеристиками, или же абсолютно разные материалы.

Современный уровень развития технологий литья со вставкой позволяет осуществлять финишное сплавление достаточно тонких корпусов-оснований (панелей), используя вместо стандартной конструкционной вставки готовый плоский функциональный модуль (рис.2б) с коммутационной системой или сборочный модуль, состоящий из объемной коммутационной системы и различных компонентов (проводников, резисторов, конденсаторов, светодио­дов и т.д.), например, на базе гибкой печатной платы (рис.3).

Преимущества технологии литья со вставкой:

•дешевизна оборудования;
•самый короткий производственный цикл на единицу продукции;
•использование корпуса изделия в качестве подложки (платы) для ТЭУ;
•возможность использования в качестве вставки как конструкционных, так и функциональных модулей.
Недостатки литья со вставкой:

•ограничения по типам используемых материалов;
•отсутствие возможности менять конфигурацию ТЭУ в процессе изготовления (использование готовой вставки);
•ограничения по конфигурации не термопластичных оснований (подготовка переходных отверстий, значительные погрешности при совмещении отдельных частей и т.д.);
•возможность изготовления ТЭУ только миллиметрового диапазона из готовых модулей.

Продолжение в следующем номере

ЛИТЕРАТУРА

1.Кондрашин А.А., Лямин А.Н., Слепцов В.В., Махно Д.В. Аспекты формирования трехмерных электронных устройств // Наноинженерия. 2015. № 2(44). С. 3–18.
2.Кондрашин А.А., Лямин А.Н., Слепцов В.В., Махно Д.В. Аддитивные трехмерные электронные устройства // Наноинженерия. 2015. № (49). С. 5–20.
3.Кондрашин А.А., Лямин А.Н., Слепцов В.В., Махно Д.В. Особенности технологии изготовления трехмерных электронных устройств // Наукоемкие технологии. 2015. № 6. С. 38–47.
4.Ежеленко В., Трубашевский Д. Эра аддитивного производства наступает // Умное производство. 2015. № 1 (29).
5.Ежеленко В., Трубашевский Д., Колмаков А. Металлическая 3D печать – будущее эффективных производств // Умное производство. 2015. № 3 (31).
6.Современные 3D принтеры // КомпьюАрт. 2015. № 4. С. 10–18.
7.Франке Й. 3D MID материалы, технологии, свойства / Под ред. И.А. Волкова; пер. с англ. – СПб, 2014. 331 с.
8.Бачнак Н. Инновация через 3D технологию – применение и прикладные примеры // Матер. I Российской 3D-MID конференции, Москва, 23–24 октября 2013.
9.Камышная Э.Н., Курносенко А.Е., Иванов Ю.В. Системный анализ 3D-MID технологий // Инженерный журнал: наука и инновации. 2013. Вып. 11 (http://engjournal.ru/catalog/it/hidden/1047.html)
10.Бакарджиева С. 3D-MID: есть шанс догнать лидера // Умное производство. 2015. № 3 (31).
11.Технология вставки Insert Engel // Матер. официального сайта фирмы ZIMK GmbH (http://www.polymery.ru/letter.php?
n_id=497&cat_id=3)
12.Каталог литьевых машин для производства изделия на базе технологии литья со вставкой компании // Матер. официаль­ного сайта компании Engel (http://www.exapro.ru/engel-es-350t-225351-k-sl-litevaia-mashina-dlia-litia-pod-davleniem-p30305139).
13.Волков И. Электроника на пластике – возвращение // Вектор Высоких технологий. 2013. № 1 (01). С. 40–47.
 
 Отзывы читателей
Разработка: студия Green Art