К.А. Малиновский1, А.Р. Сафин2, А.В. Беляев3

1,2 ФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ» «Институт радиотехники и электроники» им. В.А. Котельникова (Москва, Россия)

3 ФГБОУ ВО «МАИ (НИУ)» (Москва, Россия)

1 malinovskiykostya@yandex.ru, 2 arsafin@gmail.com, 3 abv@a2dyn.ru

Постановка проблемы. Переход от плоских печатных плат к объемным электронным узлам позволяет повышать плотность компоновки и размещать компоненты поверхностного монтажа внутри несущей конструкции. Практическое применение такого подхода ограничивается свойствами токопроводящих материалов, стабильностью проводящих каналов после их закрытия полимером и технологическими допусками 3D-печати.

Цель. Разработать и экспериментально оценить технологическую схему изготовления трехмерной микросборки с коммутацией SMD-компонентов токопроводящими чернилами на основе серебра.

Результаты. Экспериментально сопоставлены три коммерчески доступных серебросодержащих состава. Исследована многослойная тестовая структура, оценено формирование проводящего состояния в открытых и закрытых каналах. Выполнено испытание дорожки током 7 А, определен минимально реализуемый в использованном процессе типоразмер SMD-компонента и разработана объемная компоновка платы на основе ESP32-S3-WROOM. Показано, что лучшие результаты среди трех проверенных составов показали чернила № 1: первый слой достиг сопротивления порядка 0,4 Ом, второй слой после закрытия канала снизил сопротивление до 88 Ом, а в отдельном опыте закрытая нагретая модель достигла уровня около 0,8 Ом раньше, чем открытый образец. Дорожка площадью поперечного сечения около 3 мм2 разрушилась при токе 7 А. С использованием финального прототипа выявлена необходимость увеличения расстояния между соседними дорожками относительно испытанных значений, изменения ориентации модуля с нижними контактами и автоматизации дозирования чернил.

Практическая значимость. Полученная технологическая последовательность может использоваться как основа для дальнейшей отработки компактных экспериментальных микросборок при обязательном разделении силовых и логических цепей, контроле каждого закрываемого слоя и автоматизации дозирования токопроводящего материала.

Малиновский К.А., Сафин А.Р., Беляев А.В. Разработка технологии изготовления трехмерной микросборки с применением токопроводящих чернил // Нанотехнологии: разработка, применение - XXI век . 2026. Т. 18. № 3. С. 45−57. DOI: https://doi.org/10.18127/j22250980-202603-04

