Новая технология производства элементов СВЧ-электроники

В Институте прикладной физики РАН в отделе электронных приборов успешно развивается и используется новый метод аддитивного производства элементов СВЧ-электроники, основанный на технологии 3D-печати с дальнейшим покрытием фотополимерных изделий медным слоем. Данный метод позволяет существенно ускорить процесс перехода от теоретических моделей к их экспериментальной верификации, так как время изготовления элементов и их стоимость снижаются на порядок. В то же время данная технология позволяет создавать различные формы рабочей поверхности электродинамических элементов, которые затруднительно или в некоторых случаях просто невозможно создавать существующими методами с использованием станков с ЧПУ.

Развитие технологии химической металлизации фотополимерных структур (Chemical Metallization of Photopolymer based Structures) и ее тестирование глобально разделены на два направления. Первым направлением является создание элементов приборов, предназначенных для работы с малым уровнем мощности для так называемых «холодных» измерений. Подавляющим большинством таких элементов являются различные волноведущие элементы (волноводы, преобразователи, высокочастотные фильтры и пр.). Для реализации таких изделий достаточно создания тонкого медного слоя на поверхности образца, напечатанного из фотополимера. Для достижения максимальной точности заготовки подбираются специальные режимы засветки фотополимера, затем осуществляется химическая обработка поверхности изделия для подготовки к дальнейшей химической металлизации. В таком случае отработанный процесс металлизации медного слоя толщиной около 10 мкм занимает несколько десятков минут. Стоит отметить, что весь цикл создания детали, от печати до металлизации, может быть легко масштабирован без дополнительных затрат по времени. Оптимизация как самого процесса печати, так и процесса металлизации позволила существенно снизить шероховатость рабочей поверхности элементов (диапазон результирующей шероховатости составил от нескольких десятков нм до нескольких мкм).

В случае работы с большими энергиями, например, высокоэнергетичными потоками частиц или с СВЧ-излучением, требуется создание плотного и толстого слоя меди. В то же время в наиболее подверженных тепловым нагрузкам областях не должно оставаться органических материалов, каковыми являются исходные фотополимерные детали. Для этого авторами была разработана уникальная технология удаления фотополимерных заготовок, что позволило создавать цельнометаллические изделия любой формы. Глобальным отличием от предыдущего направления является наличие третьего шага – гальванического наращивания металлизированного элемента и удаления фотополимерной заготовки. Скорость наращивания занимает около 250 мкм/день с увеличением вдвое после достижения слоя в 0.5 мм.

Металлизированные элементы были успешно протестированы в условиях высокого вакуума.  Образец с большим внутренним объемом (около 1 л) был легко откачен до предела используемого откачного поста малой мощности (10^-7 Торр), при этом фотополимерные элементы показали отличные свойства по электропрочности – как минимум 30 кВ/мм.

В настоящее время по данной технологии было создано большое количество электродинамических элементов для различных высокотехнологичных приборов (волноводы, преобразователи мод, электродинамические структуры с различной периодической гофрировкой, режекторные фильтры, брэгговские резонаторы), работающих  в различных частотных диапазонах и мощностях.

Результат опубликован: M.D. Proyavin, A.A. Vikharev, A.E. Fedotov, D.I. Sobolev, N.Yu. Peskov, P.B. Makhalov, M.Yu. Shmelev & S.V. Kuzikov Development of Electrodynamic Components for Microwave Electronic Devices Using the Technology of 3D Photopolymer Printing with Chemical Surface Metallization. Radiophys Quantum El 63, 469–478 (2020). https://doi.org/10.1007/s11141-021-10072-0

Информация и фото предоставлены пресс-службой ИПФ РАН