В России в апреле 2026 года завершены государственные приемочные испытания первого принтера для сухой аэрозольной печати электронных компонентов. Устройство, объединяющее синтез наночастиц, их модификацию и лазерное спекание, готовят к запуску в серию. В мире в разработке находятся несколько конкурирующих технологий сухой печати, но наша — единственная, где наночастицы синтезируются прямо в процессе печати электрическим газовым разрядом, а не лазерной абляцией из твердой мишени.
Новый российский принтер создали в МФТИ. Он формирует аэрозольный пучок из наночастиц размером от 50 до 300 нанометров и укладывает их на подложку, создавая токопроводящие структуры с шириной линии от 30 до 400 микрометров. Скорость печати достигает 100 мм/с, что в 5–15 раз быстрее традиционных методов. За рубежом все разработки, близкие к появлению коммерческих продуктов в этой сфере, используют лазерную абляцию твердых мишеней. Расскажем обо всем подробнее в нашем материале.
В отличие от традиционной фотолитографии, требующей дорогостоящих чистых комнат, вакуумных установок и агрессивных химикатов, а также от существующих методов печатной электроники (струйная печать, трафаретная печать), применяющих жидкие чернила или растворы с последующим удалением растворителей и связующих веществ, разработка российских специалистов МФТИ, которая заняла в общей сложности более 9 лет, использует принципиально иной подход.
Принтер формирует наночастицы прямо в процессе печати методом электрического газового разряда набора электродов, после чего укладывает их на подложку сфокусированным аэрозольным пучком. В одном устройстве объединены четыре технологические операции: синтез наночастиц, их модификация, печать аэрозольным пучком и лазерное спекание массива частиц на подложке. Такой подход исключает использование жидких сред, что устраняет риск загрязнения формируемой структуры солями, остатками стабилизаторов дисперсии или другими компонентами чернил, способными ухудшить характеристики конечного устройства. Кроме того, отказ от растворителей делает производство более дешевым, быстрым и экологичным.
Российский принтер формирует наночастицы размером от 50 до 300 нанометров и позволяет создавать токопроводящие структуры с шириной линии от 30 до 400 микрометров при скорости печати до 100 миллиметров в секунду. Для сравнения, традиционные методы требуют от 10 до 30 минут на печать одного слоя, тогда как российское устройство создает дорожки для стандартного микрочипа размером 10×10 мм за 1–2 минуты. Принтер способен работать с различными материалами подложек, включая стекло, кремний, гибкие полимерные пленки и биосовместимые материалы, что открывает перспективы применения в медицине, например, для печати биосенсоров нейроимплантов.
- На мировом рынке аддитивного производства электроники существует несколько технологий, близких по конечной цели, но отличающихся по принципу действия и степени готовности к промышленному внедрению. Наиболее близким аналогом является технология Laser Ablation Dry Aerosol Printing (LADAP), разработанная исследователями Тринити-колледжа в Дублине и опубликованная в октябре 2025 года в International Journal of Extreme Manufacturing. LADAP генерирует наночастицы путем импульсной лазерной абляции из твердой мишени (металла или оксида) с последующей аэродинамической фокусировкой и позволяет создавать структуры шириной от 20 микрометров с толщиной до 50 микрометров за один проход. Дублинская технология совместима с металлами, керамикой, полимерами и гибкой бумагой, но пока находится на стадии лабораторной демонстрации функциональных прототипов (гибких датчиков, СВЧ-антенн). Другим значимым игроком является американская компания Optomec, которая на протяжении многих лет выпускает промышленные системы Aerosol Jet для печатной электроники. В 2021 году компания представила систему Aerosol Jet HD2, предназначенную для корпусирования полупроводников, печатной электроники и высокочастотных приложений (5G, ммWave). Система формирует аэрозоль из жидких наночернил, распыляя их ультразвуком или пневматически, с разрешением до 10 микрометров и точностью позиционирования менее 5 микрометров. После осаждения чернила требуют лазерного или термического спекания для формирования сплошного проводника. Optomec позиционирует HD2 как готовое промышленное решение для серийного производства, ориентированное на рынок оборудования для корпусирования чипов объемом 4 млрд долларов в год. Наконец, сингапурская компания UVJC в октябре 2025 года объявила о создании первого в мире демонстрационного производства на базе технологии Universal Vapor Jet Printing. Эта технология, выросшая из органической струйной печати, также является сухой, безрастворительной и бесконтактной. UVJC уже инвестировала в строительство 740-квадратного метра R&D-центра в Сингапуре и планирует коммерциализацию для полупроводниковой упаковки, дисплеев, твердотельных батарей и фармацевтики. В отличие от российского принтера, который синтезирует частицы из газового разряда, все три зарубежные технологии используют лазерную абляцию твердых мишеней, что ограничивает их по набору материалов и чистоте получаемых структур.
Разработка наших ученых является первой и единственной в мире, где наночастицы генерируются электрическим газовым разрядом непосредственно в процессе печати, что обеспечивает высокую чистоту материала и позволяет обойтись без дорогостоящих лазеров для абляции. Устройство готово к масштабированию и внедрению на производственных площадках, занимающихся микроэлектроникой, оптоэлектроникой (формирование плазмонных наноструктур для повышения эффективности фотоприемников, дисплеев и источников света) и аналитическим приборостроением (создание SERS-структур для спектрального анализа следовых количеств материалов в криминалистике и реставрации).
В апреле 2026 года российский принтер сухой аэрозольной печати для изготовления компонентов микроэлектроники из наночастиц находится в стадии подготовки к выпуску первых серийных образцов для поставки заказчикам.
Михаил Петровский, Иван Захаров. Использованы фото МФТИ.
Комментарии (0)