1. MacDonald E., Salas R., Espalin D., Perez M., Aguilera E., Muse D., Wicker R. B. 3D Printing for the Rapid Prototyping of Structural Electronics // IEEE Access. 2014. V. 2. P. 234–242. DOI: 10.1109/ACCESS.2014.2311810.
2. Kwon J., Takeda Y., Shiwaku R., Tokito S., Cho K., Jung S. Three-dimensional monolithic integration in flexible printed organic transistors // Nature Communications. 2019. V. 10. Art. 54. DOI: 10.1038/s41467-018-07904-5.
3. Zhang P., Lei I. M., Chen G., Lin J., Chen X., Zhang J., Cai C., Liang X., Liu J. Integrated 3D printing of flexible electroluminescent devices and soft robots // Nature Communications. 2022. V. 13. Art. 4775. DOI: 10.1038/s41467-022-32126-1.
4. Zheng B., Xie Y., Xu S., Meng A. C., Wang S., Wu Y., Yang S., Wan C., Huang G., Tour J. M., Lin J. Programmed multimaterial assembly by synergized 3D printing and freeform laser induction // Nature Communications. 2024. V. 15. Art. 4541. DOI: 10.1038/s41467-024-48919-5.
5. Leigh S. J., Bradley R. J., Purssell C. P., Billson D. R., Hutchins D. A. A Simple, Low-Cost Conductive Composite Material for 3D Printing of Electronic Sensors // PLOS ONE. 2012. V. 7. № 11.Art. e49365. DOI: 10.1371/journal.pone.0049365.
6. Flowers P. F., Reyes C., Ye S., Kim M. J., Wiley B. J. 3D printing electronic components and circuits with conductive thermoplastic filament // Additive Manufacturing. 2017. V. 18. P. 156–163. DOI: 10.1016/j.addma.2017.10.002.
7. Fernandes I. J., Aroche A. F., Schuck A., Lamberty P., Peter C. R., Hasenkamp W., Rocha T. L. A. C. Silver nanoparticle conductive inks: synthesis, characterization, and fabrication of inkjet-printed flexible electrodes // Scientific Reports. 2020. V. 10. Art. 8878. DOI: 10.1038/s41598-020-65698-3.
8. Walker S. B., Lewis J. A. Reactive Silver Inks for Patterning High-Conductivity Features at Mild Temperatures // Journal of the American Chemical Society. 2012. V. 134. № 3. P. 1419–1421. DOI: 10.1021/ja209267c.
9. Greer J. R., Street R. A. Thermal cure effects on electrical performance of nanoparticle silver inks // Acta Materialia. 2007. V. 55. № 18. P. 6345–6349. DOI: 10.1016/j.actamat.2007.07.040.
10. Trindade G. F., Wang F., Im J., He Y., Balogh A., Scurr D., Gilmore I., Tiddia M., Saleh E., Pervan D. et al. Residual polymer stabiliser causes anisotropic electrical conductivity during inkjet printing of metal nanoparticles // Communications Materials. 2021. V. 2. Art. 47. DOI: 10.1038/s43246-021-00151-0.
11. Black K., Singh J., Mehta D., Sung S., Sutcliffe C. J., Chalker P. R. Silver Ink Formulations for Sinter-free Printing of Conductive Films // Scientific Reports. 2016. V. 6. Art. 20814. DOI: 10.1038/srep20814.
12. Balliu E., Andersson H., Engholm M., Öhlund T., Nilsson H.-E., Olin H. Selective laser sintering of inkjet-printed silver nanoparticle inks on paper substrates to achieve highly conductive patterns // Scientific Reports. 2018. V. 8. Art. 10408. DOI: 10.1038/s41598-018-28684-4.
13. ESP32-S3-WROOM-1 & ESP32-S3-WROOM-1U Datasheet [Электронный ресурс] // Espressif Systems. URL: https://documentation.espressif.com/esp32-s3-wroom-1_wroom-1u_datasheet_en.pdf (дата обращения: 07.07.2026).
14. LM317 3-Pin Adjustable Regulator datasheet (Rev. Z) [Электронный ресурс] // Texas Instruments. URL: https://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm317.pdf (дата обращения: 07.07.2026).
15. VND7140AJ. Double channel high-side driver with MultiSense analog feedback for automotive applications. Datasheet [Электронный ресурс] // STMicroelectronics. URL: https://www.st.com/resource/en/datasheet/vnd7140aj.pdf (дата обращения: 07.07.2026).
16. Massetti M., Zhang S., Harikesh P. C., Burtscher B., Diacci C., Simon D. T., Liu X., Fahlman M., Tu D., Berggren M., Fabiano S. Fully 3D-printed organic electrochemical transistors // npj Flexible Electronics. 2023. V. 7. Art. 11. DOI: 10.1038/s41528-023-00245-4.
17. Skarżyński K., Krzemiński J., Jakubowska M., Słoma M. Highly conductive electronics circuits from aerosol jet printed silver inks // Scientific Reports. 2021. V. 11. Art. 18141. DOI: 10.1038/s41598-021-97312-5.
18. Kwon J., Takeda Y., Fukuda K., Cho K., Tokito S., Jung S. Three-Dimensional, Inkjet-Printed Organic Transistors and Integrated Circuits with 100% Yield, High Uniformity, and Long-Term Stability // ACS Nano. 2016. V. 10. № 11. P. 10324–10330. DOI: 10.1021/acsnano.6b06041.