ФЦП: «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014 – 2020 годы»

ФЦП: «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014 – 2020 годы»

Соглашение о предоставлении из федерального бюджета грантов в форме субсидий № 075-15-2019-1694 от 22.11.2019 (Внутренний № 05.604.21.0227. Уникальный идентификатор RFMEFI60419X0227)

Тема: «Разработка полимерных композиционных составов и способов создания функциональных многослойных структур для электроники и фотоники на основе аддитивных технологий»

Период выполнения: 22.11.2019 - 31.12.2019

Научный руководитель: профессор, д.х.н. Чвалун Сергей Николаевич

Цели проекта

Целью проекта является разработка аддитивных технологий и материалов для их реализации с целью создания широкого спектра устройств электроники и фотоники. Возможности разрабатываемых технологий и материалов будут представлены на примере многослойной полимерной структуры для обеспечения межкомпонентной оптической связи на печатной плате со скоростью передачи информации по одному волноводному каналу не менее 4 Гб/с.

Для достижения поставленных целей необходимо будут решаться две основные задачи:

  • создание материалов для изготовления слоев многослойной структуры с широким диапазоном свойств;
  • разработка технологии получения многослойных полимерных функциональных структур с заданными свойствами.

Основные результаты проекта за 2019 год

На первом этапе проекта выполнен блок теоретических исследований, который позволил определить и обосновать необходимую последовательность действий для решения каждой из задач проекта. В рамках работы проанализированы подходы к созданию композиционных составов для формирования полимерных слоев различного назначения (диэлектрических, волноводных, проводящих и т.д.), применимых в формате аддитивных технологий; проанализировано все многообразие многослойных полимерных пленочных структур, применимых в фотонике и электронике, обоснована возможность их формирования методами аддитивных технологий. Выполнен анализ методов, относящихся к аддитивным технологиям, для формирования многослойных пленочных структур. Полученные данные позволили сформулировать технические требования к макету многослойной полимерной волноводной функциональной структуры, предназначенной для обеспечения межкомпонентной оптической связи на печатной плате, обосновать конструкция макета, определить требования к его характеристикам.

Разработаны композиционные составы для получения каждого слоя многослойной структуры со своими характеристиками.

В общем случае, для формирования многослойной волноводной структуры на подложке сначала формируется граничный слой с более низким показателем преломления. Затем на граничном слое создается световедущая пленка толщиной с более высоким показателем преломления. Световедущая пленка закрывается сверху вторым граничным слоем. В такой структуре ограничение волноводной моды в направлении, перпендикулярном плоскости световедущей пленки, реализуется за счет различия показателей преломления центрального и граничного слоев.

В качестве основных материалов планируется использованы материалы отечественного производства.

Выполнены работы первого этапа ПНИ «Теоретические исследования».

Основные характеристики полученных в целом и отдельных элементов созданного научного продукта. Оценка элементов новизны научных, технологических решений, применяемых методик и решений.

В ходе проекта разработаны композиционные составы для граничных и центральных слоев макетных волноводных структур, на основе которых методами фотоотверждения и центрифугирования были изготовлены макеты пленок с толщинами в диапазоне 10-250 мкм с заданными показателями преломления в диапазоне значений 1,40-1,65. Используя разработанные методики формирования пленок была сформирована многослойная структура и подтверждены ее волноводные свойства.

Полученные на данном этапе работ результаты полностью соответствуют или превосходят ожидаемые результаты, что позволяет с уверенностью говорить об успешности проекта. Полученные результаты позволят создать продукцию, аналогичную или превосходящую по характеристикам существующую продукцию, что подтверждает соответствие проводимых работ мировому уровню.

Назначение и область применения результатов проекта

Полученные результаты смогут быть использованы для создания широкого спектра устройств электроники и фотоники. Использование результатов проекта может обеспечить следующие преимущества для изготовления устройств электроники и фотоники:

  • уникальные характеристики получаемой продукции. Послойное выращивание позволяет получить изделие с улучшенными свойствами.
  • значительная экономия расходных материалов и низкая себестоимость. Традиционные методы производства часто очень затратны, а потери расходных материалов могут достигать 80% и даже больше. В отличие от традиционных технологий аддитивные намного более экономичны, так как программное обеспечение оборудования точно рассчитывает количество потребляемых материалов.
  • аддитивные технологии позволяют выпускать изделия со сложной геометрией. Традиционные методы не позволяют изготавливать очень сложные с точки зрения геометрии изделия. Промышленные принтеры позволяют выращивать модели практически любой степени сложности.
  • мобильное производство и быстрый обмен данных. Аддитивные технологии используют компьютерные модели будущих изделий, которые можно за короткое время передать в разработку. Это не требует наличия традиционных чертежей, габаритных моделей и т.п. Производство можно запускать в самые короткие сроки.

Эффекты от внедрения результатов проекта

Результаты проекта позволят обеспечить следующий народно-хозяйственный эффект: получение значимых научных результатов, позволяющих переходить к созданию новых видов научно-технической продукции; вывод на рынок новой научно-технической продукции; обеспечение экспортного потенциала и замещение импорта; прогрессивные структурные сдвиги в радиоэлектронной отрасли и технологии изготовления печатных плат. Практическое использование результатов проекта позволит не только обеспечить импортозамещение высокотехнологичной продукции, но и повысит конкурентоспособность отечественной электроники на мировом рынке.

Заинтересованность во внедрении разрабатываемых материалов на основе бензоциклобутена выразили АО «Концерн Радиостроения «Вега», АО РТИ имени академика А.Л. Минца, и др. организации.